Что такое цифровая железная дорога холдинга ржд

Цифровая железная дорога. Технологический уровень Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Дзюба Юрий Владимирович, Павловский Андрей Александрович, Уманский Владимир Ильич

Статья исследует проект цифровой железной дороги, разрабатываемый в холдинге ОАО РЖД. Предложено авторское понятие содержания цифровой железной дороги. Раскрывается связь цифровой железной дороги с цифровой экономикой . Сформулированы основные концепции проекта. Раскрыты основные цели проекта цифровая железная дорога. Раскрывается содержание основных технологических решений проекта цифровая железная дорога .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Digital Railroad. Technological level

The article examines the project of digital railroad, developed in the holding company JSC Russian Railways. The article gives the author’s concept of the digital railway. The article reveals the connection of the digital railway the digital economy. The article introduces the main concepts of the project. The article reveals the main goal of the project digital railroad. The article reveals the content of the main technological solutions of the project of the digital railway.

Текст научной работы на тему «Цифровая железная дорога. Технологический уровень»

Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334 (Онлайн)

Адрес статьи: pnojournal.wordpress.com/archive18/18-01/ Дата публикации: 1.03.2018 № 1 (31). С. 208-213.

удк 625.1 В. И. УмАнский, А. А. Павловский, Ю. В. Д зюба

Цифровая Железная Дорога. Технологическим уровень

Статья исследует проект цифровой железной дороги, разрабатываемый в холдинге ОАО РЖД. Предложено авторское понятие содержания цифровой железной дороги. Раскрывается связь цифровой железной дороги с цифровой экономикой. Сформулированы основные концепции проекта. Раскрыты основные цели проекта цифровая железная дорога. Раскрывается содержание основных технологических решений проекта цифровая железная дорога.

Ключевые слова: транспорт, цифровые методы, цифровая железная дорога, управление, цифровая экономика

Perspectives of Science & Education. 2018. 1 (31)

International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334 (Online)

Available: psejournal.wordpress.com/archive18/18-01/ Accepted: 18 January 2018 Published: 1 March 2018 No. 1 (31). pp. 208-213.

V. i. umanskii, A. A. pavlovskii, Yu. V. Dzyuba

Digital Railroad. Technological level

Keywords: transport, digital techniques, digital railway management digital economy

роект «Цифровая железная дорога» (ЦЖД) является синтезом информационных, интеллектуальных, коммуникационных и управленческих технологий. Кроме того появление технологии интернет вещей и цифровой экономики также повлияло на создание проекта ЦЖД. Термин «цифровая экономика» введен в книге Дона Тапскотта [1] «Цифровая экономика: обещание и опасность в эпоху сетевой разведки». Цифровая экономика была одной из первых книг, которые рассматривали вопрос о том, как Интернет изменит способ ведения бизнеса. Выделяют следующие направления цифровой экономики [2]: инфраструктура электронного бизнеса, информационные сети, интеллектуальные ресурсы (человеческий капитал); электронный бизнес, технология интернет вещей [3]; цифровое моделирование [4]. Все компоненты циф-

ровой экономики входят в проект «Цифровая железная дорога». Кроме этих компонент проект ЦЖД связан с интеллектуальными транспортными системами [5], кибер-физическими системами [6], семиотическим и ситуационным управлением [7], системной инженерией [8] и сложными техническими системами [9]. Сегодня цифровую экономику оценивают в три триллиона долларов. Вся эта стоимость была сформирована за последние двадцать лет с момента запуска Интернета [9]. Признано, что рост цифровой экономики широко распространился на всю экономику, включая и экономику железнодорожного транспорта. Цифровая экономика напрямую и цифровая железная дорога частично косвенно связаны со следующими направлениями: национальные широкополосные сети; электронный бизнес; электронная коммерция; информационная экономика; информационное общество; экономика знаний; управление знаниями; рынком знаний; сетевая экономика; виртуальная

экономика; экономика оцифровки (digitization economics). Последнюю называют также экономикой цифровизации. Поэтому исследование и развитие проекта цифровая железная дорога является актуальным направлением.

_Основы проекта ЦЖД

Цифровая железная дорога в широком смысле — совокупность бизнес-моделей, продуктов, услуг и средств их автоматизации, объединенных едиными принципами сквозной цифровизации всех активов и процессов Холдинга РЖД, и их интеграция в цифровую экономику России и мировую экосистему перевозок.

В технологическом смысле Цифровую железную дорогу можно определить как совокупность цифровых методов описания инфраструктуры, подвижного состава, перевозочного процесса и базирующихся на них технологий управления движением, обеспечения безопасности и содержания инфраструктуры, которые ориентированы на достижение принципиально новых автоматизированных методов планирования, взаимодействия с клиентами, диспетчерского управления движением, ресурсами и обслуживания пассажиров. Таким образом, Цифровая железная дорога должна охватывать все аспекты деятельности Холдинга РЖД. Ниже мы рассмотрим цели и задачи, которые должен решать Цифровая железная дорога в части основных технологических процессов.

Основной целью Цифровой железной дороги в части реализации технологических процессов является новый уровень взаимоотношений с клиентами на фоне снижения эксплуатационных затрат, повышения производительности и безопасности движения за счет комплексной автоматизации планирования и управления и снижения влияния человеческого фактора. Достижение указанных целей существенным образом должно обеспечить гибкость и эффективность исполнения бизнес-процессов Холдинга РЖД, что в свою очередь даст возможность повышения уровня клиентоо-ринтированности всего бизнеса.

Упрощенно основной технологический процесс перевозки состоит из следующих направлений:

1. Управление инфраструктурой;

2. Процессы управления станционной работой;

2.1 Управление грузовой работой;

2.2 Управление сортировкой;

3. Управление перевозкой;

3.1 Управление движением;

3.2 Управление тягой;

3.3 Управление подвижным составом;

4. Процессы взаимодействия с клиентом.

Для каждого из перечисленных направлений

могут быть сформулированы ключевые технологические перспективы, достижимые в контексте развития цифровых технологий.

Решение технологических задач

Основные технологические задачи, реализуемые проектом ЦЖД отмечены выше. Рассмотрим их более подробно.

Управление инфраструктурой. Целевым результатам в рамках построения цифровой железной дороги в части управления инфраструктурой может быть переход к содержанию по фактическому состоянию, полная автоматизация диагностики и выполнения ремонтов, совершенствование процессов проектирования, нового строительства и реконструкции, а также управления эксплуатацией объектов инфраструктурного комплекса на основе перехода на использование технологий информационного моделирования (В1М-технологий) с целью снижения затрат на всех этапах жизненного цикла.

Достижение указанного целеполагания в сфере управления инфраструктурой обеспечивается путем создания цифровой технологической платформы, ключевыми элементами которой являются: координатная система, обеспечивающая формирование единого координатно-временно-го пространства железнодорожного транспорта, и цифровые модели пути (ЦМП), реализуемые на основе информационных ресурсов комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта (КСПД ИЖТ).

Построение цифровых моделей пути является ключевым элементом автоматизации всех технологических процессов железнодорожных перевозок и управления инфраструктурным комплексом, а также средством обеспечения интероперабельности взаимодействующих в структуре технологической платформы систем и технологий.

Формирование цифровой технологической модели инфраструктурного комплекса реализуется через:

— Развитие автоматизированных методов диагностики состояния пути и технических средств, в том числе и с применением технологий промышленного Интернета вещей (1оТ) и BigData, направленных на реализацию малолюдных методов обслуживания инфраструктуры и перехода к оптимизации ремонтов по фактическому состоянию и минимизации рисков на базе методологии УРРАН;

— Полное покрытие сети железных дорог высокоточной координатной системой, базирующейся на использовании инновационных спутниковых технологий высокоточного позиционирования с использование ГЛОНАСС и наземных опорных геодезических сетей с соблюдением требований актуализации и мониторинга целостности;

— Переход к массовому использованию ЦМП в виде многослойной объектной модели описания в цифровой форме параметров устройства пути

в плане и в профиле, их характеристик и иных атрибутивных значений, а также объектов других подсистем инфраструктуры железнодорожного транспорта с привязкой к единой высокоточной системе координат в различных технологических приложениях;

— Повсеместный переход на работу с единой службой времени, обеспечиваемой синхронизацией с высокоточными средствами временного обеспечения, реализуемыми на базе ГЛОНАСС;

— Автоматизация процессов ремонта и обслуживания инфраструктуры на основе высокоточ-

■’ Автоматизация процессов управления

Интернет Облзчные вычисления

Мобильные устройства и спутниковые тех незло гии Интернет вещей

ных координатных методов с обеспечением содержания пути в проектном положении с целью увеличения межремонтных сроков, повышения скоростей движения, снижения темпов расстройств пути, снижения затрат на тягу поездов, комфортабельности поездки для пассажиров;

— Развитие внутрихозяйственных систем управления имуществом, материально — техническими ресурсами, финансовой деятельностью на базе единого цифрового описания инфраструктуры, повышения производительности труда и качества управления.

Комплексное ресурсное ^ ^ Ш Искусственный интеллект планирование ^ / (неограниченный)

Большие данные Глубинное обучение’ Искусственный интеллект (ограниченный! Нанотехнологии ЗР печать Дроны Робототехника

Машинное обучение»^Цифровая инфраструктура Block Chain Искусственный интеллект (общий) Дополненная реальность

Контроль и оповещение ^ у персонала^^^

И нтелл ектуал ьная защита от кибератак

управление таксономией предприятии и онтологиеи

Рис. 1 Перспективы использования передовых технологий в хозяйстве инфраструктуры

Управление станциями. От качества реализации технологических операций на станциях зависят как конечное время доставки грузов так и пропускная способность сети в целом.

Целевым результатам в части управления станциями должны являться полностью автоматическое управление станциями на основе интеллектуальных систем управления, осуществляющих работу с использованием актуальной информации о текущей обстановке, данных, предсказывающих поведение клиентов и состояние железнодорожной сети, которые могут быть полученных по результату анализа больших данных и использующих результаты моделирования. При этом необходимо:

— Комплексное обеспечение безопасности технологических операций за счет оптимизации, использования мобильных средств, средств контроля за перемещением и оповещения персонала;

— Полностью автоматическое осуществление маневровой работы;

— Полностью автоматическое осуществление сортировки;

— Комплексное автоматическое планирование ресурсов.

Управление движением. Управление движением является самой сложной задачей управления на железнодорожном транспорте. Комплексная система управления движением должна функционировать в реальном режиме времени, обладать актуальной и достоверной информацией о всех участниках движения и состоянии инфраструктуры, учитывать наличие ресурсов и внешние факторы. Решить такую задачу возможно исключительно на базе построения комплексной интеллектуальной системы управления.

Ключевыми результатами в части управления движением является:

— полностью автоматическое планирование движение и построение текущих и прогнозных графиков движения для всей сети;

— полностью автоматическое управление средствами СЖАТ на базе современных микропроцессорных систем;

— внедрение систем безсфетофорного управления движением (интервального регулирования).

Управление тягой. Управление тяговым и самоходным подвижным составом является ключевым аспектом обеспечения эффективности и безопасности осуществления перевозок. Для

1 Автоматизация процессов

Интернет| Облачные вычисления

Мобильные устройства и спутниковые технологии Интернет вещей

Большие данные Глубинное обучение Искусственный интеллект (ограниченный!

Нанотехнол о гни 30 печать Дроны Робототехника

Полная автоматизация работы _^

‘ и— Г1’ к ,.11 ьная за иц1та от к ибератак Безотходное производстве Беэлкдные геэснолйгаи Умные электросети

Искусственный интеллект (нео граничен н ый)

управление таксономией предприятии и онталогиеи

Альтернатив нля энергетика Машинное обучений

Цифровая инфраструктура Искусственный интеллект (общий)

Рис. 2 Перспективы использования передовых технологий в управлении станциями

этих целей необходимо достигнуть следующих результатов:

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

— полностью унифицированные и сертифицированные системы бортового оборудования, построенные на модульном принципе;

— полностью унифицированный и сертифицированный канал связи с бортовым оборудованием;

— комплексные системы мониторинга состояния локомотива в реальном режиме времени;

— системы обслуживания тяговых единиц по состоянию на основе данных мониторинга и предсказательной диагностики;

— системы автоматического ведения с возможностью удаленного контроля и управления;

— комплексные системы оптимизации энергопотребления с использованием возможности од-

новременного автоматического управления всеми находящимися в движениями локомотивами.

