Admin

АПК фиксации исполненного движения

ПОЛЕВСКИЙ Илья Сергеевич, АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте», главный эксперт отделения АМР, НТК СОБД и АСПП, Москва, Россия
ЧИГИРЁНКОВ Алексей Станиславович, АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте», начальник отдела РПО, отделение АМР, НТК СОБД и АСПП, Москва, Россия

Ключевые слова: компьютерное зрение, машинное обучение, график исполненного движения, железнодорожная станция, малодеятельные линии

Аннотация. Прибытие, проследование и отправление поездов на железнодорожной станции фиксируется системой электрической централизации (ЭЦ). Однако на малодеятельных линиях системы ЭЦ могут отсутствовать и их внедрение экономически нецелесообразно. Для отслеживания движения поездов на таких станциях разрабатывается Аппаратно-программный комплекс фиксации исполненного движения (АПК ФИД). В его состав входят видеокамеры, фиксирующие характер движения или его отсутствие согласно зонам ответственности. Передача информации производится по радиоканалу в централизованный сервер системы. На основе данных видеоаналитики сервер системы формирует цифровую модель станции для оценки занятости путей и стрелок. Оснащение малодеятельных участков таким аппаратно-программным комплексом позволит получить объективные данные о передвижениях на станциях без использования ЭЦ с минимальными затратами.
■ В соответствие с задачами стратегического развития транспортного комплекса страны [1-3] АО «НИИАС» осуществляет разработку и внедрение Автоматизированной системы ведения графика исполненного движения нового поколения (АС ГИД НП). Она обеспечивает централизованное бесшовное ведение ГИД на дорогах сети ОАО «РЖД».
Источником информации для АС ГИД НП служат данные систем диспетчерской централизации (ДЦ), которые, в свою очередь, получают сообщения о прибытии, проследовании и отправлении поездов от устройств ЖАТ. При этом на станциях могут находиться зоны, не оборудованные устройствами электрической централизации, а также существуют
малодеятельные линии, где на станциях отсутствует ЭЦ. В таких случаях информация об исполненном движении передается путем ручного ввода на автоматизированном рабочем месте (АРМ) или вовсе отсутствует, что негативно сказывается на объективности и полноте данных о поездной обстановке.

Оборудование и дооборудование станций современными системами ЭЦ требует больших капиталовложений [4]. Для таких станций разрабатывается Аппаратно-программный комплекс фиксации исполненного движения на станции (АПК ФИД). При отсутствии устройств электрической централизации АПК ФИД получает информацию о приеме, отправлении и пропуске поездов
на станции с помощью средств технического зрения,основанных на предиктивных математических моделях. Структурная схема разрабатываемого аппаратно-программного комплекса показана на рисунке.
Сбор информации о движении на станции осуществляется путем использования оптических видеокамер с функциями захвата, хранения, обработки и анализа видеоматериалов. Каждая видеокамера представляет собой автономную систему, способную контролировать определенную зону и предоставлять прогнозируемые оценки о фиксируемом характере движения или его отсутствии. Результат видеосъемки формализуется в компактный текстовый документ, который передается на централизованный сервер АПК ФИД по каналу радиосвязи. Предполагается, что централизованный сервер АПК ФИД будет расположен в региональном информационно-вычислительном центре (ИВЦ) ОАО «РЖД».
На основании поступающих данных от средств видеоконтроля централизованный сервер комплекса АПК ФИД создает цифровую модель станции, на которой формируется информация о состоянии и динамике движения подвижного состава, даются вероятностные оценки занятости путей и стрелок в зонах контроля. С помощью цифровой модели осуществляется математическая формализация путевого развития станции в виде графа. При этом каждая вершина представляет собой изолированный стык или стрелку, а ребро - блок-участок в виде секции или пути.

Фиксация исполненного движения обеспечивается решением задач классификации, локационной привязки к местности и регрессии.
Классификация используется для определения и детектирования подвижных составов и их
отдельных единиц на станции. В АПК ФИД применяется многомерная классификация, т.е. каждый объект может принадлежать
одному или нескольким классам одновременно. Такой методологический подход позволяет выделять индивидуальные объекты
в рамках группы,например, опре
делять вагоны или локомотивы в составе поезда при высокой плотности классифицируемых объектов на станции, в том числе, когда объекты перекрывают друг друга. Комплекс АПК ФИД также предусматривает обработку естественных атмосферных искажений для устойчивых и динамических погодных условий (туман, дым, снег, дождь и др.).
Далее отслеживаются координаты классифицированного объекта в рамках путевого развития станции. Комплекс дает пре
диктивные оценки направления движения объекта и его скорости, времени простоя и пройденного расстояния, т.е. решается задача регрессии. На основании полученных оценок определяется занятость путей, секций или стрелок в соответствии с цифровой моделью и путевым развитием станции. Учитываются такие факторы как локационная привязка видеокамеры, стабилизация изображения, оптические искажения и темпоральная зависимость.


