CC BY
71
Железнодорожный транспорт в период четвертой индустриальной эпохи
И. Г. Малыгин,
д. т. н., профессор, директор Института проблем транспорта им. Н. С. Со-ломенко Российской академии наук (ИПТ РАН)
Т. С. Титова,
д. т. н., профессор, проректор по научной работе Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I
В. И. Комашинский,
д. т. н., доцент, заместитель директора по научной работе ИПТ РАН
В статье показана ведущая роль информационно-телекоммуникационных технологий и технологий искусственного интеллекта в формировании национальной и международной интеллектуальных систем железнодорожного и мультимодального транспорта в период 4-й индустриальной революции.
Ж
елезнодорожныи транспорт (ЖДТ) был и оста. ется ключевым элементом мировой экономической системы. Объемы железнодорожных перевозок постоянно возрастают, а требования к своевременности, безопасности, надежности и качеству перевозки грузов повышаются. Современный ЖДТ — это транспортные средства и сеть железных дорог (ЖД), а также объекты инфраструктуры (железнодорожные вокзалы, товарные станции и т. п.) и система управления ЖД. Очевидно, что совершенствование ЖДТ РФ следует рассматривать как важный фактор ускоренного развития национальной экономики.
Железнодорожный транспорт появился на старте первой индустриальной революции, а паровоз стал мощнейшим локомотивом ее успешного продолжения на протяжении последующего столетия (рис. 1).
Вторая индустриальная революция, основанная на использовании двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей, привела к существенной модернизации ЖДТ, появлению различных типов тепловозов и электровозов. Это позволило
Рис. 1. Коэволюция индустриальных технологий и железнодорожного транспорта
существенно повысить скорость ЖДТ, его грузоподъемность и надежность.
Результатом третьей индустриальной революции, для которой характерен мощный прогресс в области информационных, телекоммуникационных и компьютерных технологий, стала автоматизации инфраструктуры и систем управления ЖДТ.
Железнодорожный транспорт в период наступившей четвертой индустриальной эпохи отличает дальнейшее расширение сети железных дорог, скорости, экономической эффективности и качества обслуживания пассажиров и перевозки грузов на основе интеллектуализации подвижного состава, железных дорог и систем управления [1-3].
Интеллектуализация ЖДТ (рис. 2) охватывает все его подсистемы (персональные, локомотивные, дорожные и управляющие). Персональная система сотрудников обеспечивает эффективное взаимодействие с интеллектуальным подвижным оборудованием, инфраструктурой, пассажирами и системой управления ЖДТ. Локомотивная интеллектуальная подсистема поддерживает внутреннее взаимодействие, а также взаимодействие с инфраструктурой и системой управления. Дорожная интеллектуальная подсистема обеспечивает контроль состояния железнодорожного полотна и составов, осуществляет автоматическое (автономное) реагирование на нестандартные ситуации и другие функции. Особенность интеллектуальной управляющей системы ЖДТ — всеохватывающее применение элементов прикладного искусственного интеллекта (ИИ).
Следует отметить неизбежность цифровизации и интеллектуализации ЖДТ при внедрении высокоскоростных магистралей (ВСМ), так как существующие системы управления движением не способны адекватно реагировать
на новую скорость перемещения грузов и пассажиров.
Интеграция подсистем и их масштабирование (расширение номенклатуры и поддерживаемых процессов) предполагает применение платформо-ориенти-рованного подхода к построению информационно-управляющей инфраструктуры ЖДТ, основанного на сочетании открытых и корпоративных стандартов, интерфейсов, протоколов, сетевого и прикладного программного обеспечения. Применение платформо-ориентированного подхода к интеллектуальной транспортной системе (ИТС) ЖДТ позволяет постепенно наращивать ее функциональность на основе разработки и внедрения новых прикладных процессов.
Системная архитектура ИТС ЖДТ (рис. 3) отражает ее основные подсистемы (сетевые персональные устройства, сетевые технические узлы, сетевое подключение подвижного состава и инфраструктуры железной дороги), их взаимосвязь (различные проводные и беспроводные сети) и основные функции.
Формирование ИТС происходит при конвергенции (взаимного слияния) современных технологий построения ЖДТ, информационно-телекоммуникационных технологий и прикладного искусственного интеллекта. Это позволяет сформировать единую железнодорожную транспортную систему с уникальными свойствами наблюдаемости, прогнозируемости и управляемости, а также обеспечивает ее высокоэффективное использование на основе внедрения масштабируемых разнородных прикладных процессов и услуг.
