Admin

Применение технологий IoT на пути к цифровизации железнодорожного комплекса

КУЦЕНКО Сергей Михайлович, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, факультет «Безотрывных форм обучения», декан, канд. техн, наук, Санкт-Петербург, Россия

ЕВДОКИМОВА
Ольга Геннадьевна, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, кафедра «Электрическая связь», доцент, канд. техн, наук, Санкт-Петербург, Россия

Ключевые слова: цифровизация, цифровые технологии, телекоммуникации, интернет вещей, промышленный интернет вещей, подготовка кадров
Аннотация. В статье указаны основные тенденции цифровизации инфраструктуры отечественного железнодорожного комплекса. Сформулировано ключевое преимущество интернета вещей. Рассмотрены некоторые варианты применения 1оТ-реше-ний. Освещены вопросы стандартизации и безопасности передачи данных, уделено внимание проблеме кадрового потенциала в рамках подготовки специалистов на базе лаборатории «Интернет вещей» ПГУПС.


Применение технологий 1оТ в сфере железнодорожного транспорта вызвано развитием и необходимостью модернизации и ускорения процессов управления и эксплуатации в отрасли. При этом использование цифровых технологий направлено, прежде всего, на решение задач, определенных Стратегией развития информационного общества в 2017-2030 гг., и программой Цифровой экономики Российской Федерации.

Современные условия диктуют необходимость выполнения максимально возможной цифровизации производственного процесса. Одним из стратегических направлений развития ОАО «РЖД» [1] и эффективным инструментом в достижении нового уровня цифровизации может служить технология «Интернет вещей» (loT). Основные векторы цифровизации обусловлены структурой отечественных железных дорог. Сюда можно отнести техническую инфраструктуру, диспетчерское обслуживание и локомотивное хозяйство (подвижной состав) [2].

Самыми значимыми технологиями в настоящее время являются такие, как «Цифровые двойники», «Большие данные», «Искусственный интеллект», а также квантовые коммуникации и др. Совокупность этих технологий составляет основу четвертой промышленной революции «Индустрия 4.0», которая предполагает образование внутри каждой компании единого информационного пространства, позволяющего автоматизировать сразу множество производственных процессов и управлять ими.
Например, цифровые двойники станций служат динамическими моделями процессов, происходящих на реальных станциях, что является одной из современных тенденций в развитии железных дорог России. Цифровизация железнодорожной станции представляет собой интеграцию систем обеспечения движения поездов,
автоматизированного управления, видеонаблюдения, а также датчиков и сенсоров интернета вещей. В результате сбора большого объема данных, их обработки и анализа формируются ключевые выводы относительно дальнейшего использования железнодорожных объектов. При этом технология «Большие данные» помогает выявить наиболее насущные потребности отдельных элементов общей инфраструктуры, расставить приоритеты в очередности проведения ремонтных работ и финансирования, снизить субъективное влияние человеческого фактора на принятие конкретного решения [2].
Напомним, что интернет вещей -это глобальная инфраструктура цифровой экономики, обеспечивающая возможность доставки услуг путем соединения друг с другом датчиков и исполнительных механизмов (актуаторов) физических и виртуальных «вещей» на основе информационно-коммуникационных технологий [3]. Эта технология уже внедряется в транспортной инфраструктуре, включая такой функционал, как получение показателей с использованием датчиков, счетчиков и систем видеонаблюдения; предоставление собранной информации в центры обработки данных (ЦОД); управление устройствами и выбор «умного решения» на основе проведенного анализа и др.
Одно из приоритетных направлений внедрения интернета вещей заключается в обеспечении безопасности персонала посредством мониторинга состояния человека в системе реального времени и контроля его нахождения в опасных зонах. Анализ случаев травматизма показывает, что составители на сортировочной горке периодически попадают в «слепую зону» машиниста, который при совершении маневра может задеть и травмировать их. Аналогичные случаи происходят с помощниками машинистов при осмотре ими состава в пути следования, при сходах или авариях [4].
Для повышения безопасности железнодорожников при выполнении ими технологического процесса в ОАО «РЖД» разрабатываются решения по применению специальных устройств. К таким решениям, например, относится размещение датчиков местоположения на работниках, которые могут находиться в «слепой зоне». При этом сигнал от датчика передается на приемник машиниста, который может фиксировать расстояние.


Внедрение интегрированных решений интернета вещей и машинного зрения позволяет распознавать, позиционировать и контролировать численность персонала, находящегося в разрешенных/ запрещенных зонах на железнодорожных путях, экипировку работников (наличие светоотражающих жилетов и других средств индивидуальной защиты). Кроме того, решения 1оТ дают возможность реализовать на железнодорожном транспорте такие проекты, как «Цифровое депо», «Доверенная среда», «Умный локомотив», «Обслуживание по состоянию», «Автоматизированная диагностика инфраструктуры и вагонов» [5]. Примером реализации промышленного интернета вещей (НоТ) в холдинге «РЖД» может служить вокзальный комплекс станции Ростов-Главный, где установлены видеокамеры и датчики, осуществляющие анализ показателей расхода электроэнергии, мониторинг наличия свободных мест на парковке у вокзала и др.
Одна из глобальных инициатив международного союза электросвязи (МСЭ-Т) заключается в стандартизации технологии «Интернет вещей». В перечень основных рекомендаций включены: Y.2060 - «Обзор Интернета вещей», Y.2063 - «Основа WEB вещей», Y.2069 - «Термины и определения интернета вещей» и многие другие.
Следует сказать, что эталонная модель 1оТ, приведенная в рекомендации Y.2060, состоит из четырех уровней: приложения, поддержки сервисов и приложений, сетевого и уровня устройств. Причем интернет вещей имеет множество стандартов как узконаправленных, так и универсальных.

