Услышать поезд через оптоволоконную связь

В мае 2025 года Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте (АО «НИИАС») был удостоен золотой медали Международной технической ярмарки International Technical Fair за разработку системы виброакустических измерений и контроля местоположения поезда. Она позволяет мониторить состояние инфраструктуры и управлять движением с высокоточным позиционированием в рамках технологии интервального регулирования. 

В основе системы – оптоволоконная рефлектометрия. Это современная технология мониторинга опосредованного акустического воздействия подвижных объектов на распределенный сенсорный датчик (оптическое волокно в составе оптоволоконного кабеля). 

Как пояснили в НИИАС, на сегодняшний день большинство систем интервального регулирования определяют местоположение поезда с существенной погрешностью из-за большой длины участков контроля (рельсовых цепей). В разработке института реализовано непрерывное определение положения поезда – линейных координат его «головы» и «хвоста» – на железнодорожном пути в процессе его движения. Помимо этого, реализуется контроль целостности поезда и вычисляются параметры его движения: скорость и ускорение.

Система вибракустического мониторинга состоит из когерентного фазочувствительного рефлектометра (включает в себя источник лазерного излучения, различные оптические компоненты, фотодетектор и АЦП) и вычислительного сервера. В нем реализована вся логика определения местоположения и параметров движения поезда на основе данных от рефлектометра. 

Рефлектометр и вычислительный сервер расположены на станции зоны ответственности контролируемого участка железной дороги. Чувствительным элементом системы является стандартное оптическое волокно, которое уложено в грунт на расстоянии 2,5–3 м от железнодорожной колеи.

Принцип действия когерентного фазочувствительного рефлектометра заключается в анализе отклика на короткие зондирующие лазерные импульсы, отправляемые в оптоволоконную линию. Вибрации, возникающие при прохождении поезда по пути, распространяются в землю, достигают оптоволокна и приводят к изменению обратно-рассеянного сигнала. Рефлектометр разделяет принятое излучение по координатам оптоволокна, формируя таким образом численные параметры, косвенно соответствующие акустическому воздействию на оптоволоконный кабель в каждой его координате. Алгоритм в системе анализирует изменения обратно-рассеянного сигнала определяет местоположение поезда. 

Технология оптоволоконной рефлектометрии воздействий подвижного состава на земляное полотно является элементом сложной системы интервального регулирования и управления движением поездов. Она представляет собой комплекс программно-аппаратных средств для пространственного разграничения поездов как на путях общего пользования, так и на участках с высокоскоростным движением. 

Система регулирования движения поездов, основанная на виброакустическом зондировании на настоящий момент находится на верхних строчках мировых разработок в области оптоволоконной рефлектометрии. Она позволяет позиционировать все типы поездов, находящихся в эксплуатации на сети железных дорог нашей страны. Одного комплекта подсистемы достаточно для оснащения участка протяженностью до 40 км.

Ее использование в перспективе позволит отказаться от рельсовых цепей. Они характеризуются высокой стоимостью сервисного обслуживания, значительным потреблением электрической энергии и подверженностью электромагнитным помехам.

Основным отличием новой разработки от других систем является использование данных о положении поездов на перегоне от подсистемы виброакустического зондирования. Для передачи управляющих сигналов на поезда при движении по перегону в системе может использоваться как цифровой радиоканал, так и традиционный индуктивный канал связи по рельсам. 

Как подчеркнули в НИИАС, когерентных рефлектометр, используемый в подсистеме виброакустики, – это полностью отечественная разработка. Во всех элементах подсистемы используется российское ПО, а в вычислительных серверах – отечественная операционная система. 

На данный момент система успешно прошла опытную эксплуатацию и передана в промышленную эксплуатацию на участке Мончалово – Оленино Октябрьской железной дороги, а также на Калининградскую железную дорогу в районе станции Балтийск.

В перспективе планируется усовершенствовать алгоритм позиционирования поездов, что позволит применять технологию виброакустического зондирования в системах автоматической блокировки с последующим отказом от рельсовых цепей и напольного оборудования. 

При помощи виртуальных участков пути также будут реализованы возможности извещения о приближении поезда к переезду и участкам производства ремонтных работ. Кроме того, за счет внедрения элементов искусственного интеллекта будут решены задачи калибровки (разметки) оптоволоконного кабеля, фильтрации обратно-рассеянного сигнала от воздействия окружающего шума, распознавания движения автомобильного транспорта в зоне железнодорожных переездов.

Как отмечают в НИИАС, использование технологии виброакустического зондирования будет наиболее эффективным для участков, оснащенных устаревшими системами полуавтоматики и автоблокировки малой и средней интенсивности движения, требующих повышения пропускной способности. Основной экономический эффект от использования таких технологий достигается за счет снижения количества напольного оборудования на перегоне, повышения пропускной способности, снижения затрат на строительство и эксплуатацию системы по сравнению с аналогичными по функциональности. 

Расчеты разработчиков подтвердили, что в сравнении с типовыми проектами автоблокировки при применении данной технологии обеспечивается снижение затрат при строительстве более чем в 2 раза, а в процессе эксплуатации – в 3 раза. 

Вместе с тем возможность реализации технологии оптоволоконной рефлектометрии в системах интервального регулирования и мониторинга инфраструктуры железнодорожного транспорта рассматривается как имиджевая задача, которая позволит обеспечить повышение экспортного потенциала РЖД.