Современные технологии стремительно меняют транспортную сферу, и железные дороги не остаются в стороне. Беспилотные поезда, управляемые системами автоматизации на базе ИИ, уже курсируют в Австралии, Китае, Франции и России. Они не только повышают точность расписания, но и решают глобальные проблемы — от нехватки кадров до роста урбанизации.
Однако есть проблема — это отсутствие человеческой интуиции в критических моментах: машина действует строго по алгоритму, но что, если ситуация выходит за рамки прописанных сценариев? Смогут ли алгоритмы справляться с непредвиденными ситуациями так же, как человек? Обо всем этом — в статье.
Развитие беспилотных поездов в мире
В различных странах мира активно внедряются беспилотные поезда и метро. Автономные составы управляются искусственным интеллектом и сложными системами автоматизации. Благодаря этим инновациям снижается вероятность человеческих ошибок, оптимизируется расписание движения, а пассажиры получают более надежный и удобный общественный транспорт.
Как сообщается в статье «Перспективы развития беспилотного железнодорожного транспорта», Австралия стала одной из первых стран, успешно внедривших полностью беспилотные грузовые поезда. Компания Rio Tinto в партнерстве с Hitachi Rail STS S.p.A. реализовала проект AutoHaul, в рамках которого железнодорожные составы с рудой курсируют между шахтами и портами без участия машинистов.
Эти поезда управляются системой автоматического движения и контролируются операторами из центра управления в Перте, который находится в 1500 км от маршрута следования поездов. Локомотивы оборудованы системами предотвращения столкновений, камерами наблюдения и искусственным интеллектом, который анализирует дорожную обстановку. Дополнительно на железнодорожных переездах были установлены датчики и видеонаблюдение для повышения безопасности.
Китайская компания TCT разработала систему обнаружения препятствий с применением искусственного интеллекта, которая получила сертификат безопасности SIL4 — высший уровень безопасности для таких систем. В Индии Indian Railways проводит испытания систем технического зрения для помощи машинистам в условиях сильного тумана.
Франция и Германия реализуют пилотные проекты автоматизированных пассажирских поездов. Так, во Франции национальный оператор SNCF тестирует прототип беспилотного поезда, который движется по коммерческим маршрутам в тестовом режиме и собирает данные для обучения систем распознавания сигналов. А в Германии в рамках проекта Sensor4Rail проводятся полевые испытания систем технического зрения для автоматического управления поездами.
Одним из крупнейших проектов в этой сфере является автоматизация городской железнодорожной сети Копенгагена S-tog (Дания), сообщают авторы статьи «Беспилотные технологии на железной дороге: текущий статус». Согласно планам, к 2037 году вся сеть, включающая 170 км путей и 86 станций, перейдет на полностью беспилотное управление. В настоящее время услугами S-tog ежедневно пользуются около 300 тысяч пассажиров.
Тем временем в Нидерландах на маневровом локомотиве протестировали систему технического зрения от Elta Systems (дочерняя компания оборонного концерна IAI из Израиля), подтвердив ее совместимость с автоматизированной системой управления Alstom. В основе технологии Elta лежат цифровой радар высокого разрешения и многоспектральная электрооптическая система, обеспечивающая эффективную работу в условиях плохой видимости и сложных погодных условий. Однако испытания показали, что сенсоры обнаруживают препятствия на дистанции 500 метров, тогда как ранее заявлялось, что система способна фиксировать объекты на расстоянии 1 км.
А что в России? Готовы ли отечественные железные дороги и метро к беспилотному будущему?
Тенденции развития беспилотных поездов и метро в России
Как сообщили в Дептрансе Москвы, в прошлом месяце в столице началась подготовка к первому этапу запуска беспилотника в метро. Инновационный поезд планируется запустить на Большой кольцевой линии (БКЛ) в 2025 году по поручению мэра Москвы Сергея Собянина. Для обеспечения беспилотного движения на БКЛ будет создана технологическая сеть 5G, которая обеспечит надежную и сверхбыструю связь между поездами и инфраструктурой.
На автоматизацию железнодорожного транспорта влияет не только технологический прогресс, но и демографические и социальные изменения. По мнению авторов отчета «Форсайт научно-технологического развития холдинга «РЖД» до 2050 года», урбанизация и рост агломераций увеличат спрос на высокоскоростные пассажирские перевозки, а старение населения и снижение доли трудоспособного контингента создадут кадровый дефицит, что потребует автоматизации и переподготовки работников.
Павел Попов, заместитель генерального директора АО «НИИАС» и директор Санкт-Петербургского филиала, отмечает, что по ГОСТ Р 70059 существует 4 уровня автоматизации: на 4 уровне персонала вовсе нет на борту поезда, а на третьем машинист нужен только для действий при возникновении нештатных ситуаций, а также для контроля посадки и высадки пассажиров на остановочных платформах.
Как утверждает Александр Дмитренко, руководитель направления «Городской рельсовый транспорт» НПС/1520 «Сигнал» (входит в Нацпроектстрой), лидером по «беспилотным» проектам в России является Москва. В прошлом году на МЦК запустили беспилотную «Ласточку» — поезд шел без участия машиниста, но под его контролем. Это соответствует 3 уровню автоматизации. Также в столице курсирует первый в стране беспилотный трамвай, но пока в опытном режиме без пассажиров.
«Компании Нацпроектстроя разработали и внедрили систему автоматизированного управления движением, куда входят бортовая часть с записанным маршрутом, «умные» стрелочные переводы и путевые метки между рельсами. Когда трамвай подъезжает к переводу, система распознает его и автоматически переключает стрелку в нужное положение».
Александр Дмитренко, руководитель направления «Городской рельсовый транспорт» НПС/1520 «Сигнал» (входит в Нацпроектстрой)
Также эксперт считает, что системы управления движением по радиоканалу будут особенно полезны на Восточном полигоне: «По оценкам Нацпроектстроя, увязка цифровой инфраструктуры и систем автоведения локомотивов позволит перевести грузовое движение по БАМу в беспилотный режим, а это потенциальный рост пропускной способности до 35% при сохранении действующей инфраструктуры».
Еще одним проектом является создание беспилотных маневровых локомотивов, работающих на станции Лужская в Ленинградской области.
«В настоящий момент 5 локомотивов учатся в автоматическом режиме двигаться по станции, сцепляться с вагонами, надвигать вагоны, расцепляться и выполнять много других технологических операций. В 2025 году начнется опытная эксплуатация этой системы», — сообщил Павел Попов, заместитель генерального директора «АО «НИИАС» – директор Санкт-Петербургского филиала.
Также Попов поделился планами по созданию магистральных беспилотных локомотивов для эксплуатации грузовых поездов: «В 2024 году на локомотиве 2ЭС4К мы проводили испытания системы технического зрения с дальностью обнаружения до 1100 метров. В то же время в этом проекте очень большое число открытых вопросов, связанных с технологией эксплуатации, тормозной системой».
Сможет ли робот полностью заменить машиниста
Главной проблемой беспилотных поездов и метро является отсутствие человеческого фактора в критических ситуациях. Автоматизированные системы не обладают интуицией и способностью принимать нестандартные решения, как это делает человек.
Например, если пассажир окажется на путях, машинист сможет заметить его и экстренно затормозить, тогда как искусственный интеллект может не распознать ситуацию вовремя или действовать строго по алгоритму, не учитывая все нюансы реальной опасности.
Однако Александр Дмитренко, руководитель направления «Городской рельсовый транспорт» НПС/1520 «Сигнал» (входит в Нацпроектстрой), успокаивает: «Возможность безопасного беспилотного движения заложена в самой сути железных дорог. Поезда идут по заранее подготовленной линии, по заложенному автоматикой маршруту. Рельсовые линии метро, скоростных магистралей и трамваев ограждены, что минимизирует риск внезапного появления машины или человека на путях».
При этом эксперт добавляет, что для надежности полностью автономных перевозок без человеческого персонала надо увязать целый комплекс систем: контроль посадки и высадки, интервальное регулирование, диспетчерский контроль.
«Безусловно, робот способен оперативно, быстрее человека, реагировать на ситуации, к которым он обучен. Например, в 2023 году мы проводили сравнительные испытания между бортовым техническим зрением и десятью случайно отобранными машинистами в части дальности обнаружения препятствия в виде манекена человека. Робот показал среднюю дистанцию обнаружения 560 м, машинисты в среднем обнаруживали препятствие на расстоянии 320 м».
Павел Попов, заместитель генерального директора «АО «НИИАС» – директор Санкт-Петербургского филиала
Но не следует делать поспешных выводов, что робот сможет полностью заменить человека. «Стоит отметить, что опытный машинист может обнаружить много нестандартных ситуаций, редко происходящих, например, выброс пути, обрыв контактной сети, излом рельса и другие. Для обучения робота такие данные сложно собрать в реальности, поэтому мы сейчас используем синтетические данные, генерируя их с высокой правдоподобностью», — объясняет эксперт.
Важно понимать, что технология беспилотного транспорта требует не только технических решений, но и общественного доверия. Люди должны чувствовать себя в безопасности, зная, что в случае экстренной ситуации система не только среагирует быстро, но и примет верное решение. Пока этот уровень доверия не достигнут, любые заявления о полной автономности остаются лишь теоретическими.
По словам Попова, тестированию беспилотных систем уделяется огромное внимание, и все же он уверен, что на сегодняшний момент человек должен остаться в контуре управления: «Вся рутинная работа должна выполняться автоматически, а к нештатным ситуациям необходимо привлекать машиниста-оператора». Такая должность была введена в 2022 году.
Прогнозы и возможные пути решения проблемы
В ближайшие годы можно ожидать постепенного увеличения доли беспилотных поездов в городском транспорте, особенно на закрытых линиях метро и скоростных магистралях. Однако полная автономизация потребует значительного времени и инвестиций.
Одним из наиболее возможных решений проблемы является введение гибридных систем управления, где ИИ выполняет основную работу, но при необходимости в процесс вмешивается оператор. Такой подход позволит обеспечить высокий уровень безопасности и одновременно снизить нагрузку на персонал.
Павел Попов, заместитель генерального директора АО «НИИАС» и директор Санкт-Петербургского филиала, считает, что отказаться полностью от участия человека в процессе управления пока невозможно, но его роль в процессе управления должна существенно поменяться, с уклоном на решение нестандартных задач в процессе эксплуатации.
Как сообщили в пресс-службе «РЖД», результаты испытаний показывают, что уровень безопасности автоматизированной системы управления становится выше, чем уровень, который обеспечивает человек.
«В то же время наилучший результат обеспечивается при взаимодействии человека и робота, когда оперативное решение выполняет робот, а человек, в нашем случае машинист-оператор, принимает финальное решение».
Пресс-служба «РЖД»
Кроме того, важную роль сыграет модернизация инфраструктуры. Например, создание более совершенных систем мониторинга путей, установка дополнительных датчиков на станциях и интеграция с другими системами безопасности помогут минимизировать вероятность нештатных ситуаций. Внедрение цифровых двойников – виртуальных моделей железнодорожных сетей – позволит тестировать новые решения и предсказывать потенциальные риски еще до их возникновения.
«Нужны стабильная беспроводная связь, датчики обнаружения препятствий, система технического зрения с гораздо большей, чем у автомобиля, дальностью: из-за высокой скорости и большого тормозного пути поезда», — объясняет Александр Дмитренко, руководитель направления «Городской рельсовый транспорт» НПС/1520 «Сигнал» (входит в Нацпроектстрой).
Дмитренко также считает, что участие человека в процессе сохранится, но изменится его функционал — от управления при помощи контроллера до контроля и управления через компьютер, от ручного ремонта до удаленного программирования, диагностики и контроля автоматики.
Заключение
Автономные поезда и беспилотное метро — это неотъемлемая часть будущего транспортных систем, но их повсеместное внедрение требует тщательной подготовки. Несмотря на очевидные преимущества, такие как снижение вероятности человеческих ошибок и повышение эффективности перевозок, остаются нерешенные вопросы, связанные с безопасностью и способностью систем реагировать на нестандартные ситуации.
На текущем этапе наиболее вероятным сценарием является внедрение гибридных решений, где ИИ берет на себя рутинные задачи, а оператор контролирует сложные и экстренные ситуации. Такой подход позволит обеспечить максимальную безопасность и сохранить управляемость транспорта в критических условиях.
Более того, успешное развитие беспилотного транспорта требует не только инноваций, но и адаптации нормативной базы, а также формирования общественного доверия. Пока технологии не достигнут уровня, гарантирующего полную безопасность, участие человека останется важной частью системы.