Для интернета вещей применяются технологии беспроводных сетей с низким энергопотреблением разного радиуса действия. Это - локальные и персональные сети (WLAN, WPAN), к которым относятся сети ближнего (малого и среднего) радиуса действия с протоколами взаимодействия Wi-Fi, 6L0WPAN, Thread, ZigBee IP, Z-Wave, ZigBee, BLE 4.2 (Bluetooth Mesh), WirelessHart, MiWi. Также используются энергоэффективные глобальные сети LPWAN с технологиями для передачи небольших объемов данных на дальние расстояния: LoRaWAN, SIGFOX, CloT, 4G LTE, 5G, NB-loT и др.
В 2020 г. Росстандартом утверждена серия предварительных национальных стандартов в области интернета вещей, промышленного интернета и сенсорных сетей. В этом году Международная организация по стандартизации и Международная электротехническая комиссия ISO/IEC утвердили первый созданный в России стандарт промышленного интернета вещей, устанавливающий единые требования к совместимости устройств и систем НоТ. Этот стандарт направлен на возможность продвижения отечественных технологий и их практическую реализацию.
Защищенные коммуникации, как известно, важны и для отрасли, и для страны в целом. При этом применение в качестве защищенной сети квантового интернета обеспечит хорошую защиту от киберпреступлений. В рамках стратегии по развитию квантовых коммуникаций, которую курирует ОАО «РЖД» согласно программе «Цифровая экономика», планируется разработать национальные стандарты квантового интернета вещей. Базовые стандарты определят основные термины и определения в области квантовых коммуникаций.
Технология квантового распределения ключей является одной из наиболее развитых в этой области. Она характеризуется стойкостью, гарантируемой фундаментальными законами, а не предположениями об ограничениях злоумышленника. Она будет служить для защиты внутренних данных при управлении критической инфраструктурой, а также при предоставлении другим компаниям сервисов по защите информации .


Однако для достижения интегрального эффекта от внедрения loT-решений в железнодорожном комплексе нужны подготовленные профессиональные кадры. Для подготовки и формирования у них цифровых компетенций в нашем университете на базе недавно созданной лаборатории «Интернет вещей» на кафедре «Электрическая связь» факультета «Автоматизация и интеллектуальные технологии» реализован аппаратно-программный комплекс «Промышленный интернет вещей».
В текущем учебном году студенты специальности, связанной с обеспечением движения поездов,
приступили к изучению аппаратно-программного комплекса НоТ в рамках новой учебной дисциплины «Цифровые технологии в профессиональной деятельности». В процессе практических занятий они смогут освоить процесс тестирования и управления датчиками различного назначения, подключенными к общей сети посредством беспроводного доступа к базовой станции. Кроме того, они получат практические навыки в работе с сетевым оборудованием (коммутаторами и маршрутизатором, сервером) и в настройке сети [6].
Вместе с этим на базе Института повышения квалификации и переподготовки руководящих работников и специалистов в ПГУПС предусмотрена возможность получения дополнительного профессионального образования по программе «Цифровые технологии на железнодорожном транспорте». В рамках программы обучающиеся овладевают компетенциями в таких областях, как разработка информационных моделей объектов, обработка и анализ больших данных, моделирование виртуальной и дополненной реальности, интернет вещей и блокчейн-технология.

В заключение отметим, что позитивные примеры развития цифровых технологий на железнодорожном транспорте очевидны, но пока они внедряются в ограниченных масштабах.
Критическими факторами для отечественных железных дорог, влияющими на трудность достижения результатов цифровизации, являются большие расстояния, на которые необходимо провести соответствующие коммуникации, а также разные климатические условия, в которых должно работать оборудование с идентичным функционалом. Кроме того, некоторым тормозом служит и недостаток специалистов, имеющих знания по внедрению цифровых сервисов. Вероятно, что всем, чья профессиональная деятельность связана с данной тематикой, предстоит в ближайшее время освоить новые технологии, и разработанная в нашем университете программа может оказать в этом существенную помощь. Причем для решения указанных задач в ПГУПС сейчас разрабатываются еще и специализированные электронные курсы.

СПИСОК источников

1. Распоряжение Правительства РФ от 27.11.2021 N 3363-р «О Транспортной стратегии Российской Федерации до 2030 года с прогнозом на период до 2035 года» Доступ через СПС «КонсультантПлюс» (дата обращения 18.09.2022г.).
2. Евдокимова О.Г., Крючковат.В. Цифровые тенденции в развитии железных дорог России // СПБНТОРЭС : труды ежегодной НТК. 2022. Ns 1 (77). С. 155-157.
3. Об утверждении концепции построения и развития узкополосных беспроводных сетей связи «Интернета вещей» на территории Российской Федерации : приказ Минцифры РФ от 29.03.2019 № 113. // Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ : официальный сайт. URL: https://digital.gov.ru/ ru/documents/6410 (дата обращения 02.02.2022).
4. Держать риски под контролем // Гудок 2018. 17 мая. С. 7. URL: https:// gudok.ru/newspaper/?ID=1419616&arch ive=2018.05.17.
5. Чаркин Е.И. О реализации стратегии цифровой трансформации ОАО «РЖД» // Железнодорожный транспорт. 2020. № 2. С. 66-70.
6. Цифровизация учебного процесса транспортного университета / С.М. Куценко, Е.В. Казакевич, О.П. Ша-блюк, В.Е. Коротин//Техниктранспорта: образование и практика. 2022. Т. 3, № 1. С. 57-62. DOI: https://doi. org/10.46684/2687-1033.2022.1.57-6.