Локомотив без машиниста

В январском номере журнала «Железные дороги мира» вышла статья об испытании в Германии дистанционного управления поездом с расстояния 300 км.

На опытном участке Living Lab в Рудных горах (неподалеку от границы с Чехией) исследовательский центр Smart Rail Connectivity Campus (SRCC) провел испытания дистанционного управления поездом, в ходе которого оператор-машинист находился в Институте транспорта Германского центра авиации и космонавтики в Брауншвейге – на расстоянии более 300 км от поезда.

Цель испытаний состояла в проверке возможности оперативного вмешательства в управление поездом, курсирующим в автоматическом режиме, с соблюдением требований безопасности. Обмен информацией осуществлялся через сеть 5G сотового оператора Vodafone. В испытаниях был задействован поезд-лаборатория Lucy, принадлежащий компании Thales.

Подобные испытания проводят на участке Living Lab с 2019 года, но до сих пор управление поездом осуществлялось из центра SRCC, расположенного на одной из станций участка.
Железнодорожный транспорт имеет 4 степени автоматизации:

1. Ведение машинистом;
2. Ведение машинистом с функцией автоведения;
3. Автоведение без машиниста;
4. Полностью беспилотное ведение.

Компания ОАО «РЖД» одна из первых в мире начала разработку беспилотных железнодорожных транспортных средств. Так, на станции Лужской в 2015 году стартовал проект по автоматизации движения трех маневровых локомотивов ТЭМ7А № 534, 542 и 543, где АО «НИИАС» выступил интегратором проекта и разработчиком базовых технологий.

Технология управления локомотивом без машиниста охватывает полный цикл роспуска составов в парке приема на сортировочной горке. В основе этой технологии – система маневровой автоматической локомотивной сигнализации без машиниста (МАЛС БМ), которой были дооснащены стандартные тепловозы ТЭМ7А. Она обеспечивает безопасность проведения маневровых работ, запрещает движение с превышением скорости, автоматически останавливает локомотив перед закрытым сигналом светофора или местом проведения работ.

Система работает на радиоуправлении, приводит в движение механизмы локомотива, за счет которых он движется. Горочный локомотив-беспилотник работает по стандартному алгоритму маневров, то есть заезжает под состав и надвигает его на горку, откуда и происходит роспуск вагонов. Скорость заезда, сцепку локомотива с составом, усилие по надвигу, скорость движения и остановку регулируют бортовые системы управления.

Для работы системы МАЛС БМ локомотивы оборудованы дальномерами. Также они оснащены системой управления маневровым горочным локомотивом САУ ГЛ с реализацией технологии автоматического регулирования скорости надвига и роспуска составов. При этом регулирование скорости надвига выполняется с точностью до 0,1 км/ч. Подобное решение реализовано впервые, это полностью отечественная разработка. При использовании системы МАЛС БМ производится управление тепловозом при заезде локомотива под состав и сцепке с составом. Надвиг и роспуск состава осуществляется под управлением системы МСР-32. После роспуска локомотив автоматически под управлением системы МАЛС БМ возвращается на исходную позицию для заезда под новый состав. Все эти операции производятся без вмешательства машиниста, в автоматическом режиме. Машинист контролирует работу систем и вмешивается только в случае нештатных ситуаций.

На первом этапе стояла задача достижения уровня 2 автоматизации движения, когда машинист при штатных условиях организации маневровой работы не использует органы управления локомотивом. При эксплуатации обычных маневровых локомотивов управление движением осуществляется посредством передачи голосовых команд от диспетчера к машинисту с заданием соответствующих маршрутов (переводом стрелок, включением сигналов светофоров).

При переходе к уровню 2 автоматизации все голосовое общение было заменено на систему команд, передающихся по цифровому защищенному радиоканалу.

Технически управление маневровыми локомотивами на станции Лужской построено на базе:

• Единой цифровой модели станции;
• Протокола управления движением маневровых локомотивов (для отправки команд и контроля выполнения);
• Взаимодействия с системой электрической централизацией для получения информации о заданных маршрутах, положении стрелок и сигналов;
• Системы позиционирования маневровых локомотивов;
• Надежной цифровой радиосвязи.

Для создания прототипа дистанционного управления маневровым локомотивом на станции Лужской из Москвы (расстояние более 690 км) за одну неделю были решены следующие задачи:

• Установка видеокамер на локомотив и организация канала передачи видеоданных на управляющий компьютер;
• Написание программы управления;
• Организация канала для управляющих команд и данных с локомотива.

Это стало возможным благодаря тому, что локомотивы уже были оборудованы системой СДУ-МЛ (системой дистанционного управления маневровым локомотивом), которая позволяет управлять в пределах зоны видимости с помощью переносного пульта, поэтому использовался тот же протокол и радиоканал. Специалисты ЦСС ОАО «РЖД» обеспечили ретрансляцию команд с поста управления в Москву по оптическим каналам связи. В качестве радиоканала для передачи видео использовался LTE на несущей частоте 450 МГц компании Теле-2.

Проведенная демонстрация показала техническую возможность дистанционного управления, и была поставлена очередная задача по разработке нового пульта управления с добавлением новых функциональных возможностей. Практически каждые две недели выпускался новый прототип пульта. Со временем прототипы пультов стали изготавливаться с помощью 3D-печати.

Для удобства дистанционного управления машинисту выводится дополнительная информация о текущей и допустимой скоростях, о давлениях, о заданном маршруте и расстоянии до конца маршрута, которая накладывается поверх видеоизображения. На дополнительных экранах видна кабина машиниста и схема станции.

К 2017 году 3 маневровых локомотива ТЭМ-7А 95 % времени работали на станции Лужской в полностью автоматическом режиме, выполняя следующие операции:

• Автоматическое движение по заданному маршруту;
• Автоматический подъезд к вагонам;
• Автоматическая сцепка с вагонами;
• Надвиг вагонов на сортировочную горку.

В 2017 году запущен проект по созданию системы технического зрения для маневровых локомотивов и внедрения дистанционного управления в случае нештатных ситуаций. В ноябре 2017 года специалисты АО «НИИАС» установили первый прототип системы технического зрения на маневровые локомотивы, состоящий из радаров, лидара и камер.

Создание беспилотного локомотива – комплексный сложный процесс, невозможный без взаимодействия с другими компаниями. Данную работу на станции Лужской АО «НИИАС» осуществляло совместно с такими организациями:

• АО «ВНИКТИ» – разработка бортовой системы управления локомотива;
• Siemens – автоматизация работы сортировочной горки (система MSR-32) и автоматизация выполнения операции надвига вагонов;
• АО «Радиоавионика» – работа с системами микропроцессорной централизации, управляющей стрелками и светофорами;
• ПКБ ЦТ ОАО «РЖД» – разработка части пульта дистанционного управления, технические консультации;
• ЦСС ОАО «РЖД» — организация каналов связи;
• Теле-2 — предоставление канала связи LTE-450 МГц
• ОАО «РЖД» — координация работ.

ОПЖТ