Каждая видеокамера комплекса АПК ФИД контролирует соответствующий участок станции. Локационная привязка видеокамеры позволяет соотнести ее географические координаты с цифровой моделью для однозначного позиционирования в информационной системе комплекса. Видеокамеры могут монтироваться на ригели жестких поперечин контактной сети. В этом случае они будут подвержены вибрации при прохождении подвижного состава. Для минимизации вибрации в комплексе АПК ФИД предусмотрена система стабилизации изображения. Такая система удерживает контролируемый участок станции в поле зрения видеокамеры, в том числе с учетом возможного ее физического смещения.
Для получения максимальной точности предиктивных оценок в процессе решения задачи регрессии важно, чтобы все прямые линии в реальном мире оставались геометрически прямыми на изображениях от видеокамер. Однако из-за оптических искажений, таких как радиальная и тангенциальная дисторсии, изображения могут искажаться, что приводит к ошибкам в регрессионной модели.
Для решения этой проблемы комплексом АПК ФИД проводится автоматизированная калибровка
источников видеоинформации. После чего процесс коррекции оптических искажений позволяет компенсировать деформации изображений и восстанавливать их исходную геометрию.
Комплекс отслеживает и анализирует факторы темпоральной зависимости контролируемого объекта. Регрессионная модель комплекса позволяет учитывать изменение состояния и формы объекта в течение заданного временного интервала. В процессе обработки данных также учитывается общий контекст, что повышает точность прогнозирования с учетом окружающей обстановки. АПК ФИД обеспечивает эффективное решение задачи регрессии для контролируемого объекта, основываясь на его состоянии, форме, временной динамике и условиях окружающей среды.

Каждая видеокамера комплекса является самостоятельной и интеллектуальной системой, способной анализировать регистрируемые видеоданные и принимать решения на основе полученной информации. Видеокамера обладает способностью давать вероятностные оценки событиям, происходящим в ее зоне ответственности, согласно технологической задаче комплекса.
Комплекс АПК ФИД определяет зоны территориального контроля исполненного движения: пути приближения станции и ее горловину. В зоне контроля путей приближения станции фиксируются события прибытия и отправления поездов, а в зоне контроля горловины -транзита или остановки поездов на путях.
Видеокамеры комплекса оснащаются оптическими сенсорами высокого разрешения на 12,3 млн пикселей (4056x3040) и имеют углы обзора 140°, 115° и 85° по диагонали, горизонту и высоте соответственно. Это позволяет увеличить точность распознавания объектов и проведения необходимых измерений. Видеокамеры могут дополнительно оснащаться и работать с адаптивной оптикой, с помощью которой происходит автоматическая фокусировка на объекте контроля в зависимости от условий освещения и расстояния до него.
За работу предиктивных моделей анализа изображений отвечает процессорная плата с вычислительной мощностью 1 терафлопс. Это позволяет увеличить точность и скорость прогнозирования математических алгоритмов при обработке больших объемов данных видеопотока изображений высокого разрешения с частотой 30 кадр./с. Для поддержания высокой производительности работы алгоритмов процессорная плата оснащена твердотельным SSD-накопителем, подключенным по шине PCI-e.
За передачу информации между видеокамерой и централизованным сервером АПК ФИД отвечает радиомодем стандарта GSM, который ориентирован на работу с ремонтно-оперативной радиосвязью (РОРС) ОАО «РЖД».
В процессе работы от устройств видеоконтроля в режиме реального времени передаются структурированные текстовые документы в формате JSON. В рамках комплекса АПК ФИД документ JSON является единицей обмена информацией между абонентами радиоканала, фиксирующий события исполненного движения в контролируемой зоне. Такие данные приводятся к компактному текстовому виду и передаются на централизованный сервер для последующего анализа и обработки при построении цифровой модели станции. Формат JSON обеспечивает высокую эффективность передачи данных за счет использования алгоритмов сжатия, структурированной формы, а также простоты анализа и поиска ошибок в случае чтения данных человеком.

Электропитание видеокамеры может быть осуществлено от сети переменного тока напряжением 230 В или по стандарту Power over Ethernet (РоЕ) IEEE 802.3bt-2018 с максимальным потреблением до 60 Вт.
Корпус видеокамеры выполнен в виде герметичной оболочки-термокожуха, который защищает ее от влаги и пыли согласно степени защиты IP66 по ГОСТ 14254 для установки устройства на открытых площадках при сложных климатических условиях. Степень защиты от поражения электрическим током соответствует I и III классам по ГОСТ 12.2.007.0. Корпус оснащается термонагре
вателями, которые прогреваются и поддерживают температуру внутреннего пространства термокожуха до 5 °C, а при ее повышении до 60 °C отключаются.

Внедрение АПК ФИД на всех станциях сети, частично или полностью не оснащенных системами ЭЦ, позволит полностью исключить ручной ввод информации о передвижениях поездов на таких объектах и обеспечит АС ГИД НП объективной информацией о фактических передвижениях подвижных единиц в режиме реального времени.

СПИСОК источников

1. Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года : утв. Распоряжением Правительства Российской Федерации от 22.11.2008 № 1734-р. (в ред. от 12.05.2018). Доступ через СПС «Кон-сультантПлюс».
2. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской федерации до 2030 года: утв. Распоряжением Правительства Российской Федерации от 17.06.2008 № 877-р. Доступ через СПС «Консультант-Плюс».
3. Стратегия научно-технологического развития холдинга «РЖД» на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года («Белая книга»): утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 17.04.2018 № 769/р. URL: https://company.rzd.ru/ (дата обращения: 25.03.2024).
4. Новый подход к организации движения поездов на малодеятельных линиях ОАО «РЖД» / А.Б. Никитин, И.В. Кушпиль, И.М. Кокурин, В.А. Шаров И Автоматика на транспорте. 2018. Т. 4, № 4. С. 561-579.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК