Связь для транспорта нового поколения. Интервью с сотрудником ОКБ МЭИ Евгением Окуневым

Премию правительства Москвы молодым ученым за 2025 г. в номинации «Городская инфраструктура» присудили кандидату технических наук, сотруднику ОКБ МЭИ Евгению Владимировичу Окуневу. На конкурс он представил цикл разработок, посвященных автоматизации управления и передачи информации беспилотными и транспортными средствами мегаполиса. Повышение надежности беспроводной связи в условиях помех, ставших приметой жизни крупных городов, в перспективе может стать основой для автоматизации транспортных систем.

Какие задачи, связанные с транспортной инфраструктурой города, должна решить система централизованного мониторинга? Насколько модернизация транспортной сети зависит от развития беспроводных сетей? Готовы ли города к подобной модернизации?

― Работа, удостоенная премии правительства Москвы молодым ученым, посвящена развитию транспортной инфраструктуры. В частности это касается создания технологий автоматического управления беспилотными и транспортными средствами и разработки централизованной мониторинговой системы. О чем идет речь: это создание транспортной инфраструктуры нового поколения?

― Транспортная система Москвы ― очень сложная сеть, включающая как наземный транспорт (автобусы, трамваи и личные автомобили), так и железнодорожный (МЦД и МЦК), а также метрополитен. Все это увязано в единую структуру, которая постоянно растет и развивается. Кроме транспорта, к этой структуре относятся дороги, светофоры, системы регулирования движения, энергетика, камеры видеонаблюдения и работа коммунальных служб (ремонты и обслуживание).

Более того, сегодня внедряются и беспилотные системы: например, уже запущен автономный трамвайный маршрут, где всем движением управляет автоматика, а человек просто следит за безопасностью.

Любой сбой в этой системе приводит не только к дискомфорту для жителей, но и к экономическим потерям и помехам в работе спецслужб ― в сумме возможны крупные негативные последствия. Поэтому необходимо не только управлять каждой из систем транспортной инфраструктуры, но и следить за ней, анализировать, прогнозируя возможные нарушения.

― То есть пока такой системы мониторинга нет?

― Конечно, за всей транспортной инфраструктурой следят, но при быстром развитии всех связанных систем неизбежно возникают проблемы технического уровня: необходимость удерживать постоянную связь, контролировать прием информации и передачу данных. На распространение радиосигнала сильно влияют погодные условия, что сказывается и на подвижном составе, особенно на беспилотном транспорте, и на наземных станциях. Возможны или полная потеря сигнала, или его неправильная обработка и прием-передача недостоверных данных. В результате это может привести к неверным управленческим решениям, экономическим потерям и дискомфорту пользователей. А в существующих условиях, когда интернет в столице временами могут полностью выключать, особенно необходимы средства, которые позволят вернуть систему в рабочее состояние в экстренных ситуациях.

Но даже если не рассматривать критические сценарии, все равно необходимо повышать качество связи. Дело в том, что наличие огромного количества приемных и передающих устройств приводит к такой электромагнитной обстановке, в которой системы создают друг другу помехи. В подобной ситуации необходимо уметь вылавливать свой сигнал. Именно на повышение качества связи и работоспособности системы в целом и направлены мои разработки.

― Правильно ли я понимаю, что в перспективе разработки должны стать одним из фрагментов цифрового двойника транспортной инфраструктуры столицы?

― Да, это так. Но, говоря о цифровых двойниках, многие сразу представляют определенную компьютерную модель и редко задумываются, откуда удается получить данные для этой модели и как осуществляется информационный обмен с физическим оригиналом. А это происходит именно по каналам связи.

Будущее за беспилотными системами, на которые нужно устанавливать приемные и передающие устройства, антенные системы и механизмы фильтрации сигналов. Кроме того, беспилотниками управляют с помощью самых разных датчиков, которые позиционируют их в пространстве. Эту информацию необходимо передавать в центр управления. И даже если делать упор на искусственный интеллект, способный управлять устройством изнутри, все равно необходимо отправлять данные в центр обработки, чтобы следить за его состоянием и анализировать, насколько верно робот справляется с задачей.

Поэтому цифровой двойник транспортной инфраструктуры невозможен без надежных каналов связи у его физического оригинала.

― Существующие системы связи способны решить необходимые задачи или развитие транспортной инфраструктуры связано с внедрением новых поколений беспроводных сетей?

― Какие-то задачи повышения качества связи решаются и сегодня, но в перспективе, конечно, потребуются новые технологии: объем данных постоянно увеличивается, а значит, необходимо и увеличивать скорость передачи. В этом контексте со временем станет не хватать мощностей имеющихся сетей 4G, тем более что связью в мегаполисе активно пользуются обычные граждане и бизнес. Загруженность сетей и снижение скорости работы интернета, которые можно наблюдать, например, в праздники, сказываются и на работе транспортной инфраструктуры.

Необходимо или выделять сети именно для обеспечения городских систем, или увеличивать общую мощность. Тем более что города в скором времени будут наполняться беспилотниками. Роботы должны постоянно ориентироваться в пространстве, а для этого должно быть множество объектов, с которыми они будут обмениваться информацией и использовать их как точки навигации. Эти задачи как раз и должны решить следующие поколения связи.

― Какие именно разработки были представлены на премию и какие актуальные задачи они призваны решить?

