БЕСПИЛОТНИКИ:
мечтать не вредно

Нелегкий старт

Беспилотники первоначально начали применяться в военных целях. В середине XIX века австрийская армия вела боевые действия с помощью беспилотных аэростатов. Слово «дрон» пришло к нам из лексикона Военно-морского флота США. В 1930-х так стали называть летательный аппарат на дистанционном управлении.

Следом беспилотные технологии спустились с небес на землю. Инженеры General Motors задумали управлять машинами с помощью радиосигналов и построить специальные трассы в виде скейтбордных рамп, чтобы автомобили ехали посередине, а в случае уклонения возвращались благодаря силе притяжения обратно в углубление дороги. И хотя идеи были встречены скептически, они задали ход мыслей в нужном направлении. «Умный» автомобиль General Motors Firebird II был протестирован в 1950-х. Кроме новой системы торможения, он имел магнитные датчики и взаимодействовал с «умной» дорогой (под асфальтом был проложен электрокабель). Но до автопилота было еще далеко.

В 1961 году американец Джеймс Адамс создал первую самоуправляемую тележку, ее следующий прототип был радиоуправляемым. В 1970-х Дж. Маккарти оснастил эту тележку технологическим зрением. Теперь она могла передвигаться самостоятельно и ориентироваться на белую линию. Успехи Маккарти подтолкнули инженеров по всему миру заняться полностью автономным транспортом без дистанционного управления.

Настоящий прорыв совершили немецкие исследователи во главе с Эрнстом Дикманнсом. Его детище стало прототипом современных робокаров. Автоконцерн Daimler-Benz, вдохновившись разработками Дикманнса, в 1987 году запустил проект «Прометей», самый дорогой в истории беспилотников ХХ века: за шесть лет было потрачено больше 1 млрд долл., и не зря. К середине 1990-х миру были представлены VaMP и VITA-2. На тестовом полигоне они развили скорость до 130 км/ч, сами перестраивались и меняли ряд, следили за дистанцией и передвижением других участников движения. В начале XXI века постепенно все крупные автопроизводители занялись этой темой.

Что до железной дороги, то испытания поездов без машинистов начались в 1940-х, но только в середине 1960-х в Сан-Франциско появились первые пригородные электрички, курсирующие на автомате в тестовом режиме. В России аналогичные эксперименты начались в 1957 году. Первый советский «робот-поезд» ЭР2А был запущен от Ленинградского вокзала Москвы до станции Крюково в 1963-м.

Локомотивная бригада в кабине электрички осталась для наблюдения и контроля за прохождением маршрута. Электронная система сама набирала и снижала скорость, а также вовремя останавливала состав на станциях. Чтобы устройство могло определять свое местонахождение, на рельсах в определенных точках установили датчики гамма-излучения. В 1960-х поезд обслуживал линию пригородного сообщения до станции Клин. Имелся и экономический эффект: с помощью дифференциальных уравнений машина вычисляла режим движения, позволяющий максимально сберегать электроэнергию. В прессе обсуждалось, что автомашинисты скоро смогут водить не только пригородные, но и дальние пассажирские и грузовые поезда, особенно скоростные. В СССР испытывались и другие автономные модели, но до их широкого внедрения дело не дошло, а первую систему демонтировали после нескольких лет эксплуатации. В числе причин называли слабые вычислительные возможности техники того времени и конструктивные ошибки.

Сейчас беспилотные пассажирские поезда курсируют в 20 странах мира. Дальше всего среди рельсового транспорта продвинулся метрополитен. Инфраструктура здесь закрыта от посторонних, других участников движения нет. В Париже, например, автоматически управляемые поезда курсируют между аэропортом Орли и станцией экспресс-метро «Антони». Без машинистов работает метро Копенгагена. А в Ванкувере действует легкое метро SkyTrain — самая протяженная в мире система скоростного транспорта с полностью автоматизированным управлением.

Без права на ошибку

Заместитель генерального директора АО «Трансмашхолдинг» по развитию городского транспорта Андрей Васильев считает, что производители уже готовы к переходу на беспилотники. Все современные поезда, по его словам, могут быть оборудованы необходимыми для этого системами. Однако он добавляет, что даже самые продвинутые составы будут бесполезны без соответствующей автоматики в тоннелях и на станциях. По его мнению, на запуск беспилотного российского метрополитена потребуется от 7 до 10 лет.

До конца года «ЛокоТех-Сигнал» обещает представить Московскому метрополитену систему, которая в автоматическом режиме будет выбирать оптимальную стратегию ведения поезда в зависимости от данных, полученных из центра управления, от инфраструктуры и с учетом положения впереди идущего состава. Решение будет обкатываться на Нек­расовской ветке московского метро и в случае удачной реализации тиражироваться на другие маршруты столичной подземки.

