So sánh hệ thống CBTC và các hệ thống phát hiện tàu trong loại hình đường sắt

So sánh tính năng hoạt động và ưu nhược điểm của hệ thống CBTC và các hệ thống phát hiện đoàn tàu như: hệ thống đếm trục, mạch điện đường ray, hệ thống định vị toàn cầu trong các loại hình đường sắt đô thị, đường sắt nhẹ và các loại hình đường sắt khác.

1 BÁO CÁO SO SÁNH CÔNG NGHỆ CBTC VÀ CÁC HỆ THỐNG PHÁT HIỆN ĐOÀN TÀU TRONG CÁC LOẠI HÌNH ĐƯỜNG SẮT  BỘ ĐẾM TRỤC; MẠCH ĐIỆN ĐƯỜNG RAY; HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU; HỆ THỐNG CBTC; TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐẾM TRỤC    Bộ đếm trục thiết bị dùng để phát đoàn tàu chạy qua phân khu Một đầu đếm lắp đặt đầu cuối phân khu Khi trục bánh tàu qua đoạn bắt đầu phân khu đếm gia tăng Mỗi đầu đếm có hai phần tử nhạy, phát hướng đoàn tàu Khi đoàn tàu qua hai đầu đếm giống đầu phân khu, đếm trục giảm xuống Nếu tính toán đếm cân giá trị 0, phân khu xem thực chuẩn bị đếm trục cho đoàn tàu Việc phát đoàn tàu thực máy điện toán đánh giá độ an toàn gọi “bộ ước lượng”, với phát đặt đầu phân khu Bộ đếm nối với “bộ ước lượng” thông qua dây cáp đồng hệ thống truyền tải thông tin Điều cho phép lắp đặt đếm cách xa “bộ ước lượng” Nguyên lý hoạt động đếm trục Hệ thống đếm trục bao gồm: Cảm biến đếm trục Máy đếm trục Bộ cảm biến đếm trục bao gồm cuộn cảm phát cuộn cảm thu tín hiệu Nó lắp đặt phía Ray.Từ trường sinh dòng điện cuộn phát đường sức từ sinh dòng điện cuộn thu Khi cặp bánh tàu đến cảm biến làm phát sinh từ trường triệt tiêu từ trường phát sinh từ cuộn cảm phát tín hiệu Như cặp trục bánh tàu phát Hai cảm biến đếm trục lắp đặt khu đoạn phát đoàn tàu dùng để phát hướng tàu chạy Khi cảm biến phía phát cặp bánh tàu vào phân khu bị chiếm dụng Số cặp bánh tàu vào khỏi phân khu mà phân khu thoát Hình 1.1 – Nguyên lý làm việc đếm trục Hình 1.2 – Một đếm trục FeildTrac 6315Az LM tàu điện Anh ĐÁNH GIÁ Hệ thống sử dụng 35 quốc gia giới, chủ yếu Châu âu Có số sử dụng Nhật Bản Thay cho hệ thống đóng đường trường hợp ATP bi hư hỏng thuộc tuyến Shinkasen Thống kê tuyến đường quốc gia sử dụng đếm trục • DB AG • VR • Network Rail • SBB • IR • ÖBB • PKP • Spoornet • DSB • IR Đức Phần Lan Anh Thụy Sĩ Ấn Độ Áo Ba Lan Nam Phi Đan Mạch Ailen  Ưu điểm: • Hệ thống không yêu cầu thiết bị cách điện đường ray Điều tránh làm gãy mối hàn ray chèn thêm thiết bị cách điện • Bộ đếm trục đòi hỏi mối nối cáp so với mạch điện đường ray, giảm chi phí lắp đặt bảo dưỡng • Bộ đếm trục lắp đặt khu vực hầm ẩm ướt, ray tà vẹt có kim loại không cách ly, nơi mà không nên sử dụng mạch điện đường ray Theo kinh nghiệm sử dụng đếm trục Châu Âu độ tin cậy chung đếm trục gấp lần độ tin cậy mạch điện đường ray tính giống  Nhược điểm: Bộ đếm trục “quên” có trục phân khu nguyên nhân nguồn 4 • Tính an toàn: Bộ đếm trục cung cấp tín hiệu gián đoạn vị trí đoàn tàu đoàn tàu qua khu vực cố định Nếu đếm trục bị lỗi