 |
TÓM TẮT
Bài viết trình bày khái quát về mức độ tự động hóa (TĐH) trong hệ thống điều khiển tàu điện và xu hướng xây dựng hệ thống điều khiển tàu điện ngày nay, từ đó đưa ra nhưng kiến nghị phù hợp cho việc xây dựng tàu điện đường sắt đô thị tại Việt Nam.
ABSTRACT
The paper presents an overview of the automation level in the electric train control system and tend building train control systems today, from which to make appropriate recommendation for the construction of the urban railway system in Vietnam.
Bài viết trình bày khái quát về mức độ tự động hóa (TĐH) trong hệ thống điều khiển tàu điện và xu hướng xây dựng hệ thống điều khiển tàu điện ngày nay, từ đó đưa ra nhưng kiến nghị phù hợp cho việc xây dựng tàu điện đường sắt đô thị tại Việt Nam.
ABSTRACT
The paper presents an overview of the automation level in the electric train control system and tend building train control systems today, from which to make appropriate recommendation for the construction of the urban railway system in Vietnam.
TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN TÀU ĐIỆN
Công nghệ TĐH được áp dụng ngày càng sâu rộng trong hệ thống điều khiển tàu điện chạy trên đường ray. TĐH điều khiển chạy tàu là một quá trình đảm bảo các hoạt động chạy tàu tự động thông qua các thiết bị điều khiển giống như khi tàu được vận hành bởi người lái. Việc TĐH trong điều khiển chạy tàu trên tuyến đường sắt cho phép vận hành tàu hiệu quả hơn với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn, đảm bảo đúng lịch trình chạy tàu và tự động tối ưu các dịch vụ hành khách theo thời gian thực [1-5].
Có 4 mức độ TĐH trong hệ thống điều khiển tàu điện, chúng được phân chia theo những chức năng cơ bản của việc vận hành tàu mà nhân viên lái phải đảm nhận và các thiết bị trong hệ thống điều khiển chạy tàu có khả năng thực hiện. Như đối với mức độ TĐH 0 thì tương ứng với trường hợp hệ thống cần đưa ra được tầm nhìn chạy tàu để hỗ trợ ngưới lái giống như người điều khiển xe buýt cần phải quan sát đường khi chạy trên đường phố. Mức độ TĐH 4 sẽ tham chiếu đến một hệ thống điều khiển hỗ trợ chuyển động tàu hoàn toàn tự động trên đường ray mà không có người lái/nhân viên phục vụ trên tàu. Đặc điểm của từng mức độ TĐH trong hệ thống điều khiển tàu được thể hiện như trên hình 1 [1].
Công nghệ TĐH được áp dụng ngày càng sâu rộng trong hệ thống điều khiển tàu điện chạy trên đường ray. TĐH điều khiển chạy tàu là một quá trình đảm bảo các hoạt động chạy tàu tự động thông qua các thiết bị điều khiển giống như khi tàu được vận hành bởi người lái. Việc TĐH trong điều khiển chạy tàu trên tuyến đường sắt cho phép vận hành tàu hiệu quả hơn với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn, đảm bảo đúng lịch trình chạy tàu và tự động tối ưu các dịch vụ hành khách theo thời gian thực [1-5].
Có 4 mức độ TĐH trong hệ thống điều khiển tàu điện, chúng được phân chia theo những chức năng cơ bản của việc vận hành tàu mà nhân viên lái phải đảm nhận và các thiết bị trong hệ thống điều khiển chạy tàu có khả năng thực hiện. Như đối với mức độ TĐH 0 thì tương ứng với trường hợp hệ thống cần đưa ra được tầm nhìn chạy tàu để hỗ trợ ngưới lái giống như người điều khiển xe buýt cần phải quan sát đường khi chạy trên đường phố. Mức độ TĐH 4 sẽ tham chiếu đến một hệ thống điều khiển hỗ trợ chuyển động tàu hoàn toàn tự động trên đường ray mà không có người lái/nhân viên phục vụ trên tàu. Đặc điểm của từng mức độ TĐH trong hệ thống điều khiển tàu được thể hiện như trên hình 1 [1].
 |
| Hình 1: Mức độ TĐH trong hệ thống điều khiển tàu điện |
Mức độ TĐH này được xây dựng với các chức năng hỗ trợ người lái tàu trong việc vận hành điều khiển chuyển động tàu trên khu gian, đó là việc thiết lập thông số chạy tàu, điều khiển tốc độ chuyển động của tàu trên khu gian (Setting train in motion), điều khiển dừng chính xác tàu tại nhà ga (Stopping train), điều khiển đóng/mở cửa tàu, đưa tàu ra/vào depot (Door closure), điều khiển tàu khi phát sinh sự cố (Disruption). Theo cấp độ TĐH và sự phát triển của hệ thống điều khiển tàu điện, lúc ban đầu TĐH chỉ là hỗ trợ người lái về tầm nhìn trên đường ray, sau đó một loạt các chức năng hỗ trợ khác được phát triển và cho phép điều khiển tàu từ xa, vận hành tàu hoàn toàn tự động mà không cần người lái/nhân viên trên tàu.
- Chế độ điều khiển người lái: tàu điện vận hành mà không có hệ thống điều khiển trợ giúp. Người lái quan sát/ngắm đường ray để vận hành chạy tàu với các tín hiệu báo hiệu được vận hành tại địa điểm cố định trên đường ray.
- Chế độ TĐH một phần (Suppervision and control train operation): người lái vẫn thực hiện vận hành chạy tàu và hãm tàu bằng tay. Ở đây có đưa thêm vào hệ thống bảo vệ chạy tàu, nó liên tục giám sát tốc độ chạy tàu để đảm bảo tàu chuyển động được an toàn. Ngoài ra, các thông tin hỗ trợ như vị trí hiện tại của tàu cũng được hiển thị và thông tin đến lái tàu.
- Chế độ bán tự động (Semi-automated train operation): người lái chỉ khởi động chạy tàu từ nhà ga, còn việc kiểm soát tốc độ chuyển động tàu trên tuyến được thực hiện tự động, cũng như quá trình dừng tàu chính xác tại nhà ga và mở/đóng cửa tàu cũng được thực hiện tự động.
- Chế độ không người lái (Driverless train operation): việc chạy tàu được điều khiển và giám sát tự động mà không có sự trợ giúp của người lái. Con người chỉ can thiệp vào trong trường hợp khẩn cấp. Hệ thống lái tàu tự động kiểm soát toàn bộ quá trình chuyển động của tàu trên khu gian: khởi hành, chuyển động trên khu gian, dừng chính xác tàu tại nhà ga, mở/đóng cửa tàu. Nếu cần thiết, cửa tàu sẽ tự động mở thêm lần nữa. Khi lượng hành khách cao, tàu bổ sung sẽ được tự động đưa vào hoạt động trực tiếp từ depot với chỉ một nút nhấn lệnh.
- Chế độ không người phục vụ (Unattended train operation): sự hoạt động của tàu được điều khiển và giám sát hoàn toàn tự động. Ở chế độ này sẽ không có người lái và cũng không có bất kỳ người phục vụ nào đi cùng trên tàu. Ngoài ra còn bổ sung thêm một số chức năng tự động khác ví dụ như: tự động ghép/tách các tàu, tự động làm vệ sinh tàu, điều khiển mở rộng từ xa và chọn chức năng sửa chữa từ xa.
