Theo thống kờ của ngành đường sắt Việt Nam, tại nạn đường sắt chủ yếu xảy ra tại đường ngang. Tớnh trung bỡnh mỗi năm cả nước cú tới hàng nghỡn vụ tai nạn đường ngang làm chết và bị thương hàng nghỡn người. Nguyờn nhõn chủ yếu dẫn tới tai nạn đường ngang là do đường ngang quỏ gần khu dõn sinh, người tham gia giao thụng đường bộ khụng cú ý thức và một nguyờn nhõn đỏng kể là hệ thống cảnh bỏo vẫn cũn hạn chế, đặc biệt là đường ngang khụng cú rào chắn.
Ngày này, việc cảnh bỏo tự động đoàn tàu đó và đang được chỳ trọng phỏt triển và ngày càng trở nờn quan trọng với mỗi đoàn tàu. Tại những nước nơi mà việc tự động hoỏ trong ngành đường sắt chưa thực sự phỏt triển, yờu cầu về cảnh bỏo lại càng chở nờn quan trọng, nú giỳp cảnh bỏo cho tài xế trong những tỡnh huống sự cố, cần sự chỳ ý, vượt tốc, hay bất kỳ một tỡnh huống nào cú thể gõy mất an toàn chạy tàu. Vỡ vậy, việc xõy dựng một hệ thống cảnh bỏo là cần thiết. Dưới đấy ta sẽ xem xột hệ thống tự động cảnh bỏo đoàn tàu khi nú chuẩn bị tới đường ngang.
Hỡnh 30:Sơ đồ khối hệ thống tự động cảnh bỏo đoàn tàu
Hệ thống cảnh bỏo tự động cú sơ đồ nh trờn được lắp đặt trờn mỗi đoàn tàu, nú cú chức năng:
• Cảnh bỏo cho tài xế biết rằng đoàn tàu đang chuẩn bị tới đường ngang để người tài xế chỳ ý hơn trong việc điều khiển chạy tàu.
• Cảnh bỏo cho phớa đường bộ biết cú đoàn tàu sắp tới gần đường ngang.
• Truyền thụng tin đến đài điều khiển đường ngang để điều khiển cỏc thiết bị phũng vệ đường ngang.
Hệ thống bao gồm:
• Một mỏy thu DGPS cú nhiệm vụ thu tớn hiệu để định vị.
• Khối điều khiển cú thể là một vi xử lý hoặc một mỏy tớnh cú chức năng tiếp nhận cỏc đầu vào từ đú tớnh toỏn và đưa ra cỏc lệnh cảnh bỏo khi cần thiết.
• Khối cảnh bỏo cú chức năng cảnh bỏo cho tài xế và cho cỏc phươnng tiện phớa đường bộ.
• Khối thu phỏt vụ tuyến cú chức năng truyền thụng tin cú mặt của đoàn tàu đến trạm điều khiển đường ngang.
• Khối cơ sở dữ liệu cú thể là một khối bao gồm thụng tin về vị trớ của tất cả cỏc đường ngang trong toàn hệ thống đường sắt hoặc cũng cú thể chỉ trong phạm vi mà đoàn tàu hoạt động và thụng số về chiều dài, thời gian thụng bỏo tới gần của mỗi đường ngang tương ứng hoặc cũng cú thể là một bản đồ số. Với cụng nghệ GIS (GIS là hệ thống thụng tin địa lý, là một cụng cụ mỏy tớnh để thiết lập bản đồ) hiện nay việc thành lập một bản đồ số cho riờng ngành đường sắt là rất đơn giản.
Nguyờn lý hoạt động:
Nguyờn lý hoạt động của hệ thống được miờu tả cụ thể trong lưu đồ thuật toỏn hỡnh 31.
Khi bắt đầu bật mỏy thu, mỏy thu DGPS xỏc định vị trớ và vận tốc của đoàn tàu một cỏch liờn tục, thụng tin này sẽ được truyền tới khối điều khiển. Khối điều khiển nhờ vào thụng tin vị trớ mỏy thu DGPS xỏc định được liờn lục so sỏnh với dữ liệu chứa trong khối cơ sở dữ liệu để xỏc định được đường ngang tiếp theo mà đoàn tàu sẽ đi qua (Nhờ việc xỏc định được đường ngang tiếp theo khối điều khiển sẽ biết được thụng tin về chiều dài và thời gian thụng bỏo tới gần của đường ngang đú), khối điều khiển liờn tục so sỏnh vị trớ của đoàn tàu xem nú cú xuất hiện trong phạm vi chiều dài thụng bỏo tới gần khụng.
