Sztuczna inteligencja pomoże zapobiegać wypadkom kolejowym i zwiększy punktualność pociągów. Nad takimi rozwiązaniami pracują polscy inżynierowie

Do wprowadzenia całkowicie autonomicznych pociągów szykują się już zarówno koleje pasażerskie, jak i towarowe. W tej chwili pociągi bez maszynisty funkcjonują tylko na wyodrębnionych liniach, a systemy autonomicznego kierowania są wykorzystywane w metrze m.in. w Paryżu, Sydney czy Szanghaju. Rozwiązania te są rozwijane dzięki sztucznej inteligencji, która dziś wykorzystywana jest na świecie w kolejach dużych prędkości. Chociaż w Polsce są one dopiero na etapie planowania, technologie z zakresu SI są już rozwijane i wdrażane przez polskich przewoźników oraz inżynierów. Wśród korzyści inteligentnych rozwiązań są m.in. większe bezpieczeństwo i zapobieganie awariom, ograniczenie kosztów, większa punktualność pociągów i komfort podróżnych.

– W styczniu tego roku Rada Ministrów przyjęła dokument określający politykę rozwoju sztucznej inteligencji w Polsce na kolejne lata. Jednym z priorytetów jest rozwój pojazdów autonomicznych. SI potrzebna jest zwłaszcza w kolejach wielkich prędkości, które w Polsce są dopiero na etapie planowania, więc w tej chwili brakuje bezpośredniego bodźca do rozwoju tej technologii. Wiele firm prowadzi jednak projekty nad zastosowaniem sztucznej inteligencji w transporcie kolejowym, zarówno pasażerskim, jak i towarowym – mówi agencji informacyjnej Newseria Biznes Aleksander Lisowiec, kierownik Zakładu Sieci Inteligentnych w Łukasiewicz-ITR

Rządowa „Polityka dla rozwoju sztucznej inteligencji w Polsce od 2020 roku” wskazuje, że ta technologia ma duży potencjał wzmocnienia krajowej gospodarki. Rozwój SI w Polsce ma rokrocznie zwiększać dynamikę PKB o ok. 2,65 p.p., a do 2030 roku zautomatyzować nawet 49 proc. czasu pracy w Polsce, generując jednocześnie lepiej płatne miejsca pracy w kluczowych sektorach. Jednym z nich jest transport, w tym także kolejowy, który zalicza się do branż najbardziej podatnych na korzyści wynikające z wdrożenia SI. W Polsce są jednak pewne bariery do jej rozwoju.

– Transport kolejowy jest bardzo szeroką dziedziną i chociaż sztuczna inteligencja w długim czasie przynosi korzyści finansowe, to konieczny jest najpierw wydatek inwestycyjny. W transporcie kolejowym mamy też do czynienia z bardzo rygorystycznymi wymaganiami dotyczącymi bezpieczeństwa. Są pewne opory dotyczące zastąpienia maszyną człowieka, który podejmuje decyzje w sytuacjach krytycznych. Barierami do rozwoju sztucznej inteligencji w kolejnictwie są również normy prawne: zgodnie z polskim prawem w pojeździe szynowym musi znajdować się przynajmniej jeden maszynista, co ogranicza rozwijanie pojazdów autonomicznych – wyjaśnia Aleksander Lisowiec.

Zanim na polskie tory wyjadą autonomiczne pociągi bez maszynisty, inteligentne technologie zaczną być wykorzystywane m.in. do zarządzania taborem kolejowym. Montowane w pociągach czujniki i sensory, zintegrowane z algorytmami SI, są w stanie na bieżąco gromadzić, analizować i dostarczać dane dotyczące m.in. aktualnej lokalizacji, pokonanego dystansu czy prędkości, z którą porusza się pociąg. Dzięki temu przewoźnicy mogą np. zwiększać lub zmniejszać częstotliwość ich kursowania w zależności od potrzeb i liczby pasażerów, redukować koszty i podnosić komfort podróżowania.

– Sztuczna inteligencja pomaga zarządzać pociągami w różnorodny sposób. Przede wszystkim jest to logika transportu, czyli dostosowanie częstotliwości kursowania do natężenia ruchu pasażerskiego, dbanie o brak przestojów, punktualność, bezpieczeństwo podróżnych i maksymalne skrócenie czasu przejazdów kolejowych – wymienia ekspert Sieci Badawczej Łukasiewicz.

Jednym z systemów sztucznej inteligencji już wykorzystywanym w transporcie kolejowym jest tzw. system ekojazdy. Polega on na dostosowaniu prędkości jadącego składu tak, aby zużył on jak najmniej energii elektrycznej.

– Algorytmy sztucznej inteligencji opierają się na danych dostarczanych przez sensory zainstalowane w infrastrukturze kolejowej: na dworcach, w torowiskach i w wagonach. Są to dane dotyczące m.in. prędkości pociągów i ich położenia. Tak działa m.in. Europejski System Zarządzania Ruchem Kolejowym (ERTMS). Szeroko wykorzystywane są również systemy oparte na kamerach wizyjnych – wymienia Aleksander Lisowiec.