― По образованию я радиоинженер, а соответственно, и предложения имеют радиотехническую направленность. В основном это решения, направленные на улучшение характеристик приемопередатчиков ― антенн, систем фильтрации полезного сигнала от посторонних шумов, точности синхронизации, ― чтобы все объекты обменивались информацией в нужное время. Отдельная часть работы посвящена перспективному внедрению беспилотников. Это позволит позиционировать БПЛА в районе места посадки при отсутствии сигналов навигации.

Мы, в частности, получили патент на перестраиваемые дискретно-аналоговые фильтры. Их преимущество ― в большом динамическом диапазоне входного сигнала. Мы можем значительно повысить частотную избирательность приемных и передающих систем транспортной инфраструктуры. Это позволит оптимизировать энергетику сигнала в канале передачи информации, выбирая частотный диапазон, наиболее подходящий в данной обстановке, либо фильтровать возникающие помехи. Другая интересная разработка ― многодиапазонная совмещенная антенна. При повышении объемов передачи данных необходимо увеличивать скорость, а для этого требуется или повышать частоты, или физически устанавливать дополнительные каналы. Мы предлагаем добавить дополнительные антенны, работающие в другом диапазоне, к существующим. Это позволит получить два канала на одном физическом объекте. Это актуальные и полезные решения для транспортной инфраструктуры города.

― Если модернизировать качество связи в условиях всего мегаполиса, потребуются миллионы таких устройств… Насколько они экономически доступны и возможно ли создавать их на отечественной компонентной базе?

― Инженеры ― люди достаточно прагматичные, они стремятся создавать эффективные и, насколько это возможно, дешевые устройства. Разработки, о которых я говорил (фильтры и антенны), ― достаточно простые и недорогие приборы.

В отношении компонентной базы проблема следующая: если нужны максимально хорошие характеристики фильтра, то приходится использовать иностранные микросхемы, позволяющие работать с более широким диапазоном частот. Но это не критичная разница, и фильтры прекрасно работают на отечественных компонентах. Системы посадки беспилотников, о которых я говорил, ― несколько более сложные устройства, состоящие из нескольких элементов, а значит, они дороже в производстве. Но беспилотники дорогие сами по себе и требуют соответствующей инфраструктуры. На этом фоне разработанные приборы все еще достаточно доступны.

Действительно, требуется огромное количество различных устройств, повышающих качество связи в городах. Поэтому надо унифицировать решения и ставить более-менее одинаковые приборы. А для этого в основу их разработки должны быть заложены два принципа: эффективность работы и дешевизна изготовления. 

― Насколько городская инфраструктура готова к такой модернизации? Ее необходимо каким-то образом адаптировать?

― Москва активно развивается и достаточно оперативно проводит те или иные улучшения, поэтому внедрить наши предложения в столице достаточно реально в короткие сроки.

В других городах все зависит от состояния существующих систем. Например, в Твери около пяти лет назад провели масштабную перестройку транспортной системы, и теперь там тоже работает мобильное приложение, в котором отображается движение автобусов. Если отдельные решения хорошо себя показали в таком мегаполисе, как Москва, то и в городах меньшего масштаба они будут прекрасно работать.

Конечно, всегда встает экономический вопрос. В Москве, например, транспортная инфраструктура огромна и стоимость внедрения будет распределяться по ней равномерно. Но для менее крупных транспортных систем в небольших городах эффект от модернизации может быть непропорционален затратам.

Мы с коллегами, размышляя о создании такой системы, оценивали идеи, относящиеся к складам и производствам, в том числе полностью автоматизированные решения. Транслирование такого опыта в городскую среду ― одно из возможных применений разработанных технических подходов. Нам, скорее всего, не обойтись без автоматизации многих процессов, особенно в крупных системах, таких как мегаполисы. Конечно, отдавать это на откуп ИИ пока рано, должны быть четкие, строгие правила и регламенты, которые пока только формируются.

Говоря об автоматизации, чаще всего представляют себе программы и компьютеры, которые всем управляют. Но я как радиоинженер не могу забывать о том, что любая автоматизация не будет работать без связи: если мы планируем широко использовать беспилотники в гражданском секторе, то нам нужна надежная, быстрая и желательно отечественная связь. А это уже подразумевает разработку собственных приемников и передатчиков, усилителей, микроэлектронных компонентов и т.д.

― Есть ли фундаментальные вопросы, пока не решенные, но в перспективе способные повысить качество связи?

― В целом с момента создания А.С. Поповым радио задачи в этой области оставались неизменными: повышение скорости передачи информации, надежности каналов связи и избирательности устройств. Сейчас эти задачи перешли в область программных устройств: применение программно определяемых приемопередатчиков, автоматизированных алгоритмов фильтрации сигнала и использование ИИ.

Фундаментальная задача развития, на мой взгляд, как раз и заключается в том, чтобы понять, куда двигаться: не смотреть на ситуацию изнутри, решая сиюминутные возникающие проблемы, а оценить тенденции развития. Так или иначе, люди будут стремиться в Москву: застройка станет еще плотнее, машин станет больше, вырастет количество устройств передачи данных, а значит, и излучения, потребуется больше каналов связи, будут нужны повышенные скорости, увеличенные частоты и лучшая фильтрация. Нам необходимо посмотреть на все эти проблемы со стороны и решить, куда мы движемся дальше. Важно понять, какие системы будут востребованы с учетом планируемого расширения. Это серьезная задача.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