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

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

Phương thức

Khái niệm

Đặc điểm

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

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.

Vùng từ trường ngược chiều

Cuộn cảm
truyền

Cuộn cảm thu

Cuộn cảm
truyền

Cuộn cảm thu

Cảm biến đếm trục

Bộ đếm trục

Số lượng trục bánh tàu
đi vào

Số lượng trục bánh tàu
đi ra

Bộ phát hiện
đoàn tàu

Bộ 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.
 Ưu điểm:
• 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.
 Nhược điểm:
• 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
Anten Vô tuyến chuyên dụng

Bộ xử lý

Bộ xử lý

Tốc kế
Anten thu phát trên
tàu

Hệ thống phát
hiện đoàn tàu đặt
dưới mặt đất

Bộ thu-phát tín hiệu
để điều chính
khoảng cách


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).

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

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

Kiểm tra chuẩn khoảng
cách

So sánh và kiểm tra các
phần bổ sung khác

Bộ nhận B

Kiểm tra chéo

Hiệu chỉnh (bù trừ) các lỗi
dữ liệu bị loại trừ không sử
dụng được

Tính toán vị trí

Sự tương
thích bản
đồ 3D

Kiểm tra chéo

Tự định vị

Dữ liệu về tốc độ và vị trí

Bộ cảm biến gia tốc
Bộ cảm biến vận tốc
góc

Source: RTRI Report

16


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
Dòng sức kéo một
chiều
Tới Ga

Bộ thu tần số
âm thanh (AF)
(Rx)

Dòng AF

Bộ truyền tần số
âm thanh (AF)
(Tx)

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


Nguyên lý của Mạch điện đường ray 2
Phát hiện khóa khu đoạn

Mối nối
ray(IRJ)

cách

điện

×

Mốc xung đột

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


•
•
•

Ưu điểm:
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
Nhược điểm:
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

truyền

Cảm ứng điện từ

Sóng vô tuyến

Khoảng cách
truyền

150mm
Khoảng cách giữa đỉnh ray và
ăngten trên tàu

3km
Khoảng cách giữa các
trạm vô tuyến

Tần số

5kHz~30kHz

400MHz

Nguồn điện
truyền dẫn

3W

Phương thức
điều biến

FSK

QPSK

Tần số chuẩn

Không yêu cầu

Có yêu cầu

Độ ổn định
truyền dẫn

Tuyệt vời

Tốt


Sự so sánh của hệ thống đóng đường
VM

Hệ thống đóng đường cố định
VY
V0

VY

VF

VY

X

０

ATP thông thường
VF

Hệ thống đóng đường
cận di động

V2
V1
V0

VM

V5

V4

V3

V2

V1

０

X

ATP hiện đại
Hệ thống đóng đường di
động
Hệ thống đóng đường động không phụ thuộc
vào chiều dài đóng đường
V0

CBTC


Sự đánh giá của 4 loại phát hiện đoàn tàu
Mục

Hệ số

Tự phát hiện tàu
(CBTC)

Thiết bị định vị
vệ tinh -GPS
(CBTC)

Bộ đếm trục

Mạch điện
đường ray

Tính liên tục

3

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

2→10

1→5

3→15

4→20

Giãn cách

5

4→20

4→20

2→10

3→15

Nhiễu sóng

3

1→3

1→3

3→9

3→9

Chi phí

5

4→20

4→20

3→15

2→10

62

57

60

78

Đánh giá tổng
hợp


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
• Biểu đồ tốc độ của đoàn tàu được tính toán

• Tốc độ đoàn tàu được quy định giới hạn bởi biểu đồ chạy tàu.
Trạm vô tuyến
dưới đường

Biểu đồ tốc độ
Dữ liệu về vị trí
tàu A
Dữ liệu về vị trí
tàu B
Tàu A

Bộ thu-phát để điều chỉnh vị trí

Tàu B


Đặc tính vô tuyến của ATACS

Trạm vô
tuyến A `
Vùng phục vụ
Sấp xỉ 3km

Trạm vô
tuyến B
Vùng phục vụ
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

Trạm vô
tuyến C
Vùng phục vụ
Sấp xỉ 3km

Trạm vô
tuyến D
Vùng phục vụ
Sấp xỉ 3km

• 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


Tính toán biểu đồ tốc độ

Thông tin từ trạm vô tuyến mặt đất
　
Vị trí của đoàn tàu
Tốc độ hạn chế tức thời (từ XX km tới
YY Km

Cơ sở dữ liệu
Tốc độ tối đa trên toàn tuyến
Độ dốc trên toàn tuyến
Đường cong trên toàn tuyến
Tốc độ hạn chế ở các điểm
Ghi

Tính toán vị trí
đoàn tàu
Tốc độ tối đa

Độ dốc

Đường cong

Sơ đồ kiểm tra tốc
độ trong 100ms

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

TRS

Tốc độ tối đa