Как «общаются» поезда

Особенность системы АВ-РТ (система автоматизированного вождения грузовых поездов повышенной массы и длины с распределенными по длине состава локомотивами) в том, что она построена на основе беспроводной связи (радиоканала) между локомотивами. В сочетании с уникальными алгоритмами управления и запатентованными решениями это позволяет обеспечить согласованную работу нескольких локомотивов, даже если они находятся в разных частях поезда. Программное обеспечение АВ-РТ использует адаптивные алгоритмы управления, которые учитывают массу состава, профиль пути, фактические характеристики локомотива и другие параметры, регулируя таким образом управляющее воздействие, чтобы оптимизировать режимы энергопотребления при заданном времени хода по перегону и минимизировать уровень продольно-динамических сил в составе поезда при безусловном выполнении требований безопасности.

Система обеспечивает синхронизацию управления и слаженную работу локомотивов, что особенно важно для длинных составов и соединенных поездов. Решение ориентировано на управление поездами различной конфигурации, включая одиночные грузовые поезда, соединенные поезда с распределенными по длине состава локомотивами (распределенная тяга), поезда повышенной массы и длины с блоком хвостового вагона (БХВ). Технически количество локомотивов не ограничено, главное, чтобы каждый был оснащен соответствующим оборудованием и поддерживал связь через радиоканал. 

• Блок автоведения – бортовой вычислитель, размещенный на каждом локомотиве и связанный по информационно-управляющей шине с системой управления локомотивом, комплектом радиомодемов и системой торможения;

• Центральный модуль управления, интегрированный в блок автоведения головного локомотива — формирует команды управления для всего поезда согласно сформированной на борту стратегии ведения поезда в зависимости от поездной обстановки на основании уникальных алгоритмов управления.

• Вычислительный модуль автоведения – интегрирован в блок автоведения каждого локомотива. Модуль реализует макрокоманды управления на конкретном локомотиве по информации, полученной от центрального модуля управления.

• Модули передачи данных – это комплект радиомодемов основного и резервного каналов связи по одному на каждый локомотив. Модули обеспечивают обмен информацией между локомотивами и центральным модулем управления. Для расчетов используются бортовые средства навигации и датчики измерений системы управления и безопасности локомотива, а также базы данных профиля пути и объектов инфраструктуры.

• Программное обеспечение – установленное в блоки автоведения и реализующее функционал центрального модуля управления и вычислительных модулей автоведения. ПО АВ-РТ выполняет алгоритмы безопасного вождения, в результате оптимизируя режимы движения и энергопотребления.

Принцип работы АВ-РТ: центральный модуль управления собирает данные о составе, маршруте, состоянии пути, текущем положении и на основе этих данных рассчитывает оптимальный режим движения; результаты расчета в виде команд передаются через радиоканал всем локомотивам в вычислительные модули автоведения, которые согласованно друг с другом выполняют задание по управлению (тягой, торможением и т.д.) на конкретном локомотиве.

Технология АВ-РТ не исключает участие машиниста полностью, но значительно снижает нагрузку на него. Система берет на себя рутинные операции: разгон, движение с постоянной скоростью, торможение, выбор оптимального режима тяги. Машинист наблюдает за процессом и может вмешаться в случае необходимости (при возникновении нештатных ситуаций). 

Запрограммированные режимы работы локомотивов включают автоматический разгон и остановку, поддержание заданной скорости, экономичный режим движения и управление по системе многих единиц. Кроме того, в АВ-РТ заложен функционал вождения соединенных поездов с одного поста управления ведущего локомотива одной локомотивной бригадой (функционал САУ-ОП).

Логично, что для выполнения таких задач к системе предъявляется определенные требования в части оборудования локомотива. Это, например, совместимость системы управления и безопасности с системой АВ-РТ (оборудование и ПО). Также необходимы интегрированная цифровая система управления, безопасности и измерения на локомотиве (или возможность ее установки) и навигационное оборудование (ГЛОНАСС/GPS).

В то же время решение не требует глубокой модификации путевой инфраструктуры. Желательно наличие покрытия мобильной связи для передачи данных о расписании движения, временных предупреждениях и загрузке состава. Также возможна работа в условиях ограниченного покрытия за счет автономности радиоканала или использование канала DMR при работе по технологии «виртуальная сцепка».

Как отмечают специалисты ВНИИЖТ, скорость внедрения технологии зависит от масштаба модернизации парка локомотивов. При наличии финансирования и поддержки ОАО «РЖД» система может быть внедрена в течение года, например, на Урало-Сибирском полигоне.

Система прошла приемочные испытания на некоторых участках РЖД – на полигонах Свердловской, Западно-Сибирской и Южно-Уральской железных дорог. В числе доказанных эффектов: снижение динамических усилий в составе поезда, уменьшение нагрузки на локомотивные бригады, повышение точности соблюдения графика движения.

Дальнейшее развитие системы АВ-РТ предусматривает разработку и отладку алгоритмов на собственном стендовом оборудовании, включающем радиоканальное оборудование, математические модели движения поезда и имитаторы системы управления локомотива.

В планах на 2025 и 2026 годы – расширение пилотных зон применения в рамках возможного развития технологии САУ-ОП (управление соединенными поездами одной локомотивной бригадой). Кроме того, ведется разработка новых функций автоматического управления с использованием моделей искусственного интеллекта. Внедрение системы АВ-РТ с функционалом САУ-ОП позволит увеличить производительность труда машинистов, повысить безопасность движения на железных дорогах страны и снизить эксплуатационные затраты (на электроэнергию и ремонт). Эта технология – важный шаг к внедрению в будущем полноценного автономного вождения.

Сегодня технологии автоведения становятся необходимым элементом повышения конкурентоспособности отечественного железнодорожного транспорта. Их перспективы особенно высоки в контексте перехода на цифровую модель управления транспортом и беспилотного управления. И кстати, локомотивы с оборудованием АВ-РТ будут соответствовать повышенным требованиям к экологичности и энергоэффективности.  

Ведущие российские и зарубежные компании также сосредоточили свои усилия по развитию автоматизации управления движением поездов. В России проекты по развитию автоматизированного управления поездами реализуют, например, АО «НИИАС» и «АВП Технология». В США GE Transportation (дочерняя компания американской General Electric) анонсировала комплекс Locotrol для распределенного управления поездом. Концерн Siemens реализует проект Trainguard MT для парижского метрополитена. Trainguard MT - это система управления движением поездов на базе радиосвязи, разработанная Siemens Mobility, для повышения безопасности, пропускной способности и эффективности железнодорожных перевозок.

АВ-РТ от ВНИИЖТ — полностью отечественная разработка, адаптированная под климатические и эксплуатационные условия России: большие расстояния и сложные профили пути.

Как ожидается, система АВ-РТ может быть интересна странам СНГ, Азии и Латинской Америки, где эксплуатируются аналогичные типы подвижного состава. Отдельные технические решения системы АВ-РТ ВНИИЖТ прорабатывали совместно с партнерами из Китая и Узбекистана еще в 2019–2020 годах. Работы велись в рамках контракта на поставку 12-осных двухсекционных локомотивов между китайской CRRC и Железными дорогами Узбекистана. Тогда институт поставлял программное обеспечение в рамках лицензионного соглашения, обеспечивающее синхронное управление по радиоканалу в соединенных поездах.

Потенциал технологии АВ-РТ может быть использован и в смежных отраслях. Например, в горнодобывающей промышленности при управлении карьерными поездами и составами, в нефтегазовой отрасли (внутренняя перевозка углеводородов). Кроме того, автоматизация маневровых работ чрезвычайно востребована в портах и грузовых терминалах. В сочетании с беспилотными технологиями вождение поездов по радиоканалу может также найти применение в городской логистике.