KHẢ NĂNG THỰC HIỆN VIỆC TĐH ĐIỀU KHIỀN TÀU ĐIỆN
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã làm cho hệ thống điều khiển tàu có khả năng giám sát, vận hành và kiểm soát toàn bộ quá trình hoạt động của tàu. Các thành phần chính trong hệ thống điều khiển chạy tàu đảm nhận chức năng thực hiện tự động quá trình chuyển động của tàu đó là:
- Bảo vệ tàu tự động (ATP) là hệ thống điều khiển các thiết bị nhằm đảm bảo sự an toàn cho quá trình chuyển động của tàu điện. ATP giúp các tàu tránh va chạm với nhau, đưa ra cảnh bảo tín hiệu chạy tàu quá tốc độ và vượt quá giới hạn vận tốc bằng cách áp dụng hệ thống phanh tự động. Tuyến đường sắt được trang bị ATP sẽ tương ứng với mức độ TĐH 1 (GoA1).
- Vận hành tàu tự động (ATO) đảm bảo tự động một phần hoặc hoàn toàn điều khiển chạy tàu tự động không người lái. Hệ thống ATO thực hiện tất cả các chức năng của trình điều khiển chạy tàu, ngoại trừ việc đóng cửa tàu. Người lái chỉ cần ra lệnh đóng cửa tàu, và nếu điều này hoàn thành thì tàu sẽ tự động được điều khiển chuyển động để đến nhà ga tiếp theo. Hệ thống điều khiển tàu được trang bị ATO sẽ tương ứng với mức TĐH 2 (GoA2). Nhiều hệ thống mới hơn sẽ được kiểm soát hoàn toàn bằng máy tính, nhưng hầu hết các hệ thống vẫn lựa chọn duy trì một người lái tàu, hoặc một nhân viên vận hành trên tàu để giảm thiểu rủi ro liên quan đến những phát sinh do lỗi thiết bị xảy ra hoặc trong trường hợp khẩn cấp. Hệ thống điều khiển tàu khi này tương ứng với mức TĐH 3 (GoA3).
- Điều khiển tàu tự động (ATC) cho phép thực hiện tự động các hoạt động của người báo hiệu thông thường như bố trí tàu và thiết lập tuyến đường. ATO và ATC hoạt động kết hợp cùng với nhau để đảm bảo sai lệch thời gian chuyển động của tàu được duy trì trong giới hạn quy định của bảng thời gian chạy tàu. Hệ thống kết hợp ATO+ATC sẽ điều chỉnh linh hoạt các thông số hoạt động như hệ số sức kéo điện, thời gian dừng tại nhà ga,… để đưa thời gian chạy tàu trở lại đúng với kế hoạch của bảng thời gian chạy tàu. Trong hệ thống điều khiển này sẽ không có người lái và cũng không có nhân viên vận hành đi cùng tàu, tương ứng với mức độ TĐH 4 (GoA4) - hệ thống điều khiển tàu điện UTO (unattended train operation).
- Chế độ điều khiển người lái: tàu điện vận hành mà không có hệ thống điều khiển trợ giúp. Người lái quan sát/ngắm đường ray để vận hành chạy tàu với các tín hiệu báo hiệu được vận hành tại địa điểm cố định trên đường ray.
- Chế độ TĐH một phần (Suppervision and control train operation): người lái vẫn thực hiện vận hành chạy tàu và hãm tàu bằng tay. Ở đây có đưa thêm vào hệ thống bảo vệ chạy tàu, nó liên tục giám sát tốc độ chạy tàu để đảm bảo tàu chuyển động được an toàn. Ngoài ra, các thông tin hỗ trợ như vị trí hiện tại của tàu cũng được hiển thị và thông tin đến lái tàu.
- Chế độ bán tự động (Semi-automated train operation): người lái chỉ khởi động chạy tàu từ nhà ga, còn việc kiểm soát tốc độ chuyển động tàu trên tuyến được thực hiện tự động, cũng như quá trình dừng tàu chính xác tại nhà ga và mở/đóng cửa tàu cũng được thực hiện tự động.
- Chế độ không người lái (Driverless train operation): việc chạy tàu được điều khiển và giám sát tự động mà không có sự trợ giúp của người lái. Con người chỉ can thiệp vào trong trường hợp khẩn cấp. Hệ thống lái tàu tự động kiểm soát toàn bộ quá trình chuyển động của tàu trên khu gian: khởi hành, chuyển động trên khu gian, dừng chính xác tàu tại nhà ga, mở/đóng cửa tàu. Nếu cần thiết, cửa tàu sẽ tự động mở thêm lần nữa. Khi lượng hành khách cao, tàu bổ sung sẽ được tự động đưa vào hoạt động trực tiếp từ depot với chỉ một nút nhấn lệnh.
- Chế độ không người phục vụ (Unattended train operation): sự hoạt động của tàu được điều khiển và giám sát hoàn toàn tự động. Ở chế độ này sẽ không có người lái và cũng không có bất kỳ người phục vụ nào đi cùng trên tàu. Ngoài ra còn bổ sung thêm một số chức năng tự động khác ví dụ như: tự động ghép/tách các tàu, tự động làm vệ sinh tàu, điều khiển mở rộng từ xa và chọn chức năng sửa chữa từ xa.
KHẢ NĂNG THỰC HIỆN VIỆC TĐH ĐIỀU KHIỀN TÀU ĐIỆN
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã làm cho hệ thống điều khiển tàu có khả năng giám sát, vận hành và kiểm soát toàn bộ quá trình hoạt động của tàu. Các thành phần chính trong hệ thống điều khiển chạy tàu đảm nhận chức năng thực hiện tự động quá trình chuyển động của tàu đó là:
- Bảo vệ tàu tự động (ATP) là hệ thống điều khiển các thiết bị nhằm đảm bảo sự an toàn cho quá trình chuyển động của tàu điện. ATP giúp các tàu tránh va chạm với nhau, đưa ra cảnh bảo tín hiệu chạy tàu quá tốc độ và vượt quá giới hạn vận tốc bằng cách áp dụng hệ thống phanh tự động. Tuyến đường sắt được trang bị ATP sẽ tương ứng với mức độ TĐH 1 (GoA1).
- Vận hành tàu tự động (ATO) đảm bảo tự động một phần hoặc hoàn toàn điều khiển chạy tàu tự động không người lái. Hệ thống ATO thực hiện tất cả các chức năng của trình điều khiển chạy tàu, ngoại trừ việc đóng cửa tàu. Người lái chỉ cần ra lệnh đóng cửa tàu, và nếu điều này hoàn thành thì tàu sẽ tự động được điều khiển chuyển động để đến nhà ga tiếp theo. Hệ thống điều khiển tàu được trang bị ATO sẽ tương ứng với mức TĐH 2 (GoA2). Nhiều hệ thống mới hơn sẽ được kiểm soát hoàn toàn bằng máy tính, nhưng hầu hết các hệ thống vẫn lựa chọn duy trì một người lái tàu, hoặc một nhân viên vận hành trên tàu để giảm thiểu rủi ro liên quan đến những phát sinh do lỗi thiết bị xảy ra hoặc trong trường hợp khẩn cấp. Hệ thống điều khiển tàu khi này tương ứng với mức TĐH 3 (GoA3).
- Điều khiển tàu tự động (ATC) cho phép thực hiện tự động các hoạt động của người báo hiệu thông thường như bố trí tàu và thiết lập tuyến đường. ATO và ATC hoạt động kết hợp cùng với nhau để đảm bảo sai lệch thời gian chuyển động của tàu được duy trì trong giới hạn quy định của bảng thời gian chạy tàu. Hệ thống kết hợp ATO+ATC sẽ điều chỉnh linh hoạt các thông số hoạt động như hệ số sức kéo điện, thời gian dừng tại nhà ga,… để đưa thời gian chạy tàu trở lại đúng với kế hoạch của bảng thời gian chạy tàu. Trong hệ thống điều khiển này sẽ không có người lái và cũng không có nhân viên vận hành đi cùng tàu, tương ứng với mức độ TĐH 4 (GoA4) - hệ thống điều khiển tàu điện UTO (unattended train operation).
 |
| Hình 2: Mô hình phân cấp trong hệ thống điều khiển tàu điện |
Ở mức độ TĐH 4, ATC làm việc trong một hệ thống thông tin, tín hiệu tổng thể với phân hệ tín hiệu khóa liên động, phân hệ giám sát tàu tự động, phân hệ nhận diện vị trí tàu và phân hệ thông tin liên lạc trong toàn hệ thống. Theo mô hình phân cấp, hệ thống điều khiển chuyển động tàu điện trên khu gian của tuyến đường sắt được trình bày như hình 2. Cấp trên cùng được thực hiện bởi hệ thống ATS (Automatic train supervision) đặt tại trung tâm kiểm soát vận hành OCC (Operation control center) có chức năng chính là giám sát quá trình chuyển động của tất cả các tàu trên tuyến. Cấp dưới cùng là các thiết bị đặt trên tàu được đảm nhiệm bởi một phần hệ thống ATO, ATP trên tàu (kết hợp với ATO, ATP trên đường ray-nhà ga) điều khiển tốc độ chạy tàu theo đúng lịch trình một cách an toàn và chính xác. Cấp giữa là các thiết bị nhà ga được thực hiện bởi hệ thống ATC, một phần hệ thống ATO, ATP lắp đặt tại nhà ga và dọc tuyến đường ray. Trong hình 2 cũng chỉ rõ cấp truyền thông đặc thù của hệ thống điều khiển tàu điện, đó là sự kết hợp đa dạng của nhiều kiểu truyền thông khác nhau: truyền dẫn cáp hoặc mạch vòng, mạch điện từ, sóng radio GSM-R …
Trong hệ thống điều khiển tàu điện các thông tin, tín hiệu và dữ liệu về quá trình chạy tàu, lệnh điều khiển, tình trạng thiết bị… được trao đổi, giao tiếp từ phân hệ này đến phân hệ khác, từ thiết bị này đến thiết bị khác thông qua hệ thống truyền tin CBTC (Communication based train control). CBTC đảm bảo quá trình truyền tin trong toàn hệ thống điều khiển tàu điện với độ tin cậy cao, thể hiện trong một số ứng dụng tiêu biểu sau:
- Một máy tính đặt bên đường ray theo dõi tất cả các chuyến tàu trong đoạn ray xác định và tính toán một cách thích hợp quyền chuyển động cho mỗi tàu. Kết quả là, tàu chuyển động liên tục và sau đó có thể chạy ở khoảng cách giãn tàu ngắn hơn so với khi vận hành tàu bằng tay.
- Ở chế độ hoàn toàn tự động, tàu điện được điều khiển tự động bởi sự kiểm của ATC, kết hợp điều khiển và bảo vệ tuyến đường bằng phân hệ khóa liên động. Để làm được điều này, máy tính đặt bên đường ray liên tục trao đổi dữ liệu với các máy tính của của phân hệ cấp cao hơn trên trung tâm điều khiển và các máy tính trên tàu qua sóng radio.
- Trên tàu, ATO thay thế người lái và kiểm soát tốc độ chạy tàu, giao tiếp với thiết bị trên đường ray, tại nhà ga để nhận các thông tin dữ liệu cần thiết về quá trình chuyển động của tàu.
- Các máy tính ATO theo dõi và kiểm soát hoạt động chạy tàu và nếu cần thiết nó có thể được hiệu chỉnh (nhận lệnh) từ hệ thống ATP để đảm bảo an toàn chuyển động của tàu.
LỢI ÍCH KHI TĐH ĐIỀU KHIỂN TÀU ĐIỆN
Hệ thống tự động điều khiển tàu điện UTO mang lại lợi ích cho nhiều nhóm người liên quan: khách hàng, người lái/vận hành, các nhân viên làm việc trực tiếp/gián tiếp và cơ quan quản lý. Việc thực hiện hệ thống UTO cho phép các nhà quản lý khai thác được tối đa thời gian vận hành chạy tàu, tăng tốc độ trung bình chạy tàu, rút ngắn thời gian chạy trên khu gian và giảm thời gian dừng tại nhà ga. Một số ích lợi khi tự động hóa điều khiển tàu điện, đó là:
Linh hoạt hơn trong vận hành: việc không sử dụng người lái và nhân viên vận hành trên tàu trong điều khiển chuyển động tàu cho phép khai thác và sử dụng hiệu quả hơn các trang thiết bị trong toàn hệ thống. Hệ thống điều khiển UTO cung cấp các dịch vụ chạy tàu hiệu quả: nó đưa ra phương pháp điều khiển phù hợp khi năng lực vận chuyển của tàu thấp (dư thừa năng lực vào giờ thấp điểm), nhưng vẫn có khả năng đáp ứng được nhu cầu vận chuyển lớn khi nhu cầu đột ngột tăng cao như khi có sự kiện lớn (lễ, tết, hội ...).
Mang lại sự an toàn ấn tượng: hệ thống điều khiển UTO cho phép các tàu hoạt động an toàn hơn bằng cách giảm yếu tố tác động từ con người. Hệ thống UTO đã được chứng minh là đáng tin cậy hơn các hệ thống điều khiển thông thường và đã lập kỷ lục về độ an toàn thực sự ấn tượng sau khi thử nghiệm. Nó loại trừ được các tai nạn ở nhà ga và trên đường ray.
Tăng chất lượng dịch vụ: hành khách dễ dàng cảm nhận được chất lượng dịch vụ tốt lên, nhờ vào độ tin cậy nâng cao của quá trình chạy tàu và thời gian chờ tàu tại nhà ga đượt rút ngắn. Việc triển khai các nhân viên tại nhà ga cũng sẽ làm tăng mức độ an toàn và đảm bảo an ninh cho hành khách tại nhà ga.
Đầu tư tài chính hợp lý: đối với tuyến mới, chi phí cho việc TĐH chỉ chiếm tỷ trọng thấp trong ngân sách đầu tư tổng thể. Yếu tố chi phí chính liên quan đến đầu máy - toa xe, hệ thống điều khiển và thông tin, hệ thống bảo vệ tại nhà ga và trên tuyến đường ray.
