Меняя пути: Как цифровые близнецы могут поддержать железнодорожную инфраструктуру

В рамках глобальных инициатив по борьбе с изменением климата увеличение инвестиций в общественный транспорт, в частности в железнодорожный, широко пропагандируется как устойчивый путь к сокращению выбросов и смягчению последствий изменения климата. Согласно недавнему докладу ООН, переход на поезда и автобусы может сократить выбросы парниковых газов (ПГ) на две трети в расчете на одного пассажира и километр пути. В то же время расширение охвата и пропускной способности инфраструктуры общественного транспорта дает населению целый ряд экономических и социальных преимуществ, включая более широкий доступ к работе и образованию, снижение смертности в результате ДТП и более высокое качество воздуха по сравнению с районами с плотной автомобильной застройкой. Одним словом, переход назад на железную дорогу – решение двухвековой давности, которое предшествовало появлению личных автомобилей на 100 лет, – должен казаться очевидным шагом. Почему бы всем, как говорится, не пересесть на железную дорогу?

Однако за последние четверть века в Европе все было наоборот. Инвестиции в автомобильные дороги выросли на 60 %, в то время как инвестиции в железнодорожные сети сократились на 6,5 %, что привело к разрушению местных и региональных железнодорожных сетей и закрытию тысяч станций по всему континенту.

Хотя эта тенденция начинает меняться, инвестициям в железнодорожную отрасль по-прежнему мешают такие проблемы, как неэффективность затрат, конкурирующие национальные интересы, разрозненность сетей, не говоря уже о сложности ремонта и нового строительства систем, которые на протяжении последних десятилетий страдали от плохого обслуживания и недостаточного развития.

Как владельцы железнодорожных сетей могут вернуть все на круги своя? Использование новых возможностей цифровой инфраструктуры, в частности цифровых двойников, может помочь предложить путь вперед, позволяя оптимизировать инвестиции в железнодорожную инфраструктуру для создания более быстрых, чистых и устойчивых транспортных сетей как для пассажирских, так и для грузовых перевозок.

Хотя многие люди знают о цифровых двойниках только как о визуальных представлениях реальных активов и процессов, агрегация данных и совместимость являются одними из наиболее полезных их возможностей. Цифровые двойники инфраструктуры могут соединять данные и процессы из разрозненных приложений или систем и объединять их в единую систему, использующую стандартный формат. Цифровые двойники могут заставить эти данные разговаривать друг с другом и анализировать, как различные источники могут влиять друг на друга.

Благодаря возможности получать и обрабатывать данные в режиме реального времени (то есть включать данные из разных источников по мере их поступления) инфраструктурные цифровые двойники могут охватить и связать всю железнодорожную сеть Европы, чтобы определить приоритетность инфраструктурных проектов на зрелых и зеленых участках. Этот процесс может дать заинтересованным сторонам на всем континенте единый источник истины для миллионов точек данных, обеспечивая потенциал для эффективных, результативных и совместных рабочих процессов во всех входящих в состав железнодорожных сетях и их соответствующих системах информационных технологий, инженерных технологий и операционных технологий (ИТ, ЭТ и ОТ).

Обслуживание и совершенствование железнодорожных сетей является постоянной задачей. Используя цифровые двойники инфраструктуры, владельцы-операторы могут применять алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МЛ) для анализа данных телеметрии или снимков/датчиков в режиме реального времени и выявления аномалий. ИИ также может анализировать эксплуатационные данные железнодорожного транспорта и предоставлять уведомления для оценки и устранения проблем и сбоев в работе сети. Цифровые двойники инфраструктуры также могут быть использованы для прогнозирования. Используя исторические данные о ремонте, погодные данные, информацию о пропускной способности, уровне использования, пассажиро- и грузопотоках, а также геофизические данные, алгоритмы ИИ и ML могут предложить, какие ремонты или обновления необходимы или будут необходимы, когда и как их лучше выполнить.

Данные и выводы, полученные в результате моделирования цифровых двойников инфраструктуры, могут помочь железнодорожным операторам проанализировать последствия технического обслуживания и модернизации – как запланированное мероприятие по техническому обслуживанию повлияет на определенные маршруты и услуги, какие потенциальные ограничения по затратам или ресурсам могут возникнуть, какие экологические последствия могут быть получены в результате. Встроенные системы поддержки принятия решений могут помочь заинтересованным сторонам оптимизировать планирование этих обновлений, учитывая и согласовывая разрозненную информацию о стоимости, безопасности, окружающей среде и производительности системы, которую раньше было невозможно интегрировать в эти решения.

В связи с тем, что основное внимание уделяется смягчению последствий изменения климата, модели с функцией расчета выбросов углерода и стоимости проекта или актива необходимы как никогда. Причина этого очевидна: выбросы парниковых газов – это корабль, который мы не сможем исправить, как только он перевернется. Цифровые двойники инфраструктуры

могут облегчить расчет выбросов углерода на протяжении всего жизненного цикла актива, будь то проектирование, строительство, эксплуатация, обслуживание или вывод из эксплуатации. Данные из этих моделей могут влиять на выбор заинтересованных сторон с самого начала, например, выбирать при строительстве материалы с меньшим уровнем выбросов, например, камень вместо цемента. Они также могут рассчитать углеродную стоимость предлагаемых изменений или стоимость отказа от них, что позволяет заинтересованным сторонам оценить целый ряд сценариев. В конечном счете, углеродные возможности цифровых двойников позволяют принимать инфраструктурные решения, которые оптимизируют затраты, эффективность и смягчение последствий изменения климата.

В реальности необходимость инвестиций в железнодорожные сети не исчезнет. Напротив, необходимость инвестиций будет становиться все более насущной по мере ухудшения климатических условий и достижения целей, определенных на КС ООН, все труднее и труднее. Инженерные компании и владельцы-операторы столкнутся с огромным объемом работ по ремонту и улучшению существующих линий, строительству соединительных пунктов между странами, восстановлению линий, которые были выведены из эксплуатации из-за предпочтения, отданного в прошлом автомобильным дорогам, а также эксплуатации и обслуживанию всех этих активов. Эта работа потребует много времени и сил, не говоря уже о том, что она будет дорогостоящей.

Цифровые двойники инфраструктуры и цифровые инструменты на базе искусственного интеллекта будут необходимы для управления всей этой работой на каждом этапе жизненного цикла проекта – от проектирования или перепроектирования, строительства и ремонта до использования этих активов. Инженерные компании и другие заинтересованные стороны могут использовать возможности цифрового двойника для совместной работы, оптимизации рабочего процесса и ресурсов, прогнозирования и решения проблем и, в конечном счете, сокращения разрыва между проектированием и строительством, что позволит создать более устойчивые и надежные железнодорожные активы.

Негативное воздействие изменения климата на наши транспортные системы – от пересыхания рек и русел каналов, дестабилизации дорог в результате исторических наводнений до разрушенных штормами портов и прибрежных городов – требует от нас радикальных и немедленных изменений в способах перемещения людей и грузов по Европе. В этом отношении наши экономические и экологические цели полностью совпадают и являются более насущными, чем когда-либо.

Но технологии на нашей стороне. Появляющиеся возможности цифрового двойника инфраструктуры могут помочь модернизировать и преобразовать железнодорожные сети, которые остро нуждаются в реконструкции, и позволить нам построить другую и лучшую инфраструктуру в будущем. Современная, устойчивая инфраструктура поможет нам удовлетворить сложные потребности нашей все более глобализированной эпохи и максимально улучшить качество нашей жизни.