Виртуальный вагон: как устроены "цифровые копии" трамваев в Петербурге

В Петербурге 244 трамвайных вагона оснащены системой "Цифровой двойник", сообщили "ДП" в СПб ГУП "Горэлектротранс" (ГЭТ). Это не конечная цифра, уточняют на предприятии. Число подвижного состава, подключённого к системе, будет увеличиваться.

Как устроен цифровой двойник

Цифровых двойников трамвайных вагонов в Петербурге публично представили в конце мая на полях Международного транспортного фестиваля "ТранспортФест". Как пояснили "ДП" в пресс–службе ГЭТ, они представляют собой систему дистанционного мониторинга и диагностики транспортного средства, которая позволяет в режиме реального времени получать данные о работоспособности трамвая, его бортового оборудования и критически важных узлов.

Один из разработчиков такого "Цифрового двойника" — ООО "Инновационные системы", входящее в группу компаний "1МТ". Программное обеспечение интегрируется с оборудованием вагонов производства ООО "ПК Транспортные системы". Как рассказал "ДП" продакт–менеджер компании ООО "Инновационные системы" Данила Лебедев, функционал состоит из облачного онлайн–сервиса и вычислительного блока, установленного на транспортном средстве. С данной системой могут работать завод–изготовитель, производители оборудования, а также специалисты эксплуатирующей организации (ГЭТ).

Старший менеджер практики "Стратегия трансформации" "Рексофт Консалтинг" Илья Муха утверждает, что цифрового двойника можно назвать виртуальной копией транспортного средства. Как объясняет руководитель отдела Backend в компании SimbirSoft Ирина Купцова, в основе этой системы лежит концепция интернета вещей (IoT), адаптированная под специфику рельсового транспорта. "На подвижной состав устанавливается наш бортовой компьютер. Вычислительный блок собирает данные с датчиков, подсистем или других управляющих блоков напрямую и выводит эти данные в интуитивно понятный интерфейс пользователю системы", — комментирует Данила Лебедев.

По словам руководителя Notamedia.Tech Дениса Потапчука, цифровой двойник в общем случае строится из трёх слоёв: бортового, слоя передачи и платформенного. "Телеметрия уходит на серверную платформу по сотовым сетям (LTE / 5G), а тяжёлые массивы могут догружаться по Wi–Fi уже в депо. Каналы защищаются шифрованием и закрытыми контурами связи", — обращает внимание Денис Потапчук.

Данила Лебедев говорит, что система постоянно находится в развитии, происходят интеграции всё с большим количеством оборудования, собираются данные об их работоспособности и выполняемых функциях. "Можно не только анализировать, что происходит с вагоном, но и понимать, что привело к появлению ошибок в оборудовании. Благодаря построению отчётов, графиков и настраиваемой системе оповещений специалисты заблаговременно узнают об отклонениях в работе подсистем и могут направить ремонтную бригаду вечером или ночью и на следующий день выпустить транспортное средство, что приводит к сокращению простоя транспорта", — делится он.

Менеджер по продукту NGR Softlab Николай Перетягин считает систему цифрового двойника эффективным решением. "Если при классическом подходе мы идём снизу вверх: смотрим на отдельное отклонение и выясняем, как оно отразилось на других системах, то цифровой двойник — это подход сверху вниз. Мы сразу видим комплексную картину, как отклонение в параметрах одного прибора повлияло на работу других, и принимаем решение", — отмечает Перетягин.

Сложности работы

Из основных проблем эксперты выделяют процесс сбора данных. По мнению Ирины Купцовой, рост числа метрик не всегда ведёт к линейному росту пользы. "Огромный массив создаёт колоссальную нагрузку на каналы связи и серверные мощности. Чтобы не утонуть в информации, инженеры вынуждены переносить часть логики на борт: контроллер сам анализирует поток и отправляет на сервер только отчёты об отклонениях. Это усложняет бортовое оборудование и удорожает систему", — говорит она.

