Содержание
Железнодорожный транспорт можно автоматизировать на нескольких уровнях. Они стандартизированы в стандарте «Железнодорожные приложения. Автоматизированный городской управляемый транспорт. Требования безопасности». При этом, первостепенное значение имеет безопасность движения поездов, которая в большей мере может обеспечиваться благодаря оборудованию СЦБ.
Нулевой уровень стандарта описывает ситуацию, когда водитель управляет транспортным средством, в т.ч. самостоятельно открывает и закрывает дверь, основываясь исключительно на собственном наблюдении за обстановкой на пути и в поезде, а также на путевой сигнализации.
Первый уровень означает, что машинист направляет и тормозит поезд вручную, но за его работой следит система ATP (Automatic Train Protection). Он обеспечивает базовую безопасность, предотвращая столкновения и не позволяя водителю игнорировать предупреждающие сигналы и превышать ограничение скорости, при необходимости применяя автоматическое торможение.
Автономный поезд?
Во второй ступени водителю помогают автоматические системы ATP и ATO (автоматическое управление поездом), которые вместе образуют систему ATC (автоматическое управление поездом). Это означает, что его роль ограничивается запуском автомобиля и закрытием дверей. Система АТО отвечает за проезд между станциями, остановку поезда и открытие его дверей. Водитель может вмешаться в экстренной ситуации.
Третий Уровень (эксплуатация поезда без водителя, DTO) означает, что управление поездом и его движение контролируется автоматически, без вмешательства человека. Поэтому автоматизированы: трогание с места, движение между станциями, торможение и открытие двери. Бригада поезда может закрыть двери и вмешаться в чрезвычайной ситуации. На четвёртом уровне (автоматическая эксплуатация поезда, UTO) все задачи автоматизированы, и на борту нет машинистов или другого персонала. Машинист на борту поезда UTO заменяется системой ATO, контролируемой системой ATP.
Будущее без водителей не так просто
Хотя больше всего внимания привлекают автономные автомобили, в гонке за полную автономию принимает участие и железнодорожный транспорт — метро и поезда. Чтобы беспилотные автомобили стали реальностью на трассе, необходимо заранее решить ряд технических вопросов.
Хотя может показаться, что организованное движение поездов по рельсам значительно улучшит реализацию в них высочайшего уровня автоматизации управления, это не так уж очевидно — к тому же многие факторы заставляют управлять таким транспортным средством необычная проблема, которую, к сожалению, нельзя решить прямым переносом решений, разработанных для нужд, например, автономных автомобилей.
Одной из самых больших трудностей является необходимость интеграции множества подсистем, отвечающих за различные аспекты железнодорожного движения, такие как: мониторинг состояния путей, контроль положения других поездов и физической целостности данного поезда или определение расстояния необходимо для безопасного торможения. В случае, если кто-либо из них не сможет по каким-либо причинам точно оценить ситуацию и тем самым принять решение о дальнейших действиях, они будут вынуждены превентивно отпустить или остановить поезд. Такая ненадежность системы управления поездом и вытекающие из этого задержки и простои наверняка очень быстро отпугнут пассажиров.
Проблемы проектирования автономной железной дороги
Интерпретация железнодорожной сигнализации является еще одной проблемой — в некоторых странах в этом отношении предусмотрено множество различных комбинаций состояний сигнала, гораздо больше, чем в уличной сигнализации. Это, безусловно, скажется на сложности систем их анализа. Разнообразие типов поездов и стандартов железнодорожной инфраструктуры дополнительно затрудняет работу над универсальной автономной системой. Здесь стоит отметить, что железнодорожная среда более сложна с точки зрения автономного управления, чем, например, метро из-за, в том числе: больших расстояний между станциями на открытом пространстве, разветвленной сети станций и эксплуатации многими железнодорожные компании, в том числе пассажирские и грузовые.
Немаловажна и специфика самих транспортных средств. Например, тормозной путь поезда в зависимости от его веса, нагрузки и скорости в случае пассажирского поезда из десяти вагонов, движущегося со скоростью 100 км/ч, составляет целых около 500 метров. Обнаружение препятствий и анализ состояния сигнализаторов заблаговременно реализовать непросто.
Автономные системы и новые технологии
Все автономные системы основаны на аналогичной схеме работы, включающей три стадии, циклически повторяющиеся. Это: получение информации, ее обработка, принятие решений и совершение на этой основе конкретных действий. К первым относятся данные, среди прочего состояния поезда или ситуации на маршруте. Их источником могут быть другие системы и непосредственно датчики на борту поезда и в элементах железнодорожной инфраструктуры. В процессе обработки важно, насколько эффективно автономная система способна распознавать полезную информацию среди необработанной информации и интерпретировать ее, чтобы получить достаточно точную для своих нужд картину реального мира. Например, автономная система управления поездом должна уметь безошибочно распознавать разницу между животным и человеком, определить ли разницу между рабочим пути и злоумышленником. Еще одним аспектом этапа обработки информации является принятие решений в ответ на текущие обстоятельства. Для этого необходимы критерии, которые будут применяться к полученным данным, знания в конкретной области и способность к обучению. Таким образом, система может принять собственное решение. Затем это должно быть реализовано путем выдачи инструкций для компонентов автоматизации, которые будут реализованы решениями системы управления, такими как торможение или ускорение поезда.
Поэтому для достижения полной автономии поезда должны быть оснащены датчиками. Для обработки данных и принятия независимых решений потребуются методы искусственного интеллекта, такие как машинное обучение. Также будет необходимо быстрое и надежное подключение, в котором сети GSM-R, вероятно, в ближайшем будущем заменят сети 5G благодаря тому, что они обеспечивают более высокие скорости передачи и меньшие задержки. Признавая их потенциал, Международный союз железных дорог UIC (Union internationale des chemins de fer) уже начал работу над стандартом Future Railway Mobile Communications System (FRMCS).