Оборудование интеллектуального ЖД состава (рис. 4) помимо бортовой системы искусственного интеллекта включает системы беспроводного взаимодействия с персоналом, подвижным составом, ЖД и системой управления ЖДТ.
Сетевое оборудование ЖД (преимущественно беспроводное) призвано обеспечивать надежное функционирование всех стационарных и мобильных элементов ЖД (рис. 5).
Комплексные приложения, реализуемые ИТС ЖДТ, требуют объединения различных типов данных. Информационный базис для решения задач управления в ИТС представляется в виде интегрированного объекта, понимаемого как единое информационное пространство (ЕИП) ЖДТ [4].
Его особенности определяются спецификой предметной области, выражаемой следующими факторами:
Рис. 2. Основные составные части интеллектуальной транспортной системы железнодорожного транспорта
Рис. 3. Системная архитектура интеллектуальной транспортной системы железнодорожного транспорта
Рис. 4. Вариант оборудования интеллектуального железнодорожного состава
16 | «Транспорт Российской Федерации»
№ 3 (82) 2019
сеть общего пользования
Сетевые решения
GSM-R,LTE-R, 5G-R 1 2 3
> использоватьдоступные сети
У объединение сетей Мобильный роутер
TETRA Выделенная сеть: > оптоволоконная ретрансляционная ' спутниковая ретрансляционная
Выделенная сеть для туннелей через 5С или W¡F¡
Рис. 5. Вариант сетевого оборудования железных дорог
Рис. 6. Место Интеллектуальной транспортной системы железнодорожного транспорта в структуре Интеллектуальной мультимодальной транспортной системы РФ
Рис. 7. Детализированное представление архитектуры Интеллектуальной мультимодальной транспортной системы РФ
• высокая динамичность транспортной сферы, проявляемая в изменяемости ее структуры (за относительно длительный период) и состояния (в каждый момент времени);
• многочисленные и многообразные источники информации о состоянии управляемых объектов (транспортных средств, объектов транспортной инфраструктуры, протекающих процессов и т. п.);
• децентрализация управления, обусловленная разнохарактерными участками в ЖДТ, их географическим размахом, отличиями в стратегии поведения объектов управления и т. д.
Приведенные факторы определяют основные требования к ЕИП ЖДТ (рис. 8):
• адаптируемость собственной структуры к складывающейся обстановке, изменчивость структур и значений накапливаемых и хранимых данных;
• способность аккумулировать большие объемы данных различных форматов и типов;
• распределение хранилищ данных на значительной по площади территории.
Как было отмечено ранее, ОАО «РЖД» — открытая система, взаимодействующая с другими транспортными модами (автомобильной, водной и авиационной), пассажирами, перевозчиками грузов, предприятиями и т. д. Экономический эффект в ОАО «РЖД» может быть существенно расширен на основе активизации указанного взаимодействия в рамках единой транспортной системы страны.
Интеллектуальная мультимодальная транспортная система (ИМТС) РФ — результат конвергенции современных технологий построения транспорта различной модальности и контекстных для каждой транспортной моды информационно-телекоммуникационных технологий и прикладного транспортного искусственного интеллекта. Такие конвергентные процессы приводят к формированию единой транспортной системы страны (рис. 6) и обеспечивают ее высокоэффективное комплексное (мульти-модальное) использование.
Важно отметить, что ОАО «РЖД» — транспортный холдинг с самой передовой в стране системой цифрового управления — может стать основой создания ИМТС страны, предусмотрев возможности подключения ИТС других транспортных мод к ИТС ЖДТ. Платформо-ориентированный подход, использованный при создании ИТС ЖДТ, открывает широкие возможности для развития ИТС других мод. Использование ИТС ЖДТ в качестве «материнской плат-
формы» для ИМТС РФ позволит железнодорожной отрасли достичь существенных экономических конкурентных преимуществ относительно других транспортных мод.
Детализированное представление ИМТС (рис. 7) отражает логическую взаимосвязь ее составных частей и может использоваться для согласования работ при разработке модальных ИТС и для согласования работ с зарубежными партнерами [5-8].