Управление вагонами. Контроль состояния вагонов и управление их использованием так же напрямую влияют на параметры безопасности перевозочного процесса. В части управления вагонами необходимо достигнуть следующих результатов:

— бортовые система контроля состояния вагона в движении с передачей информации машинисту или (в целевом состоянии) системе автоведения;

— напольные системы контроля эксплуатационных параметров вагонов в движении (измерение температур букс, анализ состояния колесных пар на основе акустического контроля, контроль геометрии и т.д.).

Интернет Облачные вычисления

Мобильные устройства и спутниковые технологии Интернет вещей Большие данные

Глубинное обучение Искусственный интеллект (ограниченный) Нанотекнологии ЗР печать Дроны Робототехника

Искусственный интеллект (неограниченный)

управление таксономией предприятии и онтологиеи

Автоматическое ж управление движением ЩГ

Интеллектуальный^^ ^ ~ Интеллектуальная защита от кибератак

Безотходное производство Безлюдные технологии Умные электросети

Машинное обучение»^ Цифровая инфраструктура

Block Chain Искусственный интеллект (общий) Дополненная реальность

Рис. 3 Перспективы использования передовых технологий в управлении движением, тягой и вагонами

Процессы взаимодействия с клиентами. Холдинг РЖД осуществляет свою деятельность для обеспечения потребности своих клиентов в пассажирских и грузовых перевозках. При этом ключевыми для клиента по мимо традиционных параметров предоставления услуг (таких как -цена, качество, доступность) является возможность гибкой адаптации услуг под его нужды, персонализация услуг и интеграция услуг в его производственные или бытовые процессы. Ключевыми результатами в части взаимодействия с клиентами являются:

— системы планирования предоставления услуг и планирования перевозок на базе анализа поведения клиентов с использованием больших данных;

— гибкие системы коммуникации с клиентами на основе их специфики и предпочтений;

— комплексные программы реализации логистических цепочек.

Проект цифровая железная дорога можно рассматривать ее как сложную организационно техническую систему [11]. В экономическом аспекте ЦЖД является комплексной инновацией [12] и открытой инновацией [13]. В европейских странах создание цифровой железной дороги основано на ряде стандартов ERTMS / ETCS, ATO (автоматическое управление поездом), TMS (системы управления трафиком), C-DAS (Connected Driver Advisory Systems) и стандартах телекоммуникации. Поэтому в России технологическое решение проекта должно также опираться на существующие стандарты. Концепция построения ЦЖД основана на интеграции цифровых и коммуникационных технологий и систем. Особенность создания данного комплексного проекта в том, что в отличие от многих технических проектов, этот проект из технической плоскости переходит в плоскость цифровой экономики. Критерии эффективности такого проекта определяются в экономической и социальной области.

1. Tapscott, Don (1997). The digital economy: promise and peril in the age of networked intelligence. New York: McGraw-Hill.

2. Mesenbourg, T.L. (2001). Measuring the Digital Economy. U.S. Bureau of the Census.

3. Дешко И.П., Кряженков К.Г., Цветков В.Я. Устройства, модели и архитектуры Интернета вещей: Учебное пособие. М.: МАКС Пресс, 2017. 88 с.

4. Замышляев А.М. Эволюция цифрового моделирования // Наука и технологии железных дорог. 2017. 1(1). C. 82-91.

5. Цветков В.Я., Розенберг И.Н. Интеллектуальные транспортные системы / LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2012. 297 с.

6. Liu X., He W., Zheng L. Transportation Cyber-Physical Systems: Reliability Modeling and Analysis Framework //National Workshop for Research on High-Confidence Transportation Cyber-Physical Systems: Automotive, Aviation and Rail. November. pр. 18-28.

7. Коваленков Н.И. Ситуационное управление в сфере железнодорожного транспорта // Государственный советник. 2015. № 2. C. 42-46.

8. Аркадов Г. В., Батоврин В. К., Сигов А. С. Системная инженерия, как важнейший элемент современного инженерного образования // Инженерное образование. 2012. №. 9. С. 12-25.

9. Цветков В.Я. Сложные технические системы // Образовательные ресурсы и технологии. 2017. 3 (20). С. 86-92.

10. The New Digital Economy — How it will transform business, Oxford Economics.

11. Корнаков А.Н. Модель сложной организационно-технической системы // Перспективы науки и образования. 2015. № 2. С.44-50.

12. Розенберг И.Н., Соловьев И.В., Цветков В.Я. Комплексные инновации в управлении сложными организационно-техническими системами / под ред. В.И. Якунина. М.: Феория, 2010. 248 с.

13. Дзюба Ю.Г. Открытые инновации на железнодорожном транспорте // Наука и технологии железных дорог. 2017. № 3. С. 72-85.

1. Tapscott, Don (1997). The digital economy: promise and peril in the age of networked intelligence. New York: McGraw-Hill.

2. Mesenbourg, T.L. (2001). Measuring the Digital Economy. U.S. Bureau of the Census.

3. Deshko I.P., Kryazhenkov K.G., Tsvetkov V.Ya. Devices, models and architectures of the Internet of things: Textbook. Moscow: MAKS Press Publ., 2017. 88 p. (in Russian)

4. Zamyshlyaev A.M. Evolution of digital modeling. Science and technology of railways. 2017. 1 (1). pp. 82-91. (in Russian)

5. Tsvetkov V.Ya., Rozenberg I.N. Intelligent Transport Systems / LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG KG, Saarbrücken, Germany, 2012. 297 p. (in Russian)

6. Liu X., He W., Zheng L. Transportation Cyber-Physical Systems: Reliability Modeling and Analysis Framework // National Workshop for Research on High-Confidence Transportation Cyber-Physical Systems: Automotive, Aviation and Rail. November. p. 18-28.

7. Kovalenkov N.I. Situational management in the sphere of railway transport. State counsellor. 2015. no. 2. pp. 42-46. (in Russian)

8. Arkadov G.V., Batovrin V.K, Sigov A.S. System engineering as the most important element of modern engineering education. Engineering education. 2012. no. 9. pp. 12-25. (in Russian)

9. Tsvetkov V.Ya. Complex technical systems. Educational resources and technologies. 2017. 3 (20). Pp. 86-92. (in Russian)

10. The New Digital Economy — How it will transform business, Oxford Economics.

11. Kornakov A.N. Model of a complex organizational and technical system. Perspectives of science and education. 2015. no. 2. pp. 44-50.

fe. Rozenberg I.N., Soloviev I.V., Tsvetkov V.Ya. Complex innovations in the management of complex organizational and technical

systems / Ed. V.I.Yakunin. Moscow, Theory, 2010. 248 p. -13. Dzyuba Yu.G. Open innovation in rail transport. Science and technology of railways. 2017. no. 3. pp. 72-85. (in Russian)

Информация об авторах Дзюба Юрий Владимирович

(Россия, Москва) Руководитель Центра стратегического анализа и развития АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (АО «НИИАС») E-mail: u.dzuba@vniias.ru

Павловский Андрей Александрович

(Россия, Москва) Кандидат технических наук

Заместитель генерального директора АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (АО «НИИАС») E-mail: A.Pavlovskiy@vniias.ru

Уманский Владимир Ильич

Заместитель Генерального директора АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (АО «НИИАС») E-mail:V.Umanskiy@vniias.ru

Information about the authors

Dzyuba Yurii Vladimirovich

(Russia Moscow) Head of the Center for Strategic Analysis and Development JSC «Research and Design Institute of Informatization, Automation and Communication in Railway Transport» (JSC «NIIAS») E-mail: u.dzuba@vniias.ru

Pavlovsky Andrey Alexandrovich

(Russia Moscow) Candidate of Technical Sciences Deputy General Director JSC «Research and Design Institute of Informatization, Automation and Communication in Railway Transport» (JSC «NIIAS») E-mail: A.Pavlovskiy@vniias.ru

Umansky Vladimir Ilyich

(Russia Moscow) Professor, Doctor of Technical Sciences Deputy Director General JSC «Research and Design Institute of Informatization, Automation and Communication in Railway Transport» (JSC «NIIAS») E-mail: V.Umanskiy@vniias.ru

Цифровая железная дорога — целостная информационная модель, как основа цифровой трансформации Текст научной статьи по специальности «СМИ (медиа) и массовые коммуникации»

Аннотация научной статьи по СМИ (медиа) и массовым коммуникациям, автор научной работы — Куприяновский В.П., Суконников Г.В., Ярцев Д.И., Кононов В.В., Синягов С.А.

Настоящая статья посвящена теме построения цифровой железной дороги . В работе идет рець о цифровой трансформации, которая базируется на специфицировании инфраструктуры железных дорог. В этой статье мы рассматриваем модели данных для цифровой железной дороги , вопросы трансформации и модели главного пути, составление планов цифровой трансформации, геотехническое моделирование, описание мостов и других искусственных сооружений. На примере опыта Великобритании описано влияние изменения климата на работу железных дорог. В заключении статьи приводятся все составляющие цифровой модели железной дороги.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Digital Railroad — an integrated information model as the basis of the digital transformation

This article is devoted to the topic of building a digital railway . We discuss a digital transformation, which is based on specifying a railway infrastructure. In this article, we look at the data model for a digital railway , discuss the questions of transformation model and the main road, provide plans for digital transformation, describe geotechnical modeling, provide the description of bridges and other manmade structures. Based on the experience of the UK, we describe the impact of climate change on the work of the railways. In conclusion, the article provides all the components of a digital model railway.

Текст научной работы на тему «Цифровая железная дорога — целостная информационная модель, как основа цифровой трансформации»

Цифровая железная дорога — целостная информационная модель, как основа цифровой трансформации

В.П. Куприяновский, Г.В. Суконников, Д.И. Ярцев, В.В. Кононов, С.А. Синягов, Д.Е. Намиот,

Аннотация—Настоящая статья посвящена теме построения цифровой железной дороги. В работе идет рець о цифровой трансформации, которая базируется на специфицировании инфраструктуры железных дорог. В этой статье мы рассматриваем модели данных для цифровой железной дороги, вопросы трансформации и модели главного пути, составление планов цифровой трансформации, геотехническое моделирование, описание мостов и других искусственных сооружений. На примере опыта Великобритании описано влияние изменения климата на работу железных дорог. В заключении статьи приводятся все составляющие цифровой модели железной дороги.

Ключевые слова—цифровая экономика, цифровая железная дорога, GIS.

В статье [1] мы намеревались продолжить изложение темы цифровой трансформации железных дорог. Собственно, сама возможность такой трансформации базируется на знаниях о том, из чего собственно физически состоит железная дорога, и эти знания должны быть пригодными для практического цифрового применения в трансформации.

Мы уже не раз обращали внимание на то, что именно цифровой образ реального мира позволяет получать те экономические преимущества и другие выгоды, которые в итоге и сформировали понятие цифровой экономики в ее практическом смысле — реализации проектов с заданными расчетными экономическими эффектами, в нужные сроки и на основании хорошо просчитанного бюджета. Основой этих практически математических расчетов служит правильно собранная для этого и структурированная информация. Сегодня практически каждый новый стандарт для инфраструктур

Статья получена 21 августа 2016.

Куприяновский В.П., МГУ имени М.В. Ломоносова, (email: vpkupriyanovsky@gmail.com).

Суконников Г.В., ОАО РЖД, (email: sukonnikovgv@center.rzd.ru)

Ярцев Д.И., BSI, (email: dmitry.yartsev@bsigroup.com)

Кононов В.В., Неолант (email: kononov@neolant.ru)

Синягов С.А., независимый исследователь (email:

Намиот Д.Е., МГУ имени М.В. Ломоносова, (email: dnamiot@gmail.com).

Добрынин А.П., МГУ имени М.В. Ломоносова, (email: andrey.p.dobrynin @ gmail.com)

сопровождается явным или неявным указанием на необходимость применения моделей, как на структуру данных, так и на бизнес-процессы [2,3]. Которые, в смысле информации, представляют собой формализованное описание структуры хранения данных и различные семантические и онтологические связи между ними. Практика создания такого рода документов имеет уже давнюю историю и, в ряде случаев, (Европейское сообщество) она уже регулируется на уровне общего законодательства, обязательного для исполнения. Причина этого в огромной ценности информации в жизненном цикле инфраструктур. Соответственно, если не обеспечить ее передачу от проектирования к строительству, от строительства к эксплуатации и т.д., то возникают огромные и разноплановые потери, как финансовых выгод, так и в уровне безопасности инфраструктур. Авторы не ставили себе целью углубляться в тематику микроэкономических расчетов или работе с контрактами жизненного цикла и поэтому отсылают читателей, интересующихся этой темой к доступным в интернете источникам в виде итоговых книг [4,5].

В статье [1] было сказано, что собственно экономические эффекты при цифровой трансформации железных дорог достигаются переходом на цифровые системы сигнализации и созданием, таким образом, возможностей для более гибкого прохода разноскоростных поездов по железнодорожным путям. Воспользуемся также авторитетным мнением Валентина Гапановича, старшего вице-президента ОАО «РЖД», высказанное им в [6]:

«Фундаментальные исследования, прорывные 1Т технологии, инновационные идеи — всё в основе глобального проекта, который сегодня разрабатывают РЖД. Рабочее название «Цифровая железная дорога». Срок реализации 2020-2023 гг.

Перед холдингом стоит задача создать электронную площадку для управления всеми процессами компании в области пассажирских и грузовых перевозок, инфраструктуры, подвижного состава. Будет применено имитационное математическое моделирование. Мы впервые в истории российского железнодорожного транспорта перейдём к цифровой модели пути как инструменту не просто для отдельных участков, но и для сети в целом. В ближайшем будущем железнодорожники забудут, что такое километровые,

пикетные столбики. Всё будет привязываться к цифровой модели, где с точностью до 1 см станет возможным назначать ремонтные работы и много чего ещё будет построено».

Объявленные очень краткие сроки реализации проекта «цифровые железные дороги» предполагают наличие возможностей их реализации и широкое использование накопленных знаний и инноваций. Но вначале поймем, почему так важно использовать модели для основного бизнеса железных дорог — перевозки пассажиров и грузов. Дело в том, что для расчетов прохождения маршрутов поездов, организации ремонтов и обслуживания инфраструктуры, необходимо точно знать все расстояния и особенности железнодорожной инфраструктуры, которая размещена на поверхности земли или в туннелях, а земля, как известно, не круглая, а имеет специфическую элипсоидную форму. Существует отдельные модели (геодезические), как считать точные абсолютные и относительные координаты или расстояния между точками на земле. Вместе с тем человечеством накоплен огромный опыт построения именно моделей железных дорог, который можно и нужно использовать — ведь как ни странно все железные дороги мира состоят из одних и тех же железнодорожных элементов: путей, разъездов, мостов, тоннелей, объектов энергетической инфраструктуры, вокзалов, депо, станций,

пересадочных узлов и т.п.

II. Модели данных для цифровой железной дороги

Какие модели и форматы нужны для цифровой трансформации железной дороги?

Вначале необходимо сказать, что в зависимости от необходимого применения в мировой практике имеется очень много типов моделей данных и соответствующих форматов данных для них, в общей сложности их около 400. Наиболее употребимые из них — это классы GIS, CAD, BIM. Их назначение различно и зачастую один и тот же объект инфраструктуры может быть представлен одновременно во всех трех форматах.

Геоинформационные системы или GIS были созданы первоначально для картографии и имели всего два измерения (2D системы). Сегодня к двум измерениям добавилось третье, четвертое и пятое. Если три измерения интуитивно понятная вещь — широта, долгота и высота и представляют собой отражение реального физического мира, то четвертое измерение стало отображать время, а пятое — деньги, которые относятся, фактически, к искусственно введенным понятиям экономики. Вообще говоря, количество измерений в дисциплине моделей данных может быть произвольно любым. На самом деле, все эти свойства приписываются, собственно, точке в физическом трехмерном пространстве и из этих точек и формируются потом уже образы элементов инфраструктур. Общая природа данных в форматах, конечно, упрощает обмен между различными представлениями, но заказчик все равно должен

определить, что ему нужно и на каком этапе.

Для того, чтобы определить какие практические варианты есть при построении моделей для железнодорожного транспорта, приведем некоторые общие соображения по моделированию. Моделирование данных обычно проходит через три фазы с нарастанием конкретики, начиная с концептуального моделирования. Эта фаза сфокусирована на идентификации сущностей, о которых вам будут нужные данные и отношений между этими сущностями, включая и такие, для которых также потребуются описательные данные. Концептуальное моделирование рассматривает задачу, которую должны поддерживать данные, и определяет элементы базы данных. При разработке базы данных вам потребуются однозначные определения элементов, которые появятся в модели. Этот набор определений называется онтологией.

Виды транспорта могут быть очень разными, но все они имеют общую концептуальную схему из пунктов отправления и назначения, пути между ними и транспортного средства, движущегося по этому пути. Перевозка, как услуга и перечисленные сущности, как объекты образуют предметную область для транспортных информационных систем. Мы в значительной мере опираемся в рассуждениях на GIS подходы, как на наиболее общие и употребимые на практике в мире и чрезвычайно полезные для сбора, хранения и обработки необходимого в этом случае гигантского объема данных. Кроме того, именно класс GIS обеспечивает взаимодействие с цифровой окружающей средой и, например, кадастровыми и иными информационными системами. Реально и другое, что практически все работающие на железной дороге, будут все больше и больше работать с GIS приложениями, как для навигации вне зданий, так и внутри их. Мы бы рекомендовали читателю две книги по этому направлению, которыми авторы также пользовались при написании настоящей статьи [7,8] (к тому же, они доступны и в переводе на русский язык).

Но даже в GIS, как мы уже говорили, существует значительное число форматов данных. Приведем в качестве примера, как возникают такие форматы и стандарты на них, исходя из практических нужд. Европейский проект поддержки применений интеллектуальных транспортных систем (ИТС), особенно в направлении разработки персональных навигационных устройств, привел к возникновению стандарта обмена данными в формате Географического файла данных (GDF). Предметная область этой спецификации со временем вышла за рамки модели пространственных данных и обменного формата и стала включать описание методов сбора данных и определение отношений между объектами. Вдобавок к дорожным объектам, стандарт описывает информацию о пунктах отправления и назначения, то есть, по сути, решает транспортные задачи. GDF утвержден в качестве международного стандарта ISO 14825, находящегося в ведении Технического комитета 204 Международной организации по стандартизации (ISO).

При всей общности транспортных моделей

существуют и значительные различия, вытекающие из их специфики. Железные дороги были когда-то единственным способом быстрого и надежного передвижения на большие расстояния. И сейчас они остаются дешевым, экологичным и наименее энергоемким способом перевозки крупных грузов, а также пассажиров [1] и, вероятно, наиболее сложным видом транспорта для моделирования в базе данных. Железные дороги включают все требования автодорог и общественного транспорта, плюс дополнительные факторы, обусловленные тем, что операторы железных дорог одновременно и предоставляют, и используют транспортные объекты. Водитель автомобиля вполне обоснованно может надеяться на то, что сможет проехать везде, где есть автодорога. С железными дорогами — иначе. Тут нужно находить баланс между весом составов, мощностью локомотивов, наличием персонала и требованиями перевозки. Так как переход на цифровую железную дорогу — это переход на цифровую сигнализацию, которая размещена на железнодорожных путях, то далее мы подробно рассмотрим именно эту составляющую.

III. Цифровая трансформация и модели

Основным для передвижения на железной дороге является путь. Выделяются три вида путей, в зависимости от их назначения и устройства. Главный путь используется для передвижения поездов на большие расстояния. Боковые пути идут параллельно главному и соединяются с ним на обоих концах. Их устраивают для того, чтобы скоростные поезда могли обгонять менее приоритетные и для разъезда встречных поездов на однопутных железнодорожных дорогах.

Помимо функциональной классификации, пути также подразделяются на классы в соответствии с максимальной допустимой скоростью движения поездов по ним. Поскольку пассажирские вагоны более легкие и имеют несколько иную конструкцию, для них предел скорости в том же классе немного выше, чем для товарных вагонов. Не вдаваясь в подробности, следует отметить, что и основание пути имеет свою специфику устройства, которая так же существенно влияет на рабочие характеристики дороги.

Конфигурации стрелочных переводов могут обеспечивать различные варианты движения между пересекающимися и/или параллельными путями. Встречные двойные стрелки поддерживают переход с одного параллельного пути на другой. В стесненных условиях, два таких перехода могут перекрещиваться подобно ножницам, обеспечивая все возможные варианты перехода с одного пути на другой. Такое часто встречается на железнодорожных вокзалах, где нужно обеспечить подачу поезда к любой платформе с любого пути. На пересечении путей под острым углом также могут размещаться двойные стрелки, обеспечивая как движение прямо по каждому пути, так и перевод с одного пути на другой.

Путевой парк — набор обычно параллельных путей, выполняющих общую функцию. На сортировочных станциях путевой парк используется для формирования составов с общим назначением входящих в них вагонов. Вагоны, имеющие общий пункт назначения, собираются на одном пути парка и затем выходят из него как один состав.

Большие сортировочные станции функционируют подобно узловым аэропортам для авиалиний. Поезда дальнего следования перемещают большие группы грузовых вагонов между этими узлами, где они разбиваются на более мелкие группы для доставки адресатам местными поездами. Входящие составы помещаются на приемный путь, который обычно является боковым путем рядом с главной линией.

Мы достаточно подробно остановились на основной инфраструктуре железной дороги, обеспечивающей перевозочный процесс для того, чтобы можно было понять, что нужно заложить в модели данных для обеспечения трансформации в цифру, и то, как это может происходить и какие из основных типов форматов (GIS,CAD,BIM) могут потребоваться в этой трансформации.

В [1] на базе цифровых трансформаций на железных дорогах в других странах было показано, что основным целевым результатом ее является увеличение пропускной способности существующих железных дорог, а не проведение самой трансформации как таковой. Это означает, что инфраструктура железных дорог, при создании которой закладывались одни технические параметры, будет испытывать большие нагрузки при более интенсивном движении и возможном увеличении грузоподъемности поездов. Значит, при такой трансформации необходимо сделать сначала модель данных существующей основной инфраструктуры, описанной выше, наполнить ее актуальными достоверными данными и провести расчеты необходимых изменений в ней, обсчитывая несколько вариантов изменений и выбирая наилучший. В итоге должны появится строительные проекты изменений, которые надо будет сделать до того, как, собственно, можно будет приступать собственно к самому цифровому преобразованию. Значит, в системе такой трансформации появляется CAD как основное средство проектирования, GIS как формат наиболее употребимый и относительно простой для проектно-изыскательских работ и хранения данных о текущем состоянии основных активов железной дороги и BIM, который позволяет организовать переход от проектирования собственно к строительству и далее к эксплуатации построенного.

IV. Как составляются планы цифровой

Мы значительно упростили ситуацию, приведя только соображения по составу моделей и данным основной части железной дороги. На самом деле, ее инфраструктура состоит и из огромной электрической

системы, системы автоматики, систем безопасности (которые чрезвычайно важны!) и много другого. Все эти активы могут иметь специфическое размещение и, в том числе, под землей, что также необходимо учитывать, как определяющую часть цифровой трансформации.

Обычно при подготовке к такому переходу помимо собственно моделей данных появляются дополнительные составляющие в виде метаданных, классификаторов, стандартов и отраслевых норм, правил, технических регламентов и руководств. При этом далеко не все эти необходимые документы могут утвердить сами железнодорожники, и, значит, и сама трансформация может быть реальной только с учетом этих простых соображений, на которых мы остановимся отдельно.

Поскольку рекомендаций по цифровой

трансформации железных дорог нет по очень простой причине их исторической уникальности и принятых ранее технических решений (например, по ширине колеи или по иным особенностям, ранее принятых технических решений, а также по особенностям законодательного или технического регулирования специфического практически для каждой страны), мы воспользуемся тем, что такого рода трансформации методически разработаны, например, для городов и воспользуемся методом аналогий, конечно, только там, где это уместно. Впрочем, железные дороги уже составляют важнейшую часть городов, и роль их будет только расти.

