Беспилотный железнодорожный транспорт. Сквозные цифровые технологии.

Беспилотный железнодорожный транспорт

1. История развития
Развитие беспилотных технологий на железной дороге началось достаточно давно, уже в 1957 году, когда был создан первый экспериментальный комплекс автоведения для пригородных поездов. Для понимания разницы между уровнями автоматизации для железнодорожного транспорта введена градация, определенная в стандарте МЭК-62290-1.
В отличие от автомобильного транспорта железнодорожный имеет 4 степени автоматизации, показанные на рисунке 1. Рисунок 1. Степени автоматизации в соответствии с МЭК-62290
Практически все поезда, эксплуатирующие на сети ОАО «РЖД» оснащены устройством безопасности, соответствующему уровню автоматизации 1.
Поезда с уровнем автоматиазции 2 уже более 20 лет успешно эксплуатируются на сети российских железных дорог, оснащено несколько тысяч локомотивов. Данный уровень реализуется за счет алгоритмов управления тягой и торможения энергооптимального ведения поезда по заданному маршруту с учетом расписания и показаний систем автоматической локомотивной сигнализации, принимаемых по индуктивному каналу с рельсовых цепей.
Применение 2 уровня понижает утомляемость машиниста и дает выигрыш по энергопотреблению и точности исполнения графика движения.
Уровень 3 предполагает возможное отсутствие машиниста в кабине, что требует внедрения системы технического зрения.
Уровень 4 предполагает полное отсутствие машиниста на борту, что требует существенного изменения конструкции локомотива (электропоезда). Например, на борту установлены автоматические выключатели, которые будет невозможно взвести снова при их срабатывании без присутствия человека на борту.В настоящий момент проекты по достижению уровней 3 и 4 реализуют ведущие компании мира, такие как Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB и другие.Компания Siemens представила свой проект в области беспилотных трамваев в сентябре 2018 года на выставке Innotrans . Данный трамвай эксплуатируется в Потсдаме с уровнем автоматизации GoA3 с 2018 года.В 2019 году Siemens увеличил длину беспилотного маршрута более чем в 2 раза.
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 3-х маневровых локомотивов, где АО «НИИАС» выступил интегратором проекта и разработчиком базовых технологий.К 2017 году 3 маневровых локомотива ТЭМ-7А 95% времени работали на станции Лужской в полностью автоматическом режиме, выполняя следующие операции:
1) Автоматическое движение по заданному маршруту;
2) Автоматический подъезд к вагонам;
3) Автоматическая сцепка с вагонами;
4) Надвиг вагонов на сортировочную горку.
В 2017 году был 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 (рисунок 2). 
В ходе испытаний на станции Лужской системы технического зрения в 2017 – 2018 годах были сделаны следующие выводы:
Применение радаров для обнаружения препятствий нецелесообразно, так как железная дорога имеет значительное количество металлических объектов с хорошей отражательной способностью. Дальность обнаружения людей на их фоне не превышает 60-70 метров, кроме того, у радаров недостаточная угловая разрешающая способность и составляет около 1. Наши выводы были впоследствии подтверждены результатами испытаний коллег из SNCF (французский железнодорожный оператор).
Лидары дают очень хорошие результаты с минимальным количеством шумов. В случае снегопада, дождя, тумана наблюдается не критическое уменьшение дальности обнаружения объектов. Однако, в 2017 году лидары стоили достаточно дорого, что значительно влияло на экономические показатели проекта.
Камеры являются обязательном элементом системы технического зрения и необходимы для задач обнаружения, классификации объектов, а также дистанционного управления. Для работы в ночное время и сложных погодных условиях необходимо иметь инфракрасные камеры или камеры с расширенным диапазоном длин волн, способные работать в ближнем ИК диапазоне.
Основной задачей технического зрения является обнаружение препятствий и других объектов по ходу движения, а так как движение осуществляется по колее, то необходимо ее обнаруживать.

1.2. Проект беспилотного поезда

По мнению специалистов SNCF, железнодорожный транспорт находится у поворотной точки, определяющей будущее железных дорог. Именно поэтому компания приступила к решению сложной комплексной задачи — разработке собственного автономного поезда для упрочения своих позиций в сфере общественного транспорта и выхода на передний край технического прогресса на железнодорожном транспорте.
При этом ставится цель повысить интенсивность движения поездов при одновременном повышении гибкости в организации перевозок, энергоэффективности и уровня безопасности.Проект беспилотного поезда SNCF нацелен на решение широкого круга задач, начиная с повышения интенсивности движения поездов на той же путевой инфраструктуре для удовлетворения растущего спроса на линиях, где существующие технологии не позволяют далее увеличивать пропускную способность.
Решение этой задачи достигается путем оптимизации скоростей движения поездов при помощи средств автоматизации для сокращения межпоездных интервалов и точности соблюдения графика. Оператор перевозок сможет повысить частоту движения поездов без крупных инвестиций в обновление путевой инфраструктуры. Высокий уровень автоматизации позволит более гибко организовать движение поездов, ускорить устранение последствий сбоев и неисправностей, а также уменьшить воздействие на окружающую среду благодаря росту энергоэффективности. Важно также, что реализация проекта автономного поезда приведет к дальнейшему росту безопасности движения.
Перед железнодорожным транспортом на каждом этапе его развития встают новые вызовы. SNCF намерено достойно ответить на них, в частности в сферах мониторинга, геолокации и телекоммуникаций. Критически важным направлением становится искусственный интеллект: он предоставляет определенные возможности, но имеет и свои ограничения, а потому задача заключается в точном определении сферы его действия.2. Сквозные цифровые технологии

