На пути к беспилотному движению

В мировых СМИ все чаще появляются статьи и материалы о создании и испытаниях беспилотных средств передвижения. На сегодняшний день многие IT-гиганты и мировые автопроизводители заявили о работах по созданию беспилотных машин. Среди наиболее известных разработок - проект WAYMO компании Google. Ее беспилотные автомобили проехали более 2,5 млн. миль в городских условиях. Однако за время испытаний произошло 14 столкновений. В России над созданием отечественных беспилотных систем работают совместно такие компании, как Яндекс, КаМАЗ и НАМИ. Разработка технологий беспилотного движения требует гигантского финансирования, но, тем не менее, число разработчиков в этой области достаточно велико. Очевидно, что создание полностью беспилотного движения в мире уже неизбежно. На железнодорожном транспорте также делаются попытки создания беспилотных систем управления. Представляют интерес высказывания ведущих европейских железнодорожных компаний о беспилотном движении: «Инвестиции в беспилотные системы необходимы для того, чтобы оставаться конкурентоспособным в будущем». Глава немецкой железнодорожной компании Deutsche Bahn заявил, что к 2021 г. в Германии часть железнодорожной сети будет работать в полностью автоматическом режиме. Голландская инфраструктурная компания Prorail объявила о планах по запуску опытного участка с беспилотным движением грузовых поездов на выделенной линии Роттердам - Эммерич. Компания Rio-Tinto на протяжении нескольких лет запускает в Австралии проект по управлению грузовыми поездами без машиниста в малолюдной местности.
Основной железнодорожный оператор Франции компания SNCF планирует первой в мире запустить беспилотные высокоскоростные поезда. Информация об этом появилась в интервью ее генерального директора. Опытные поездки по технологии беспилотного управления SNCF планирует начать в 2019 г., а осуществлять поездки с пассажирами с 2023 г. Внедрение технологии беспилотного движения  требует значительного изменения нормативной базы. В 2014 г. вышел стандарт МЭК 62290, определяющий основные степени автоматизации и функции для реализации беспилотной системы управления. В стандарте  предусмотрены пять степеней автоматизации (от 0 до 4). При 0-й степени автоматизации за управление и безопасность движения полностью отвечает машинист. При 1-й степени на поезде установлено бортовое устройство безопасности, не допускающее превышение скорости и проследование запрещающего показания сигнала. За непосредственное правление движением поезда отвечает машинист. При 2-й степени автоматизации на борту дополнительно появляется система автоведения, отвечающая за управление движением поезда. Машинист включает систему автоведения, наблюдает за свободностью пути, открытием/закрытием дверей, производит действия в случаях возникновения нештатных ситуаций. При 3-й степени автоматизации машинист на борту отсутствует. Из персонала в поезде присутствует только проводник, отвечающий за открытие/закрытие дверей и действия в случае возникновения нештатных ситуаций. Все остальные функции по управлению движением выполняет автоматическая бортовая система. При 4-й степени - персонал на борту отсутствует, управление движением поезда осуществляется полностью в автоматическом режиме. Стандарт МЭК 62290 определяет функции, необходимые для реализации беспилотной системы управления поездами, которые собраны в шесть основных групп:
обеспечение безопасного движения поездов; 
ведение поезда;
контроль свободности пути;
контроль посадки/высадки пассажиров;
управление поездом;
обеспечение выявления чрезвычайных ситуаций и действия при их обнаружении.
В нашей стране в прошлом году для решения вопросов по развитию беспилотных технологий распоряжением Министерства транспорта создана рабочая группа «Развитие беспилотных технологий в транспортном комплексе Российской Федерации». Основная цель ее создания заключается в формировании предложений по совершенствованию действующей нормативной правовой базы в части создания условий для развития и внедрения технологий беспилотных транспортных средств и связанной транспортной инфраструктуры. Внедрение беспилотной системы управления на железнодорожном транспорте с технической точки зрения требует решения сложных комплексных задач. Основной проблемой при создании беспилотных систем управления движением является обнаружение и распознавание препятствий при движении. Это осуществляется за счет технического зрения. Машинист выполняет данную функцию на основе зрения с учетом мощных когнитивных способностей человеческого мозга. Техническое зрение основано на комплексном применении оптических камер, радаров, лидаров (лазерных сканеров) и искусственного интеллекта для обработки данных. Основным методом является техническое зрение и машинное обучение. Машинное обучение представляет собой класс методов искусственного интеллекта, характерная черта которых не прямое решение задачи, а обучение в процессе применения решению множества сходных задач. Для разработки таких методов используются средства математической статистики, численных методов, методов оптимизации, теории вероятностей, теории графов, различные техники работы с данными в цифровой форме. Постоянное совершенствование датчиков и алгоритмов их обработки позволяет непрерывно улучшать техническое зрение. Несмотря на то, что на данный момент человеческие способности по распознаванию препятствий превосходят технологии технического зрения, последние имеют ряд преимуществ. Техническая система не знает усталости, не отвлекается и  в любое время контролирует окружающее пространство. Специальное оборудование (радары) в системе технического зрения позволяет видеть сквозь туман и другие неблагоприятные погодные условия. К основным проблемам технического зрения относятся ложные срабатывания от таких объектов, как, например, различный бытовой мусор, которые приводят к остановкам. Другой технической проблемой при внедрении технологии беспилотного управления железнодорожным транспортом является необходимость разработки технического зрения, способного видеть объекты на большом расстоянии из-за значительной величины тормозного пути поезда. Характеристики существующих радаров, лидаров, камер массового производства позволяют устойчиво обнаруживать человека на расстоянии не более 50-100 м, автомобиль на расстоянии не более 100-250 м, что вполне достаточно для автомобильного транспорта, а также для работы маневровых локомотивов, скорость движения которых невелика и тормозной путь находится в пределах дальности действия технического зрения. Однако для электропоездов, пассажирских поездов требуется большая дальность действия технического зрения из-за большей величины тормозного пути. Это требует применения специализированного оборудования. К примеру, применение камер с большим фокусным расстоянием, комплекса радаров с разными частотами несущих и большей апертурой антенны и др. В зонах ограниченной видимости потребуется установка стационарных блоков обнаружения препятствий, передающих информацию о состоянии пути по радиоканалу на приближающиеся поезда.
Внедрение технологий управления железнодорожным подвижным составом без участия машиниста входит в приоритетные задачи стратегии инновационного развития ОАО «РЖД». Данная работа в компании началась два года назад с разработки
и внедрения системы МАЛО БМ на локомотиве ТЭМ-7А на Октябрьской дороги [7], позволяющей реализовать движение локомотива без машиниста на сортировочной станции за исключением обнаружения препятствий и реагирования на них. Технология МАЛО БМ хорошо себя показала в процессе эксплуатации. Дальнейшими шагами по развитию современных  технологий является внедрение блока обнаружения препятствий средствами технического зрения, создания центра дистанционного контроля и управления работой беспилотных локомотивов. Причем блок обнаружения препятствий предназначен как для использования в беспилотных поездах, так и для поездов, управляемых машинистом, с целью помощи и предупреждения о возможном столкновении. К перспективным направлениям развития беспилотной системы управления также относится ее применение для пассажирских электропоездов «Ласточка» на Московском центральном кольце. Важным аспектом при разработке и внедрении подобных систем должно являться безусловное обеспечение безопасности движения. 
 
Попов Павел АлександровичАО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте», руководитель центра систем управления и обеспечения безопасности движения поездов