- Đầu máy, toa xe: tăng tốc độ chuyển động trung bình trên tuyến, giảm thời gian giãn cách giữa các tàu và tối ưu việc phân phối cặp tàu dự trữ trên tuyến. Nhờ độ tin cậy được nâng cao, nó cho phép đạt được năng lực vận chuyển với kích cỡ đoàn tàu giữ nguyên hoặc thậm chí bị giảm, độ dự trữ kỹ thuật (dự phòng tàu) có thể cũng được cắt giảm.
- Hệ thống điều khiển và thông tin: chi phí thực hiện UTO cao hơn so với ATP truyền thống. Tuy nhiên xu thế ngày nay là lắp đặt hệ thông tin CBTC trên tuyến mới (ngay cả khi mới chỉ đầu tư ở mức độ TĐH 2) và chi phí tăng lên có thể tiệm cận với giới hạn đầu tư cho điều này.
- Hệ thống bảo vệ tại nhà ga và trên tuyến: cần thiết phải thay thế vai trò của người lái trong việc ngăn chặn các sự cố tại nhà ga và trên tuyến, dẫn đến tăng chi phí xây dựng thêm hạng mục công trình kỹ thuật.
Đối với trường hợp tự động hóa tuyến đường sắt hiện có: các tuyến chuyển đổi cần phải giải quyết được bài toán kinh tế rất phức tạp, nó cần thiết phải xác định được hệ số chi phí phụ trội do những khó khăn về yếu tố kỹ thuật. Đó là việc kết nối với các thay đổi của hệ thống điều khiển/tín hiệu và sự cần thiết phải thay thế hệ thống điều khiển/tín hiệu hoặc trang bị thêm cho đầu máy-toa xe đã có, cũng như làm tăng thêm chi phí và độ phức tạp trong việc cài đặt hệ thống bảo vệ tại nhà ga/trên tuyến. Thông thường các dự án chuyển đổi này thường khởi động vào cuối vòng đời thiết bị hiện có (khoảng 10 năm).
Chi phí vận hành hiệu quả hơn: các chi phí vận hành với UTO được xác định rõ ràng hơn và có hiệu quả rõ rệt về mức tiêu hao năng lượng khi áp dụng thuật toán điều khiển tiết kiệm năng lượng điện trên tàu. Một số nghiên cứu cho thấy vận hành tàu với UTO cho phép giảm đến một nửa chi phí hoạt động. Chi phí nhân viên/người lái được giảm đáng kể nhờ việc bãi bỏ không cần người lái và vận hành trên tàu, do đó cũng không mất chi phí đào tạo lại hay tập huấn các kỹ năng vận hành. Quỹ đạo chuyển động (tăng tốc và giảm tốc) của tàu có thể được xây dựng/điều chỉnh để giảm mức tiêu thụ năng lượng và tối đa hóa thu hồi năng lượng khi hãm tàu, do đó làm giảm đáng kể chi phí năng lượng. Trong khi chi phí bảo trì tăng nhẹ do việc áp dụng hệ thống bảo vệ tại nhà ga và trên tuyến, nhưng chi phí tổng thể mang lại của hệ thống điều khiển UTO là thực sự hiệu quả do tiết giảm được chi phí nhận công và chi phí năng lượng.
Hiệu quả toàn diện và cơ hội tốt để cải tổ: sự thực hiện của UTO (dù tuyến mới hay nâng cấp một tuyến cũ) là một bước tiến quan trọng trong chu kỳ hoạt động của đơn vị quản lý khai thác-thiết kế thi công tuyến đường sắt (gọi chung là đơn vị). Sự ra đời của một hệ thống máy tính chuyên dụng và trung tâm kiểm soát hoạt động (OCC) là một cơ hội để có thể xem xét hầu hết các quá trình/quy trình hoạt động và đánh giá được chúng như thế nào. Để mà từ đó cải thiện và bổ sung thêm vào hệ thống những gì nhằm tối đa lợi ích và mang lại hiệu quả tốt hơn với chi phí tối ưu. Các lĩnh vực quản lý chính có bị tác động đó là: hoạch định nguồn lực hoạt động, đào tạo nhân viên, quản lý đầu máy - toa xe, quản lý bảo trì, quản lý chất lượng.
Hệ thống hiện đại, con người văn minh: sự ra đời của UTO đòi hỏi một số thay đổi đáng kể đến năng lực của nhân viên. Công việc lái tàu thường xuyên biến mất và nhân viên không còn phải ngồi bên trong một cabin nữa, nhưng được bố trí triển khai dọc theo tuyến đường ray và tiếp xúc với khách hàng. Nhân viên tiền tuyến cần được trang bị một số kỹ năng tiếp xúc với khách hàng theo định hướng (để phục vụ, cung cấp dịch vụ, để ứng cứu…) và một số kiến thức kỹ thuật để có thể thiết lập lại các thiết bị bị lỗi (ví dụ như thang cuốn) hoặc lái xe trong trường hợp khẩn cấp. Nhân viên vận hành trung tâm OCC đòi hỏi trình độ chuyên môn và kỹ năng máy tính để có thể thực hiện thao tác khẩn cấp mà không cần sự hỗ trợ của nhân viên trên tàu. Nói chung, nhân viên trong một hệ thống điều khiển UTO cần đạt được các kiến thức sâu sắc hơn về tất cả các hệ thống quan trọng, cũng như một cái nhìn tổng quan toàn diện về sự tương tác giữa các chức năng đó, để có thể thực hiện một cách chuyên nghiệp hơn trong hệ thống điều khiển không người lái. Trong các tuyến tự động, nhiệm vụ của nhân viên vận hành cũng phát triển theo hướng làm bảo trì nhưng với mức độ toàn diện hơn và được trang bị các kiến thức kỹ thuật đa dạng hơn, phát triển ở tầm cao hơn. Kết quả là, UTO làm tăng tính hấp dẫn với công việc của mọi người và bản thân đơn vị liên quan được nâng lên một tầm mới. Trong những hệ thống mà có thể so sánh với các tuyến đường sắt thông thường, các chỉ số cho thấy nhân viên trong hệ thống điều khiển UTO hài lòng hơn với công việc của họ.
MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐỂ TĐH TRÊN TUYẾN ĐƯỜNG SẮT
Giải pháp cần làm cho việc TĐH một tuyến đường sắt (xây tuyến mới hay chuyển đổi tuyến cũ) để trở thành tuyến với hệ thống điều khiển không người lái/người vận hành, đó là:
Xác định thiết bị cho việc bảo vệ tại nhà ga và trên tuyến: bên cạnh cơ sở hạ tầng thường được sử dụng cho các nhà ga tàu điện như thang máy, thang cuốn, thiết bị dập lửa, bình chữa cháy, cảm biến báo cháy, cột mốc dấu báo hiệu tại nhà ga, cột phát sóng, đèn chiếu sáng khẩn cấp, lối thoát hiểm khẩn cấp… còn có các thiết bị bố trị dọc theo tuyến đường tàu nhằm đảm bảo an toàn khi chuyển động, bao gồm:
- Phân hệ giám sát từng đoạn ray tại nhà ga trên tuyến và đưa ra báo động nếu một người hay một vật thể đủ lớn rơi vào khu vực theo dõi. Tùy thuộc vào khoảng cách tàu xa/gần mà đưa ra tín hiệu điều khiển phanh khẩn cấp ngay lập tức hoặc tàu tiếp tục vào nhà ga và rồi mới dừng lại. Khi đó tàu ở trạm liền kề trước cũng được ngăn cản khởi hành. Một tin nhắn được gửi song song đến trung tâm vận hành OCC và thông báo đến hành khách tại bảng tin nhà ga.