Jednym z głównych celów wdrażania na kolei rozwiązań bazujących na SI jest zwiększenie bezpieczeństwa. Jak wynika z danych Urzędu Transportu Kolejowego, w 2020 roku na kolei doszło do 425 wypadków (w tym sześciu poważnych). To co prawda spadek o 19 proc. w porównaniu z poprzednim rokiem, ale jest on głównie efektem pandemii – w 2020 roku pociągi pasażerskie i towarowe przejechały w sumie o blisko 15 mln „pociągokilometrów” mniej niż w 2019 roku. Z kolei podobnie jak co roku najwięcej wypadków miało miejsce na przejazdach kolejowo-drogowych: w ubiegłym roku odnotowano ich 170 (w porównaniu ze 199 rok wcześniej).

Wykorzystanie systemów bazujących na SI pozwoliłoby uniknąć wielu takich wypadków. Przy prędkości pociągu 200–300 km/godz. maszynista na ogół nie jest w stanie dostrzec z wyprzedzeniem wszystkich zagrożeń znajdujących się na torze, w czym może pomóc mu właśnie sztuczna inteligencja. Pomaga ona również odpowiednio wcześniej odkryć awarię lub zużycie części, co też mogłoby doprowadzić do wypadku, np. wykolejenia pociągu.

– Taki przypadek może się zdarzyć na skutek urwania się koła, do którego może przyczynić się zatarcie łożyska. Aby temu zapobiec, w pobliżu łożyska koła montuje się czujniki temperatury. Dane z tych czujników są przekazywane do jednostki centralnej, która na podstawie ich analizy może natychmiast zatrzymać skład albo zaplanować przegląd wagonu w odpowiednim momencie – tłumaczy ekspert Instytutu Tele- i Radiotechnicznego Sieci Badawczej Łukasiewicz. – W przypadku pociągu towarowego wykolejenie może być też spowodowane przesunięciem ładunków w wagonie i tutaj również można zainstalować czujniki, które badają stan zawieszenia. Gdy zostanie wykryty przechył wagonu, skład również jest zatrzymywany.

Jedną z innych częstych awarii jest zablokowanie klocków hamulcowych, które prowadzi do uszkodzenia koła. Czujniki zintegrowane z SI pozwalają monitorować stan hamulców wagonu i zapobiegać takim incydentom.

– W naszym instytucie wraz z firmą Meritus Systemy Teleinformatyczne prowadzimy projekt, który ma za zadanie stworzyć system składający się z sieci sensorów zainstalowanych w wagonie kolejowym. Te sensory mierzą podstawowe parametry jezdne wagonu i przekazują dane do jednostki centralnej. Na tej podstawie jednostka jest w stanie przewidzieć możliwość awarii. Jeśli taka awaria grozi uszkodzeniem wagonu bądź wykolejeniem się pociągu, skład zostaje natychmiast zatrzymany – wskazuje Aleksander Lisowiec.

Czujniki mają postać niewielkich „pudełek” mocowanych za pomocą magnesu w różnych punktach wagonu. Dane z tych sensorów są następnie przesyłane do jednostki centralnej, która gromadzi je i przesyła dalej, do serwera umieszczonego w chmurze za pomocą systemu GSM. Poza tym jednostka centralna wyznacza również położenie wagonu, korzystając z sygnałów systemów nawigacji satelitarnej GPS i Galileo, umożliwiając przewoźnikowi nadzór online nad jego lokalizacją. To istotne zwłaszcza dla przewoźników towarowych, którzy dzięki temu mogą np. przekazywać swoim klientom informacje dotyczące planowanego czasu przeładunku i rozładunku.

Również drugi instytut z Sieci Badawczej Łukasiewicz – KOMEL opracowuje rozwiązania z zakresu wysoko zaawansowanych technik teleinformatycznych na rzecz bezpieczeństwa ruchu kolejowego. Temu służyć ma stworzony przez inżynierów telemetryczny rejestrator parametrów krytycznych TEREPAK wykorzystywany w taborze kolejowym. Urządzenie pozwala na zdalny monitoring ważnych napędów, pomiary i analizy parametrów pracy wybranych urządzeń. Dzięki zastosowaniu łączności przez internet lub GSM TEREPAK ułatwia zdalną kontrolę systemu, obserwację i porównanie parametrów z różnych czujników oraz umożliwia powiadomienie służb odpowiedzialnych za eksploatację maszyn o pojawiających się sytuacjach alarmowych.

Sieć Badawcza Łukasiewicz to trzecia pod względem wielkości sieć badawcza w Europie. Dostarcza atrakcyjne, kompletne i konkurencyjne rozwiązania technologiczne. Oferuje biznesowi unikalny system „rzucania wyzwań”, dzięki któremu grupa 4500 naukowców w nie więcej niż 15 dni roboczych przyjmuje wyzwanie biznesowe i proponuje przedsiębiorcy opracowanie skutecznego rozwiązania wdrożeniowego. Angażuje przy tym najwyższe w Polsce kompetencje naukowców i unikalną w skali kraju aparaturę naukową. Co najważniejsze, przedsiębiorca nie ponosi żadnych kosztów związanych z opracowaniem pomysłu na prace badawcze. Łukasiewicz w dogodny sposób wychodzi naprzeciw oczekiwaniom biznesu. Przedsiębiorca może zdecydować się na kontakt nie tylko przez formularz na stronie https://lukasiewicz.gov.pl/biznes/, ale także w ponad 50 lokalizacjach: Instytutach Łukasiewicza i ich oddziałach w całej Polsce. Wszędzie otrzyma ten sam – wysokiej jakości – produkt lub usługę. Potencjał Łukasiewicza skupia się wokół takich obszarów badawczych jak: zdrowie, inteligentna mobilność, transformacja cyfrowa oraz zrównoważona gospodarka i czysta energia.