Между тем Минтранс России работает над системным устранением технологических препятствий для развития беспилотного транспорта и будет настаивать на выделении новых радиочастот ООО «ГЛОНАСС-ТМ» (совместное предприятие АО «ГЛОНАСС» и «РТ-Инвест Транспортные системы»). Это необходимо для создания федеральной системы транспортной телематики. Заявка подана еще год назад, но вопрос пока так и не решен. В очередной раз эта тема обсуждалась на Госкомиссии по радиочастотам в конце октября.

«Единая система транспортной телематики — это полоса час­тот не для неограниченного круга лиц, а исключительно для применения в сфере транспорта, чтобы она была всегда настолько свободна, чтобы все беспилотные транспортные средства могли без помех пропускной способности этой частоты обеспечивать взаимодействие», — пояснил замминистра транспорта Алексей Семенов. По его словам, сейчас Минтранс с «Автодором» ведет работу по созданию «умной» инфраструктуры для беспилотного транспорта, которая обеспечит взаимодействие среды и высокоавтоматизированных транспортных средств.

Параллельно беспилотные технологии развиваются на трамвайных путях. Трамвай движется по строго определенной траектории, и у него нет необходимости разбираться в многообразии дорожных знаков, как, к примеру, автороботам. Он имеет массу преимуществ по правилам дорожного движения, однако интеллект трамвая должен быть на несколько ступеней выше поезда метро, поскольку он постоянно сталкивается с самым опасным и непредсказуемым дорожным фактором — человеком. Трамвай должен различать транспортные средства, светофоры, пешеходов, положение дорожных стрелок, уметь останавливаться перед препятствия­ми и возобновлять движение, когда они исчезнут, просчитывать безопасную дистанцию до впереди идущего транспортного средства.

Совсем недавно компания «ПК Транспортные системы» совместно с российским разработчиком беспилотных систем Cognitive Technologies испытали первый в России беспилотный трамвай. Его органы чувств состоят из 10–20 камер, расположенных по периметру корпуса, а также из десятка радаров и высокоточного датчика GPS. Камеры распознают дорожную ситуацию до 90%. И это совершенно недопус­тимая цифра, ведь остальные 10% — это аварии. Поэтому в дополнение к камерам стали использовать оптические датчики — лидары, которые доводят уровень распознавания до 99%. Технология комбинированных данных Cognitive low level data fusion гарантирует лишь одну ошибку на 50 часов проезда в любых погодных условиях.

Сначала трамвай «Витязь-М» успешно прошел испытания на площадке депо им. Н.Э. Баумана, а затем на маршруте Останкино — Медведково в условиях усиленного трафика. Теперь модернизированный трамвай «Богатырь-М» курсирует по другому московскому маршруту, а система машинного зрения приобретает новые навыки.

Как объясняет руководитель департамента разработки беспилотных транспортных средств Cognitive Technologies Юрий Минкин, подготовка трамвая к автономной работе будет проводиться постепенно. Пока система в большей степени предупреждает машиниста об опасности на дороге, сама же имеет право реагирования только в том случае, если это не сделал машинист. Впоследствии на переходный период человек сможет находиться в кабине в качестве резервной единицы. Специалисты «ПК Транспортные системы» добавляют, что трамвай можно и дальше оснащать более совершенными радарами, камерами и прочими системами машинного зрения, но испытания показали, что он уже готов к самостоятельному путешествию. Зато существующая инфраструктура еще далека от нужного уровня, хотя бы в отношении автоматических стрелок на линиях и специального оборудования в депо для парковки и выезда трамвая.

Есть и более серьезная проблема. Проделав колоссальную работу, производители столкнулись с непреодолимым препятствием: выпус­тить инновационную модель на городские дороги не позволяет закон. Таким образом, сама идея беспилотности доведена до абсурда: «умный» трамвай курсирует с вагоновожатым и без пассажиров. Такая же коллизия возникла с гугломобилями в США: им тоже разрешили ездить только с водителем. И вот совсем недавно компания Waymo (подразделение Google) анонсировала такси без шофера, хотя все юридические тонкости пока не урегулированы.

Почти как человек

Следующая точка приложения усилий по внедрению беспилотных технологий — маневровая работа на станциях. Как и в случае с метро, тут нет посторонних, и это несколько развязывает руки.

С 2015 года на станции Лужская-­Сортировочная в Ленинградской области трудятся локомотивы ТЭМ7А без машиниста.

В Щербинке на Международном железнодорожном салоне «PRO//Движение. Экспо» в конце лета ТМХ продемонстрировал двухосный маневровый тепловоз ТЭМ5Х, разработанный совместно с группой компаний Ctrl2GO. В этом проекте впервые удалось системно объединить широкий набор технологических и цифровых решений. ТЭМ5Х обладает гибридной силовой установкой, быстросъемной и конфигурируемой модульной платформой, машинным зрением с возможностью дистанционного управления и системой прогнозирования технического состояния оборудования на основе искусственного интеллекта. Концепт создан с целью апробации инноваций, на базе которых предполагается создать новое семейство локомотивов.

Решение на основе компьютерного зрения, которым оснащен локомотив, поступательно обеспечит три уровня автоматизации управления. На первом система предотвращения столкновений будет выступать в качестве помощника для машиниста: позволит снизить нагрузку, повысит безопасность движения и сможет контролировать состояние инфраструктуры. На следующем этапе машинист сможет пересесть из кабины за пульт дистанционного управления и управлять одним или несколькими локомотивами удаленно. В будущем возможен переход на полностью автоматизированное управление. Система работает за счет установленных на локомотиве оптических камер, лидара, ультразвуковых датчиков и высокопроизводительных вычислительных блоков обработки данных.

Еще один полигон для исследований в области беспилотного движения — Мос­ковское центральное кольцо (МЦК). Там уже используется система интервального регулирования, позволяющая совмещать грузовое и пассажирское движение. Поезда оборудованы бортовыми информационно-измерительными системами, интегрированными в конструкцию подвижного состава. Они диагностируют состояние элементов инфраструктуры. Один из электропоездов снабжен бортовым комплексом ультразвуковой дефектоскопии рельсов, что позволило отказаться от вагонов-лабораторий.

Система диспетчерского управления поездами в режиме реального времени автоматически выстраивает план пропуска поездов и дистанционно передает на борт расписание и график движения. В зонах ограниченной видимости используются стационарные установки, которые мониторят состояния путей и в случае возникновения препятствия сигнализируют об этом всем поездам на маршруте. Многие инновации, внед­ренные на МЦК для беспилотного движения, использовались впервые в мировой практике.

Генеральный директор ОАО «РЖД» Олег Белозеров еще в прошлом году говорил, что МЦК в целом готово к внедрению беспилотного движения, однако тестирование продолжается, за это время важно разработать нормативные документы, регулирующие эксплуатацию поездов без машинистов. Как утверждает руководитель центра систем безопасности движения НИИАС Павел Попов, машина безошибочно распознает людей. Осталось сократить количество ложных срабатываний и научить камеры выявлять мелкие предметы на больших расстояниях. Сейчас на МЦК системой машинного зрения оснащен один поезд. Планируется, что с 2021 года все составы (а это 51 электропоезд) начнут курсировать в автоматическом режиме.

Речь идет об уровне автоматизации GoA-3, когда машинист может отсутствовать в кабине, но должен находиться в поезде. В РЖД считают, что это лишь переходный этап к GoA-4, допускающему полное отсутствие машиниста. Однако для этого придется полностью перепроектировать ключевые узлы локомотива. Кстати, ТМХ с РЖД подписали соглашение, по которому опция беспилотного дистанционного управления станет базовым функционалом новых моделей.

Волков бояться — в лес не ходить

Остался еще один любопытный аспект — социальный. В обществе распространена боязнь беспилотников, синдром луддитов. По наблюдениям социологов, люди склонны видеть в новых технологиях не помощников, а конкурентов. К примеру, штат сотрудников автоматизированной сортировочной станции требует на 50% меньше сотрудников, чем обычной. Хотя по опыту станции Лужская-Сортировочная видно, что машинист маневрового локомотива с дистанционным управлением может совмещать свои базовые обязанности с составлением поезда и осмотром вагонов.

Многие эксперты сомневаются, что в обозримом будущем удастся полностью отказаться от профессии машиниста. Уже сегодня 90% своего рабочего времени он отвечает за соблюдение скоростного режима и предупреждение аварийных ситуаций. Машинист нужен для контроля безопасности, поэтому убрать его не получится еще очень долгое время. Как пример: в авиации беспилотники испытывали еще в 1947 году. Сейчас весь полет осуществляется в автоматическом режиме, но до сих пор ни один самолет не управляется без пилота. Человек нужен для решения нештатных ситуаций. В то же время с развитием беспилотников обострится вопрос переформатирования рынка труда и исчезновения отдельных востребованных сегодня профессий. Наступил момент, когда высокие технологии становятся дешевле привлечения живой рабочей силы. Но никто и не говорил, что будет легко. Зато точно интересно!