nguồn đoàn tàu không phát Điều có nghĩa đoàn tàu phải xác nhận lại phương tiện khác yêu cầu cần thiết trước hệ thống phục hồi có cố nguồn điện • Sự cố ray: Không phát cố ray • Đường tránh dồn tàu: Bộ đếm trục không phát xác đoàn tàu khu bảo dưỡng vị trí bánh tàu dừng thẳng hướng với thiết bị đếm việc tránh, dồn quay đầu đoàn tàu tuyến không phát xác • Phát nhầm vật liệu kim loại trục bánh tàu Điều có nghĩa có chức điều chỉnh xác lập lại hệ thống yêu cầu cần thiết • Tác động đến việc lắp đặt vị trí sử dụng Tà vẹt ngang kim loại • Bộ cảm biến đếm trục gây cản trở cho việc tu bảo dưỡng Ba lát sử dụng búa chèn Ba lát ĐỀ XUẤT: Trong kĩ thuật phát đoàn tàu thông dụng nay, đếm trục giới sử dụng kĩ thuật phát đoàn tàu mạch điện đường ray, hệ thống định vị toàn cầu (GPS) hệ thống tự động phát (công nghệ CBTC – Communication Based Train Control) Để đánh giá xác tính năng, hiệu suất làm việc chi phí xây dựng lắp đặt nên xem xét tính hoạt động ưu nhược điểm hệ thống phát đoàn tàu 2.1 MẠCH ĐIỆN ĐƯỜNG RAY TẦN SỐ ÂM THANH AF Tới Ga Bộ truyền tần số âm (AF) (Tx) Bộ thu tần số âm (AF) (Rx) Dòng sức kéo chiều Dòng AF Hình 2.1 – Nguyên lý mạch điện đường ray tần số âm Đặc trưng phương thức sử dụng ray để làm để làm mạch điện Một đầu phân khu lắp máy phát tần số âm đầu lại lắp đặt máy thu tần số âm Khi khu gian tàu chiếm dụng tín hiệu sóng AF truyền từ đầu phát đến đầu thu Tuy nhiên có tàu chiếm dụng khu gian cặp trục bánh tàu làm ngắn mạch tín hiệu AF từ đầu phát ko truyền đến thu tàu bị phát Loại gọi mạch điện đường ray khép kín Khi mạch điện đường ray gặp cố xem có tàu chiếm dụng tín hiệu dừng tầu truyền từ ATC lên đầu máy Mạch điện đường ray nói chung cần sử dụng mối nối cách điện cho hai phía phân khu × Mốc xung đột Phát khóa khu đoạn Mối nối cách điện ray(IRJ) Hình 2.2 – Nguyên lý mạch điện đường ray tần số âm Vị trí xác đoàn tàu ga có Ghi cần thiết Ranh giới MĐĐR mối nối cách điện không rõ ràng, sai lệch vị trí phát đoàn tàu thường vào khoảng 5m Để ngăn chặn cố va chạm đoàn tàu phân khu phải đặt đường phân giới mạch điện đường ray (MĐĐR) mốc tránh va chạm Trong đoàn tàu thông qua khu vực Ghi ghi phải khóa lại Nhưng đoàn tàu theo sau mà tiến qua khu vực phát khóa khu đoạn (detector lock section) Ghi phải nhả (mở khóa) Thứ tự nhả ghi MĐĐR có mối nối cách điện yêu cầu cần thiết khu vực ghi Đặc điểm mạch điện đường ray: • Hệ thống đặt mặt đất • Được áp dụng lâu đời  Ưu điểm: • Độ tin cậy cao • Độ nhạy ngắn mạch tương đối tốt • Phát đoàn tàu xác, dễ dàng đường dồn dịch, đường chứa tàu • Phân khu rõ ràng việc sử dụng mối nối cách điện • Có thể phát cố ray • Phát liên tục  Nhược điểm: • Cần phải lắp đặt mặt đất • Việc đảm bảo chắn MĐĐR bị ngắn mạch cặp trục bánh tàu thách thức hệ thống 2.2 TỰ ĐỘNG PHÁT HIỆN ĐOÀN TÀU (CÔNG NGHỆ CBTC) Hệ thống phát đoàn tàu lắp đặt tuyến, khu vực từ tuyến vào Đề-pô khu Đề-pô (trừ khu vực bảo dưỡng) Tất đoàn