Исследователи, работающие над проектом автономных поездов SNCF, разрабатывают дистанционный пульт машиниста, который сможет поддерживать «первый и последний километры» и аварийную работу на будущей автономной магистральной сети Франции.

Французские национальные железные дороги (SNCF) поставили перед собой задачу по развертыванию автономных поездов в магистральной сети к 2025 году.

В результате автоматизации расширится пропускная способность сети и повысится качество предоставляемых услуг.

Однако достижение такой цели - серьезная задача.

Магистральные сети намного сложнее, чем системы метрополитена, где автоматизация сейчас распространена.

В рамках проекта автономного поезда SNCF ведутся многочисленные исследовательские проекты, направленные на разработку отдельных элементов, которые в совокупности обеспечат ATO.

Одной из таких инициатив является проект TC-Rail, направленный на обоснование решения для дистанционного управления локомотивами, которое позволит управлять поездом с удаленной площадки.

Система поддержит работу в случае отказа системы ATO, а также обеспечит покрытие «последней мили» для поездов, курсирующих между станциями и центрами технического обслуживания.

SNCF разрабатывает и координирует проект в партнерстве с Французским институтом технологических исследований железных дорог (Railenium), который руководит исследованиями человеческого фактора, анализом безопасности, развитием телекоммуникаций 5G во время испытаний.
В телекоммуникационном проекте принимают участие Thales, Actia Telecom и Французский национальный центр космических исследований (CNES).

В настоящее время TC-Rail работает над вторым этапом эксперимента после успешного проведения первого в середине 2019 года.

Доктор Эмили Массон, координатор проекта R & D - автономной программы поездов в Railenium, сказала, что первый демонстратор определил необходимую архитектуру для тяги и торможения.

Вторая часть испытаний, которая начнется к концу этого года или в начале 2021 года, направлена ​​на расширение задач, связанных с вождением, включая объединение телекоммуникационных технологий в гибридную систему, а также повышение безопасности, надежности и производительности системы.

Одной из основных задач проекта является разработка надежной высокоскоростной линии связи между поездом и покрытием.

Линия должна нести большой объем данных и гарантировать низкую задержку и высокое качество обслуживания, чтобы обеспечить дистанционное вождение с соблюдением требуемого протокола безопасности.

Партнеры проекта определили спутниковую связь и 4G LTE в качестве основных телекоммуникационных платформ для испытаний.

Эти платформы поддерживают ретрансляцию состояния поезда, видеопоток в режиме реального времени, информацию о локализации и звуки в кабине локомотива, одновременно ретранслируя команды машиниста, выбор камеры.

Спутниковая система, используемая в TC-Rail, состоит из двунаправленной спутниковой линии Ka-диапазона.

Основными подсистемами являются подвижная (OTM) антенна, геостационарный спутник, концентратор наземного сегмента, расположенный в CNES, и наземная волоконно-оптическая линия связи для соединения узла CNES с площадкой для удаленного вождения.

Антенна OTM, разработанная и предоставленная компанией Actia Telecom, установлена ​​на дорожном транспортном средстве, расположенном в грузовом вагоне.

Она представляет собой наружный блок, состоящий из излучающей панели Ka, низкочастотного блочного преобразователя (LNB), Antenna-Control Единицы (АКС) и инерциальной системы отсчета.

Внутренний блок состоит из модема и местного наблюдения.

Антенна отвечает за всю связь в поезде.

Частотный план содержит DVB-S2 с адаптивной модуляцией кодирования (ACM) для прямой линии связи и три несущие TDMA DVB-RCS2 с разными модуляциями для обратной линии связи.

Такая конфигурация повышает устойчивость к метеорологическим явлениям и снижает уровни отношения сигнал / шум.

В этом случае, канал связи будет иметь более низкую скорость передачи данных, но находится в пределах диапазона видеосистемы.

Наземная волоконно-оптическая линия связи позволяет направлять данные через частную линию связи, поэтому задержка стабильна при значениях, близких к геостационарным (600 мс в оба конца (RTT)), и при маршрутизации через Интернет джиттер не добавляется.

Кроме того, частная маршрутизация каналов увеличивает аспекты безопасности демонстратора.

Сетевое решение 4G Long-Term Evolution (LTE) было развернуто на 4-километровом участке RER Line D в южном Париже, где проходили испытания.

Исследование.

