Slide so sánh giữa hệ thống CBTC và hệ thống bảo vệ tàu tự động ATP trong đường sắt đô thị

So sánh phương thức hoạt động, tính năng hệ thống, chế độ làm việc và ưu nhược điểm của hệ thống CBTC và hệ thống bảo vệ tàu tự động ATP trong loại hình đường sắt đô thị. Báo cáo bao gồm các sơ đồ nguyên lý hoạt động của các hệ thống liên quan trong bảo vệ đoàn tàu.

Sự so sánh giữa hệ thống CBTC và ATP

CBTC có 3 đặc điểm.

 Phát hiện đoàn tàu: Tự phát hiện (định vị)

 Truyền thông tin giữa đoàn tàu và mặt đất: Vô tuyến Chuyên dụng

 Hệ thống đóng đường: Đóng đường di động hoặc đóng đường cố định

Sự so sánh giữa CBTC, ATP hiện đại và ATP thông thường

Mục ATP thông thường ATP hiện đại CBTC

Phát hiện đoàn tàu Mạch điện Đường

ray (MĐĐR) với thông tin Tương tự

Mạch điện Đường ray với thông tin Số

Tự phát hiện Tính toán cự ly bởi bộ

đo tốc độ và bộ thu-phát để điều chỉnh

Thông tin số Phương thức

truyền thông

tin giữa đoàn

tàu và mặt đất

Cảm ứng điện từ gữa Ray và Ăngten trên tàu Thông tin Tương tự

Cảm ứng điện từ gữa Ray và Ăngten trên tàu Thông tin Số

Vô tuyến chuyên dụng Thông tin Số

Loại Đóng đường Hệ thống Đóng

đường cố định Hệ thống bán di động Mạch điện đường ray

ngắn hơn hệ thống ATP thông thường

Hệ thống đóng đường

di động (Nối tiếp của hệ thống

Bán di động)

Các phương thức phát hiện đoàn tàu

Mạch điện

đường ray

Hệ thống này bao gồm việc phát và thu tín hiệu ở cả hai đầu của phân khu

Khi đoàn tàu chiếm dụng phân khu thì sẽ bị phát hiện bởi sự ngắn mạch mạch MĐĐR do cặp trục bánh tàu gây ra

Thông dụng và áp dụng tốt nhất MĐĐR tần số âm thanh được sử dụng

trên tuyến chính bởi vì ở đó có lắp đặt

ATP với thông tin được điều biến

MĐĐR tần số công nghiệp được sử dụng trong khu vực Sửa chữa (Workshop) , Với nơi này thì ATP được lắp đặt vì lí do kinh tế

Bộ đếm trục Hệ thống này hoạt động bởi các cảm biến đếm trục đặt ở

hai đầu phân khu và đoàn tàu được phát hiện bằng việc đếm số cặp trục bánh tàu đi vào và đi ra khỏi phân khu đó

Không thể phát hiện đoàn tàu một cách liên tục Bởi vậy đoàn tàu sẽ được kiểm tra bởi nhân viên khi hệ thống này được xác lập lại

Hệ thống Định

vị toàn cầu

(GPS)

Đây là hệ thống trên đầu máy nhằm phát hiện vị trí hiện tại của đoàn tàu bởi GPS Bởi vậy hệ thống dưới mặt đất phải thu nhận số liệu về vị trí từ Đầu máy

Hệ thống này sử dụng CBTC

Hệ thống này không cần thiết bị phát hiện đoàn tàu đặt dưới Ray và cho giá thành thấp Nhưng trong vị trí Hầm thì

hệ thống này không có tác dụng

Hệ thống tự

phát hiện đoàn

tàu

Việc phát hiện đoàn tàu dựa trên việc tính toán vị trí bởi thiết

bị đo tốc độ và thông báo về vị trí bởi hệ thống thông tin vô tuyến

Các vị trí sẽ được điều chỉnh bởi các bộ thu-phát tín hiệu (Transponder) dưới mặt đất

Hệ thống này sử dụng hệ thống Điều khiển đoàn tàu trên cơ sở truyền thông tin (CBTC)

Nhưng hệ thống này Ghi dữ liệu mạch Ray ít

Nguyên lý của Bộ đếm trục

Vùng từ trường bình thường Vùng từ trường ngược chiều

Cuộn cảm

truyền Cuộn cảm thu

Cuộn cảm truyền Cuộn cảm thu

Bộ phát hiện đoàn tàu

Số lượng trục bánh tàu

đi vào Số lượng trục bánh tàu đi ra

Khi cặp bánh tàu chiếm dụng thì cảm ứng từ theo chiều ngược lại được sinh ra và cảm ứng từ theo chiều thuận mất đi Bởi vậy trục bánh xe đã được phát hiện.

Cảm biến đếm trục

Đặc điểm của hệ thống đếm trục

• Hệ thống này được sử dụng chủ yếu ở Châu âu Có một số ít sử dụng ở Nhật Bản Thay thế cho hệ thống đóng đường trong trường hợp ATP bi hư hỏng thuộc tuyến Shinkasen.

• Hệ thống này không yêu cầu cách điện đường ray và có thể lắp đặt

ở khu vực sử dụng Tà vẹt có thanh rằng bằng kim loại.

• Không phát hiện đoàn tàu một cách liên tục

Điều này có nghĩa là đoàn tàu phải được xác nhận lại bằng phương tiện khác và đó là yêu cầu cần thiết trước khi hệ thống được phục hồi khi có sự cố về nguồn điện.

• Không phát hiện được sự cố ray

• Phát hiện nhầm các vật liệu bằng kim loại không phải trục bánh tàu Điều này có nghĩa là có chức năng về sự điều chỉnh xác lập lại hệ thống là yêu cầu cần thiết

• Tác động đến việc lắp đặt ở vị trí sử dụng Tà vẹt thanh rằng ngang bằng kim loại

• Bộ cảm biến đếm trục gây cản trở cho việc duy tu bảo dưỡng nền

Ba lát khi sử dụng búa chèn Ba lát.

Nguyên lý của Bộ tự phát hiện đoàn tàu

Bộ xử lý

Anten thu phát trên

tàu

Tốc kế

Hệ thống phát hiện đoàn tàu đặt

để điều chính khoảng cách

Bộ xử lý Anten Vô tuyến chuyên dụng

Đăc điểm của thiết bị tự phát hiện

• Hệ thống này mới phát triển và chưa đủ kinh nghiệm thực tế trên thế giới.

• Ở Nhật Bản cũng có một thử nghiệm nhưng nó chưa được giới thiệu trong lĩnh vực công nghiệp.

 Ưu điểm:

• Hệ thống ở mặt đất đơn giản và chi phí thấp hơn

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 có nghĩa là việc truyền thông tin về về vị trí của 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.

Sự nghiên cứu về GPS được sử dụng trong Đường sắt (Các vấn đề và biện pháp đối phó trong việc áp dụng GPS vào trong Đường sắt).

16

Hệ thống điều khiển một đoàn tàu phụ thuộc vào GPS cần có một hệ thống dự phòng để phát triển.

Bộ cảm biến gia tốc

Bộ cảm biến vận tốc

góc

Sự tương thích bản

đồ 3D

Kiểm tra chéo Tính toán vị trí Kiểm tra chéo Tự định vị

Hiệu chỉnh (bù trừ) các lỗi

dữ liệu bị loại trừ không sử dụng được

Dữ liệu về tốc độ và vị trí

Bộ nhận A Bộ nhận B

Trạm

thu-phát GPS

Kiểm tra chuẩn khoảng

cách

So sánh và kiểm tra các

phần bổ sung khác

Source: RTRI Report Vol.19

Hướng dẫn nghiên cứu bởi Học Viện kỹ thuật Đường sắt Nhật Bản

Hệ thống phát hiện đoàn tàu sử dụng 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).

 Ưu điểm:

• Hệ thống này không cần lắp đặt trên mặt đất

 Nhược điểm:

• Sự chính xác về vị trí thì thấp 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 soát được người lái tàu đối với các vấn đề về bảo

vệ an toàn.

Nguyên lý của Mạch điện đường ray1

Tới Ga

Bộ truyền tần số

âm thanh (AF)

(Tx)

Bộ thu tần số

âm thanh (AF)

(Rx)

Dòng sức kéo một chiều

Dòng AF

Đây là loại mạch điện đường ray không sử dụng mối nối cách điện

Nguyên lý của Mạch điện đường ray 2

×

Mốc xung đột

Phát hiện khóa khu đoạn

Mối nối cách điện ray(IRJ)

Để ngăn chặn các sự cố va chạm giữa các đoàn tàu trong phân khu thì phải đặt đường phân giới của mạch điện đường ray (MĐĐR) ở ngoài mốc tránh va chạm.

Trong khi đoàn tàu thông qua khu vực Ghi thì ghi đã phải được khóa lại.

Nhưng đối với đoàn tàu theo sau khi mà nó tiến qua khu vực phát hiện khóa khu đoạn ( detector lock section ) thì Ghi phải được nhả ra (mở khóa) ngay khi có thể.

Thứ tự nhả ghi trên MĐĐR có mối nối cách điện là yêu cầu cần thiết trong khu vực ghi

Chỉ phương thức tự phát hiện đoàn tàu (CBTC) thì không thể thực hiện cho khu vực phát hiện khóa khu đoạn Yêu cầu là cần có sự hỗ trợ của MĐĐR hoặc bộ đếm trục.

Đặc điểm của Mạch điện đường ray

• Hệ thống đặt dưới mặt đất

• Được áp dụng lâu đời

• Độ tin cậy cao

• Độ nhạy ngắn mạch tương đối tốt

• Phát hiện đoàn tàu chính xác, dễ dàng trên đường dồn dịch, đường chứa tàu.

• Phân khu rõ ràng bằng việc sử dụng mối nối cách điện

• Có thể phát hiện sự cố ray

• Phát hiện liên tục

• Cần phải lắp đặt ở mặt đất

• Việc đảm bảo chắc chắn MĐĐR bị ngắn mạch bởi cặp trục bánh tàu là một thách thức đối với hệ thống này.