tàu toàn tuyến phương tiện (trừ toa xe bảo dưỡng) phát di chuyển dừng thuộc chệ độ vận hành Bộ xử lý Anten thu phát tàu Tốc kế 10 Hệ thống phát đoàn tàu đặt mặt đất Bộ thu-phát tín hiệu để điều khoảng cách Bộ xử lý Anten Vô tuyến chuyên dụng Hình 2.3 – Nguyên lý tự phát đoàn tàu Vị trí đoàn tàu tính toán số vòng quay cặp trục bánh tàu đo từ tốc kế Các máy thu phát cần thiết vị trí đoàn tàu điều chỉnh vị trí Máy thu phát truyền liệu vị trí tới đoàn tàu Ở đây, cố đường ray phát toàn khu gian Việc tính toán vị trí đoàn tàu với thiết bị tự phát truyền thông tin tới trạm vô tuyến mặt đất sóng vô tuyến chuyên dụng (công nghệ CBTC) Trạm vô tuyến mặt đất truyền thông tin vị trí đoàn tàu phía trước cho đoàn tàu phía sau thiết bị ATP đoàn tàu tự điều khiển tốc độ để giữ cự ly an toàn đoàn tàu khác Công nghệ CBTC phân biệt vị trí chiếm dụng đoàn tàu đường ga có ghi, ga có ghi khu vực Đề-pô sử dụng hệ thống phát đoàn tàu mạch điện đường ray tần số âm Việc phát đoàn tàu với công nghệ CBTC tuyền tới hệ thống liên khóa IL, hệ thống IL thực điều khiển khóa đường chạy Bên cạnh vị trí đoàn tàu truyền tới trung tâm OCC thể bảng hiển thị, bàn điều khiển sử dụng thông tin điều khiển hệ thống tự động giám sát đoàn tàu ATS Đặc điểm hệ thống tự động phát đoàn tàu:  Ưu điểm: • Hệ thống mặt đất đơn giản chi phí thấp 11 Chủ yếu trạm vô tuyến dọc đường sắt thu phát khổ đường sắt  • Nhược điểm: Điều chỉnh vị trí yêu cầu cần thiết Việc phát vị trí với không xác số vòng quay cặp trục bánh tàu cặp trục bánh tàu chạy không trượt ray Bởi việc điều chỉnh vị trí yêu cầu cần thiết với thu-phát • Phát đối tượng đoàn tàu Điều có nghĩa việc truyền thông tin về vị trí đoàn tàu cần thiết Bên cạnh nguồn điện tàu bị hỏng phát đoàn tàu • Vị trí tàu khu vực mạch vòng ga tự phát • Điều có nghĩa phát vị trí tàu, nơi mà đường ray bị chiếm dụng, đường ray đường thông qua Bởi cần có hệ thống phát khác • Không phát cố đường ray Cần lắp đặt mạch điện đường ray để dự phòng 2.3 THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ VỆ TINH GPS • Hệ thống sử dụng GPS để xác định vị trí đoàn tàu đưa tín hiệu • Hệ thống áp dụng giới Ở Nhật Bản không áp dụng nghiên cứu Ở Mỹ lắp đặt hệ thống xác định vị trí đoàn tàu sử dụng tuyến chuyên chở hàng hóa (Tuyến Chicago) 12 Hình 2.4 – Sơ đồ minh họa hệ thống phát đoàn tàu GPS  Ưu điểm: • Hệ thống không cần lắp đặt mặt đất  Nhược điểm: • Sự xác vị trí thấp so với mạch điện đường ray thiết bị đếm trục • Với đường đôi, đường dồn dịch đường chứa toa xe cần có hệ thống phát khác • Không có tác dụng khu vực đường hầm • GPS không kiểm soát người lái tàu vấn đề bảo vệ an toàn 2.4 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CỤ THỂ Mục Hệ số Tự phát Thiết bị định Bộ đếm trục Mạch điện tàu vị vệ tinh đường ray -GPS (CBTC) 13 (CBTC) Tính liên tục 3→9 3→9 1→3 4→12 Phát cố mạch ray 0 4→4 Độ xác vị trí(Khu vực Ga) 0 4→8 4→8 Áp dụng thực