Для водителя и разработки интерфейса «человек-машина» (HMI) для удаленного объекта, исследователи сосредоточились на разработке дизайна, ориентированного на человека, с учетом возможности удаленного управления.

В ходе исследования было выявлено несколько факторов, влияющих на работу интерфейса «человек-машина»:

• задержка, которая генерирует временной сдвиг между действиями оператора и возврата этих действий системой;
• ограничение пропускной способности, которое может ухудшить информацию, предоставляемую оператору, в частности, видеоизображение;
• ограничение в поле зрения камеры, что ухудшает доступность поля для извлечения информации из окружающей среды;
• ограничение в восприятии глубины, которое может повлиять на оценку расстояния;
• расстояние между удаленным оператором и системой дистанционного управления, которое приводит к потере информации.

Изучение этих проблем привело к выработке 38 рекомендаций, 22 из которых были выполнены на первом этапе, включая введение динамического профиля трека для решения проблемы ожидания.

Машинист теперь получает информацию об окружающей среде, например, о предстоящих уклонах, предупреждающих сигналах, и осведомлен о положении поезда.

Чтобы обеспечить удаленного водителя необходимой информацией, была разработана система восприятия на основе камеры.
Она дополняется локализованной подачей элементов, включая динамический профиль пути, и систему передачи данных.
Специфическая система технического зрения включает в себя пять систем с двумя подсистемами, состоящими из двух камер и двух подсистем для излучения инфракрасного света, расположенных в передней и задней частях поезда, а также одного блока обработки данных.
Каждая подсистема камер состоит из цветной камеры и камеры ближнего инфракрасного диапазона (БИК), которая может, как прослеживать цветную информацию в сигнализации, так и увеличивать контрастность в ночное время суток путем объединения изображений, получаемых каждой камерой.

Разумеется, любой проект, имеющий решающее значение для телекоммуникаций и безопасности, должен очень серьезно относиться к вопросам кибербезопасности.

В системе используется методология, которая безопасна по своей конструкции.

Было проведено несколько пробных исследований надежности, в то время как проект принял IP-Sec для защиты глобальной связи между поездом и удаленным сайтом.

Тесты системы изначально были сфокусированы на системе видения.

Несколько часов видео линии было записано и представлено машинистам.

Однако эти изображения не считались подходящими для всей необходимой информации для ускорения или торможения, поэтому началась работа по разработке другой системы зрения.

В то же время были проведены классические и интеграционные испытания для проверки того, что система способна управлять исполнительными механизмами локомотива.

После того, как эта работа оказалась успешной, демонстрационные испытания в прямом эфире состоялись в апреле 2019 года с поездами на скорости до 50 км / ч на 4-километровом участке линии RER D между Вильнёв-Сен-Жорж и Жюви в южном Париже.

Удаленный водитель выполнял ускорение и торможение дистанционно во время двух испытаний в прямом эфире.

Однако были и проблемы. В то время как соединение 4G работало хорошо, были некоторые трудности со спутниковой связью, из-за которой контактная сеть блокировала сигнал, и видео обрезалось, что мешало удаленному вождению с использованием этой технологии из-за проблем безопасности.

С технологией 4G все было в порядке, за исключением качества изображения и системы наблюдения.

В настоящее время основное внимание уделяется усовершенствованию и новым разработкам для следующей серии тестов в режиме реального времени, которое состоится в конце года либо в начале 2021 года.

Целью следующего экспериментального этапа является проверка гибридизации телекоммуникационных технологий.

Необходимо повторно проверить спутниковую связь и другие типы Satcom с другой полосой пропускания и другой системой; повторно протестировать выделенную сеть 4G и добавить общедоступную 4G.

Цель состоит в том, чтобы объединить все и протестировать работу, когда есть доступ к 4G, а также когда он недоступен, и эффективно переключиться на другую технологию.

Дальнейшие работы по разработке включают рассмотрение сетей связи 5G, которые должны стать основой железнодорожной связи в рамках программы FRMCS.

В текущей работе рассматривается возможность введения дополнительных функций вождения.

Это не охватывает все элементы, необходимые для полноценного дистанционного вождения, но отражает стремление участников «пройти как можно дальше» в техническом развитии и исследованиях человеческого фактора для разработки рабочих функций машиниста.

Разные участники проводят работы параллельно, чтобы закончить испытания проекта до конца 2020 года.