(Nguồn: Moxa’s whitepaper)
Tóm tắt
Rào chắn tại các nút giao thông đường bộ giao nhau với đường sắt cao tốc dù đã sử dụng rộng rãi hệ thống cảnh báo tránh đường khi tàu tới nhưng vẫn tồn tại những mối quan ngại về sự an toàn khi qua lại. Tất cả những vụ va chạm tàu với các phương tiện có thể được phòng ngừa, khi hệ thống dữ liệu quá khứ và thời gian thực của các thiết bị đường sắt, thiết bị dọc tuyến, và thiết bị cảnh báo được trang bị để hỗ trợ cho các lái xe, người đi bộ, người lái tàu, và nhà chức trách địa phương nhằm giảm thiểu tai nạn trong tương lai và thực hiện phân tích nguyên nhân gốc rễ của các vụ va chạm. Vì thế, ngành giao thông vận tải và các chuyên gia an toàn đang tăng cường triển khai hệ thống thu thập dữ liệu, cùng với công nghệ video giám sát để cung cấp thông tin chính xác hơn, đầy đủ hơn để nút giao nhau đường bộ và đường sắt trở nên thông minh hơn và an toàn hơn.
Tổng quan
Nút giao đường ngang hiện đại (thuật ngữ người Mỹ gọi là rào chắn đường sắt) đã được sử dụng từ rất sớm với những nhân viên cầm cờ đỏ vẫy cùng với đèn báo hiệu cho người đi đường và các phương tiện tránh đường khi tàu đang tới. Ngày nay, vấn đề phòng ngừa tai nạn và bảo vệ tài sản vẫn là một vấn đề nhức nhối từ thế kỷ 19. Đối phó với những vấn đề này, các tuyến đường sắt ban đầu được thực hiện bằng tay dưới sự điều khiển của con người, thậm chí sử dụng cả cổng điện (hàng rào chắn) để ngăn đường bộ với đường ray. Mặc dù với các bảng chỉ dẫn đơn giản, rõ ràng có thể đủ để đảm bảo đối với các khu dân cư thưa thớt, nhưng tại các nút giao thông lớn như hiện nay, thường phải có hệ thống cảnh báo chủ động, gồm có rào tự động, đèn nhấp nháy, cảnh báo bằng chuông còi, khi tàu tới gần.
Đầu tiên, việc loại bỏ sự giao cắt đồng mức bằng cách xây dựng cầu vượt có thể là giải pháp đơn giản để giải quyết các vấn đề về an toàn, đặc biệt từ ngành giao thông vận tải và các chuyên gia an toàn đều đồng ý rằng việc làm cầu vượt sẽ làm cho giao thông được thông suốt và giảm được tai nạn giao. Tuy nhiên, việc phân lớp bằng cách sử dụng cầu vượt hay đường hầm chui đòi hỏi không chỉ yêu cầu cao về kỹ thuật, và chi phí đầu tư rất lớn mà còn mất nhiều thời gian để xây dựng. Nếu chỗ giao đồng mức được chứng minh đặc biệt nguy hiểm vượt qua mức cho phép, thì tất nhiên sẽ được đầu tư xây dựng giao nhau khác lớp. Mặt khác, chi phí kinh tế và xã hội cho việc mua bán bồi thường đất cho các hộ dân, doanh nghiệp liên quan có thể vượt quá lợi ích mang lại. Và hiện nay, nhiều quốc gia đã và đang nghiên cứu các cách thức "thông minh hơn" để cải thiện đường sắt hiện cóqua hệ thống cảnh báo bằng cách thực hiện các công nghệ truyền thông và điều khiển tiên tiến để ngăn ngừa tai nạn.