tế 5 2→10 4→20 1→3 4→20 62 1→5 4→20 1→3 4→20 57 3→15 2→10 3→9 3→15 60 4→20 3→15 3→9 2→10 78 Giãn cách Nhiễu sóng Chi phí Đánh giá tổng hợp KẾT LUẬN Hệ thống định vị toàn cầu GPS mới, áp dụng giới, chưa có nhiều kinh nghiệm khai thác thực tế Mạch điện đường ray tần số âm công nghệ truyền thống sử dụng rộng rãi với công nghệ kĩ thuật số thực cách hiệu Song với nhu cầu lại hành khách gia tăng tương lai, cần thiết phải giảm thiểu khoảng cách chạy tàu hệ thống phát đoàn tàu tự động với công nghệ CBTC thích hợp Công nghệ CBTC ngày sử dụng khai thác rộng rãi tính ưu việt như: - CBTC sử dụng hệ thống điều khiển đặt tàu với công nghệ tự phát vị trí đóng đường di động Vị trí phát đoàn tàu Thông tin vị trí truyền sóng vô tuyến Cần thiết bị máy móc tu bảo dưỡng Thông tin số tuyến tàu điện ngầm giới áp dụng công nghệ CBTC với hệ thống tự động phát đoàn tàu: Thành phố đất nước Tên tuyến IL/RF Hồ sơ (mức độ phát Nhà sản xuất Loại đường sắt 14 triển) New York New York Transit RF Đang cải tiến Siemens Đs đô thị New York JFK-Airport IL Đang sử dụng Alcatel Đs nhẹ New York Long Island Railroad ? Chờ phê duyệt ? Đs đô thị San Francisco SF Muni IL Đang phụ vụ Alcatel Đs nhẹ San Francisco SF BART* RF Đang cải tiến GE Đs đô thị San Francisco SFO Airport RF Đang sử dụng Bombardier UART/Lốp cao su Washington Dulled People Mover RF Đang nghiên cứu Alcatel UART/Lốp cao su Seattle Tacoma Airport RF Đang nghiên cứu Bombardier Đ.ray đơn Las Vegas Monorail, Nevada RF Đang sử dụng Alcatel Đ.ray đơn Detroit APM IL Đang sử dụng Alcatel UART/Lốp cao su Philadelphia SEPTA RF Sắp cải tiến ? Đs nhẹ West Virginia Morgantown IL Đang sử dụng ? Lốp cao su Vancouver Sky Train Line IL Đang sử dụng Bombardier Đs nhẹ Trung Quốc Wuhan IL Đang sử dụng Alcatel Đs nhẹ Trung Quốc Guanghou ? Mới sử dụng Alcatel Đs đô thị Hồng Công West Rail IL Đang sử dụng Alcatel Đs đô thị Hồng Công Penny’s Bay Line RF Sắp sử dụng Alcatel? Đs đô thị Hồng Công Ma On Shan IL Đang sử dụng Alcatel Đs đô thị Đài Loan Taipei Neihu Line RF Đã chấp nhận Bombardier Đs đô thị /Lốp cao su Singapore North East Line RF Đang sử dụng Alstom Đs đô thị Thổ Nhĩ Kỳ Ankara Rapid Transit IL Đang sử dụng Alcatel Đs nhẹ Kuala Lumpur Putra Light Rail ? Đang sử dụng Alcatel Đs nhẹ Hàn Quốc Seoul Bundang Line RF Đang cải tiến Alcatel Đs liên vận Pháp Lyon Line D ? Đang sử dụng Siemens Đs đô thị /Lốp cao su Pháp Lausanne Metro ? Sắp sử dụng Alstom Lốp cao su 15 Pháp Paris Line 13 RF Đang cải tiến Alcatel Đs đô thị Pháp Paris Line 14 IL Đang sử dụng Siemens Đs đô thị Pháp Paris Line ? ? Siemens Đs đô thị /Lốp cao su Tây Ban Nha Barcelona RF Mới sử dụng Siemens Đs đô thị Tây Ban Nha Madrid RF Mới sử dụng Bombardier Đs đô thị London Jubilee & Northern L IL Đang nghiên cứu Alcatel Đs đô thị London DLR Dockland LR IL Đang sử dụng London Heathrow Airport IL Đang sử dụng Đs nhẹ Bombardier Đs đô thị [...]