Sự so sánh việc truyền thông tin giữa đoàn tàu và mặt đất

Đăc tính kỹ

thuật Hệ thống ATP Hệ thống CBTC (trường hợp của (ATACS)

Phương thức

Khoảng cách

truyền Khoảng cách giữa đỉnh ray và 150mm

ăngten trên tàu

3km Khoảng cách giữa các trạm vô tuyến

Nguồn điện

Phương thức

Độ ổn định

Sự so sánh của hệ thống đóng đường

VM

VY

V0

X

VF

V2

V1

VF

VM

V0

V1

Hệ thống đóng đường động không phụ thuộc vào

chiều dài đóng đường

ATP thông thường

ATP hiện đại

CBTC

Hệ thống đóng đường cố định

Hệ thống đóng đường di

động

Hệ thống đóng đường cận di động

Sự đánh giá của 4 loại phát hiện đoàn tàu

(CBTC)

Thiết bị định vị

vệ tinh -GPS (CBTC)

đường ray

Phát hiện sự cố

Độ chính xác về

Đánh giá tổng

Kết luận

• CBTC mới được phát triển và chưa có đủ kinh nghiệm hoạt động

• Ưu điểm của CBTC là rút ngắn được thời gian giãn cách.

Tuy nhiên, Hệ thống MĐĐR với tần số âm thanh sử dụng công nghệ kỹ thuật số có thể thực hiện một cách hiệu quả.

• Ở NHật Bản thì hệ thống CBTC đã kết thúc việc kiểm tra đánh giá và đã được công nhận của Hội đồng đánh giá an toàn của Học Viện kỹ thuật Đường sắt và của các chuyên gia về an toàn và sẽ sớm đưa vào sử dụng Nhưng không thể khẳng định đã chứng minh và công nghệ đã đạt độ chắc chắn ở thời điểm hiện tại.

• Bởi vậy chúng tôi đề nghị sử dụng hệ thống MĐĐR với tần số âm thanh sử dụng công nghệ kỹ thuật số như đã được chứng minh và hệ thống đã đạt được độ chắc chắn nhất định.

Hệ thống CBTC của Nhật Bản ； CARAT

• CARAT (Hệ thống điều khiển đoàn tàu được hỗ trợ bởi thiết bị vô tuyến và máy tính) thực hiện đóng đường di động bằng việc truyền thông tin vô tuyến (Tương đương mức 3 của tiêu chuẩn Châu âu-ETCS Level 3) giữa thiết bị mặt đất và đoàn tàu

• Vị trí đoàn tàu được phát hiện với việc tính toán khoảng cách chạy tàu bởi Tốc kế đặt trên tàu

• Sự thay đổi dữ liệu giữa đoàn tàu và mặt đất trên cơ sở thực hiện bởi sóng

vô tuyến

• Tốc độ đoàn tàu được điều khiển theo số liệu tốc độ tính toán theo dữ liệu về

vị trí dừng tàu truyền từ mặt đất và dữ liệu trên tàu.

• Đường sắt phía Đông Nhật bản vừa kết thúc việc kiểm tra đánh giá của hệ thống này-mang tên ATACS (Advance Train Aministration and

communication System) năm 2006 trên tuyến Sen-Seki bắt tiến hành năm

2004 Hệ thống này sẽ sớm được đưa vào sử dụng.

Nguyên lý của ATACS

Dữ liệu về vị trí

tàu A

Dữ liệu về vị trí

tàu B

Trạm vô tuyến dưới đường

• Biểu đồ tốc độ của đoàn tàu được tính toán

• Tốc độ đoàn tàu được quy định giới hạn bởi biểu đồ chạy tàu.

Bộ thu-phát để điều chỉnh vị trí

Biểu đồ tốc độ

Đặc tính vô tuyến của ATACS

Vùng phục vụ

Trạm vô tuyến A `

Trạm vô tuyến B

Trạm vô tuyến C

Trạm vô tuyến D

Sấp xỉ 3km

•Tần số: 400MHz Band

• Đầu ra trạm Vô tuyến dưới đường: 3W

• Đầu ra trạm vô tuyến di động: 1W

• Phương thức điều biến: QPSK

• Mã kiểm tra: CRC

• Quy định điều chỉnh lỗi : Mã tuyến

tính (Kiểm tra 2 chiều)

• Số khe cắm: 16 khe

• Số lượng đoàn tàu được điều khiển: 12

• Dữ liệu truyền dẫn : 576bits

Vùng phục vụ Sấp xỉ 3km

Vùng phục vụ Sấp xỉ 3km

Vùng phục vụ Sấp xỉ 3km

Tính toán biểu đồ tốc độ

Cơ sở dữ liệu

Ghi

Thông tin từ trạm vô tuyến mặt đất

YY Km

Tính toán biểu đồ tốc độ tính trong mỗi giây (s)

Độ dốc Đường cong TRS

Tốc độ tối đa

Sơ đồ kiểm tra tốc

độ trong 100ms

Tính toán vị trí đoàn tàu

Tốc độ tối đa Tốc độ tối đa