Làm thế nào để xây dựng nút giao đồng mức thông minh hơn
Tương tự như cách các bác sĩ dựa vào các dữ liệu y khoa và kết quả xét nghiệm để chẩn đoán bệnh cho nhân bệnh và kê đơn điều trị, các chuyên gia an toàn giao thông cần phải có cả hai thông tin quá khứ và thời gian thực về các thiết bị và điều kiện môi trường tại một nút giao đồng mức cụ thể để xác định nguyên nhân của vụ tai nạn trong quá khứ và ngăn ngừa tai nạn trong tương lai xảy ra. Trong trường hợp này, loại bỏ một ngã tư đường sắt sẽ tương tự thực hiện phẫu thuật mạo hiểm, mà chỉ được thực hiện sau khi phân tích kỹ càng chi phí-lợi ích cẩn thận. Tương tự như vậy, các chuyên gia giao thông cần phải có tất cả các dữ liệu có liên quan để tiến hành đánh giá khả thi kỹ lưỡng trước khi đầu tư. Cụ thể hơn, một nút giao đồng mức "thông minh" được thiết kế đểcung cấp dữ liệu chính xác để phòng ngừa tai nạn cũng như dữ liệu đầy đủ để phân tích trong trường hợp va chạm.
Hệ thống cảnh báo thông thường gồm : Nút giao đồng mức thông minh tại Anh:Đèn báo, rào chắn tự động, chuông còi Tích hợp hệ thống Camera CCTV giám sát
Dữ liệu chính xác để phòng ngừa tại nạn
Hệ thống cảnh báo cho nút giao đồng mức truyền thống hướng tới bảo vệ tài sản của ngành đường sắt hơn là cho người và phương tiện tham gia giao thông. Mặc dù việc bảo vệ và giám sát tình trạng của tài sản đường sắt vẫn là mục tiêu quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy và ngăn ngừa tai nạn tàu liên hoàn, nút giao đồng mức thông minh còn cung cấp thông tin chính xác theo thời gian thời thực cho người đi bộ, phương tiện giao thông, lái tàu và phòng điều khiển vận hành từ xa OCC (Operation control center). Sau đây cải tiến ba cách quan trọng cải thiện độ chính xác dữ liệu có thể làm cho nút giao đồng mức thông minh hơn và ngăn ngừa tai nạn hiệu quả hơn.
Tính năng nhận diện vật cản
Trong phạm vi hoạt động đường sắt, khu vực trống của đường giao cắt được chia sẻ cho các đoàn tàu, xe cộ, người đi đường, và thậm chí các vật hoang dại, và cả các vật do gió thổi tới. Mặc dù chúng ta luôn muốn tránh những vụ tai nạn tàu với các phương tiện giao thông khác cũng như người đi bộ, và cũng không cần thiết phải dừng tàu mỗi khi có một chú hươu băng qua đường. Hiện nay nút giao đồng mức thông minh sử dụng hệ thống camera giám sát mới nhất (CCTV), và công nghệ xử lý ảnh để kiểm tra các điều kiện đóng/mở rào chắn, xác định đối tượng bị mắc kẹt, giám sát chuyển động của các đối tượng theo thời gian thực. Đặc biệt, thiết bị mạng ghi hình video công nghiệp- được lắp đặt bên trong tủ đặt dọc bên hành lang đường ray sẽ xử lý các hình ảnh chất lượng cao được thu nhận từ các camera IP- giúp lái tàu và người vận hành xác định sự tồn tại cảu chướng ngại vật thông qua việc phát hiện đối tượng xâm nhập và dựng lại trong một khoảng thời gian nhất định ở khu vực trống của nút giao cắt.
Theo dõi trạng thái thiết bị theo thời gian thực
Các nút giao cắt đồng mức thông minh cũng cần theo dõi các thông số quan trọng và các điều kiện thay đổi nhất định cho các loại tài sản. Các hệ thống thu thập dữ liệu kết hợp với các bộ điều khiển RTU mới nhất giờ được sử dụng để cung cấp khả năng giám sát cho các thiết bị bố trí bên đường, thống kê hoạt động và các điều kiện môi trường. Các bộ RTU và thiết bị này được lắp trong tủ kích thước nhỏ bên đường, kết nối các bộ I/O, Ethernet, các sensors có giao diện nối tiếp (serial) của các giao cắt đồng mức tới một hẹ thống giám sát bên đường tích hợp. Đặc biệt, bằng cách gửi thông báo lỗi về sự bất thường của rào chắn, những hỏng hóc động cơ, đèn,… tại các nút giao cắt với đường sắt tới phòng điều khiển trung tâm OCC. Bộ điều khiển RTU tiên tiến hướng dẫn người vận hành đường sắt điều điều khiển tốc độ tàu chậm dần hoặc dừng hẳn lại trước khi tàu tới điểm giao cắt.
