На железных дорогах России нейросетевые технологии активно применяются для повышения безопасности движения. Бортовая система технического зрения (БСТЗ), которую разработали в АО «НИИАС», способна «видеть» препятствия на путях даже в условиях плотного тумана или снегопада. Система предупреждает машиниста об опасных объектах и при необходимости самостоятельно активирует тормозную систему. В настоящее время продолжаются работы по дополнительному обучению нейросети, лежащей в основе БСТЗ, а также её адаптации для различных типов подвижного состава.
От идеи до серийного производства
Разработка решений на базе технического зрения в целях повышения безопасности началась в России ещё в середине 2010-х годов на базе Ростовского филиала АО «НИИАС». Первое внедрение технологии состоялось в составе автоматизированной системы контроля подвижного материала (АСКПМ), предназначенной для специального самоходного подвижного состава (ССПС).
Работы по проектированию БСТЗ были начались осенью 2020 года по поручению руководства ОАО «РЖД» — требовалось создать технологию, способную минимизировать риск проезда маневровыми локомотивами запрещающих сигналов светофора. В течение 2021 года был проведен полный цикл испытаний, включающий эксплуатацию на реальной железнодорожной инфраструктуре, а в начале 2022 года — успешно завершены приёмочные испытания. К августу того же года система прошла процедуру декларирования соответствия требованиям Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 001/2011 «О безопасности железнодорожного подвижного состава». Осенью 2022 года БСТЗ была готова к серийному производству.
Основная задача, которую решает БСТЗ, — обеспечение и повышение безопасности маневровой работы на станциях. Система позволяет предотвратить проезд запрещающих сигналов, столкновения с препятствиями или другим подвижным составом. Ожидается, что её внедрение приведёт к снижению числа аварий, уменьшению ущерба инфраструктуре и сокращению травматизма.
Технологии и принципы работы
Одним из ключевых вызовов при создании БСТЗ стало обеспечение корректной работы системы в любых погодных, климатических и инфраструктурных условиях. Нейросеть обучена распознавать объекты вне зависимости от времени суток, сезона и наличия осадков — на всём протяжении сети железных дорог России.
Бортовая система технического зрения «видит» людей, животных, транспортные средства, а также светофоры, стрелочные переводы, тупиковые призмы, подвижной состав. Распознавание осуществляется как на путях, так и в непосредственной близости от них. Даже при ограниченной видимости (сильный туман или снегопад) система различает объекты на расстоянии не менее 50 метров. В стандартных условиях — не менее 100 метров. Колею и светофоры система фиксирует на дистанции 200 метров.
Как отметил заместитель генерального директора — директор Ростовского филиала АО «НИИАС» Сергей Гришаев, в БСТЗ реализованы современные технологии глубокого обучения и нейросетевого моделирования. Они обеспечивают сегментацию пути, идентификацию и трекинг объектов, распознавание текста, оценку расстояния до объектов и принятие решений.
Система обладает высокой скоростью отклика, которая превышает реакцию машиниста, что позволяет обеспечить безопасность даже при высоких скоростях движения. Учитывая ограничения по размещению аппаратуры на локомотиве, этот показатель является критически важным.
Сергей Гришаев, заместитель генерального директора — директор Ростовского филиала АО «НИИАС»:
«Система работает как электронный помощник машиниста – не
отвлекающийся и не дремлющий. Видеокамеры, установленные на крыше
локомотива, постоянно наблюдают за путями по ходу движения и передают картинку в вычислительный модуль. Там нейросеть ищет препятствия на пути и, если находит, сообщает об этом машинисту, подсвечивая опасный объект на мониторе системы. Если машинист не реагирует на опасность, БСТЗ берет управление локомотивом на себя: активирует тормозную систему и управляет тягой».
Применение и перспективы
На сегодняшний день БСТЗ адаптирована для различных моделей маневровых локомотивов, включая используемые на железнодорожной сети ОАО «РЖД» и на путях необщего пользования промышленных предприятий. Система применяется также на ССПС и электропоездах типа «Ласточка» при маневровых передвижениях.
Работа над совершенствованием БСТЗ продолжается. В рамках курса на импортозамещение специалисты АО «НИИАС» разрабатывают решения на базе отечественных компонентов, оптимизируют программное и аппаратное обеспечение, повышая надёжность и расширяя функциональные возможности системы. Ведётся активная адаптация подвижного состава различных типов, а также интеграция БСТЗ с другими бортовыми системами безопасности.
Нейросеть, лежащая в основе БСТЗ, способна к дообучению в процессе эксплуатации, что обеспечивает рост точности и устойчивости распознавания на протяжении всего срока службы.
Прорывные решения
Генеральный директор АО «НИИАС» Александр Долгий отмечал, что уже разработана линейка приборов с дальностью обнаружения до 200 метров для маневровых локомотивов и до 700 метров — для магистральных. Эти устройства способны распознавать препятствия даже при сложных погодных условиях и прогнозировать движение контролируемых объектов.
«В дополнение к существующим типам препятствий, таким как человек,
животное, автомобиль, мы обучили систему распознавать знаки и сигналы
семафоров, а также знаки, подаваемые непосредственно работниками по
инструкции сигнализации. Такая задача в отрасли решается впервые в мире.
В процессе обучения нейронных сетей накоплено более 50 ТБ данных с
подвижного состава», – говорил он (цитата по газете «Гудок»).
Конкуренты и преимущества
На рынке технического зрения для рельсового транспорта существуют аналоги БСТЗ, такие как Rail Vision, Cogniac и Railhead. Хотя их технические характеристики сопоставимы, российская разработка выгодно отличается по стоимости. Кроме того, как подчёркивает Сергей Гришаев, БСТЗ адаптирована под инфраструктуру и требования ОАО «РЖД». Закладываемые в систему решения могут быть адаптированы и для других видов рельсового транспорта — трамваев, метрополитенов и т.д.
Все самое интересное, важное и полезное о цифровой трансформации ОАО «РЖД» на нашем сайте.
ВАМ ТАКЖЕ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО
