30.08.2021

Евгения Черноскулова

Первая железная дорога появилась еще в XIX веке. С тех пор произошло много изменений, которые продолжаются и по сей день. Искусственный интеллект, беспилотные составы и не только. Мы собрали главное из настоящего, прошлого и будущего железнодорожного транспорта в одном материале. 

                                                                                       

Железнодорожный транспорт был создан во времена «технобума» – очередной технологической революции в Великобритании, а сегодня он начинает играть важную роль в цифровой экономике.

«Железнодорожный транспорт является более энергоэффективным, чем любой другой вид транспорта, и эту энергоэффективность можно улучшить еще больше».

                                                                                        Международная электротехническая комиссия или IEC 

Как положено начало

Первым местом, где появилась железная дорога с использованием паровозов, стала Англия. Во втором десятилетии XIX  века она соединила расположенные на расстоянии 40 километров города Дарлингтон и Стоктон на Тисе и предназначалась для быстрой доставки угля из шахт в порт для погрузки на морские корабли. Конечно, здесь была и коммерческая выгода, которая впоследствии стала причиной постройки дополнительной линии до порта Мидлсбро. А в 1830 г. открылась первая железнодорожная линия в США Чарльстон-Огеста протяженностью 64 км.

В России первая железная дорога соединяла столицу и Царское Село и Павловск. Ее проектировщиком и вдохновителем стал австрийский инженер, профессор Венского политехнического института Франц Антон Герстнер. Протяженность Царскосельской железной дороги была 25 вёрст (26,3 км). Сначала поезда по ней ходили на конной тяге, а по воскресеньям и праздникам — на паровой. 

Строительные материалы и детали закупали за границей: и подвижные составы, и рельсы и скрепления, а также паровые машины для водоснабжения и водопроводные трубы. 

Интересный факт связан с шириной колеи.

В европейских странах единого стандарта не существовало долгое время.

Он утвердился только в 1846 г. в Англии — 1435 мм.

А для Царскосельской дороги Герстнер предложил колею шириной 6 футов (1829 мм).

Такая величина помогла увеличить вместимость вагонов

 и позволила перевозить громоздкие грузы, в том числе и кареты.

А сейчас или завтра? 

«Эффективное функционирование железнодорожного транспорта РФ – основы транспортной инфраструктуры страны – играет исключительную роль в создании условий для модернизации, перехода на инновационный путь развития и устойчивого роста национальной экономики».

                                                                                            Стратегия развития ж.д. транспорта РФ до 2030 года 

Железные дороги – это целая система со сложным внутренним устройством, которую можно сравнить с огромным часовым механизмом в какой-нибудь башне на площади какого-нибудь города. Кстати, раньше такие «измерители» буквально определяли ритм жизни горожан прошлых столетий. Особенно, когда единственным способом узнать время был визит на главную площадь к циферблату. Так и железные дороги. По ним даже сверяли свои часы, потому что поезд практически никогда не мог прийти раньше или позже. Но чтобы такая система работала слаженно и была безопасной, нужно многое предусмотреть. Поэтому в мире этому уделяется огромное внимание. Есть международные стандарты на электрическое оборудование подвижного состава, сигнальное и телекоммуникационное оборудование, тяговые трансформаторы и индукторы на подвижном составе. Еще различные требования к коммутационной аппаратуре переменного тока, системам управления и контроля, системам связи, сигнализации, обработки данных и не только. 

Железнодорожная отрасль часто воспринимается как консервативная. Это не совсем так. Да, основы были заложены еще в предыдущих столетиях, но цифровая эпоха диктует свои правила. Поэтому необходимость продолжать исследования, чтобы охватить творческим подходом не только проектирование настоящего, но и будущее – есть. 

Среди ключевых тенденций сейчас: управление составами без машинистов, контроль в реальном времени подвижного состава и инфраструктуры, повышение точности пассажирской информации, предиктивного (предсказательного) планирования технического обслуживания, и самое главное, бесшовные путешествия в интеграции с другими видами транспорта. 

Существуют прогнозы развития железнодорожного транспорта. Так, по данным Международного транспортного форума, к 2050 году мобильность пассажиров будет увеличиваться на 200-300%, а перевозок грузов на 150- 250%. Не принять такие вызовы нельзя, поэтому наука находится в поисках умных решений для обеспечения адекватной пропускной способности для растущих объемов грузов и людей. Но обо всем по порядку.   

Европейские стандарты

В европейских странах существует особая система – ERTMS. Она включает сигнализацию и управление движением поездов для облегчения трансграничных перевозок через Европу, повышения безопасности, надежности и мощности, снижения затрат на поддержание состояния железных дорог. Если говорить более подробно, то в составе ERTMS: 

• система сигнализации, управления и защиты поездов, которая известна как Европейская Система управления движением поездов (ETCS); 

• система радиосвязи для передачи голоса и данных (GSM-R); 

• система управления дорожным движением с целью оптимизации движения поездов за счет «умной» интерпретациия графиков и данных поездов, известная как Управление уровнями Европейского трафика L (сейчас на стадии разработки); 

• набор правил эксплуатации (европейские рабочие правила). 

В Европе успешно используется модель контроля движения поездов. В этом помогают датчики и электронные маяки, которые закрепляются на трассе железнодорожного пути. Они сообщают о своем местоположении и скорости в центр (RBC) с помощью радиосигналов. RBC получает такие данные от всех поездов в одной из рабочих зон, а затем отображает реальный цифровой трафик в сети. Далее идет проверка маршрута. Если с ним все ясно, то его оставляют для конкретного поезда и передают полномочия движения в кабину машиниста. 

Контакт между поездами и RBC налажен настолько, что задержки по времени между секциями рельсового пути и получение информации о том, когда секции становятся доступными, сведены к минимуму. 

 Российские изобретения

Одна из последних новостей в сфере развития железнодорожного транспорта России – это беспилотные составы. Разработка принадлежит отечественной компании по созданию  систем беспилотного вождения Cognitive Pilot. И о начале испытаний таких локомотивов с искусственным интеллектом (ИИ) было объявлено осенью. Аналогов в мире нет. 

Локомотивы оснащены системой Cognitive Rail Pilot с системой технического зрения, которое способно обнаруживать объекты на железной дороге (другие железнодорожные составы, стрелки, пути, людей, светофоры и т.д.) Искусственный интеллект оценивает окружающую обстановку и при необходимости подаёт машинисту предупреждение об опасности. Разработчики предусмотрели и ситуацию, когда человек не реагирует на такие сигналы. В этих случаях ИИ самостоятельно принимает решения.

Другой способ повышения безопасности нашли сотрудники Дизайн-центра ЮФУ. Они создали «Систему мониторинга, диагностики и прогнозирования состояния инженерных объектов на основе искусственного интеллекта и МЭМС-технологий». Речь об отечественной инновационной системе диагностики и прогнозирования технического состояния широкого круга машин, механизмов, технологического оборудования и сооружений. В этом на помощь придут интеллектуальные производственные технологии и искусственный интеллект. 

И в их разработку первые венчурные инвестиции уже сделала компания Umbrella IT.

«Наша система способна регистрировать и распознавать дефекты в инженерных конструкциях, например, в железнодорожных путях» – говорит ведущий научный сотрудник Дизайн-центра микроэлектронной компонентной базы для систем искусственного интеллекта Южного федерального университета Марк Денисенко.

Источник: Научная Россия https://scientificrussia.ru/articles/k-tsifrovizatsii-po-zheleznoj-doroge