Поезд следует без машиниста

РЖД перешла к испытаниям четвертого, максимального, уровня автоматизации движения электропоезда, при котором не требуется присутствие машиниста в кабине: подвижной состав управляется либо дистанционно оператором-машинистом, либо автоматически. Об этом рассказал заместитель генерального директора Научно исследовательского и проектно-конструкторского института информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте (НИИАС) Павел Попов.

Согласно ГОСТ Р «Системы управления и контроля железнодорожного транспорта для перевозок пассажиров в пригородном сообщении», существует пять уровней автоматизации (УА), которые определяют способность автоматизированной системы выполнять возложенный на нее функционал программно-аппаратными средствами: УА0 – отсутствие автоматизации, УА1 – частичная автоматизация, УА2 – условная автоматизация, УА3 – высокая автоматизация и УА4 – полная автоматизация. 

По словам Попова, на уровне УА3 внедряется бортовое техническое зрение, основанное на системе искусственного интеллекта, благодаря чему у машиниста появляется больше свободы и улучшается контроль за обстановкой на путях перед поездом.

Поезда с УА3 снабжены различными интеллектуальными элементами, которые необходимы для обеспечения эффективной работы системы принятия решений при управлении поездом, одна из которых – комплекс технического зрения. Сложная система, прошедшая несколько этапов обучения – от распознавания объектов и препятствий до скорости реакции на обнаружение потенциально опасного объекта на пути (она должна реагировать быстрее, чем человек).

По словам Попова, параметры реакции системы можно определить экспериментальным путем, но во время исследования важными факторами, кроме расстояния, являются атмосферная видимость, освещенность и наличие светоотражающей индикации на пешеходе, автомобиле или любом другом объекте. 

Попов рассказал, что на специальном полигоне им удалось определить, что днем машинист видит на расстоянии 600–800 м, ночью – на 300–400 м: такая дальность обнаружения объектов ограничена работой прожектора поезда, который светит примерно на такое расстояние. При этом дальность обнаружения также зависит от размера предмета. Если пешеход сидит на рельсах, то днем его видно за 500 м, а если лежит, то за 200 м.

Также на обнаружение объектов серьезное воздействие оказывают погодные условия – туман, солнечная погода, дождь, блики солнца и т. д. Поэтому представители НИИАС «тренировали» систему при помощи 10 манекенов (человека, мелкого и крупного животного, мотоциклиста, велосипедиста) на полигонах в Щербинке при различных погодных условиях.

На сегодняшний день системы технического зрения НИИАС способны распознавать объекты на расстоянии 600–750 м и уже начались работы, чтобы эту дистанцию увеличить до 1 км. 

Сейчас НИИАС работает над уровнем автоматизации электропоезда УА4, при котором управление осуществляется в полностью автоматическом режиме без присутствия машиниста в кабине поезда. Особенность УА4 в том, что вся электрика, тормозная система и другие агрегаты, управление которыми обычно осуществляется машинистом в ручном режиме, должны управляться либо автоматически, либо дистанционно. Один оператор-машинист контролирует работу четырех поездов и в случае возникновения нештатной ситуации может взять управление любым из них на себя. Сейчас его рабочее место визуально напоминает кабину поезда, в которую передаются видео со всех камер и показания со всех датчиков. При этом для удобства тумблеры на пульте управления заменены на кнопки. Здесь же, например, есть привычные для машиниста джойстики тяги и торможения. В работе вторая версия пульта управления более напоминает рабочее место в офисе.

По словам Попова, помимо технического зрения, в беспилотном поезде присутствует много различных подсистем, влияющих на эксплуатацию электропоездов и действия в случае нештатных ситуаций. Например, создана система высокоточного позиционирования, позволяющая остановить поезд ровно возле платформы, или система контроля посадки-высадки пассажиров, не допускающая отправления поезда в момент, когда пассажир попал в пространство между поездом и платформой, или при зажатии кромки одежды пассажира дверьми.

«В начале 2022 г. мы начали разработку 39 сценариев действий сотрудников РЖД в случае штатных и нештатных ситуаций на беспилотном поезде. К 1 сентября они были приняты и согласованы. Мы потратили много времени, чтобы продумать все возможные варианты, написать и согласовать действия всех систем и участников перевозочного процесса», – отметил Попов.