Одна из важных проблем построения ИТС ЖДТ заключается в согласовании приграничных интерфейсов с ИТС зарубежных ЖД, в частности, ЖД Китая и Европейского союза.
Таким образом, дальнейшее повышение качества и эффективности функционирования ОАО «РЖД» будет зависеть от темпов цифровизации и интеллектуализации компании. Применение платформо-ори-ентированного подхода к построению ИТС ЖДТ позволяет постепенно наращивать ее возможности на основе разработки и внедрения новых прикладных процессов. В отсутствие согласования стандартов цифровой железной дороги ОАО «РЖД» с ИТС ЖД приграничных государств могут появиться
существенные проблемы для осуществления транзитных международных перевозок, прежде всего ускоренных контейнерных поездов по фиксированному расписанию. Одновременно с разработкой и строительством ИТС ЖДТ необходимо развивать технологии прикладного ИИ. □
Литература
1. Малыгин И. Г., Комашинский В. И., Ава-несов М. Ю. и др. Сети, информация и знания - основные драйверы четвертой индустриальной революции (INDUSTRIE4.0) // Информ. и космос. 2016. № 1. С. 19-22.
2. Малыгин И. Г., Комашинский В. И., Аса-ул А. Н. Четвертая индустриальная революция (INDUSTRIE4.0) в транспортной и сопутствующих отраслях // Пробл. управл. рисками в техносфере. 2016. № 2(38). С. 8-17.
3. Иванов А. Ю., Комашинский В. И., Малыгин И. Г. Концепция построения единого информационного пространства интеллектуальной мультимодальной транспортной системы // Транспорт РФ. 2016. № 6 (67). С. 24-28.
4. Иванов А. Ю., Малыгин И. Г., Комашинский В. И. Мобильные распределенные базы данных Интеллектуальной муль-тимодальной транспортной системы. -СПб. : ИПТ РАН, 2017. - 166 с.
5. Малыгин И. П, Комашинский В. И., Аса-ул А. Н. и др. Концептуальные подходы к построению интеллектуальной муль-тимодальной транспортной системы РФ // Информ. и космос. 2016. № 3. С. 8-17.
6. Малыгин И. П, Комашинский В. И., Аса-ул А. Н. Интеллектуальная мультимо-дальная транспортная система Российской Федерации // Матер. межд. науч-практ. конф. «Транспорт России: проблемы и перспективы - 2016». - СПб., 2016. Т. 1. С. 8-15.
7. Малыгин И. Г., Комашинский В. И., Афонин П. Н. Системный подход к построению когнитивных транспортных систем и сетей // Вестн. С.-Петерб. ун-та Гос. противопожарной службы МЧС России. 2015. № 4. С. 68-73.
8. Nakamura H. Railways and Progress in Electrical and Electronic Technology // Railw. Electr. Eng. 2004. Vol. 15. № 1. Р. 7-13.
9 Erasmus+
^ ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЧР ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I (ПГУПС)
Международная магистерская программа «Высокоскоростной железнодорожный транспорт. Инфраструктура, экономика, экология» (англ. название программы: Economics, Ecology and Infrastructure at High-Speed Railways): • разработана в рамках европейского международного проекта
«Эразмус+» и осуществляется международным консорциумом вузов во главе с Дрезденским и Мадридским политехническими университетами;
• ПГУПС выступает координатором проекта по России и пилотной научно-образовательной площадкой;
• на обучение принимаются специалисты и бакалавры (инженерно-
го и экономического направлений подготовки), а также магистры;
• программа рассчитана на два года (четыре семестра) обучения по очной форме с отрывом от производства:
• первый и второй семестры помимо общепрофессиональных и специальных предметов — интенсивный курс изучения английского языка;
• третий семестр — возможность обучения и прохождения стажировки в Германии на базе Дрезденского технического университета;
• четвертый семестр — обучение в ПГУПС.
По результатам обучения выдаются российские дипломы государственного образца, а прошедшим обучение в Германии — сертификаты Технического университета Дрездена.
Стоимость одного года обучения — 217 500 руб.
Дополнительная информация на кафедре «Строительство дорог транспортного комплекса» ПГУПС: ауд. 7-509, тел.: 408-43-40; ж. д. тел.: 58-927; e-mail: uts_pgups@mail.ru
18 | «Транспорт Российской Федерации;
№ 3 (82) 2019