Сама по себе цифровая трансформация городов в умные города также преследует сугубо экономические цели и достаточно подробно описывает процесс трансформации принятыми сначала в Великобритании национальными стандартами [9,10,11.12,13] , а сегодня принятыми как базовые во многих странах и ISO. Они сегодня так же рассматриваются как наиболее вероятные для локализации в России [14].

Итак, что можно почерпнуть полезного из этого уже имеющего большое применение опыта? Во-первых, минимальное необходимое количество принятых стандартов на «верхнем» уровне — всего 5. Подготовка такого рода занимает не так мало времени, которое и так ограничено, согласно заявлениям руководства РЖД. Во-вторых, структуру. Первый документ в этом списке -словарь терминов [10]. Назначение его очевидно — все участники работ должны однозначно понимать то, о чем они говорят и договариваются. Мы не говорим об уровне принятия документа, но такой документ необходим для цифровой трансформации железной дороги. Второй документ [11] — это формальное описание модели, о которой мы уже говорили выше. Самое примечательное это стандарты [9,11,13] о том, как составлять планы цифровой трансформации и как, собственно, их построить для разных категорий участников этих процессов.

Нам представляется, что многое из того, что уже сделано в этой части в рамках усилий национальной рабочей группы по стандартизации ТК098 (перевод этих и других стандартов, в частности, на большие данные, интернет вещей и др., предоставление их для работы

экспертам, и начавшаяся процедура их локализации в России) может быть использована в разной форме и для цифровой железной дороги России. Кроме этого, крайне важны методологические подходы, изложенные в них.

Мы уже говорили о том, что трансформация в цифровую железную дорогу — это сбор данных о существующем состоянии объектов трансформации и расчет, но этому этапу предшествует очень понятная работа — подготовка общего документа о целях такой трансформации (в упомянутых документах он называется политикой трансформации). Собственно, когда он сделан и утвержден, он становится основным документом, по которому строятся все остальные и можно составлять рабочий план цифровой трансформации. Безусловно, уже в этом плане, который в оригинале называется дорожной картой, определяются и ранжируются по важности те задачи, которые необходимо решать, включая планы по инновациям и пилотированию тех или иных решений. Важно, что план этот не является догмой и может меняться в зависимости от полученных результатов или внешних воздействий. Заметим, что один из стандартов целиком посвящен работе с инвесторами (застройщиками), чего, как нам кажется, так же не избежать при трансформации в цифровую железную дорогу.

V. Информация и клиенто-центричность — это

КЛЮЧЕВЫЕ ПАРАМЕТРЫ В ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ

В цифровой экономике роль информации настоль высока, что многие ее называют «нефтью 21 века». Но она, собственно говоря, есть всего лишь мощный инструмент для привлечения основного игрока этого этапа экономики — клиента. Впрочем, эти два параметра очень сильно связаны. Что бы появился клиент, у него должна быть информация о возможностях и условиях работы цифровой железной дороги России. Верно и обратное — железная дорога должна иметь информацию о своих клиентах, их особенностях и запросах. Однако информация нужна еще, в первую очередь, и для самой цифровой трансформации. Однако нужна только такая информация, которая размена в определенной структуре или цифровой модели и в этом то, что было в приведенной выше цитате руководства Российской Железной Дороги является абсолютно верным.

Вместе с тем правда и то, что такая трансформация невозможна без строительных изменений, а это значит, что необходимо предпринять ускоренное внедрение и CAD — BIM технологий. Особенно важен BIM, который, с одной стороны, оптимизирует сам строительный процесс, а с другой стороны — создает ту самую необходимую информацию для других этапов. При этом не следует забывать, что внедрение собственно ИТ и систем связи, необходимых для цифровой трансформации — это тоже, в значительной мере, инфраструктурный и строительный проект, который может и должен осуществляться одновременно с другими строительными изменениями на железной дороге. BIM, который начал преобразовывать

экономику в Великобритании в цифровую на базе крупнейшего в ту пору в Европе железнодорожного строительного проекта в Лондоне [15,16,17,18], развился как технология и стал одним из основных инструментов инфраструктурных преобразований, в том числе, и на железной дороге [19].

VI. Геотехническая часть модели

Все как то забывают, что железная дорога стоит на насыпных сооружениях и если смотреть на стоимость активов, то именно они — земляные сооружения и искусственные сооружения и составляют где-то порядка 50 % стоимости активов железных дорог.

Сошлемся на очень полезную работу [24], в которой приводятся оценки только этой части: «Кастро (2005 году) провел исследование, которое анализирует, в общей сложности, 145 дорожно-строительных дорожных проектов в Европе и Африке, в том числе строительство новых дорог, реконструкцию дорог и модернизацию дорог, но исключая гравийные дороги, туннели и мосты. Он обнаружил, что компонента земляных работ составила около 19,58% от денежной стоимости всех видов деятельности в строительных дорожных проектах». При этом стоит заметить, что деятельность, связанная со строительством и обслуживанием линейными проектов, таких как дороги, железные дороги и трубопроводы

принципиально отличаются от иных строительных проектов.

Есть два обстоятельства, обязывающие нас рассмотреть эти объекты в составе модели цифровой железной дороги. Первая — это изменение нагрузок на дорогу из-за возрастающей при реконструкции нагрузки и второе — изменения погоды. Оба этих момента, в совокупности, составляют мощный фактор для проведения инвентаризации этих активов и определения узких мест.

Погода меняется, в то время как эти почти природные активы были сооружены из других предположений, например, о возможном количестве осадков. Значит, нужна система мониторинга их состояния. Такие решения есть — они называются мониторингом малых смещений, и их размещение также должно осуществляться из объективных и связанных данных единой цифровой модели. Другим необходимым решением для рассмотрения являются автоматические погодные станции (на автодорогах это введено около шести лет назад постановлением Правительства России как обязательная часть дорожного хозяйства). Они необходимы для реакции и взаимодействием со множеством систем, через информационный обмен и должны работать в режиме реального времени. С точки зрения распределения необходимых инспекций по таким типам активов смотри рис .1.

Рис. 1. Виды геотехнических активов. Зеленым помечены насыпи. Желтым — почвенные насыпи и синим каменные насыпи.

Необходимо обеспечить, чтобы погодные явления вызывали бы гораздо меньше разрывов в расписании для поездов, а также то, чтобы физическая устойчивость сети постепенно укреплялась в последующие годы. Приведем один пример по анализу влияния погодных условий на железные дороги Великобритании за

последние годы — единственной железнодорожной линией в Великобритании, которая не понесла какие-либо нарушений связанных с погодными условиями в течение последних нескольких лет, была НБ1 (высокоскоростная железнодорожная линия), которая была построена и поддерживается современным стандартами во всем. Это также пример того, что железнодорожная сеть Великобритании пострадала от серьезных инвестиционных ограничений и финансовых ограничений для ряда десятилетий в геотехническую

Необходимо отметить, что для любой дороги, включая железную дорогу, действуют два основных КР1: положительный — это пропускная способность дороги и отрицательный — это потери пропускной

способности дороги, связанные с аварийность и другими причинами. Сравнительные характеристики таких активов железных дорог для новых, перестроенных с учетом изменений климата и оставшихся «старыми» приведены на рис 2.

Рис. 2. Сравнение состояния активов с точки зрения аварийности и деятельности по вмешательству (обновлению).

Мы не ставили себе целью в этой работе дать ответы на все вопросы, это задачи цикла исследований. При этом мы хотели бы обратить внимание на те аспекты, которые крайне важны и недостаточно освещены в российской литературе. Так британцы при старте проекта цифровых железных дорог провели очень серьезное исследование о влиянии изменений климата на железные дороги [25] , вот небольшие выдержки из него:

«Это резюме заключительного доклада железной для дороги Т1009 «Будущее, которое наступит завтра, и проекты решений по адаптации к изменению климата». Он содержит квинтэссенцию работы, проделанной консорциумом от имени И^В в период с января 2013 года по декабрь 2015 года. Общие цели проекта Т1009 заключаются в расширении и распространение знаний в железнодорожной промышленности Великобритании о том:

1. Как в Великобритании климат и погода, по

прогнозам, изменится в будущем.

2. Каковы в настоящее время последствия изменения климата и экстремальных погодных условий на железных дорогах, и прогнозируемые будущие воздействия на них в стране.

3. Что железнодорожная отрасль уже делает, чтобы реагировать и адаптироваться к потенциалу последствий прогнозируемого изменения климата и экстремальных погодных условий

4. Что еще железнодорожная отрасль может сделать, чтобы реагировать и адаптироваться к потенциальным воздействиям прогнозируемого изменения климата и экстремальных погодных условий в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективе

5. Какие дополнительные механизмы поддержки принятия решений, подходы и инструменты

железнодорожной промышленности необходимы, чтобы принять экономически эффективные меры реагирования и адаптации к потенциальному воздействию прогнозируемого изменения климата и экстремальных погодных условий.

Было определено восемь тематических задач: Задача 1 Экономика адаптации к изменению климата Задача 2 Изучение сопоставимости будущих климатических условий / железных дорог Задач 3 Метрики для оценки Задача 4 Системы моделирования Задача 5 Географические системы Задача 6 Поддержка Выполнения задач Задача 7 Обзор приоритетов Задача 8 Источники финансирования В заключительном докладе приводятся выводы и отдельные ключевые рекомендации этих задач. Там, где это уместно, выводы и задачи были объединены, чтобы обеспечить интегрированные доклады по общим темам».

В России 2017 год объявлен годом экологии Указом Президента России, в том числе, и с учетом подписанного и ратифицированного нашей страной парижского соглашения по изменению климата. Учитывая этот факт и безусловную актуальность этой тематики, приведем еще одну цитату из [25]:

«Общая рекомендация для подсистемы инфраструктуры является разработка ресурсо-эффективных методов (с точки зрения капитальных затрат, сбора данных и времени анализа) для оценки текущего состояния и устойчивости существующей инфраструктуры от погодных явлений. Разработка всеобъемлющей базы данных об объектах инфраструктуры, использование систем дистанционного управления мониторинга состояния и ГИС могут быть теми методами, которые целесообразно рассмотреть».

Не претендуя на все ответы в этом очень сложном вопросе, для решения которого, на наш взгляд, необходимо рассмотрение многих аспектов

накопленных научных и практических знаний сошлемся на опыт США, где по этой тематике создан специальный дорожный институт при университете Айовы под эгидой Транспортного департамента. Однако отметим, что сегодня, например, резкое сокращение затрат и в этом вопросе оказывает применение методов APP экономики или создание специализированных приложений на смартфонах, в совокупности с массой других инновационных решений [21,22,26]. Влияние погодных явлений на линейно протяженные объекты и средства мониторинга в России описано в работе [28].

VII Мосты и другие искусственные сооружения

Без мостов и искусственных сооружений деятельность железных дорог не представляется возможной. Мостовые сооружения являются и национальным достоянием и национальной гордостью любой страны. Как и геотехнические активы и модели они были созданы исходя из поставленных задач функционирования железной дороги и увеличение ее загрузки и функционирования так же требует выявления того в каком они находятся состоянии и что надо сделать для того чтобы они не стали узкими местами при переходе на цифровую железную дорогу.

Цифровые модели мостов настоль важны, что выделены в отдельную номинацию, называемую BrIM (Bridge Information Model — информационная модель моста). Иногда это считается частью BIM, что верно только в той части, что и мосты и здания — это искусственные сооружения. Поскольку именно инспекции и инвентаризации мостов крайне необходимы для сбора данных в цифровую модель, то остановимся на практике этого вопроса. Данные о состояния моста обеспечивают критически важную и богатую информацию для оценки его структурного состояния для инспекции и наполнения модели (далее инспекция). В настоящее время большинство методов инспектирования мостов используют печатные контрольные перечни, их интерпретация является трудоемкой, и при условии личных суждений, склонны к ошибкам. Для реализации всех преимущества мостовых инспекций, существует необходимость

автоматизировать процесс управления данными. Это Исследование реализует технологию информационного моделирования (BrIM) для мостовых инспекций и сравнивает ее с традиционным подходом бумажных контрольных перечней. Эта среда сочетает в себе 3D представление инфраструктуры, а также позволяет интегрировать данные проверки, такие как наличие повреждений, типов повреждений, степени тяжести, локализации и предыдущих решений технического обслуживания. В исследовании [27] BrIM используется в качестве центральной базы данных, которая объединяет модель 3D моста и состояние данных мостовых элементов.

Для того, чтобы обосновать предложенный подход, 2D-чертежи и предыдущие осмотры и данные обслуживания двух мостов, расположенных в Эймс,

штат Айова, были получены и смоделированы с помощью программного обеспечения Revit. Затем, модели были синхронизированы с использованием коммерчески доступных данных на основе решений облачных вычислений для управления, которые позволяют получить доступ к моделям с планшетных компьютеров на месте. BrIM методология инспекции на этой основе была протестирована с инженерами Айова DOT и инспекторами мостов, которые подтвердили, что BrIM станет ценным инструментом для автоматического запроса, сортировки, оценки и передачи информации лицам, принимающим решения. Кроме того, веб-обследование с несколькими DOT инженерами и инспекторами мостов было проведено с целью понять возможные ожидаемые выгоды от использования решений на основе 3D BrIM для мостовых проверок. В итоге все пришли к выводу, что эта методика позволит существенно улучшить оценку моста и операций по техническому обслуживанию, что приводит к снижению затрат, связанных с мостовыми инспекциями и повышает их структурную устойчивость. Кроме того, были также указаны ограничения и проблемы, связанные с этой методологией, такие как вопросы программного обеспечения функциональной

совместимости и неспособность приложить инспекции фотографии к элементам 3D модели».

Для того, чтобы проиллюстрировать для читателя роль собранных объективных данных (по уровням детализации таких измерений смотри публикацию [29]) в чисто денежном варианте при оценках реконструкции мостов и их значении для экономики страны в целом приведем исследование [20] только по вариантам реконструкции только одного железнодорожного моста через Миссисипи:

«Железнодорожный Мост The Merchants Memorial Mississippi на реке Миссисипи и мост MacArthur Bridge через реку Миссисипи составляют наиболее интенсивно используемые на Миссисипи железнодорожные переезды в стране. Большой вклад в популярность The Merchants Memorial (Купеческого моста) является его доступность для всех железных дорог. Тем не менее, мосту 126 лет, и он нуждается в значительном ремонте.

Без улучшений, мост будет закрыт в 2034 году, и весь текущий трафик будет перенаправляться на более длинные маршруты, в результате чего сотни дополнительных миль будет необходимо преодолеть тем, кто путешествует. Ремонт моста будет стоить около $ 250 млн. для строительства, которое включает в себя дополнительные расходы, связанные с закрытием моста во время ремонта.

Тем не менее, проект может генерировать миллиарды долларов в виде экономии средств в ближайшие десятилетия. При ставке дисконтирования 7%, улучшение Купеческого моста (The Merchants Memorial) приведет к почти $ 4,7 млрд. чистой выгоды в течение следующих 20 лет и примерно $ 6,6 млрд. в течение следующих 30 лет.

Эти преимущества будут реализованы не только для транспортной отрасли, они помогут всему региону. Таким образом, реконструкция Купеческого моста будет

генерировать экономические выгоды, которые будут защищать наиболее широко используемым на Миссисипи железнодорожный переезд и обеспечивать значительные преимущества для общественности в целом».

Но такого рода исследования возможны только на полной цифровой модели железной дороги, о которой и говорит руководство РЖД.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Безусловно, цифровые модели данных не работают сами по себе и их надо наполнять данными, пригодными как для инженерных, так и экономических расчетов, и это тоже отдельная тема инноваций. Сегодня основные места интенсивного развития цифровых железных дорог — это города [31] и там необходимы, например, методы сбора объективных данных о том, из чего состоят подземные инфраструктуры (кабели, трубы и т.п.), и где они, собственно, находятся. Однако при наличии технических решений, многие из которых разработаны в Росси, необходима инновационная стандартизация такого рода работ. В публикации [26] были приведены экономические и финансовые последствия введения в Великобритании двух инновационных стандартов. Поскольку введение такого рода регламентов имеет огромное значение и для построения цифровых моделей для железных дорог и для многих приложений, например, умного города, мы также приводим информацию о том, как это было решено и создало целую инженерную отрасль в Великобритании. Речь идет о PAS 128: 2014 [30, рис. 3].

Приведем цитату из этого стандарта, которая поясняет и многое сказанное выше вообще о работе с инженерными сооружениями:

«Поскольку спрос на национальную инфраструктуру продолжается расти благодаря новым проектам развития, а также остается необходимость замены и/или поддержки наших существующих инженерных сетей, важность которой также увеличивается, мы должны иметь точную информацию о наличии и расположении наших подземных коммуникаций. Точное обнаружение, идентификация, проверка и расположение таких активов для сервиса всегда было трудной задачей, подлежащей интерпретации и содержащей неточности. Отсутствие достаточного уровня информированности или достоверности в такой информации приводит к следующему:

• рискам для безопасности работников и общественности;

• несостоявшейся и ненужной работе;

• повреждению имущества третьих лиц;

• неэффективным проектным решениям.

Точные данные о коммунальных сетях также могут позволить дать возможность задействовать еще нереализованные выгоды, такие как использование дистанционных роботизированных технологий для поддержания сетей этих активов в будущем в постоянном работоспособном состоянии, чтобы снизить

потребность в навязчивой практике обслуживания (дорожных раскопок). Одновременно, точное отображение инженерных сетей может улучшить возможности моделирования активов с более детерминированными результатами.

Рис. 3. PAS-128:2014 Спецификации для обнаружения подземных инженерных коммунальных сетей, верификации данных о них и их местоположении.

В Великобритании, нет никаких согласованных или опубликованных стандартов для выявления, проверки и определения местоположения подземных коммуникаций или для сбора и записи этих данных.

Отметим, что с учетом широкого использования и различных коннотаций слово «исследования» ассоциируется со словом «местонахождение», и это было использовано на протяжении всего данного PAS, чтобы определить акт из геопространственной ссылки этих активов или топографических особенностей. Цель этого PAS заключается в том, чтобы установить ясные и недвусмысленные положения, тем, кто занимается обнаружением, проверкой и местоположением активов так, чтобы они не использовали средства, которые приводят к отказам, избыточности или используют неизвестные методы. Этот PAS призван обеспечить:

• ясность в сервисном обеспечении, и используемых методах;

• последовательность в подходе к сбору данных;

• классификацию результатов и уверенность в том, что они могут быть связаны с ними;

• стандартизацию форматов результатов; а также

• ответственность за проделанную работу.

Ожидается, что со временем, образованием и опытом

в применении этого PAS, ситуация придет к более

эффективному планированию и безопасному выполнению уличных работ, строительных работ, земляных работ и коммунальных услуг на основе этой деятельности. При создании этого PAS были приняты во внимание развитие других аналогичных работ, например, руководящих принципов и стандартов, принятых в США, Канаде и Австралии. Различные виды обследования и методы дают разную точность и достоверность результатов. Следует признать, что увеличение точности и определенности неизбежно означает увеличение усилий, затрат и времени для достижения этих результатов».

Итак, если данные собраны и проверены, известны инженерные, физические и математические методы -все ли это, что необходимо для цифровой трансформации железной дороги? Далеко нет. С этими данными из модели необходимо уметь работать, ведь это уже то, что называется «большими данными». В заключение приведем еще одну цитату и, как не удивительно, от компании, занимающейся стандартизацией [23]: «Истинная сила Больших Данных лежит не в постепенных улучшениях в коэффициенте полезного действия, а в изменении подхода целых организаций, которые должны теперь управляться данными. Управляемые данными подходы могут революционизировать внутреннюю стратегию и перспективное планирование за счет оптимизации эффективности и недостатков логистики, чтобы поставлять действительно персонализированный опыт заказчику».

Отметим, что мы не ставили целью описать все составляющие цифровой модели железной дороги. По нашему мнению она, как минимум, включает следующие направления:

• описание моделей, применяющихся при строительстве железных дорог и объектов железнодорожной инфраструктуры,

• предложения по созданию консолидированной модели объектов строительства,

• моделирование железнодорожных путей ,

• моделирование железнодорожных разъездов,

• моделирование железнодорожных мостов (BrIM) ,

• моделирование железнодорожных тоннелей

• моделирование объектов энергетической инфраструктуры ж/д магистрали,

• применение моделе-ориентированных технологий при строительстве и реконструкции железнодорожных вокзалов,

• моделирование железнодорожных станций,

• моделирование транспортно-пересадочных узлов (ТПУ),

• моделирование железнодорожных депо,

• мониторинг реализации проектов на базе общей модели.

[1] Куприяновский В. П. и др. Цифровая железная дорога -прогнозы, инновации, проекты //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. — Т. 4. — №. 9. — С.34-43.

[2] Куприяновский В. П. и др. Цифровая экономика=модели данных+большие данные+архитектура+приложения //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. -Т. 4. — №. 5. — С.1-13.

[3] Куприяновский В. П. и др. Новая пятилетка BIM -инфраструктура и умные города. //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. — Т. 4. — №. 8. — С.20-35.

[4] Sanjay Rode «Modern Microeconomics». Bookboom 2013.

[5] Douglas K. Macbeth «Contract Life cycle Management». Bookboom 2012

[6] Цифровая железная дорога http://www.rzdtv.ru/2016/04/28/rzhd-razrabatyivayut-proekt-tsifrovaya-zheleznaya-doroga/ Retrieved: Sep, 2016

[7] Pinde Fu, Jiulin Sun Web GIS Principle and Application. ESRI Press 2011

[8] Butler, J. Allison.»Designing geo-databases for transportation». ESRI Press 2008.

[9] PAS 181:2014 Smart city framework — Guide to establishing strategies for smart cities and communities. The British Standards Institution (BSI) 2014.

[10] PAS 180:2014. Smart cities. Vocabulary. BSI 2014

[11] PAS 182:2014. Smart city concept model. Guide to establishing a model for data interoperability. BSI 2014

[12] PD 8100:2015. Smart cities overview. Guide. BSI 2015

[13] PD 8101:2014. Smart cities. Guide to the role of the planning and development process. BSI 2014

[14] Куприяновский В.П. и др. О локализации британских стандартов для Умного Города //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. — Т. 4. — №.7. — С.13-21.

[15] Куприяновский В.П. и др. Экономические выгоды применения комбинированных моделей BIM-ГИС в строительной отрасли. Обзор состояния в мире //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. — Т. 4. — №.5. — С.14-25.

[16] Куприяновский В.П. и др. BIM — Цифровая экономика. Как достигли успеха? Практический подход к теоретической концепции. Часть 1.Подходы и основные преимущества BIM //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. -Т. 4. — №3. — С.1-8.

[17] Куприяновский В.П. и др. BIM — Цифровая экономика. Как достигли успеха? Практический подход к теоретической концепции. Часть 2. Цифровая экономика //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. — Т. 4. — №3. — С.9-20.

[18] Ярцев Д. И. и др. Экономика стандартизации в цифровую эпоху и информационно-коммуникационные технологии на примере Британского института стандартов //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. — Т. 4. — №. 6. — С.1-9.

[19] Добрынин А. П. и др. Цифровая экономика-различные пути к эффективному применению технологий (BIM, PLM, CAD, IOT, Smart City, BIG DATA и другие) //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. — Т. 4. — №. 1. — С.4-11.

[20] Economic Benefits of Additional Rail Bridge Capacity: A Case Study on the Benefits of Replacing the Merchants Bridge Main Spans at Saint Louis Final Report November 2015. Institute for Transportation Iowa State University 2015

[21] Proceedings of the 2015 Conference on Autonomous and Robotic Construction of Infrastructure. Conference on Autonomous and Robotic Construction of Infrastructure June 2-3 Ames, IA Iowa State University of Science and Technology 2015

[22] Earthwork Haul-Truck Cycle-Time Monitoring — A Case Study. Iowa State University Institute for Transportation 2016

[23] Big Data and standards market research. BSI January 2016

[24] Innovative Methodology for Location-based Scheduling and Visualization of Earthworks in Road Construction Projects By Raj Kapur Shah, B. Eng., M. Eng. A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of Teesside University for the degree of Doctor of Philosophy. October — 2011

[25] Tomorrow’s Railway and Climate Change Adaptation: Final Report. RSSB may 2016.

[26] Купряновский В.П. и др. Экономика приложений — состояние, стандарты и борьба с цифровым исключением //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. — Т. 4. — №. 9. -С.13-23.

