Национальное общество железных дорог Франции (SNCF) с 2017 г. реализует проект создания беспилотных грузовых и пассажирских поездов, рассчитанный на пять лет. Ожидается, что первый экспериментальный поезд с дистанционным управлением появится на пригородной сети Парижа уже в 2019 г., а прототипы беспилотных поездов — в 2022 г.

Содержание

  1. Tech4Rail
  2. Уровни автоматизации
  3. Ожидаемые результаты

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.

SNCF не единственный оператор, занимающийся разработками в сфере создания беспилотных поездов: в настоящее время многие железные дороги, опираясь на многолетний опыт автоматизированных метрополитенов, изучают границы возможностей автоматизации управления движением на магистральных линиях. При этом автоматизация определенных режимов, связанных, например, с предотвращением аварийных ситуаций в эксплуатации, представляет для традиционных железных дорог серьезные трудности с коммерческой и технической точек зрения.

Tech4Rail

Первым шагом SNCF к достижению поставленной цели стало создание специальной группы Tech4Rail из 12 специалистов в головном офисе компании в Сен-Дени, к северу от Парижа. Tech4Rail работает в контакте с многими другими департаментами SNCF, прежде всего инфраструктуры и подвижного состава.

В апреле 2017 г. SNCF запустило проект Safe Autonomous Land Transport («Безопасный автономный наземный транспорт») с особым упором на автоматическое обнаружение препятствий и считывание сигнальных показаний светофоров. Эта работа ведется в рамках партнерского соглашения с Институтом технологических исследований SystemX (этот институт проводит, в частности, исследования в сфере беспилотных технологий для разных видов транспорта) и компаниями Alstom, Systra и Heudyasic labs.

Вторым шагом стал запуск в октябре 2017 г. проекта TC-Rail (Teleconduite sur Rail), который призван доказать, что поездом при обеспечении 100 %-ной безопасности может дистанционно управлять машинист, находящийся вне состава. Этот проект, рассчитанный на 3,5 года, SNCF реализует в партнерстве с компаниями IRT Railenium, Thales, Actia Telecom и Французским национальным центром космических исследований CNES (рис. 1).

18045 GoA TrainsРис. 1. Планируемые уровни автоматизации для поездов разных категорий

Сначала группа будет разрабатывать прототипы своих технологий в лабораторных условиях, причем ожидается, что первый экспериментальный поезд с дистанционным управлением начнет эксплуатироваться в 2019 г. в южной части Парижского региона. Затем этот первый поезд после испытаний для проверки правильности концепции будет адаптирован для использования в различных целях, включая движение порожних составов в ремонтные депо и из них, а впоследствии и для грузового, регионального пассажирского, пригородного и, наконец, высокоскоростного движения.

TC-Rail является центральным проектом SNCF в создании беспилотных поездов будущего. Основные усилия сконцентрированы на разработке средств автоматизации разного уровня, начиная с работоспособного прототипа подвижного состава с дистанционным управлением. Именно создание средств дистанционного управления является ключевой задачей, которую предстоит решить для разработки беспилотного подвижного состава, поскольку необходимость вмешательства человека в управление может возникнуть и при эксплуатации полностью автоматизированного поезда.

Уровни автоматизации

В своей работе проектная группа руководствуется широко используемым в метрополитенах понятием уровней автоматизации GoA (Grade of Automation), начиная с уровня GoA0, при котором машинист находится в кабине локомотива, полностью управляет поездом и несет ответственность за безопасность движения. Уровень GoA1 предусматривает установку бортового оборудования автоматизированного обеспечения безопасности движения поезда, которое может взять на себя управление и автоматически остановить состав в случае опасности проезда запрещающего сигнала (рис. 2).

18045 GoAРис. 2. Уровни автоматизации GoA

На уровне GoA2 управление поездом, включая разгон и торможение, осуществляется в автоматическом режиме без участия машиниста. Однако машинист остается в кабине. В его функции входят мониторинг окружающей обстановки и обнаружение различных препятствий движению, а также контроль за посадкой и высадкой пассажиров на станциях. Такой режим движения стал типовым на городском рельсовом транспорте и после завершения строительства западного ответвления до Манта будет введен на линии Е скоростной железнодорожной сети RER Парижского региона. Уровень автоматизации GoA2 также вводится на центральном участке пересекающей Лондон линии Thameslink.

В метрополитенах с уровнем автоматизации GoA3 в поезде работает проводник, обслуживающий пассажиров, но имеющий возможность также в случае необходимости вмешаться в управление поездом.

Концепция SNCF для уровня автоматизации GoA4 предусматривает использование системы автоведения (ATO) поверх ETCS, однако компания хочет также обеспечить обращение автономных поездов с максимально возможным уровнем безопасности без модернизации существующей инфраструктуры. Это потребует наличия автоматизированной аппаратуры распознавания и анализа образов для считывания сигнальных показаний напольных светофоров на линиях, оснащенных автоблокировкой с проходными сигналами и автоматической локомотивной сигнализацией точечного типа KVB. Бортовое устройство, используя комбинацию радаров и лидаров, должно будет также обнаруживать неожиданные препятствия на пути: от пассажиров, подошедших близко к краю платформы, до упавших деревьев и остановившихся на железнодорожном переезде автомобилей. Компания SNCF намерена сформировать команду специалистов для поиска и устранения неисправностей беспилотных поездов с уровнем автоматизации GoA4.

В SNCF планируют использовать стандартный бортовой модуль ATO, рассчитанный на поезда всех типов. Модули ATO, поставляемые разными компаниями, должны быть взаимозаменяемыми, чтобы избежать зависимости от какого‑либо одного изготовителя. Для увязки с тяговым подвижным составом каждого конкретного типа будет разработан набор специализированных интерфейсов с системами тяги, торможения и другим бортовым оборудованием (рис. 3).

18045 ATOРис. 3. Стандартный бортовой модуль ATO для новых и существующих тяговых единиц

Ожидаемые результаты

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.

18045 TimelineРис. 4. Календарный план разработки прототипов беспилотных поездов SNCF

Предполагается, что проект TGV du futur, в соответствии с которым в 2022 – 2023 гг. начнется ввод в эксплуатацию высокоскоростных поездов следующего поколения, будет ориентироваться сначала на уровень автоматизации GoA2. В ближайшие 5 лет SNCF вместе с партнерами, в числе которых стартапы, технологические компании, исследовательские лаборатории и изготовители подвижного состава, будет разрабатывать прототипы беспилотных грузовых и пассажирских поездов (рис. 4).

Материалы SNCF (sncf.com) и Всемирной конференции МСЖД по системам сигнализации, Милан (Италия), 26 – 28 марта 2018 г.; Railway Gazette International, 2018, № 4, pp. 26 – 27.

Эта статья опубликована в журнале «Железные дороги мира», 2018, № 7.