Prospects for autonomous operation of freight trains

This paper explores the prospects for adopting autonomous operation of freight trains, focusing on key challenges and advancements in this area. Although particular success stories exist, widespread testing is currently hindered by the lack of unified standards for evaluating system performance quality and safety certification processes. Major issues involve ensuring reliable communication between automated and conventional infrastructure components, establishing standardized interaction protocols, and refining mathematical models of train dynamics. Illustrative case studies cover innovations like parallel container handling, unmanned yard equipment, and freight transport automation. Efforts emphasize resolving critical safety and functional aspects of autonomous technologies to extend their applicability in transportation.

1. R. C. Ramírez, I. Adin, J. Goya, U. Alvarado, A. Brazalez and J. Mendizabal, “Freight Train in the Age of Self-Driving Vehicles. A Taxonomy Review,” in IEEE Access, vol. 10, pp. 9750-9762, 2022, doi: 10.1109/ACCESS.2022.3144602.

2. D. Trentesaux et al., “The Autonomous Train,” in 2018 13th Annual Conference on System of Systems Engineering (SoSE), Paris, France, 2018, pp. 514-520, doi: 10.1109/SYSOSE.2018.8428771.

3. Сайт компании Parallel. Электронный ресурс. URL: https://www.moveparallel.com (дата обращения: 03.09.2025).

4. Ефремов, А. Беспилотные рельсовые экипажи для контейнерных перевозок / А. Ефремов // Железные дороги мира. – 2022. – № 3. – С. 57-59.

5. Ефремов, А. Беспилотные тяжеловесные поезда на сети компании Rio Tinto в Австралии / А. Ефремов // Железные дороги мира. – 2020. – №1. – С. 61-66.

6. Презентация системы AutoHaul. Электронный ресурс. URL: https://social-innovation.hitachi/-/media/project/hitachi/sib/en-au/events/pdf/Roslyn-Stuart-slide.pdf (дата обращения: 01.09.2025).

7. M. Yusuf, A. MacDonald, R. Stuart, and H. Miyazaki, “Heavy haul freight transportation system: AutoHaul – Autonomous heavy haul freight train achieved in Australia,” Hitachi Review, vol. 69, no. 6, pp. 790-791, 2020.

8. Сайт компании Volert. Электронный ресурс. URL: https://www.vlex-robot.de/ru/novyi-vlex-robot (дата обращения: 03.09.2025).

9. Сайт проекта Digitale Schiene Deutschland. Электронный ресурс. URL:https://digitale-schiene-deutschland.de/en/projects/AutomatedTrain (дата обращения: 26.09.2025).

10. D. Spenneberg, M. Bauer, M. Ghee, and S. Krönke, “Teststrategie zur Vermeidung von Feldtests bei der Entwicklung vollautomatisiert fahrender Züge,” SIGNAL+DRAHT, № 11, pp. 67-76, 2024.

11. Попов, П. А. Применение передовых технологий для работы в автоматическом режиме на МЦК / П. А. Попов // Железнодорожный транспорт. – 2020. – № 11. – С. 17-21.

12. R. Tagiew, T. Buder, and M. Fietze, “Uberblick zur fahrzeugseitigen Kollisionsvorhersage fur Eisenbahnen,” ZEVrail, № 174, pp. 122-127, 2023.

13. D. Ristić-Durrant, M. Franke, and K. Michels, “A Review of Vision-Based On-Board Obstacle Detection and Distance Estimation in Railways,” Sensors, vol. 21, no. 10, p. 3452, 2021, doi: 10.3390/s21103452.

14. R. Tagiew and C. Klotz, “Performance Metric for Horn and Brake Automation on Mainline Trains,” in Proceedings of the 10th International Conference on Vehicle Technology and Intelligent Transport Systems - VEHITS, 2024, pp. 212-219, doi: 10.5220/0012553100003702.

15. R. Tagiew, T. Buder, K. Hofmann, C. Klotz, and R. Tilly, “Towards Nucleation of GoA3+ Approval Process,” in Proceedings of the 2021 5th High Performance Computing and Cluster Technologies Conference (HPCCT ‘21), New York, NY, USA, 2021, pp. 41–47, doi: 10.1145/3497737.3497742.

16. Попов, П. А. Переход к беспилотным поездам: текущие вызовы и пути решения / П. А. Попов, С. В. Кудряшов // Автоматика, связь, информатика. – 2021. – № 11. – С. 18-20.

17. Попов, П. А. Требования к системе технического зрения / П. А. Попов, С. В. Кудряшов // Железнодорожный транспорт. – 2024. – № 7. – С. 33-35.

18. R. Nakasone, N. Nagamine, M. Ukai, H. Mukojima, and D. Deguchi, “Frontal Obstacle Detection Using Background Subtraction and Frame Registration,” Quarterly Report of RTRI, vol. 58, no. 4, pp. 298-302, 2017, doi: 10.2219/rtriqr.58.4_298.

19. W. Zhangyu, Y. Guizhen, W. Xinkai, L. Haoran and L. Da, “A Camera and LiDAR Data Fusion Method for Railway Object Detection,” in IEEE Sensors Journal, vol. 21, no. 12, pp. 13442-13454, 15 June15, 2021, doi: 10.1109/JSEN.2021.3066714.