Как рассказывает технический директор компании "Стахановец" Сергей Щербаков, главные проблемы — интеграционные и организационные. "На технической стороне — разнородный парк с оборудованием разных поколений, который требует унификации протоколов сбора данных, что нередко обходится дороже самого ПО мониторинга. На операционной — из–за генерации большого потока событий грамотно настроенных порогов срабатывания и приоритизации персонал быстро начинает игнорировать оповещения", — отмечает он.

Схожей точки зрения придерживается и Николай Перетягин: "Реагировать на каждое отклонение возможно для контроля одного транспортного средства, но если речь идёт о трамвайном парке, то придётся сильно увеличивать штат специалистов".

Ещё одна сложность, добавляет Денис Потапчук, — систему нужно встроить в уже работающие ИТ–контуры депо и перевозчика и при этом их защитить. "Это решается типовыми API, разграничением доступа и требованиями по информационной безопасности, заложенными на этапе проектирования", — комментирует Потапчук.

В ГЭТ отмечают, что недочёты на трамваях удаётся устранять на ранних стадиях. "Полноценного прогнозирования неисправности ещё нет. Это большая работа как завода–изготовителя, так и эксплуатирующей организации для обучения ИИ в разрезе анализа “сырой” телеметрии с транспортного средства. Но уже сейчас система помогает эти неисправности видеть и оперативно на них реагировать", — считают на предприятии.

Несмотря на высокую точность распознавания, цифровой двойник не заменяет физическую диагностику, акцентирует внимание Сергей Щербаков. "Он сужает круг поиска неисправности и расставляет приоритеты, но финальная верификация по–прежнему требует участия специалиста. Чем богаче накопленная база и чем дольше система обучается на конкретном парке, тем точнее её прогнозы", — уверен эксперт. Схожего мнения придерживается и Денис Потапчук: "Двойник не отменяет регламентный осмотр, а делает его адресным — подсказывает, на что смотреть в первую очередь".

Как двойник "общается" с другими умными системами

Как рассказал "ДП" директор "N3. Tech | Транспорт" Евгений Госьков, цифровой двойник может технически взаимодействовать с транспортной инфраструктурой города через интеграционный контур. В Петербурге это АСУ ГПТ — автоматизированная система управления городским и пригородным пассажирским транспортом общего пользования. Так называемое "общение" может быть организовано как через прямой канал с оборудования, так и с применением технологий V2X (Vehicle–to–Everytning), добавляет эксперт. "Данные из внешних систем агрегируются и используются для формирования актуальной цифровой модели работы общественного транспорта", — считает Евгений Госьков.

Опрошенные эксперты и специалисты ГЭТ объясняют, что взаимодействие цифрового двойника с другими программами происходит с помощью протоколов API. "В круг интеграций уже входят система контроля за состоянием водителя, навигационная система, система подсчёта пассажиропотока. Их количество с каждым годом будет только увеличиваться", — прогнозируют в ГЭТ.

Цифровому двойнику напрямую информация других систем не нужна, однако она может служить ценным источником косвенных данных, размышляет Ирина Купцова. Так, число пассажиров позволяет точнее прогнозировать износ ходовой части или нагрузку на климатическую установку. Данные о состоянии водителя могут быть использованы для анализа влияния человеческого фактора на стиль вождения и износ агрегатов. "Именно объединение отдельных умных систем в единый цифровой контур превращает набор датчиков в инструмент управления городским транспортом", — говорит Денис Потапчук.

Сергей Щербаков выделяет ключевое условие для такой экосистемы — необходима единая шина данных с чётко прописанными правами доступа и форматами обмена между подсистемами. "Зная, какой вагон может выйти из строя, город может действовать на опережение: оперативно направить ремонтную бригаду, передать местоположение вагона, вывести его на замену или организовать другой способ доставки пассажиров — например, при блокировке путей. Понимая, сколько вагонов сейчас на линии, при сбоях можно сразу предлагать пассажирам альтернативные маршруты. Технически это работает через единую городскую платформу (интеллектуальную транспортную систему), в которой разные сервисы обмениваются данными", — резюмирует Илья Муха.