... đoàn tàu là cần thiết Bên cạnh đó khi nguồn điện trên tàu bị hỏng thì nó không thể phát hiện đoàn tàu • Vị trí tàu ở khu vực mạch vòng trong ga thì không thể tự phát hiện • Điều này có nghĩa là không thể phát hiện vị trí tàu, nơi mà đường ray bị chiếm dụng, đường ray chính hoặc đường thông qua Bởi vậy cần có hệ thống phát hiện khác • Không phát hiện được sự cố đường ray Cần lắp đặt mạch điện đường. .. hơn so với mạch điện đường ray hoặc thiết bị đếm trục • Với đường đôi, đường dồn dịch hoặc các đường chứa toa xe cần có hệ thống phát hiện khác • Không có tác dụng trong khu vực đường hầm • GPS không kiểm so t được người lái tàu đối với các vấn đề về bảo vệ an toàn 2.4 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CỤ THỂ Mục Hệ số Tự phát hiện Thiết bị định Bộ đếm trục Mạch điện tàu vị vệ tinh đường ray -GPS (CBTC) 13 (CBTC) ... trên tàu với công nghệ tự phát hiện vị trí và đóng đường di động Vị trí được phát hiện bởi chính đoàn tàu Thông tin về vị trí được truyền bằng sóng vô tuyến Cần ít thiết bị máy móc và duy tu bảo dưỡng Thông tin về một số tuyến tàu điện ngầm trên thế giới áp dụng công nghệ CBTC với hệ thống tự động phát hiện đoàn tàu: Thành phố hoặc đất nước Tên tuyến IL/RF Hồ sơ (mức độ phát Nhà sản xuất Loại đường sắt. .. nghệ truyền thống được sử dụng rộng rãi với công nghệ kĩ thuật số có thể thực hiện một cách hiệu quả Song với nhu cầu đi lại của hành khách gia tăng trong tương lai, cần thiết phải giảm thiểu khoảng cách chạy tàu thì hệ thống phát hiện đoàn tàu tự động với công nghệ CBTC là thích hợp Công nghệ CBTC này đang ngày càng được sử dụng khai thác rộng rãi vì những tính năng ưu việt như: - CBTC sử dụng hệ thống. .. ĐỊNH VỊ VỆ TINH GPS • Hệ thống này sử dụng GPS để xác định vị trí đoàn tàu và đưa ra tín hiệu • Hệ thống này ít được áp dụng trên thế giới Ở Nhật Bản không áp dụng và hiện nay đang nghiên cứu Ở Mỹ đã lắp đặt một hệ thống về xác định vị trí đoàn tàu sử dụng trên tuyến chuyên chở hàng hóa (Tuyến Chicago) 12 Hình 2.4 – Sơ đồ minh họa hệ thống phát hiện đoàn tàu bằng GPS  Ưu điểm: • Hệ thống này không cần... Chủ yếu là các trạm vô tuyến dọc đường sắt và bộ thu phát trong khổ đường sắt  • Nhược điểm: Điều chỉnh vị trí là yêu cầu cần thiết Việc phát hiện về vị trí với sự không chính xác về số vòng quay của cặp trục bánh tàu bởi vì cặp trục bánh tàu có thể chạy trên không hoặc trượt trên ray Bởi vậy việc điều chỉnh về vị trí là yêu cầu cần thiết với bộ thu -phát • Phát hiện đối tượng của đoàn tàu Điều này... 3→9 3→9 1→3 4→12 Phát hiện sự cố mạch ray 1 0 0 0 4→4 Độ chính xác về vị trí(Khu vực Ga) 2 0 0 4→8 4→8 Áp dụng thực tế 5 5 3 5 2→10 4→20 1→3 4→20 62 1→5 4→20 1→3 4→20 57 3→15 2→10 3→9 3→15 60 4→20 3→15 3→9 2→10 78 Giãn cách Nhiễu sóng Chi phí Đánh giá tổng hợp KẾT LUẬN Hệ thống định vị toàn cầu GPS mới, ít được áp dụng trên thế giới, chưa có nhiều kinh nghiệm khai thác thực tế Mạch điện đường ray tần