20. R. Tagiew, D. Leinhos, H. von der Haar et al., “Sensor system for development of perception systems for ATO,” Discov Artif Intell, vol. 3, p. 22, 2023, doi: 10.1007/s44163-023-00066-4.

21. T. Herrmann, B. Noethlichs, M. Schischkoff, T. Hanisch, D. Lauer, M. Koppel, and K. U. Wolter, “Auf dem Weg zum vollautomatischen Fahren– ein erstes Forschungsprojekt zur Erkennung von Uberfahrereignissen,” ZEVrail, vol. 03, no. 2, 2023.

22. O. Lahneche, A. Haag, P. Dendorfer, V. Aravantinos, M. Guilbert, and M. Sallak, “Analysing railway accidents : a statistical approach to evaluating human performance in obstacle detection,” in Proceedings of the Sixth International Conference on Railway Technology : Research, Development and Maintenance, 2024.

23. Баранов, Л. А. Обеспечение безопасности движения поездов в беспилотных транспортных системах / Л. А. Баранов // *XIII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2019. Сборник трудов XIII Всероссийского совещания по проблемам управления ВСПУ-2019*. – М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2019. – С. 1995-1999.

24. Баранов, Л.А. Погрешности измерения расстояния до препятствия средствами технического зрения и прогноза пути торможения в беспилотных системах управления движением поездов / Баранов Л. А., Бестемьянов П. Ф., Балакина Е. П., Охотников А. Л. // Мир транспорта. – 2021. – Т. 19. – № 6 (97). – С. 6-12.

25. Попов, П. А. Сопоставление возможностей человека и машины в восприятии окружающего мира / Попов П. А., Дашонок В. Л. // Железнодорожный транспорт. – 2019. – № 8. – С. 44-46.

26. R. Tagiew, T. Buder, K. Hofmann, and C. Klotz, “Risikoanalyse der Schnellbremsung bei frontaler Kollisionsgefahr,” Elektrische Bahnen, № 6-7, 2022.

27. Hyde P, Ulianov C, Liu J, Banic M, Simonovic M, Ristic-Durrant D. “Use cases for obstacle detection and track intrusion detection systems in the context of new generation of railway traffic management systems,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 236, no. 2, pp. 149-158, 2021, doi:10.1177/09544097211041020.

28. Попов, П.А. Инфраструктура для внедрения систем автоматического управления электропоездами / Попов П.А. // Железнодорожный транспорт. – 2022. – № 10. – С. 20-23.

29. Макаренко, С. И. Интероперабельность организационно-технических систем. Монография. – СПб.: Наукоемкие технологии, 2024. – 313 с.

30. Розенберг, Е.Н. Общие подходы к доказательству безопасности автономных систем / Е. Н. Розенберг, П. А. Попов, Д. В. Талалаев, А. М. Ольшанский, Н. А. Бояринова // Автоматика, связь, информатика. – 2022. – № 1. – С. 2-9.

31. Розенберг, Е. Н. О применении нейронных сетей в ответственных системах / Е. Н. Розенберг, Д. В. Талалаев // Интеллектуальные транспортные системы. материалы Международной научно-практической конференции. – Москва, 2022. – С. 451-453.

32. Шебе, Х. Различные подходы к автономному вождению для железных дорог / Х. Шебе, И. Б. Шубинский, Е. Н. Розенберг // Надежность. – 2025. – Т. 25. – № 1. – С. 4-10.

33. Якушев, Д.А. Цифровая модель пути для беспилотного управления движением поездов / Д. А. Якушев // Автоматика, связь, информатика. – 2021. – № 4. – С. 35-39.

34. Иванов, В.Ф. Высокоточная система позиционирования железнодорожного подвижного состава / В. Ф. Иванов, П. А. Попов // Труды АО «НИИАС». Сборник статей. – Москва, 2021. – С. 179-189.

35. B. Thomas-Friedrich, E. Bosch, B. Cogan, H. Wasle, and A. Naumann, “Menschliche Wahrnehmung als Maßstab für zukünftige ATO-Systeme,” EI-DEREISENBAHNINGENIEUR, № 09, pp. 62-66, 2023.

36. B. Milius, B. Cogan, B. Thomas-Friedrich, H. L. Esther Bosch, U. Metzger, and D. Leinhos, “Funktionale Anforderungen an Sensorik und Logik einer ATO-Einheit,” Deutsches Zentrum für Schienenverkehrsforschung beim Eisenbahn-Bundesamt, 2024. [Электронный ресурс]. DOI: 10.48755/dzsf.250002.01.

37. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), “RailSiTe® (Rail Simulation and Testing),” Journal of large-scale research facilities, vol. 2, p. A88, 2016, doi: 10.17815/jlsrf-2-144.

38. Федоров В. А. Сегментация объектов техническим зрением в автоматизированных системах управления железнодорожным подвижным составом / В. А. Федоров, О. М.Огородникова // Автоматика на транспорте. – 2025. – Том 11. – № 3. – С. 239-249.