[27] Digital Documentation of Element Condition for Bridge Evaluation. A Report on Research Sponsored by Mid-America Transportation Center University of Nebraska-Lincoln. Iowa State University. February 2015

[28] Богачёв В.М. и др. Влияние внешней среды на эффективность работы Smart Grid. ArcReview № 2 (61). 2012

[29] Куприяновский В.П и др. Средства объективного контроля изменений (строительства) объектов на базе ГИС-моделей. ArcReview № 1 (68). 2014.

[30] PAS 128:2014 Specification for underground utility detection, verification and location. BSI 2014Pedal-Powered Data http://datasmart.ash.harvard.edu/news/article/pedal-powered-data-749 Retrieved: Aug, 2016

[31] Куприяновский В.П. и др. Цифровая трансформация экономики, железных дорог и умных городов. Планы и опыт Великобритании. //International Journal of Open Information Technologies. — 2016. — Т.4.- №. 10.

Digital Railroad — an integrated information model as the basis of the digital transformation

Vasily Kupriyanovsky, German Sukonnikov, Dmitry Yartsev, Vitaly Kononov, Sergey Sinyagov,

Dmitry Namiot, Andrey Dobrynin

Abstract— This article is devoted to the topic of building a digital railway. We discuss a digital transformation, which is based on specifying a railway infrastructure. In this article, we look at the data model for a digital railway, discuss the questions of transformation model and the main road, provide plans for digital transformation, describe geotechnical modeling, provide the description of bridges and other man-made structures. Based on the experience of the UK, we describe the impact of climate change on the work of the railways. In conclusion, the article provides all the components of a digital model railway.

Keywords— digital economy, digital railway, GIS.

Цифровая экономика и цифровая железная дорога Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

Аннотация научной статьи по экономике и бизнесу, автор научной работы — Розенберг Е.Н., Уманский В.И., Дзюба Ю.В.

Приведен анализ понятия «Цифровая железная дорога». Раскрыто содержание ЦЖД, проектируемой в ОАО «РЖД». Описаны концепции и требования к таким проектам. Описаны основные технологические решения при создании отечественного варианта ЦЖД. Выявлены основные направления проекта и их цели. Показана необходимость применения технологии интернет-вещей и специализированной ГИС. Освещены вопросы безопасности проекта.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Digital economy and digital railway

The paper provides an analysis of the concept of digital railway . Digital railway which is being designed by the Russian Railways JSC is defined. Concepts and requirements for such projects are described. Main technological solutions in creating the domestic version of a digital railway are described. Primary directions of the project and their objectives are outlined. The need for application of the Internet of things technology and a specialised geographic information system is shown. Project security questions are covered.

Текст научной работы на тему «Цифровая экономика и цифровая железная дорога»

Цифровая экономика и Цифровая железная дорога

д.т.н., профессор, первый заместитель генерального директора АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (АО «НИИАС»)

заместитель генерального директора АО «НИИАС»

стратегического анализа и развития АО «НИИАС»

Цифровая железная дорога (ЦЖд) является одним из следствий появления цифровой экономики, которая получила рождение после четвертой информационной революции, называемой также цифровой революцией. однако в настоящее время этот термин имеет новое толкование, связанное с влиянием сетевой экономики на бизнес и производство.

Цифровая экономика — это программа на 2016-2020 гг., предусматривающая осуществление ряда мероприятий, стимулирующих внедрение информационно-телекоммуникационных технологий в большинство экономических секторов России. В новой трактовке отмечают три компонента методологии «Цифровая экономика» [1]: информационную инфраструктуру электронного бизнеса, сетевой электронный бизнес, электронную коммерцию. Все эти компоненты также входят и в концепцию «Цифровая железная дорога» (ЦДЖ).

Сегодня цифровую экономику оценивают в три триллиона долларов [2]. Эта стоимость сформировалась с момента запуска Интернета. Доминирующая компонента современной экономики заключается в работе с данными и использованием информационно-коммуникационных систем для про-

изводства и управления. Цифровая экономика усиливает этот компонент сетевыми технологиями. В современной экономике компании цифрового сектора выходят на первый план и становятся точками инновационного роста, обеспечивающими всю экономику цифровым ресурсом. Отсюда влияние цифровой экономики распространяется на всю экономику, в том числе на сферу железнодорожного транспорта.

За рубежом ЦЖД — это порождение цифровой экономики, или интернет-экономики, в которой аспект коммуникации и сетецентрического управления является доминирующим (рис. 1). Национальные проекты «Цифровая железная дорога» затрагивают ряд коммуникационных направлений: национальные широкополосные сети, электронный бизнес, электронную коммерцию, информационную экономику, экономику знаний, управление знаниями и рынком знаний,

рис. 1. структура цифровой железной дороги

виртуальную экономику и экономику цифровизации (digitization economics).

полисемия проекта «Цифровая железная дорога»

Толкование содержания понятия «цифровая железная дорога» зависит от множества факторов, важнейший из которых — масштаб. Например, модель ЦЖД английского варианта не отвечает всем требованиям Российских железных дорог. Великобритания — небольшая страна, и структурная сложность ее железных дорог сопоставима со структурной сложностью железной дороги на территории Московской области. Условия Сибири, Крайнего севера, горные условия требуют дополнительных исследований и технических решений. Поэтому допустимы разные подходы к трактовке содержания ЦЖД.

По мнению авторов, ЦЖД включает в себя интеллектуальные и коммуникационные технологии, используемые для управления движением поездов и трафиком в железнодорожной сети. Такой подход позволяет увеличить пропускную способность, надежность и безопасность транспортной сети.

Основным стандартом внедрения Цифровой железной дороги является Европейская система управления железнодорожным движением (ERTMS), включающая Европейскую систему управления поездом (ETCS) и мобильные сети GSM-R для обеспечения связи между поездами и радиоблоками [3]. Идеи блокового управления высокоскоростным транспортом развиваются в НИИАС как методы интегрального управления [4].

Существуют точки зрения, в которых ЦЖД рассматривается как целостная информационная модель [5]. Такое упрощенное понимание допустимо при теоретическом анализе и недопустимо при практической реализации. Альтернативой такому упрощению в работе [6] рассматривается цифровая железная дорога как новая интегрированная железнодорожная информационная система, т. е. система противопоставляется модели. Данная ЦЖД-система использует набор информационных моделей: инфраструктуры, объектов транспорта и окружающей среды. Система использует геоданные, данные глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), технологии распределенного управления, технологии мобильной связи, виртуальные технологии (рис. 2).

В работе [6] вводится понятие «ключевые технологии» и «ключевые стандарты цифровой железной дороги». В качестве системы поддержки разработана специальная геоинформационная система (ГИС) для задач ЦЖД.

концепции и требования ЦЖд

По мнению авторов, в проекте «Цифровая железная дорога» должны быть применены принципиально инновационные технологии по сравнению с существующим управлением. При этом важным фактором является информационная совместимость существующих и новых разрабатываемых систем. С точки зрения перспективы необходимо применять интеллектуальные технологии и системы. Стратегия единой транспортной политики [7] служит основой проекта «Цифровая железная дорога». Формирование его архитектуры производится с учетом стратегии, существующего опыта автоматизации, определения имеющихся и требуемых ресурсов. На основе проведенных исследований сформулируем следующее определение ЦЖД.

С организационных позиций цифровая железная дорога — это совокупность бизнес-моделей, транспортных услуг и средств их автоматизации, объединенных едиными принципами циф-ровизации всех физических активов и процессов холдинга РЖД, и их интеграция в мировую экосистему перевозок. Термин «цифровизация» является синтезом технологий цифровой экономики и развитием методов цифрового моделирования на транспорте [8]. Технология цифровизации близка к понятию технологии интернет-вещей [9].

С технологических позиций цифровую железную дорогу можно определить как совокупность цифровых технологий и методов описания инфраструктуры, подвижного состава, перевозочного процесса и базирующихся на них технологий управления движением, обеспечения безопасности и содержания инфраструктуры, которые ориентированы на достижение принципиально новых автоматизированных методов планирования, диспетчерского управления движением, ресурсами и обслуживания пассажиров. Базой цифрового моделирования являются цифровые динамические модели как основа управления подвижными объектами [10].

Используя ресурсы холдинга РЖД, можно определить требования к проек-

ту. Цифровая железная дорога должна охватывать все аспекты деятельности Холдинга. С точки зрения цифровиза-ции функционирование ЦЖД может быть сгруппировано по основным направлениям:

• клиентский опыт и клиентоориен-тированность;

• цифровые методы управления и производства, а также обеспечение комплексной безопасности;

• электронный бизнес и участие в цифровой глобализации.

Данные направления предъявляют каждое свои требования. При общей реализации проекта «Цифровая железная дорога» основные преимущества внедрения могут быть получены только при тотальной цифровизации технологий. В качестве ключевых технологических операций следует выделить управление инфраструктурой, управление движением и комплексное обеспечение безопасности.

Для каждого из перечисленных направлений цифровой железной дороги формулируются свои цели. Так, в направлении «клиентский опыт» основной целью является увеличение выручки за счет лучшего понимания клиентов и решения социальных задач обслуживания разных категорий пассажиров. Инструментом достижения цели этого направления является интеграция технологий мобильной связи, управления коммуникациями и сервисами с ориентированием на клиента. Эти технологии будут способствовать увеличению пассажиропотока, удобству и качеству работы грузоотправителей.

Для направления «цифровые методы» главными целями становятся повышение оперативности, снижение транз-акционных затрат, повышение уровня безопасности, включая снижение антропогенного фактора. Здесь инструментами достижения цели являются:

• комплексная автоматизация и интеллектуализация планирования и диспетчерского управления на основе разнообразных цифровых моделей, интернета вещей, широкополосных систем связи;

• автоматизированное управление подвижным составом на основе технологий ГНСС и контроля объектов в реальном масштабе времени;

• автоматизированные методы диагностики пути и технических средств на базе методологии УРРАН [11];

• модернизация технологий проек-

рис. 2. основные предметные области применения спутниковых и геоинформационных технологий в Цифровой железной дороге

тирования, строительства и эксплуатации объектов инфраструктуры в едином информационном пространстве для обеспечения проектного положения пути;

• управление имуществом, ресурсами и финансовой деятельностью с применением единого цифрового описания инфраструктуры.

Для направления «электронный бизнес» основной целью является создание электронных технологий для холдинга РЖД и его интеграция в глобальную систему перевозок. Основными инструментами в этом направлении являются:

• электронизация услуг и сервисов РЖД и управление качеством на основе цифровых технологий, сквозная интеграция со всеми участниками перевозочного процесса;

• целостность и системность: целостность означает полный охват электронными и цифровыми технологиями всех видов деятельности Холдинга, системность — применение системного подхода при обработке информации обо всех событиях и технологических процессах РЖД.

Важным понятием современной цифровой экономики являются ключевые показатели и центры ответственности. В проекте ЦЖД ключевыми показателями цифровой железной дороги являются комплементарные между собой ресурсы (рис. 3): интегрированная модель перевозочного процесса, подвижного состава, инфраструктуры ОАО «РЖД» и технологии работы, реализованные в интеллектуальной системе управления железнодорожным транспортом (ИСУЖТ); интегрированная модель пространственных данных КСПД ИЖТ [12], включающая в себя цифровую модель пути [8], 3D-модели инфраструктуры, координатную систему и реализацию BIM; согласованная система нормативно-справочной информации, реализованная в ЦНСИ; гармонизированная система электронных карт безопасности, объединенных в рамках ЕГИС ТПС; согласованные подходы в системах управления движением и автоведения.

При внедрении современных технологий типа BigData, IOT и Blockchain должно учитываться отсутствие массового опыта их применения в сложных производственных условиях железных дорог, что может повлечь технологические и информационные риски безопасности движения. В связи с этим при выборе базовой

платформы для реализации ЦЖД необходимо уделить существенное внимание выделению центров ответственности. В каждом направлении цифровой железной дороги необходимо определить назначение внедряемых технологий: информационная поддержка либо управляющее воздействие. В связи с этим необходимо согласовывать взаимодействие разных технологий для снижения безопасности в центрах ответственности и не создавать новые типы угроз и уязвимостей. Это влечет повышенное внимание к безопасной функциональной архитектуре цифровой железной дороги. Система безопасности не только включает в себя обычные методы защиты передачи данных, но и обеспечивает кибербезопасность в целом.