Например, в случае обнаружения пожара машина связывается с машинистом-оператором, он переводит управление составом в дистанционный режим и далее принимает решение в зависимости от ситуации, например высадить людей сейчас или доехать до платформы и только после этого выпустить людей. При этом высадка людей в тоннеле невозможна, и в случае возникновения нештатной ситуации на борту поезда придется из него выехать и только после этого остановиться. Кроме того, машинист-оператор вызовет пожарный расчет и другие экстренные службы, в случае если информация о возгорании подтвердится.

Помимо датчиков и камер на самих поездах, РЖД разворачивает сеть стационарных комплексов обнаружения препятствий. Они нужны в зонах ограниченной видимости. Согласно проведенному анализу, на МЦК порядка 50 мест требуют установки такого оборудования, данные с которого приходят сначала в дата-центр, а после – в интеллектуальную систему управления поездом.

Аналогичная работа по оснащению поездов интеллектуальными системами и системами технического зрения, позволяющими управлять поездом в беспилотном режиме, идет в разных странах мира. В некоторых уже начата эксплуатация поездов, которые работают на четвертом уровне автоматизации. Например, в Западной Австралии на железнодорожной сети компании Rio Tinto курсируют одновременно до 50 беспилотных тяжеловесных поездов. В состав каждого поезда длиной 2,4 км и массой 28 000 т входит 240 вагонов и одновременно два-три локомотива. Поезда перевозят руду из 16 принадлежащих Rio Tinto шахт в четыре терминала двух портов – Дампьер и на мысе Ламберт. Каждый поезд совершает поездку между рудником и портом в среднем за 40 ч, преодолевая расстояние в 800 км. Погрузка и разгрузка вагонов поезда осуществляются в автоматическом режиме, ручное управление с участием машиниста требуется только при следовании поезда по территории порта.

Одна из самых продвинутых мировых систем принадлежит израильской компании RailVision. Ее разработчики заявляют, что видят препятствия на расстоянии от 1000 до 1500 м. Однако, по словам Попова, пока отзывы о работе этой системы не обходятся без нареканий.

«Чем больше дистанция, тем меньше угол обзора и тем хуже система работает в поворотах», – отметил он.

Основная проблема при разработке систем технического зрения заключается в отсутствии стандартов по определению требований обнаружения препятствий. Это означает, что одни разработчики могут производить измерение в идеальных условиях, например в депо с хорошо различимым объектом, а другие – на полигоне в условиях тумана. Поэтому в России разрабатываются стандарты, регулирующие проведение испытаний в автоматическом и дистанционном режимах, сообщил Попов.

Причина, по которой все стремятся начать использовать беспилотные поезда, заключается в том, что, во-первых, для их работы необходимо меньшее количество штатных работников при повышении безопасности перевозочного процесса, а это существенная экономия. Во-вторых, система автоматического управления позволяет увеличить пропускную способность до 10–30% по сравнению с поездом, который управляется человеком.

«Система автоматического управления ведет электропоезд ровно в соответствии с установленной скоростью. Если установлена скорость 40 км/ч, то поезд так и будет ехать, а машинист во избежание превышения чуть снизит эту скорость. Мы анализировали статистику движения машинистами поезда с автоведением. Данные показали, что система автоматического ведения выигрывает по времени», – резюмировал Попов.

По его словам, система технического зрения в будущем будет срабатывать лучше, чем человеческое зрение при обнаружении препятствий, а значит, улучшится безопасность пешеходов и пассажиров.

По мнению главного аналитика ассоциации «Цифровой транспорт и логистика» Андрея Ионина, самое главное для компании – понять экономическую целесообразность внедрения беспилотных систем.

«Нужно смотреть не возможности технологий, а как они улучшают бизнес-модели. Бизнес интересует, насколько снизится себестоимость перевозки при использовании беспилотного транспорта, – подчеркивает Ионин. – До создания регуляторного поля запустить массовую эксплуатацию беспилотных технологий можно благодаря созданию «регуляторных песочниц». Необходимо смотреть эффективность не на единичных показателях, а при массовой эксплуатации». 

Массовой эксплуатацией беспилотных поездов можно назвать достижение точки, когда 50% поездов управляются дистанционно и 50% – машинистом в кабине, полагает Ионин. Это позволит отработать новую экономическую модель. «Бизнес тоже должен будет перестроить свои процессы: изменить техобслуживание, алгоритм охраны и т. д. И в случае с поездами нужно будет смотреть, надо ли будет убирать человека из кабины или выгоднее делать системы помощи машинисту», – считает Ионов.