Sáng kiến cảnh báo sớm chướng ngại tại đường ngang, nâng an toàn chạy tàu

Mạng lưới đường sắt quốc gia hiện dài hơn 3.140 km, nhưng có tới gần 5.000 điểm giao cắt với đường bộ. Trong số này, hơn 3.000 lối đi tự mở chưa được rào chắn; khoảng 700 đường ngang có hệ thống cảnh báo tự động và hơn 600 đường ngang có người gác. Đây được xem là những điểm nóng tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thông đường sắt.

Tại đường ngang cảnh báo tự động, khi tàu sắp đến, thiết bị sẽ được kích hoạt, chuông kêu, đèn đỏ sáng nháy, cần chắn hạ xuống để ngăn phương tiện qua lại. Tuy nhiên, vẫn xảy ra tình trạng khi cần chắn hạ, người và phương tiện cố tình vượt barie, thậm chí dừng xe trên đường ngang. Nhiều tai nạn nghiêm trọng đã xảy ra trên tuyến Hà Nội - TP HCM qua các tỉnh Nghệ An, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Trị... không chỉ gây thiệt hại về người và tài sản mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn chạy tàu, kìm hãm năng lực vận tải đường sắt.

Từ thực tế đó, năm 2022, Công ty cổ phần Thông tin tín hiệu Đường sắt Vinh đã nghiên cứu và triển khai đề tài khoa học "Nghiên cứu, lắp đặt thử nghiệm hệ thống hỗ trợ cảnh báo sớm chướng ngại tại đường ngang lên đầu máy".

Các cán bộ kỹ thuật của công ty đã dành hơn một năm để nghiên cứu phát triển hệ thống và lắp đặt thử nghiệm tại đường ngang km311+400 trên tuyến đường sắt Hà Nội - TP HCM, đoạn qua TP Vinh (Nghệ An). Tín hiệu từ thiết bị tại hiện trường của đường ngang được kết nối trực tiếp lên hai đầu máy tàu D13E-720 và D13E-722 và được đưa về Trung tâm Giám sát tại công ty để theo dõi trạng thái hoạt động.

Theo ông Lê Đình Diện, Phó giám đốc Công ty CP Thông tin tín hiệu Đường sắt Vinh - chủ nhiệm đề tài, thế giới đã có nhiều giải pháp cảnh báo chướng ngại tại đường ngang như sử dụng thiết bị quét laser, vòng từ, camera hoặc radar chất lượng cao để phát hiện chướng ngại vật, truyền trực tiếp tín hiệu, hình ảnh về đầu máy để cảnh báo cho lái tàu. Tuy nhiên, với điều kiện hạ tầng, đường truyền tín hiệu của đường sắt Việt Nam và chi phí cho đầu tư thiết bị cao nên khó khăn trong việc lắp đặt các thiết bị.

Từ thực tế đó, nhóm nghiên cứu lựa chọn phương án phù hợp với điều kiện tại đường ngang, đó là lắp đặt thiết bị vòng từ dưới mặt đường ngang và Lidar đặt trên một góc đường ngang. Vòng từ tạo ra từ trường có khả năng phát hiện chướng ngại vật trong phạm vi của đường ngang. Lidar - sử dụng công nghệ quét tia laser để đo khoảng cách, nhận diện vật thể, con người thông qua việc tính toán thời gian phản xạ ánh sáng. Thiết bị Lidar được đặt vị trí phù hợp để quét đầy đủ góc giao chéo của đường ngang, giúp mở rộng vùng phát hiện và bù đắp những điểm mù của vòng từ.

Khi phương tiện đi vào phạm vi của đường ngang (vùng phát hiện chướng ngại vật) nhưng không di chuyển trong một khoảng thời gian xác định, hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo.

Không chỉ nghiên cứu lắp đặt phần cứng, nhóm đã lập trình phần mềm, tính toán thời gian chiếm dụng đường ngang phù hợp với từng tốc độ tàu, thời gian di chuyển của phương tiện và người đi bộ. Nghiên cứu ứng dụng mạng GPS để định vị vị trí đoàn tàu và thiết kế thiết bị lắp đặt trên đầu máy để nhận thông tin cảnh báo.