- Các cửa lên/xuống tàu tại nhà ga nhằm đảm bảo an toàn chuyển động tàu. Đoàn tàu bị ngăn cản khởi hành nếu một người nào đó đi vào khu vực theo dõi không báo trước. Nếu một vật thể nào đó vào đường hầm, phân hệ giám sát xâm nhập có hiệu lực và dừng chạy tàu ngay lập tức hoặc cản trở tàu khởi hành.
- Giám sát từ xa theo từng đoạn ray trên tuyến cho phép can thiệp điều hành kịp thời các sự cố phát sinh. Hình ảnh của khu vực theo dõi tự động xuất hiện trên trung tâm điều khiển, cho phép các nhân viên có thể thực hiện các biện pháp phù hợp. Đánh giá tốt hơn về một sự việc nhờ chuỗi hình ảnh video được lưu trữ liên tục tại trung tâm vận hành.
- Bố trí đủ số lượng nhân viên phục vụ sẵn sàng trên nhà ga và dọc tuyến để thực hiện tốt việc đảm bảo an toàn chuyển động tàu và nâng cao chất lượng dịch vụ phục vụ hành khách, như giải đáp các thông tin theo yêu cầu của khách hàng, .... đảm bảo an ninh, an toàn cho hành khách hay trợ giúp hành khách khi gặp việc bất trắc (sức khỏe xấu dẫn đến ngất xỉu, …). Trong trường hợp khẩn cấp, sự cố các nhân viên đường sắt sẵn sàng kiểm soát các phương tiện bằng tay để khéo léo xử lý tốt các tình huống phát sinh.
Xác định thiết bị trang bị cho tàu điện: ngoài các thiết bị trên tàu thông thường cần bổ sung thêm các thiết bị chỉ dẫn, giám sát, kiểm soát an toàn khác (chẳng hạn như phanh khẩn cấp, bình chữa cháy, đèn chiếu sáng khẩn cấp, tín hiệu âm thanh và giám sát cửa …) là thực sự cần thiết cho quá trình tự động điều khiển tàu không người lái.
- Tàu điện không người lái cũng được trang bị tính năng phát hiện chướng ngại vật và nó bắt đầu phanh ngay sau khi một chướng ngại vật được phát hiện.
- Tàu không người lái cũng có dò trật bánh, và nếu cần phải dừng vì an toàn nó sẽ báo cáo sự việc đến một trung tâm điều khiển và thực hiện lập tức khi có lệnh.
- Hơn nữa, không còn bất kỳ khoảng cách nào giữa nhà ga và tàu (do không cần tầm quan sát như người lái yêu cầu). Điều này thể hiện ở việc sử dụng các cửa tại nhà ga ngăn cách tuyến với khu vực hành khách đợi tàu tại nhà ga. Các cửa nhà ga cũng ngăn chặn hành khách rơi vào tuyến đường sắt.
- Giám sát cửa nhà ga, đó là khả năng phát hiện ngay cả đối tượng dẹt và linh hoạt, góp phần theo hướng tăng cường an toàn. Tàu không thể bắt đầu cho đến khi tất cả các cửa nhà ga đều đóng một cách chính xác.
- Phát lệnh khẩn cấp cửa bị khóa ngay sau khi tàu bắt đầu di chuyển. Nếu tàu dừng trong đường hầm do sự gián đoạn, cửa ra vào vẫn bị khóa cho đến khi trung tâm kiểm soát OCC can thiệp đảm bảo các biện pháp an toàn, chẳng hạn như ngăn chặn tàu khác đang tới hay sự cố mất điện trên tàu thì ánh sáng đường hầm được bật tự động ngay sau khi tàu ngừng cấp điện.
- Tất cả các tàu phải được trang bị các công nghệ phát hiện và báo cháy tiến tiến nhất. Một cuộc gọi và một nút nhấn khẩn cấp cho phép kết nối trực tiếp bằng giọng nói đến người lái (nếu có) và đồng thời truyền về trung tâm vận hành OCC. Do vậy, nó cho phép xử lý rất kịp thời sự cố phát sinh theo thời gian thực.
Xác định các thiết bị để thay thế người lái/vận hành tàu: tàu được trang bị hệ thống camera, sao chép lại hoạt động thực tế trên tàu và truyền tải hình ảnh đến trung tâm vận hành OCC bằng đường truyền radio-LAN, điều này cho phép những va chạm, phát sinh (nếu có) được đánh giá sơ bộ để đưa ra biện pháp ứng phó kịp thời. Nếu một đám cháy/khói bùng phát trên tàu thì cảm biến khói, cảm biến nhiệt tích cực sẽ phát hiện ra vùng nguy hiểm đó và báo động về trung tâm vận hành, đồng thời đưa tín hiệu dừng tàu tự động tại nhà ga kế tiếp để tiếp nhận sự ứng cứu kịp thời trong việc dập tắt lửa. Ngoài ra, hệ thống thông tin/thông báo về tình trạng chạy tàu tại nhà ga … cũng được trang bị, kèm theo đó là những thông tin chỉ dẫn cho khách hành khi gặp sự cố hay cho phép kết nối thư thoại thẳng đến trung tâm OCC. Để đảm bảo an toàn cho hành khách khi đóng/mở cửa lên/xuống tàu tại nhà ga thì ta cần phải trang bị loa thông báo và nháy đèn báo hiệu. Khoảng cách chạy tàu cần được đo chính xác vì nó là đầu vào cơ bản của ATP trên tàu giúp tính toán, đưa ra ra một loạt các thông số khác (giãn cách tàu, khoảng cách dừng, vị trí tàu hiện tại …) rất hữu hiệu cho việc điều khiển tự động chuyển động tàu.
KẾT LUẬN
Chính vì những lợi ích rõ ràng của việc vận hành hệ thống UTO nên rất nhiều tuyến đường sắt ở nhiều quốc gia trên thế giới đã chọn đầu tư mới theo UTO hay nâng cấp hệ thống hiện tại thành UTO. Theo số liệu của UITP [6] hiện có hơn 600 km tuyến đường sắt được vận hành tự động không người lái ở hơn 25 thành phố (Barcelona, Busan, Dubai, Kobe, Paris, Sigapore, Tokyo, Taipei, ...) với tốc độ tăng bình quân hàng năm đạt khoảng 40%.
Ngày nay, các khu vực mới nổi như Dubai, Sigapore … cũng đã thực sự nhận thức được điều này và đã cải tổ, đi theo hướng xây dựng mới tuyến đường sắt UTO. Đó là giải pháp tốt nhất để vận chuyển hành khách khối lượng lớn trong thành thị: an toàn, hiệu quả và linh hoạt.
Việc TĐH hệ thống điều khiển tàu điện có mức độ phức tạp cao hơn các hệ thống điều khiển tàu điện truyền thống, do cần phải tích hợp rất nhiều phân hệ/hệ thống thông tin lại với nhau. Nói cách khác, cần phải cân nhắc kỹ lưỡng tất cả các yếu tố không chỉ về chi phí đầu tư mà đặc biệt là về yêu cầu kỹ thuật, đòi hỏi về cơ sở hạ tầng cho việc xây dựng tuyến đường sắt không người lái tại những nước đang phát triển như Việt Nam. Chỉ có vậy, chúng ta mới khai thác được tốt nhất các điểm mạnh của hệ thống UTO phù hợp với điều kiện đặc thù nước nhà.