Hỡnh 31: Lưu đồ thuật toỏn nguyờn lý hoạt động của hệ thống cảnh bỏo tự động đoàn tàu khi tới gần đường ngang
Nếu đoàn tàu chưa chiếm dụng phõn khu tới gần, hệ thống sẽ tiếp tục tỡm kiếm cho đến khi tỡm thấy đoàn tàu chiếm dụng phõn khu tới gần. Khi xuất hiện đoàn tàu, dựa trờn thụng tin vị trớ và vận tốc đoàn tàu, khối điều khiển tớnh toỏn được thời gian mà đoàn tàu đi tới đường ngang, thời gian này sau đú được so sỏnh với thời gian thụng bỏo tới gần của đường ngang đú cho đến khi thời gian này nhỏ hơn hoặc bằng thời gian thụng bỏo tới gần của đường ngang đú cộng thờm 5 giõy (việc cộng thờm 5 giõy sẽ được giải thớch dưới đõy), khối điều khiển sẽ kớch hoạt khối cảnh bỏo cảnh bỏo cho tài xế biết, kớch hoạt thiết bị cảnh bỏo cho cỏc phương tiện phớa đường bộ và điều khiển khối thu phỏt vụ tuyến truyền thụng tin về đài điều khiển ngang đú để điều khiển cỏc thiết bị phũng đường ngang như cần chắn, chuụng và đốn bỏo hiệu,…
Việc cảnh bỏo cho tài xế cú thể bằng nhiều hỡnh thức khỏc nhau như õm thanh, ỏnh sỏng,… cũn cảnh bỏo cho cỏc phương tiện đường bộ thụng thường sử dụng luụn hệ thống cũi của đoàn tàu. Với việc nhận được thụng tin cảnh bỏo từ hệ thống cảnh bỏo tài xế sẽ chỳ trọng hơn đối với việc điều khiển đoàn tàu khi chạy qua đường ngang. Để ngắt việc cảnh bỏo đối với mỡnh, tài xế cú thể tỏc động vào nút “huỷ bỏ” để ngắt việc cảnh bỏo, chức năng này đảm bảo cho tài xế trỏnh phải nghe cảnh bỏo trong suốt quỏ trỡnh cảnh bỏo.
Cảnh bỏo được thực hiện trong suốt quỏ trỡnh đoàn tàu chạy trong khu đoạn tới gần cho đến khi đoàn tàu đi qua đường ngang. Khi đoàn tàu đi qua đường ngang, việc truyền thụng tin về đài điều khiển đường ngang cũng kết thỳc, khi đú hệ thống cảnh bỏo đường ngang cũng cú thể được điều khiển để về trạng thỏi cho phộp cỏc phương tiện đường bộ tiếp tục lưu hành (tớn hiệu chuyển sang xanh, cần chắn nõng, chuụng ngừng kờu,…). Khi tàu chạy qua đường ngang nú sẽ quay về tiếp tục một chu trỡnh mới.
Trong lưu đồ thuật toỏn trờn, hệ thống tiến hành kiểm tra cả hai điều kiện:
• Điều kiện thứ nhất là kiểm tra điều kiện đoàn tàu chiếm dụng phõn khu tới gần để xỏc định thời điểm cảnh bỏo.
• Điều kiện thứ 2 là kiểm tra điều kiện thời gian thụng bỏo tới gần để đảm bảo rằng khi đoàn tàu đó chiếm dụng phõn khu tới gần nhưng khi đú đoàn tàu cú tốc độ thấp, nếu khụng cú điều kiện thứ 2, khi đú thiết bị cảnh bỏo sẽ hoạt động sớm hơn thời điểm cần thiết cảnh bỏo và đặc biệt là khi đú cỏc thiết bị phũng vệ đường ngang sẽ hoạt động sớm sẽ ảnh hưởng rất lớn đến giao thụng phớa đường bộ như: tắc đường do cỏc phương tiện phải chờ quỏ lõu, gõy lóng phớ, ụ nhiễm mụi trường, ảnh hưởng đến tõm lý người tham gia giao thụng đường bộ,… Việc kiểm tra điều kiện thứ hai này cũn được cộng thờm một thời gian 5 giõy là để khi đú thụng tin truyền về đài điều khiển đường ngang đảm bảo cho cỏc thiết bị đường ngang xử lý kịp thời (thời gian này để bự cho thời gian trễ của việc điều khiển và thời gian đỏp ứng của cỏc thiết bị điều khiển). Trong trường hợp này 5 giấy chỉ là một vớ dụ, trong những bài toỏn cụ thể, việc tớnh toỏn thời gian trễ cần thiết sẽ đưa ra được con số chớnh xỏc hơn cho thời gian trễ này.
Trong quỏ trỡnh vận hành, cú thể cú sự thay đổi về vị trớ của cỏc đường ngang như việc thờm hoặc bớt một số đường ngang hay dịch chuyển vị trớ đường ngang,… vấn đề này hoàn toàn được giải quyết bằng việc ta cú thể thay đổi dữ liệu trong khối cơ sở dữ liệu một cỏch rất đơn giản.
Như vậy, với việc ứng dụng DGPS ta cú thể thiết lập lờn một hệ thống cảnh bỏo hiệu quả với độ tin cậy và chớnh xỏc cao, đồng thời cú thể điều khiển một cỏch mềm dẻo thời gian cảnh bỏo cho đoàn tàu cũng như thiết bị phũng vệ đường ngang, thậm chớ viờch thay đổi cầu hỡnh hệ thống cũng đơn giản (thay đổi thụng tin của khối cơ sở dữ liệu). Với sai số của mỏy thu DGPS chỉ cần nhỏ hơn hoặc bằng 1m ta thấy một hệ thống nh trờn là hoàn toàn khả thi. Ngoài ra việc
cảnh bỏo này hoàn toàn cú thể được ỏp dụng khụng chỉ ở đường ngang mà cũn tại một số vị trớ mà cần đến việc cảnh bỏo cho tài xế như đoạn đường sắp tới ga hay khu vực thường xuyờn xảy ra tai nạn…