2.1. Понятие сквозных цифровых технологий
Сквозные цифровые технологии – передовые научно-технические отрасли, обеспечивающие создание высокотехнологичных продуктов и сервисов и наиболее сильно влияющие на развитие экономики, радикально меняя ситуацию на существующих рынках и(или) способствуя формированию новых рынков.Понятие сквозные применено в связи с тем, что эти технологии не связаны с каким-то отдельным продуктом или сферой деятельности, а могут применяться во многих индустриях, отраслях и секторах экономики, например, в образовании, медицине, энергетике, строительстве, сельском хозяйстве, машиностроении и т.д.
Основные сквозные технологии
• Большие данные;
• Нейротехнологии;
• Искусственный интеллект;
• Системы распределённого реестра (блокчейн);
• Квантовые технологии;
• Промышленный интернет;
• Робототехника;
• Сенсорика;
• Беспроводная связь;
• Виртуальная и дополненная реальности.
Государство в отношении сквозных цифровых технологий выступает в двух ролях:
Регулятор, призванный способствовать развитию новых технологий
Потребитель новых технологий, изменяющих функционирование государственного сектора и органов власти.Сквозные технологии универсальны, используются не только в частном (коммерческом), но и в государственном секторе экономики.
Поэтому применение сквозных технологий является одной из профессиональных компетенций участника команды цифровой трансформации в государственном управлении. Государственная поддержка по стимулированию развития сквозных технологий осуществляется в рамках федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика РФ».
Цель проекта «Цифровые технологии» – обеспечение технологической независимости России, возможности коммерциализации отечественных разработок, ускорение технологического развития российских компаний, обеспечение конкурентоспособности разрабатываемых ими продуктов и решений на глобальном рынке.

2.2. Развитие сквозных цифровых технологий
Практически все технологические направления используются сейчас в различных сферах промышленности, образования, медицины и т. п. Так, квантовые вычисления необходимы при создании новых материалов – там, где не достаточно скорости и мощности обыкновенных компьютеров. С их помощью гораздо проще и дешевле вывести на орбиту новые спутники.
А ускорение беспроводной связи – дает возможность перехода на новый уровень качества продукции, сокращения стоимости разработок, автоматизации работ по прототипированию и проведению испытаний готовых изделий.Новый промышленный Интернет предполагает подключение к сети любых не бытовых устройств и оборудования, интеграцию приборов между собой, что упрощает создание товаров и услуг, а их доставку потребителям.
Недавняя пандемия поставила на верхние позиции по важности разработку новых лекарственных фармпрепаратов и улучшение скрининга заболеваний. Увеличился интерес к такому направлению, как молекулярная инженерия, что включает:математические методики и IT, которые позволяют смоделировать качества молекул и надмолекулярных структур для использования в биологии, биохимии и т. п.;
- генеративный дизайн биоматериалов, молекулярных и надмолекулярных структур, биополимеров, дающие возможность выполнять запрограммированное объединение молекул под определенную функцию;
- модификацию при помощи способов молекулярного инжиниринга тканей и клеток;
- ДНК-нанотехнологии, дающие возможность высокоточно задавать функциональные и пространственные свойства молекул.
Молекулярная инженерия имеет важное значение не только для производства лекарств, но для определения профилей экспрессии белков здоровых и патогенных клеток, открытия новых биомаркеров и молекулярных механизмов заболеваний или определения новых терапевтических мишеней. Также с помощью молекулярного инжиниринга будет создаваться экологичная и доступная еда будущего.
Но одной технологии для роста производительности в той или иной сфере недостаточно. Чтобы преуспеть, необходимы комплексные решения. В медицине помимо молекулярного инжиниринга возможно применение и иных технологий. Так, благодаря блокчейну можно создать цифровой ID, позволяющий наблюдать за всеми изменениями здоровья человека в течение его жизни, независимо от медучреждения, в котором он наблюдается в конкретное время.
А с помощью приборов виртуальной и дополненной реальности – возвращать слух, зрение, чувствительность людям с ограниченными возможностями, обучать студентов-медиков анатомии на реальных примерах.

Список использованных источников

1. БЕСПИЛОТНЫЕ ПОЕЗДА КАК ПРИМЕР АВТОНОМНОГО ТРАНСПОРТА. URL: http://rosautonet.ru/news/bespilotnye-poezda-kak-primer-avtonomnogo-transporta2. Проект беспилотного поезда SNCF. URL: https://zdmira.com/articles/proekt-bespilotnogo-poezda-sncf3. Развитие беспилотных технологий на железнодорожном транспорте. URL: https://habr.com/ru/post/502202/4. Развитие цифровых сквозных технологий. URL: https://cdto.wiki/5. СКВОЗНЫЕ ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: САМЫЕ ВАЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ. URL: https://sodinisbertoluccis.com/ru/skvoznye-cifrovye-tehnologii-samye-vazhnye-napravleniya/