Các kỹ sư còn nghiên cứu ứng dụng mạng LoraWan để truyền thông tin từ đường ngang lên đoàn tàu. Mạng truyền dẫn không dây LoRaWAN với công nghệ có tần số thấp, không bị ảnh hưởng bởi các nhà mạng viễn thông và môi trường cho khả năng truyền dữ liệu ổn định trên khoảng cách xa.

Nhờ đó, sau khi cần chắn đóng hoàn toàn, nếu có chướng ngại vật nằm trên đường ngang trong khoảng 10 giây thì thiết bị sẽ đưa ra cảnh báo dừng tàu cách đó hơn một km. Trường hợp không có chướng ngại thì hệ thống đưa ra cảnh báo an toàn cho nhân viên lái tàu.

Trường hợp đường ngang đã bật cảnh báo mà có phương tiện cố tình vượt thì hệ thống sẽ cảnh báo cho nhân viên lái tàu biết có phương tiện cố tình vượt để giảm tốc độ, dừng tàu an toàn.

Theo ông Lê Đình Diện, quá trình thử nghiệm các thiết bị gặp không ít khó khăn, đòi hỏi phải được phép của Tổng công ty và sự phối hợp đơn vị quản lý thiết bị đầu máy, tuần suất đầu máy chạy qua đường ngang lắp đặt thiết bị 2-3 lần/tuần. Giai đoạn đầu, thiết bị còn xảy ra sai lệch về khoảng cách và thời gian cảnh báo; có lúc tại đường ngang có chướng ngại nhưng hệ thống chưa phát hiện tín hiệu, hoặc phát tín hiệu muộn so với thực tế. Các kỹ sư lại tìm cách khắc phục, điều chỉnh thuật toán, lựa chọn thiết bị phát sóng có công suất phù hợp để tín hiệu đảm bảo truyền dẫn ổn định.

Sau hơn một năm nghiên cứu và ba tháng chạy thử, hệ thống mới vận hành dần ổn định. Nhóm cũng quyết định lắp thêm thiết bị Lidar thứ hai nhằm tăng phạm vi phát hiện chướng ngại, hạn chế tối đa khả năng sót lọt. Từ khi lắp đặt thiết bị cảnh báo vào năm 2023, khu vực đường ngang ngang km 311+400 trên tuyến đường sắt Bắc Nam, đoạn qua TP Vinh (Nghệ An) không xảy ra va chạm giữa tàu và phương tiện đường bộ như trước.

Theo đơn vị chủ trì, việc tận dụng hạ tầng sẵn có và công nghệ LoRaWAN giúp giảm đáng kể chi phí đầu tư, đồng thời thuận lợi cho công tác quản lý, bảo trì nếu triển khai trên diện rộng. Chi phí sản xuất mỗi bộ thiết bị cảnh báo chướng ngại vật tự động tại đường ngang khoảng 120 triệu đồng.

Đề tài "Nghiên cứu, lắp đặt thử nghiệm hệ thống hỗ trợ cảnh báo sớm chướng ngại tại đường ngang lên đầu máy" đã được Hội đồng khoa học công nghệ của Tổng công ty Đường sắt Việt Nam đánh giá xuất sắc và đạt giải nhì Giải thưởng Sáng tạo đường sắt Việt Nam giai đoạn 2023-2025.

Ông Nguyễn Quốc Vượng, Phó tổng giám đốc Tổng công ty Đường sắt Việt Nam, đánh giá không chỉ góp phần nâng cao an toàn chạy tàu, hệ thống còn có thể giảm cường độ lao động tại các đường ngang có người gác. Đặc biệt, nếu được mở rộng áp dụng tại các lối đi tự mở có tần suất lưu thông lớn, nơi tiềm ẩn nguy cơ tai nạn cao, hiệu quả đảm bảo an toàn giao thông đường sắt được kỳ vọng sẽ rõ nét hơn.

Tổng công ty đánh giá đề án có tính khả thi cao, đang thử nghiệm áp dụng trên một số đường ngang. Đơn vị sẽ phân kỳ đầu tư, lắp đặt thiết bị này tại các đường ngang để cảnh báo an toàn chạy tàu đến năm 2030.