технологические решения ЦЖд

Реализация проекта подразумевает перечень технологических решений, определяющих системную основу национального проекта «Цифровая железная дорога». Технологические решения соответствуют функциональным и технологическим задачам проекта.

Главной основой технологических решений ЦЖД является развитие интеллектуальной системы управления железнодорожным транспортом (ИСУЖТ) [12]. Она ориентирована на комплексную автоматизацию основных процессов планирования и диспетчерского управления перевозочным процессом, а также на управление знаниями, и применяет онтологическую модель элементов инфраструктуры и технологических процессов.

ИСУЖТ осуществляет автоматизированный сбор первичной информации о состоянии перевозочных процессов: скорости, веса, местоположении локомотивов и поездов, текущем состоянии систем СЦБ, дислокации и состоянии вагонов, техническом состоянии подвижного состава и средств автоматики. После обработки и интеграции первичной информации в интегрированную информационную основу она становится базой для автоматизированного принятия решений и выработки управляющих воздействий.

В сущности ИСУЖТ реализует технологии интернета вещей в масштабах всей железной дороги. Она содержит информацию и управляет миллионами технических средств, связанных между собой цифровыми сетями. Основная задача системы — повышение качества за счет интеграции и оперативной обработки задач планирования и выработки принимаемых решений. Система оптимизирует управление на значительных полигонах интеллектуальными планировщиками конкретных технологических процессов.

В программно-технические комплексы ИСУЖТ имплементированы средства киберзащиты как внешнего, так и внутреннего контуров. Это решает задачи информационной и кибер-безопасности. Платформой реализации проекта являются доверенные вычислительные комплексы и сформированная под ЦЖД онтология.

Второй основой технологических решений ЦЖД выступает автоматизация проектных и ремонтных работ для

Рис. 3. Единое интеграционное решение. Цифровая железная дорога

координатного содержания пути, опирающиеся на применение Комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта (КСПД ИЖТ) [12], включающей в себя цифровую модель пути. Технология ориентирована на определение геометрических параметров объектов инфраструктуры: автоматизированный расчет габаритов приближения, геометрические параметры контактного провода, видимость переездов, автоматизация процесса постановки пути в проектное положение.

Третьей основой технологических решений ЦЖД является технология реализации режимов «Автоведение» и «Автомашинист», обеспечивающих существенные изменения в работе станций, МЦК, пригородного сообщения, пассажирского и грузового движения. Реализация этих технологических решений интегрирует технологии, определяющие содержание проекта «Цифровая железная дорога». В качестве составляющих интегрированной технологии следует отметить 3D-модели пути и инфраструктуры, автоматическое распознавание наличия помех движению, автоматизацию принятия решений с замещением машиниста, информационно-управляющую связку локомотива и датчиков состояния и движения. Средствами режимов «Автоведение» и «Автомашинист» реализуется система автоматического управления движением, включающая автоматическую установку маршрутов.

Для повышения оперативности и качества принятия решений на местах предлагается четвертое технологическое решение — применение мобиль-

ных рабочих мест в задачах управления тяговым хозяйством, содержания пути, реализация которых предполагает использование геоинформационной платформы, защищенных каналов связи, технологий IОT и технологий КСПД ИЖТ.

Пятое технологическое решение реализации проекта ЦЖД строится на применении комплексных систем учета и анализа отказа технических средств и нарушений технологии КАСАНТ/КАСАТ [12]. Это технологическое решение реализует согласованную классификацию объектов и технологии BigDatа для факторного анализа данных.

Шестое решение основано на интеграции диагностических данных, получаемых на постах комплексного контроля состояния подвижного состава от средств акустического, теплового, динамического, оптического контроля с привязкой результатов к вагонной модели и с прогнозом развития дефектов. Эти системы контроля технического состояния подвижного состава в процессе движения определяют ряд важных факторов: динамические нагрузки на рельсы, контроль температуры нагрева буксы, динамические характеристики движения вагона. Информация, собранная по всему вагонному парку, является примером комплекса больших данных и требует применения технологий BigDatа.

Седьмое технологическое решение включает комплекс стандартов ОАО «РЖД» «Управление ресурсами, рисками и надежностью на этапах жизненного цикла (УРРАН)» [11].

Восьмое решение, как и в зарубежных аналогах, основано на создании специализированной геоинформци-

онной системы РЖД. Она включает комплексное применение геоданных и спутниковых технологий. ГИС обеспечивает сбор и обработку геоданных об инфраструктуре и подвижном составе, координирует объекты РЖД в единой координатной системе. Специализированная ГИС задает единую топологию сети железных дорог в привязке к государственным системам координат и специальной местной железнодорожной системе координат, зарегистрированной в Росреестре и не имеющей режимных ограничений. ГИС РЖД полностью гармонизирована с действующей системой ЦНСИ ОАО «РЖД» и имеет утвержденные схемы информационно-коммуникационного взаимодействия с уполномоченными центрами федеральных органов исполнительной власти, включая Министерство обороны и МЧС России, АСУ ТК Минтранса России, а также с функциональными АСУ причастных организаций холдинга.

Девятое решение опирается на существующие и проверенные опытом средства автоматизации управления движением. Это устройства интервального регулирования и обеспечения безопасности движения поездов, в том числе системы автоматической и полуавтоматической блокировки. Это системы виброакустических методов контроля местоположения поезда по волоконно-оптическому кабелю и бортовые устройства безопасности, интегрирующие данные напольных устройств и средств диагностики локомотивов на основе технологии Ю^ Система включает также программно-аппаратные бортовые комплексы обеспечения безопасности движения и маневровой работы — БЛОК, МАЛС, СОБ-400 [12], использующие электронную карту и навигационное определение объекта.

Десятое технологическое решение реализации проекта ЦЖД основано на применении имитационного моделирования работы полигонов. Моделирование предотвращает риски и повышает надежность. Оно также выявляет непредвиденные нештатные ситуации. Это моделирование основано на пространственно-координатной имитационной модели полигонов, включающей детализированные модели станций, и учитывает реальные технологии работы и взаимодействия со средствами СЦБ при моделировании перевозочного процесса.

ЦЖд как объективная необходимость

Цифровая железная дорога как феномен неразрывно связана с цифровой экономикой и взаимодействует с ней. Современный проект ЦЖД является интегрированным информационно-технологическим комплексом, объединяющим многие достижения науки и техники. По сравнению с существующими проектами он обладает максимальной сложностью, что является барьером при его формировании. Масштабность проекта требует обязательного привлечения технологий обработки «больших данных» и интеллектуального анализа данных.

С другой стороны, ЦЖД есть объективная необходимость развития железнодорожного транспорта. Работа над проектом консолидирует усилия по совершенствованию не только железнодорожной системы, но и единой транспортной системы Российской Федерации. Общая идеология построения ЦЖД основана на внедрении технологии интернет-вещей в сферу транспорта и развития технологий интеллектуального управления транспортным комплексом. □

1. Mesenbourg T. L. Measuring the Digital Economy. U.S. Bureau of the Census. 2001.

2. Семячков К. А. Цифровая экономика и ее роль в управлении современными социально-экономическими отношениями // Соврем. технологии управления. 2017. № 8 (80). Ст. № 8001. URL: http://sovman.ru/article/8001.

3. Иманкул М. Н. Актуальные способы повышения эффективности использования радиочастотного спектра // Sci. World. 2013. С. 42-49.

4. Цветков В.Я. Интегральное управление высокоскоростной магистралью // Мир транспорта. 2013. № 5 (49). С. 6-9.

5. Куприяновский В. П. и др. Цифровая железная дорога — целостная информационная модель как основа цифровой трансформации // Int. J. Open Inform. Technol 2016. Т. 4, №. 10. С. 32-42.

6. Shi T. Y., Wangy J., Li P. Research on digital railway system architecture // J. Transp. Systems Eng. Inform. Tech. 2010. Vol. 10. Р. 29-33.

7. Розенберг И. Н. О единой транспортной политике в сфере железнодорож-

ного транспорта // Славянский форум. 2015. № 3 (9). С. 244-250.

8. Куприянов А. О. Цифровое моделирование железнодорожного пути // Образовательные ресурсы и технологии. 2016. № 3 (15). С. 104-114.

9. Дешко И. П., Кряженков К. Г., Цветков В. Я. Устройства, модели и архитектуры Интернета вещей. М.: МАКС Пресс, 2017. 88 с.

10. Розенберг И. Н., Цветков В. Я. Создание динамической пространственно-временной модели управления железной дорогой // Геодезия и картография. 2010. № 8. С. 48-51.

11. Гапанович В. А. и др. Внедрение методологии УРРАН в хозяйстве АТ // Автоматика, связь, информатика. 2012. № 4. С. 12-15.

12. Розенберг И. Н. Основные направления развития ОАО «НИИАС». Прошлое, настоящее, будущее // Тр. V науч.-техн. конф. с междунар. участием «Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте. Компьютерное и математическое моделирование. ИСУЖТ-2016». М.: ОАО НИИ-АС, 2016. С. 3-8.

«Цифровая трансформация охватывает каждый участок деятельности холдинга РЖД»

Евгений Чаркин

Цифровая трансформация на российских железных дорогах длится уже несколько лет. О том, каких целей уже удалось достигнуть, а какие задачи будут реализованы в ближайшем и отдаленном будущем, рассказывает заместитель генерального директора ОАО «РЖД» Евгений Чаркин.

Фото: Виктор Чернышов
Что такое цифровая трансформация бизнеса? Чем уникален этот процесс?

Цифровая трансформация охватывает каждый участок деятельности холдинга «РЖД». Наряду с внедрением современных технологий в компании происходят изменения бизнес-процессов и корпоративной культуры.
В рамках цифровой трансформации любые сервисы или технологии рассматриваются как инструменты, которые позволяют сделать бизнес более эффективным и конкурентным. То есть, например, внедрение электронного документооборота или блокчейн должны принести конкретный, осязаемый результат: сократить расходы либо создать добавленную стоимость в виде новой услуги.

В ближайшие 10–15 лет ИИ будет интегрирован во многие информационные системы, большая часть взаимодействия между которыми будет осуществляться без участия человека

Чтобы просчитать все результаты внедрения даже одного сервиса, необходимо время и всесторонний анализ. Одна и та же технология, в зависимости от того, как или где ее применяют в компании, может давать разные эффекты. Допустим, экономию времени, денег, повышение степени контроля или увеличение доходной базы, объема перевозок.

Любая новая цифровая технология может быть внедрена на российских железных дорогах только после подтверждения ее соответствия требованиям безопасности и экономической эффективности.
Эти последствия мы просчитывали, когда готовили актуализированную Стратегию цифровой трансформации ОАО «РЖД» до 2025 года, и проверяем эти данные регулярно, когда прорабатываем новые инициативы.

Изображение сгенерировано с помощью нейросети Midjourney

Также мы определили комплекс приоритетных цифровых технологий, от которых ожидаем наибольшей эффективности при их внедрении в деятельность компании. Это технологии распределенного реестра, интернета вещей, цифрового двойника. Они гарантируют точность и достоверность данных, позволяют делать качественную предиктивную аналитику, осуществлять ремонт по фактическому состоянию, создавать доверенную среду в грузовых перевозках. Кроме этого, мы большое внимание уделяем развитию технологий искусственного интеллекта, больших данных, виртуальной и дополненной реальности, квантовых коммуникаций.

Легко ли гарантировать безопасность в ходе внедрения новых цифровых решений?

Абсолютно логично, что развитие цифровых технологий сопровождается ростом рисков, которые эти технологии в себе несут. Но если исходить из того, что цифровая трансформация осуществляется людьми и для людей, большую часть этих угроз можно минимизировать или полностью ее избежать.
Стратегия цифровой трансформации ОАО «РЖД» в числе основных принципов изменения технологической архитектуры компании предусматривает платформенный подход. В частности, для достижения бизнес-целей мы развиваем семь цифровых платформ – по ключевым направлениям деятельности. При этом через все проекты и сервисы красной нитью проходят вопросы обеспечения безопасности движения поездов, а также информационной безопасности – непрерывной и надежной работы наших сервисов и систем, защиты наших ресурсов.

Фото: Shutterstock/FOTODOM

Угрозы в сфере информационной безопасности мы всегда воспринимали как существенные риски, влияющие на стабильность и надежность функционирования всей железнодорожной системы. Для защиты от них мы проводим системную работу. Сформировали многоступенчатую или эшелонированную защиту. На переднем крае – программно-аппаратные комплексы. Планы реагирования на инциденты разработаны и утверждены по всем объектам критической информационной инфраструктуры РЖД. Следующий элемент – выстроенные партнерства и взаимодействия со специалистами в сфере информационной безопасности. В частности, мы проводим регулярный анализ защищенности информационной инфраструктуры как по внешнему, так и по внутреннему периметру с привлечением экспертных организаций.

Все, что мы делаем, должно пойти не во вред человеку, а ему на пользу

Мир новых цифровых технологий более уязвим, чем нынешний?

Вовсе нет. Новые технологии позволяют повысить степень безопасности операций и уровень взаимного доверия всех участников процессов. Главное – применять их в совокупности, чтобы они взаимодополняли друг друга.
Так, формирование доверенной среды между РЖД и нашими партнерами осуществляется благодаря внедрению технологии распределенного реестра. Блокчейн делает прозрачным процесс принятия решений при их разрешении. Любое изменение данных в такой системе не остается незамеченным.

Национальная ERP-система будет открытой платформой, заказчики смогут разработать свои решения и интегрировать их с типовым шаблоном

С помощью возможностей блокчейн и смарт-контрактов доверенная среда создается при работе с сервисными компаниями в области локомотивного хозяйства, производителями железнодорожной техники, используем в процессе оказания логистических услуг при взаимодействии с грузоотправителями и партнерами – другими транспортными компаниями. Однако при этом остается риск внешнего вмешательства: кто-то извне может сломать защиту и исказить данные. В этой ситуации претензии будут предъявлять тому контрагенту, в чьем узле была изменена информация.

Изображение сгенерировано с помощью нейросети Midjourney

В то же время применение квантовых технологий как раз не дают возможности исказить данные путем внешнего воздействия. Это хорошее и надежное решение для поддержания доверенной среды, придания ей еще большей устойчивости.
Пока блокчейн и квантовые коммуникации мы внедряем в отдельные процессы, но фактически на эти технологии мы можем перевести большое количество функциональных задач и взаимодействий. Защитив данные в блокчейн квантами, мы обеспечиваем абсолютную надежность и достоверность информации, циркулирующую внутри системы.

Политику по укреплению технологического суверенитета также можно оценить как элемент безопасности?

Переход на отечественное ПО и оборудование – процесс небыстрый. Планомерная работа ведется нами несколько лет. Но это того стоит. В масштабах крупной госкомпании, такой как «Российские железные дороги», технологический суверенитет означает возможность свободного применения необходимых нам технологий и инструментов без риска для безопасности.
В первую очередь мы были нацелены на переход на отечественные ИТ-технологии в тех производственных процессах, которые оказывают влияние на сферу управления движением. Но постепенно расширяем фронт работ.

Новые технологии позволяют повысить степень безопасности операций и уровень взаимного доверия всех участников процессов. Главное – применять их в совокупности

Вы довольны существующим темпом импортозамещения?

Скорость импортозамещения не самое главное. Работа по переводу систем на отечественный софт не сводится только к замене импортных решений. У наших проектов появляется новый функционал, аналогов которого нет за рубежом. Система ЭТРАН и система управления пассажирским комплексом «Экспресс» нового поколения по функциональным возможностям опережают конкурентные системы зарубежных производителей. То есть мы работаем на импортоопережение.

Фото: Shutterstock/FOTODOM

Еще один пример – проект создания программного комплекса для моделирования и прогнозирования пассажиропотоков. Ожидается, что результатом его внедрения станет ежегодная экономия инвестиционных затрат в размере 30–50 млрд руб., ежегодный прирост выручки за счет оптимизации тарифов достигнет 7–10 млрд руб. Для его эффективной работы разработана и утверждена методика с учетом распределения междугородных пассажиропотоков по территории агломераций и транспортно-пересадочных узлов (ТПУ). Проект наверняка вызовет большой интерес со стороны региональных администраций.

Работа по переводу систем на отечественное программное обеспечение не сводится только к замене импортных решений. У наших проектов появляется новый функционал, аналогов которого нет

Идет работа над созданием отечественной ERP-системы. Это будет уникальный продукт для российского рынка. По сути, на нем сегодня отсутствуют готовые отечественные ERP-решения, которые бы в полной мере соответствовали требованиям крупных государственных и частных компаний.
Национальная ERP-система будет представлять собой открытую платформу с предустановленной функциональностью, все заинтересованные заказчики смогут разработать свои решения и интегрировать их с типовым шаблоном системы, а также развивать типовой шаблон в своих целях.

Изображение сгенерировано с помощью нейросети Midjourney

Наиболее значимые проекты по импортозамещению реализуются в рамках Индустриальных центров компетенций (ИЦК). Насколько эффективной оказалась данная площадка?

Мы отталкиваемся от того, что в результате деятельности ИЦК должны появиться не просто корпоративные системы, которыми смогут воспользоваться сами участники работы центра. Необходимо создать рыночные программные продукты, востребованные в том числе и внешними компаниями.
Как следствие, все реализуемые в рамках ИЦК «Железнодорожный транспорт и логистика» проекты имеют высокий коммерческий потенциал – для дальнейшего тиражирования в транспортных, логистических, инфраструктурных компаниях, например метрополитенах.

Фото: Иван Шаповалов/Пресс-служба ОАО «РЖД»

Среди них уже есть системы высокой степени готовности. Например, завершен перевод автоматизированной системы ЭТРАН НП на импортонезависимую платформу. Это новый российский сервис, внесенный в реестр отечественного ПО.
Другой пример – «АРМ кассира», это полностью отечественная разработка, созданная под операционную систему Astra Linux. Это не просто импортонезависимое цифровое решение, но оно еще и превосходит зарубежные аналоги по функциональности и устойчивости. И что не менее важно, это универсальный продукт, подходящий не только для РЖД, но и для всей транспортной системы России».

Важно, чтобы взаимодействие между компаниями – участницами ИЦК не ограничивалось отбором и реализацией проектов. Так, мы организовали обмен опытом импортозамещения и готовыми цифровыми решениями: провели специальный семинар, на котором рассмотрели принятые членами ИЦК подходы к организации работы, поделились информацией о реализуемых проектах, собственных разработках, в том числе и в области информационной безопасности.
Таким образом, в рамках ИЦК «Железнодорожный транспорт и логистика» мы стремимся обменяться опытом с другими ИЦК и другими компаниями, чтобы укрепить позиции отрасли.

Перспективные цифровые технологии для РЖД
◆ Автоматическая идентификация и отслеживание

◆ Управление пользовательским опытом

◆ Автоматизация рутинных операций (RPA)

◆ Процессное управление организацией

◆ Аналитика на базе машинного обучения

◆ Предсказательная диагностика

Есть какие-то факторы, которые сдерживают темп импортозамещения?

В этой работе не стоит фокусироваться только на технических вопросах. Необходимо также анализировать нормативную базу. Поскольку в противном случае может получиться так, что подготовленное решение невозможно будет использовать, потому что оно нелегитимно.
Этот тезис актуален для любых цифровых технологий. Например, сейчас невозможно пойти в суд с записями блокчейн, как с бумажным договором. Они не имеют юридической силы, необходимого юридического статуса. Вопросы цифрового моделирования также не в полной мере урегулированы.

Фото: Shutterstock/FOTODOM

По внедрению биометрии мы делали эксперимент и уже столкнулись с тем, что существующее законодательство в транспортной безопасности не позволяет нам применять эту технологию – должны быть внесены соответствующие изменения.
Частично эти проблемы внедрения цифровых решений может снять механизм экспериментально-правовых режимов (ЭПР). Беспилотные грузовики КамАЗ сейчас тестируют именно с его помощью. Для наших проектов по использованию беспилотной «Ласточки» вопросы подобного правового обеспечения тоже могли бы быть актуальны.

На какой временной период можно прогнозировать процессы цифровой трансформации и как этим знанием можно распорядиться?

Мы сейчас живем по Стратегии цифровой трансформации ОАО «РЖД» до 2025 года, но уже понимаем, в каком направлении будут развиваться «Российские железные дороги» в течение ближайших 10–15 лет. Это дает нам возможности и время адаптироваться.
Главная, масштабная задача в процессе этой адаптации – научить людей, во-первых, не бояться технологий и, во-вторых, пользоваться ими в своих повседневных рабочих процессах. В этом контексте на первый план выходит развитие цифровой культуры, что чуть ли не важнее внедрения технологий. Ведь можно оснастить рабочие места самым инновационным софтом, а люди не будут им пользоваться, продолжая работать по старинке.

Изображение сгенерировано с помощью нейросети Midjourney

Поэтому одна из ключевых задач цифровой трансформации в РЖД – показать сотрудникам, что с помощью новых технологий можно работать более продуктивно, освобождая себя от рутинных операций, отдавая больше времени творческим, интересным задачам.
Для этого мы проводим системную работу по цифровому обучению сотрудников, рассказываем о том, каких эффектов можно добиться, применяя цифровые инструменты, мотивируем людей развиваться в этом направлении. В проекты обучения вовлекаем руководителей подразделений, специалистов по работе с цифровыми технологиями, бизнес-аналитиков, продуктовые команды.

Какова конечная цель цифровой трансформации?

Цель – переход на эффективное цифровое взаимодействие со всеми контрагентами – государством, клиентами и партнерами. Рутинные операции будут выполняться автоматически, а профильные специалисты будут применять свои навыки более эффективно, в том числе для принятия точных и оперативных управленческих решений.
Кроме этого, будут созданы новые виды бизнеса, которые без цифровых технологий было сложно представить, в том числе дополнительных сервисов для клиентов-грузоотправителей и пассажиров.

Чтобы достичь максимального эффекта, важно, чтобы цифровая трансформация затрагивала не только РЖД. Недавно на стратегической сессии по формированию национального проекта «Экономика данных» глава правительства Михаил Мишустин обозначил, что одной из главных задач на этом пути должно стать устранение «цифрового неравенства». И действительно, пока внедрение цифровых решений остается лишь делом нескольких, пусть и крупных корпораций, перевести на цифровые рельсы всю экономику страны невозможно. Необходимо, чтобы экосистемы разных секторов взаимодействовали, онлайн-платформы были доступны всем потребителям в любой точке страны.

Фото: Shutterstock/FOTODOM

Чтобы решить эту задачу, предстоит провести большую работу. Создать единую цифровую инфраструктуру в каждом регионе и во всех сферах – на транспорте, в здравоохранении, ЖКХ, образовании, энергетике. Создать современные решения для обработки данных, удобные электронные платформы, модернизировать инфраструктуру. Не сомневаюсь, в ближайшие 10–15 лет многие из стоящих сегодня задач будут успешно решены.

Что такое цифровая железная дорога холдинга ржд

Цифровая железная дорога. Технологический уровень Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Digital Railroad. Technological level

Текст научной работы на тему «Цифровая железная дорога. Технологический уровень»

Аннотация научной статьи по СМИ (медиа) и массовым коммуникациям, автор научной работы — Куприяновский В.П., Суконников Г.В., Ярцев Д.И., Кононов В.В., Синягов С.А.

Похожие темы научных работ по СМИ (медиа) и массовым коммуникациям , автор научной работы — Куприяновский В.П., Суконников Г.В., Ярцев Д.И., Кононов В.В., Синягов С.А.

Digital Railroad — an integrated information model as the basis of the digital transformation

Текст научной работы на тему «Цифровая железная дорога — целостная информационная модель, как основа цифровой трансформации»

Цифровая экономика и цифровая железная дорога Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

Аннотация научной статьи по экономике и бизнесу, автор научной работы — Розенберг Е.Н., Уманский В.И., Дзюба Ю.В.

Похожие темы научных работ по экономике и бизнесу , автор научной работы — Розенберг Е.Н., Уманский В.И., Дзюба Ю.В.

Digital economy and digital railway

Текст научной работы на тему «Цифровая экономика и цифровая железная дорога»

«Цифровая трансформация охватывает каждый участок деятельности холдинга РЖД»

Добавить комментарий Отменить ответ