REFERENCE
[1]. K.Mori, S.Miyamoto, K.Ihara; Proposal of Autonomous Decentralization Concept; IEEJ-C, Vol.104-C, No.12,1984
[2]. Liu J F, Ding Y, Liu H D; Multi-train movement simulation system for urban rail transit; Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology; 5(1):79–82, 2005.
[3]. M.Matsumoto, S.Kitamura; Development of the Autonomous Decentralized Train Control System; IEICE Trans.Commun., Vol.E84-D No.10, 2001.
[4] M.Matsumoto; Development of New Train Control Systemand Assurance Technology; REAJ, Vol.22, No.8, 2000.
[5] M. Matsumoto, S. Kitamura; The New ATC System with an Autonomous Speed Control with On-board Equipment; ISADS, Dallas, USA, 2001.
[6]. The International Association of Public Transport (UITP); www.uitp.org.
Trong hệ thống điều khiển tàu điện các thông tin, tín hiệu và dữ liệu về quá trình chạy tàu, lệnh điều khiển, tình trạng thiết bị… được trao đổi, giao tiếp từ phân hệ này đến phân hệ khác, từ thiết bị này đến thiết bị khác thông qua hệ thống truyền tin CBTC (Communication based train control). CBTC đảm bảo quá trình truyền tin trong toàn hệ thống điều khiển tàu điện với độ tin cậy cao, thể hiện trong một số ứng dụng tiêu biểu sau:
- Một máy tính đặt bên đường ray theo dõi tất cả các chuyến tàu trong đoạn ray xác định và tính toán một cách thích hợp quyền chuyển động cho mỗi tàu. Kết quả là, tàu chuyển động liên tục và sau đó có thể chạy ở khoảng cách giãn tàu ngắn hơn so với khi vận hành tàu bằng tay.
- Ở chế độ hoàn toàn tự động, tàu điện được điều khiển tự động bởi sự kiểm của ATC, kết hợp điều khiển và bảo vệ tuyến đường bằng phân hệ khóa liên động. Để làm được điều này, máy tính đặt bên đường ray liên tục trao đổi dữ liệu với các máy tính của của phân hệ cấp cao hơn trên trung tâm điều khiển và các máy tính trên tàu qua sóng radio.
- Trên tàu, ATO thay thế người lái và kiểm soát tốc độ chạy tàu, giao tiếp với thiết bị trên đường ray, tại nhà ga để nhận các thông tin dữ liệu cần thiết về quá trình chuyển động của tàu.
- Các máy tính ATO theo dõi và kiểm soát hoạt động chạy tàu và nếu cần thiết nó có thể được hiệu chỉnh (nhận lệnh) từ hệ thống ATP để đảm bảo an toàn chuyển động của tàu.
LỢI ÍCH KHI TĐH ĐIỀU KHIỂN TÀU ĐIỆN
Hệ thống tự động điều khiển tàu điện UTO mang lại lợi ích cho nhiều nhóm người liên quan: khách hàng, người lái/vận hành, các nhân viên làm việc trực tiếp/gián tiếp và cơ quan quản lý. Việc thực hiện hệ thống UTO cho phép các nhà quản lý khai thác được tối đa thời gian vận hành chạy tàu, tăng tốc độ trung bình chạy tàu, rút ngắn thời gian chạy trên khu gian và giảm thời gian dừng tại nhà ga. Một số ích lợi khi tự động hóa điều khiển tàu điện, đó là:
Linh hoạt hơn trong vận hành: việc không sử dụng người lái và nhân viên vận hành trên tàu trong điều khiển chuyển động tàu cho phép khai thác và sử dụng hiệu quả hơn các trang thiết bị trong toàn hệ thống. Hệ thống điều khiển UTO cung cấp các dịch vụ chạy tàu hiệu quả: nó đưa ra phương pháp điều khiển phù hợp khi năng lực vận chuyển của tàu thấp (dư thừa năng lực vào giờ thấp điểm), nhưng vẫn có khả năng đáp ứng được nhu cầu vận chuyển lớn khi nhu cầu đột ngột tăng cao như khi có sự kiện lớn (lễ, tết, hội ...).
Mang lại sự an toàn ấn tượng: hệ thống điều khiển UTO cho phép các tàu hoạt động an toàn hơn bằng cách giảm yếu tố tác động từ con người. Hệ thống UTO đã được chứng minh là đáng tin cậy hơn các hệ thống điều khiển thông thường và đã lập kỷ lục về độ an toàn thực sự ấn tượng sau khi thử nghiệm. Nó loại trừ được các tai nạn ở nhà ga và trên đường ray.
Tăng chất lượng dịch vụ: hành khách dễ dàng cảm nhận được chất lượng dịch vụ tốt lên, nhờ vào độ tin cậy nâng cao của quá trình chạy tàu và thời gian chờ tàu tại nhà ga đượt rút ngắn. Việc triển khai các nhân viên tại nhà ga cũng sẽ làm tăng mức độ an toàn và đảm bảo an ninh cho hành khách tại nhà ga.
Đầu tư tài chính hợp lý: đối với tuyến mới, chi phí cho việc TĐH chỉ chiếm tỷ trọng thấp trong ngân sách đầu tư tổng thể. Yếu tố chi phí chính liên quan đến đầu máy - toa xe, hệ thống điều khiển và thông tin, hệ thống bảo vệ tại nhà ga và trên tuyến đường ray.
- Đầu máy, toa xe: tăng tốc độ chuyển động trung bình trên tuyến, giảm thời gian giãn cách giữa các tàu và tối ưu việc phân phối cặp tàu dự trữ trên tuyến. Nhờ độ tin cậy được nâng cao, nó cho phép đạt được năng lực vận chuyển với kích cỡ đoàn tàu giữ nguyên hoặc thậm chí bị giảm, độ dự trữ kỹ thuật (dự phòng tàu) có thể cũng được cắt giảm.
- Hệ thống điều khiển và thông tin: chi phí thực hiện UTO cao hơn so với ATP truyền thống. Tuy nhiên xu thế ngày nay là lắp đặt hệ thông tin CBTC trên tuyến mới (ngay cả khi mới chỉ đầu tư ở mức độ TĐH 2) và chi phí tăng lên có thể tiệm cận với giới hạn đầu tư cho điều này.
- Hệ thống bảo vệ tại nhà ga và trên tuyến: cần thiết phải thay thế vai trò của người lái trong việc ngăn chặn các sự cố tại nhà ga và trên tuyến, dẫn đến tăng chi phí xây dựng thêm hạng mục công trình kỹ thuật.
Đối với trường hợp tự động hóa tuyến đường sắt hiện có: các tuyến chuyển đổi cần phải giải quyết được bài toán kinh tế rất phức tạp, nó cần thiết phải xác định được hệ số chi phí phụ trội do những khó khăn về yếu tố kỹ thuật. Đó là việc kết nối với các thay đổi của hệ thống điều khiển/tín hiệu và sự cần thiết phải thay thế hệ thống điều khiển/tín hiệu hoặc trang bị thêm cho đầu máy-toa xe đã có, cũng như làm tăng thêm chi phí và độ phức tạp trong việc cài đặt hệ thống bảo vệ tại nhà ga/trên tuyến. Thông thường các dự án chuyển đổi này thường khởi động vào cuối vòng đời thiết bị hiện có (khoảng 10 năm).
Chi phí vận hành hiệu quả hơn: các chi phí vận hành với UTO được xác định rõ ràng hơn và có hiệu quả rõ rệt về mức tiêu hao năng lượng khi áp dụng thuật toán điều khiển tiết kiệm năng lượng điện trên tàu. Một số nghiên cứu cho thấy vận hành tàu với UTO cho phép giảm đến một nửa chi phí hoạt động. Chi phí nhân viên/người lái được giảm đáng kể nhờ việc bãi bỏ không cần người lái và vận hành trên tàu, do đó cũng không mất chi phí đào tạo lại hay tập huấn các kỹ năng vận hành. Quỹ đạo chuyển động (tăng tốc và giảm tốc) của tàu có thể được xây dựng/điều chỉnh để giảm mức tiêu thụ năng lượng và tối đa hóa thu hồi năng lượng khi hãm tàu, do đó làm giảm đáng kể chi phí năng lượng. Trong khi chi phí bảo trì tăng nhẹ do việc áp dụng hệ thống bảo vệ tại nhà ga và trên tuyến, nhưng chi phí tổng thể mang lại của hệ thống điều khiển UTO là thực sự hiệu quả do tiết giảm được chi phí nhận công và chi phí năng lượng.
Hiệu quả toàn diện và cơ hội tốt để cải tổ: sự thực hiện của UTO (dù tuyến mới hay nâng cấp một tuyến cũ) là một bước tiến quan trọng trong chu kỳ hoạt động của đơn vị quản lý khai thác-thiết kế thi công tuyến đường sắt (gọi chung là đơn vị). Sự ra đời của một hệ thống máy tính chuyên dụng và trung tâm kiểm soát hoạt động (OCC) là một cơ hội để có thể xem xét hầu hết các quá trình/quy trình hoạt động và đánh giá được chúng như thế nào. Để mà từ đó cải thiện và bổ sung thêm vào hệ thống những gì nhằm tối đa lợi ích và mang lại hiệu quả tốt hơn với chi phí tối ưu. Các lĩnh vực quản lý chính có bị tác động đó là: hoạch định nguồn lực hoạt động, đào tạo nhân viên, quản lý đầu máy - toa xe, quản lý bảo trì, quản lý chất lượng.
Hệ thống hiện đại, con người văn minh: sự ra đời của UTO đòi hỏi một số thay đổi đáng kể đến năng lực của nhân viên. Công việc lái tàu thường xuyên biến mất và nhân viên không còn phải ngồi bên trong một cabin nữa, nhưng được bố trí triển khai dọc theo tuyến đường ray và tiếp xúc với khách hàng. Nhân viên tiền tuyến cần được trang bị một số kỹ năng tiếp xúc với khách hàng theo định hướng (để phục vụ, cung cấp dịch vụ, để ứng cứu…) và một số kiến thức kỹ thuật để có thể thiết lập lại các thiết bị bị lỗi (ví dụ như thang cuốn) hoặc lái xe trong trường hợp khẩn cấp. Nhân viên vận hành trung tâm OCC đòi hỏi trình độ chuyên môn và kỹ năng máy tính để có thể thực hiện thao tác khẩn cấp mà không cần sự hỗ trợ của nhân viên trên tàu. Nói chung, nhân viên trong một hệ thống điều khiển UTO cần đạt được các kiến thức sâu sắc hơn về tất cả các hệ thống quan trọng, cũng như một cái nhìn tổng quan toàn diện về sự tương tác giữa các chức năng đó, để có thể thực hiện một cách chuyên nghiệp hơn trong hệ thống điều khiển không người lái. Trong các tuyến tự động, nhiệm vụ của nhân viên vận hành cũng phát triển theo hướng làm bảo trì nhưng với mức độ toàn diện hơn và được trang bị các kiến thức kỹ thuật đa dạng hơn, phát triển ở tầm cao hơn. Kết quả là, UTO làm tăng tính hấp dẫn với công việc của mọi người và bản thân đơn vị liên quan được nâng lên một tầm mới. Trong những hệ thống mà có thể so sánh với các tuyến đường sắt thông thường, các chỉ số cho thấy nhân viên trong hệ thống điều khiển UTO hài lòng hơn với công việc của họ.
MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐỂ TĐH TRÊN TUYẾN ĐƯỜNG SẮT
Giải pháp cần làm cho việc TĐH một tuyến đường sắt (xây tuyến mới hay chuyển đổi tuyến cũ) để trở thành tuyến với hệ thống điều khiển không người lái/người vận hành, đó là:
Xác định thiết bị cho việc bảo vệ tại nhà ga và trên tuyến: bên cạnh cơ sở hạ tầng thường được sử dụng cho các nhà ga tàu điện như thang máy, thang cuốn, thiết bị dập lửa, bình chữa cháy, cảm biến báo cháy, cột mốc dấu báo hiệu tại nhà ga, cột phát sóng, đèn chiếu sáng khẩn cấp, lối thoát hiểm khẩn cấp… còn có các thiết bị bố trị dọc theo tuyến đường tàu nhằm đảm bảo an toàn khi chuyển động, bao gồm:
- Phân hệ giám sát từng đoạn ray tại nhà ga trên tuyến và đưa ra báo động nếu một người hay một vật thể đủ lớn rơi vào khu vực theo dõi. Tùy thuộc vào khoảng cách tàu xa/gần mà đưa ra tín hiệu điều khiển phanh khẩn cấp ngay lập tức hoặc tàu tiếp tục vào nhà ga và rồi mới dừng lại. Khi đó tàu ở trạm liền kề trước cũng được ngăn cản khởi hành. Một tin nhắn được gửi song song đến trung tâm vận hành OCC và thông báo đến hành khách tại bảng tin nhà ga.
- Các cửa lên/xuống tàu tại nhà ga nhằm đảm bảo an toàn chuyển động tàu. Đoàn tàu bị ngăn cản khởi hành nếu một người nào đó đi vào khu vực theo dõi không báo trước. Nếu một vật thể nào đó vào đường hầm, phân hệ giám sát xâm nhập có hiệu lực và dừng chạy tàu ngay lập tức hoặc cản trở tàu khởi hành.
- Giám sát từ xa theo từng đoạn ray trên tuyến cho phép can thiệp điều hành kịp thời các sự cố phát sinh. Hình ảnh của khu vực theo dõi tự động xuất hiện trên trung tâm điều khiển, cho phép các nhân viên có thể thực hiện các biện pháp phù hợp. Đánh giá tốt hơn về một sự việc nhờ chuỗi hình ảnh video được lưu trữ liên tục tại trung tâm vận hành.
- Bố trí đủ số lượng nhân viên phục vụ sẵn sàng trên nhà ga và dọc tuyến để thực hiện tốt việc đảm bảo an toàn chuyển động tàu và nâng cao chất lượng dịch vụ phục vụ hành khách, như giải đáp các thông tin theo yêu cầu của khách hàng, .... đảm bảo an ninh, an toàn cho hành khách hay trợ giúp hành khách khi gặp việc bất trắc (sức khỏe xấu dẫn đến ngất xỉu, …). Trong trường hợp khẩn cấp, sự cố các nhân viên đường sắt sẵn sàng kiểm soát các phương tiện bằng tay để khéo léo xử lý tốt các tình huống phát sinh.
Xác định thiết bị trang bị cho tàu điện: ngoài các thiết bị trên tàu thông thường cần bổ sung thêm các thiết bị chỉ dẫn, giám sát, kiểm soát an toàn khác (chẳng hạn như phanh khẩn cấp, bình chữa cháy, đèn chiếu sáng khẩn cấp, tín hiệu âm thanh và giám sát cửa …) là thực sự cần thiết cho quá trình tự động điều khiển tàu không người lái.
- Tàu điện không người lái cũng được trang bị tính năng phát hiện chướng ngại vật và nó bắt đầu phanh ngay sau khi một chướng ngại vật được phát hiện.
- Tàu không người lái cũng có dò trật bánh, và nếu cần phải dừng vì an toàn nó sẽ báo cáo sự việc đến một trung tâm điều khiển và thực hiện lập tức khi có lệnh.
- Hơn nữa, không còn bất kỳ khoảng cách nào giữa nhà ga và tàu (do không cần tầm quan sát như người lái yêu cầu). Điều này thể hiện ở việc sử dụng các cửa tại nhà ga ngăn cách tuyến với khu vực hành khách đợi tàu tại nhà ga. Các cửa nhà ga cũng ngăn chặn hành khách rơi vào tuyến đường sắt.
- Giám sát cửa nhà ga, đó là khả năng phát hiện ngay cả đối tượng dẹt và linh hoạt, góp phần theo hướng tăng cường an toàn. Tàu không thể bắt đầu cho đến khi tất cả các cửa nhà ga đều đóng một cách chính xác.
- Phát lệnh khẩn cấp cửa bị khóa ngay sau khi tàu bắt đầu di chuyển. Nếu tàu dừng trong đường hầm do sự gián đoạn, cửa ra vào vẫn bị khóa cho đến khi trung tâm kiểm soát OCC can thiệp đảm bảo các biện pháp an toàn, chẳng hạn như ngăn chặn tàu khác đang tới hay sự cố mất điện trên tàu thì ánh sáng đường hầm được bật tự động ngay sau khi tàu ngừng cấp điện.
- Tất cả các tàu phải được trang bị các công nghệ phát hiện và báo cháy tiến tiến nhất. Một cuộc gọi và một nút nhấn khẩn cấp cho phép kết nối trực tiếp bằng giọng nói đến người lái (nếu có) và đồng thời truyền về trung tâm vận hành OCC. Do vậy, nó cho phép xử lý rất kịp thời sự cố phát sinh theo thời gian thực.
Xác định các thiết bị để thay thế người lái/vận hành tàu: tàu được trang bị hệ thống camera, sao chép lại hoạt động thực tế trên tàu và truyền tải hình ảnh đến trung tâm vận hành OCC bằng đường truyền radio-LAN, điều này cho phép những va chạm, phát sinh (nếu có) được đánh giá sơ bộ để đưa ra biện pháp ứng phó kịp thời. Nếu một đám cháy/khói bùng phát trên tàu thì cảm biến khói, cảm biến nhiệt tích cực sẽ phát hiện ra vùng nguy hiểm đó và báo động về trung tâm vận hành, đồng thời đưa tín hiệu dừng tàu tự động tại nhà ga kế tiếp để tiếp nhận sự ứng cứu kịp thời trong việc dập tắt lửa. Ngoài ra, hệ thống thông tin/thông báo về tình trạng chạy tàu tại nhà ga … cũng được trang bị, kèm theo đó là những thông tin chỉ dẫn cho khách hành khi gặp sự cố hay cho phép kết nối thư thoại thẳng đến trung tâm OCC. Để đảm bảo an toàn cho hành khách khi đóng/mở cửa lên/xuống tàu tại nhà ga thì ta cần phải trang bị loa thông báo và nháy đèn báo hiệu. Khoảng cách chạy tàu cần được đo chính xác vì nó là đầu vào cơ bản của ATP trên tàu giúp tính toán, đưa ra ra một loạt các thông số khác (giãn cách tàu, khoảng cách dừng, vị trí tàu hiện tại …) rất hữu hiệu cho việc điều khiển tự động chuyển động tàu.
KẾT LUẬN
Chính vì những lợi ích rõ ràng của việc vận hành hệ thống UTO nên rất nhiều tuyến đường sắt ở nhiều quốc gia trên thế giới đã chọn đầu tư mới theo UTO hay nâng cấp hệ thống hiện tại thành UTO. Theo số liệu của UITP [6] hiện có hơn 600 km tuyến đường sắt được vận hành tự động không người lái ở hơn 25 thành phố (Barcelona, Busan, Dubai, Kobe, Paris, Sigapore, Tokyo, Taipei, ...) với tốc độ tăng bình quân hàng năm đạt khoảng 40%.
Ngày nay, các khu vực mới nổi như Dubai, Sigapore … cũng đã thực sự nhận thức được điều này và đã cải tổ, đi theo hướng xây dựng mới tuyến đường sắt UTO. Đó là giải pháp tốt nhất để vận chuyển hành khách khối lượng lớn trong thành thị: an toàn, hiệu quả và linh hoạt.
Việc TĐH hệ thống điều khiển tàu điện có mức độ phức tạp cao hơn các hệ thống điều khiển tàu điện truyền thống, do cần phải tích hợp rất nhiều phân hệ/hệ thống thông tin lại với nhau. Nói cách khác, cần phải cân nhắc kỹ lưỡng tất cả các yếu tố không chỉ về chi phí đầu tư mà đặc biệt là về yêu cầu kỹ thuật, đòi hỏi về cơ sở hạ tầng cho việc xây dựng tuyến đường sắt không người lái tại những nước đang phát triển như Việt Nam. Chỉ có vậy, chúng ta mới khai thác được tốt nhất các điểm mạnh của hệ thống UTO phù hợp với điều kiện đặc thù nước nhà.
REFERENCE
[1]. K.Mori, S.Miyamoto, K.Ihara; Proposal of Autonomous Decentralization Concept; IEEJ-C, Vol.104-C, No.12,1984
[2]. Liu J F, Ding Y, Liu H D; Multi-train movement simulation system for urban rail transit; Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology; 5(1):79–82, 2005.
[3]. M.Matsumoto, S.Kitamura; Development of the Autonomous Decentralized Train Control System; IEICE Trans.Commun., Vol.E84-D No.10, 2001.
[4] M.Matsumoto; Development of New Train Control Systemand Assurance Technology; REAJ, Vol.22, No.8, 2000.
[5] M. Matsumoto, S. Kitamura; The New ATC System with an Autonomous Speed Control with On-board Equipment; ISADS, Dallas, USA, 2001.
[6]. The International Association of Public Transport (UITP); www.uitp.org.
TRỊNH LƯƠNG MIÊN Đại học Giao thông Vận tải
Email: trinhmien@gmail.com
Email: trinhmien@gmail.com
Số 155+156 (1+2/2014)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét