Машинное зрение усилит контроль за состоянием пути

Новая подсистема контроля готовности работ по машинизированной выправке железнодорожного пути (КГФ) дополнит используемую с 2016 года Автоматизированную систему контроля работы специального подвижного состава (АС КРСПС). В настоящее время оборудованием АС КРСПС оснащено свыше 5 тыс. единиц специального подвижного состава, а к 2026 году планируется оснастить им весь парк путевой техники ОАО «РЖД».

Если АС КРСПС призвана в автоматическом режиме следить за техническим состоянием путевых машин, а также контролировать местонахождение техники, время, место и объемы выполняемых работ, то задача подсистемы КГФ – контроль за соблюдением технологий подготовки пути и выполнением работ по их обслуживанию путевой техникой. Ее решение полностью автоматизировано, для чего используются современные алгоритмы, технологии машинного зрения и искусственного интеллекта – с их помощью руководитель работ получает заключение о соблюдении требований к состоянию пути в соответствии с действующими нормативными документами РЖД.

Диагностика и мониторинг технического состояния железнодорожного пути являются одной из важнейших задач, обеспечивающих безопасность перевозок, сокращение непроизводительных потерь на внеплановые ремонты инфраструктуры, а также снижение расхода топливно-энергетических и эксплуатационных ресурсов техники.

В настоящее время контроль состояния верхнего строения и элементов железнодорожного пути осуществляется по регламенту с помощью:

◆ вагонов-путеизмерителей;

◆ вагонов-дефектоскопов;

◆ мобильных средств диагностики.

Данная техника использует большое количество критериев оценки результатов измерений и требует высокой квалификации специалистов-диагностов для формирования объективных решений о необходимости выполнения работ по обслуживанию и ремонту отдельных участков пути. При этом в зависимости от нагруженности обследуемых участков дороги устанавливается периодичность контроля.
После принятия решения о необходимости обслуживания пути или планового выполнения работ по текущему содержанию назначается время их проведения и начинается этап подготовки, включающий подвоз необходимого количества материалов, удаление с участков элементов, мешающих использованию путевой техники, проверку состояния рельсовых скреплений и другие мероприятия.

Евгений Шишков, и. о. директора Научного информационно-аналитического центра (НИАЦ) АО «ВНИИЖТ»:
«К сожалению, данные подготовительные мероприятия не всегда могут быть проведены в полном объеме и с должным качеством. Последствия таких нарушений могут привести к тому, что выполненные путевой техникой работы не обеспечат требуемых сроков эксплуатации обслуженных участков и потребуют досрочного повторного проведения работ. Подсистема КГФ предназначена именно для исключения подобных ситуаций, обеспечивая контроль без участия специалистов».

Возможность полной автоматизации контроля состояния верхнего строения пути достигается использованием в составе КГФ специализированных блоков контроля включающих:
◆ камеры;
◆ осветительные приборы;
◆ вычислительные модули.

Они непрерывно обрабатывают видеопотоки, получаемые машинным зрением.

Основные блоки контроля КГФ решают задачи:
◆ фронтального контроля (например, оценивают степень заполнения шпальных ящиков, измеряют ширину плеча балластной призмы, обнаруживают посторонние элементы, мешающие выправке);  
◆ вертикального контроля (оценивают состояние рельсовых скреплений, обнаруживают угон рельсовых плетей);
◆ аналитической обработки данных (оценивают выявленные отступления, а также дополнительные контролируемые параметры и принимают решение о готовности пути).

Блоки используют нейросетевые алгоритмы искусственного интеллекта как для распознавания отдельных элементов верхнего строения пути, так и для измерений их параметров и оценки состояния. Для этого применяются технологии машинного обучения, основанные на формировании специально подготовленных обучающих наборов данных (датасетов).

Главный конструктор НИАЦ АО «ВНИИЖТ» Вадим Кунгурцев:
«Преимуществом данного подхода являются возможности существенного повышения точности распознавания и оценки за счет увеличения наборов обучающих датасетов, а также расширение функциональных возможностей подсистемы за счет внедрения распознавания новых типов элементов и признаков состояния пути».

В процессе работы данные о состоянии элементов верхнего строения пути поступают в АС КРСПС, что позволяет оперативно контролировать процесс выполнения работ и при необходимости и технической возможности устранять выявленные несоответствия. По результатам контроля подсистемой КГФ автоматически формируется протокол контроля, включающий перечень отступлений от технологии, с прикреплением фото- и видеоматериалов нарушений и результатов измерений.

В 2020 году на Октябрьской железной дороге в рамках утвержденной дорожной карты по реализации дополнительных технологий контроля состояния пути опытным образцом подсистемы КГФ оснастили путевую машину «Динамик 09-3X №27». На ее базе была апробирована технология автоматического контроля и подготовлена первичная выборка обучающих набор данных.

Заместитель директора по развитию НИАЦ АО «ВНИИЖТ» Александр Перевязкин:
«На данном этапе удалось обеспечить точность распознавания и измерений на уровне 97% и на основании полученных результатов продолжить расширение функциональных возможностей подсистемы. В частности, в состав оборудования были включены такие приборы, как лидар, необходимый для измерения параметров профиля пути, пирометры, обеспечивающие измерение температуры рельсовых плетей и балластной призмы, оборудование для высокоточной координатной привязки измерений. Контроль температуры является одним из важнейших контролируемых элементов верхнего строения пути, так как повышенная температура является косвенным признаком риска возникновения выброса и разрушения пути».

Образцы подсистемы КГФ были представлены на выставках, в том числе на прошедшей в августе этого года в Санкт-Петербурге экспозиции железнодорожного салона «PRO//Движение.Экспо».

И. о. директора НИАЦ АО «ВНИИЖТ» Евгений Шишков:
«Проект подсистемы КГФ был поддержан руководством РЖД в рамках реализации направлений Стратегии цифровой трансформации компании. Полученные компетенции и опыт открывают возможности по внедрению схожих проектов как в транспортной отрасли (например, для контроля состояния инфраструктуры городского рельсового транспорта), так и в других отраслях промышленности».

Унифицированное конструктивное исполнение блоков и креплений КГФ позволяет монтировать их на различные типы специального подвижного состава (в частности, выправочно-подбивочные типы путевой техники, такие как «Динамик 09-3x», «Дуоматик», «Унимат» и другие) без внесения существенных изменений.
В рамках пилотного проекта в следующем году оборудованием подсистемы КГФ оснастят несколько единиц путевых машин, что позволит оценить полный набор функциональных возможностей и уточнить дополнительные требования к контролю технологий и принять решение о дальнейшем тиражировании по всей сети железных дорог страны.