Biển cảnh báo điện tử
Ngoài việc cung cấp dữ liệu thời gian thực để cảnh báo cho người v điều hành và lái tàu về chướng ngại vật trên đường và những thiết bị bất thường, nút giao đồng mức thông minh cũng được triển khai bảng thông báo bằng đèn LED để hiển thị các thông tin quan trọng những tàu đang tới để người đi bộ, lái xe đưa ra quyết định ngay tại chỗ. Ví dụ, nếu một lái xe thiếu kiên nhẫn biết rằng một tàu cao tốc sẽ đến ngã tư trong chưa đầy 3 giây, anh ta hoặc cô ta có thể suy nghĩ hai lần trước khi cố gắng để "chạy" băng qua. Kết quả là, biển cảnh báo "thông minh" cũng nên cung cấp thông tin cập nhật trạng thái thời gian thực về một tàu đamg tới để giúp lái xe và người đi bộ trả lời các câu hỏi sau:
· Tàu đang đến nút giao đông mức trong bao lâu?
· Tàu từ hướng nào tới?
· Tốc độ của tàu là bao nhiêu?
· Tàu còn cách bao xa?
Đèn LED "Thông minh" thông báo trạng thái ở nút giao đông mức tại Hàn Quốc cung cấp tốc độ và thông tin khoảng cách theo thời gian thực của tàu đang tới gần.
Dữ liệu đầy đủ để phân tích tai nạn
Trong trường hợp không may xảy ra tai nạn, nút giao cắt đồng mức thông minh cũng nên cung cấp thêmthông tin quá khứ cho người vận hành đường sắt, các cơ quan thực thi pháp luật, và nhà chức trách địa phương để phân tích tai nạn và phòng ngừa trong tương lai. Điều này có nghĩa dữ liệu quan trọng về các điều kiện và sự hoạt động của các hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu của các nút giao cắt cần được ghi lại và lưu trữ ngay cả trước khi tai nạn xảy ra, nó giúp cho các nhà điều tra có thể xem xét và kiểm tra các yếu tố tạo nên sự va chạm.
Giám sát thiết bị 24/7
Để xác định xem một vụ tai nạn là do trục trặc kỹ thuật, nút giao cắt đồng mức thông minh cần triển khai hệ thống thu thập dữ liệu tiên tiến để theo dõi liên tục tình trạng của tài sản quan trọng và các thành phần hệ thống cảnh báo. Đặc biệt, các điều tra viên sẽ cần thông tin này để trả lời các câu hỏi sau đây và xác định nguyên nhân của vụ tai nạn.
· Rào chắn đóng trong bao lâu sau khi được kích hoạt?
· Đèn và chuông báo có làm việc không?· Tốc độ tàu là bao nhiêu?· Điều kiện môi trường có ảnh hưởng tới vụ tai nạn hay không? Ví dụ: nhiệt độ, tốc độ gió, hướng gió.
Ghi video liên tục
Bên cạnh việc xử lý hình ảnh chất lượng cao để xác đinh chướng ngại vật, camera CCTV được thiết kế để làm việc trong môi trường khắc nghiệt, ngoài trời được sử dụng cho nút giao cắt đồng mức cung cấp hình ảnh video 24/7. Ngoài ra, các bộ ghi hình video chất lượng cao hiện đại được lắp trong các tủ bên đường để lưu các hình ảnh video thu từ các camera để các điều tra viên có thể xem lại các sự kiện dẫn tới sự va chạm và xác định ra nguyên nhân.
Sơ đồ nút giao cắt đồng mức thông minh
Mặc dù nhiều nút giao cắt đường sắt ở các nước phát triển đã được trang bị hệ thống cảnh báo động (chẳng hạn như các rào chắn tự động, đèn nhấp nháy, và chuông cảnh báo), nút giao cắt đồng mức thông minh sử dụng công nghệ truyền thông mới nhất, công nghệ xử lý trong hệ thống giám sát để xử lý hình ảnh và dữ liệu thu thập được để làm cho các nút giao thông thậm chí còn an toàn hơn. Phần này sẽ thảo luận về những cách cụ thể hơn các điều khiển từ xa các thiết bị đầu cuối, camera IP và đầu ghi video mạng công nghiệp được sử dụng để tạo một nút giao đồng mức thông minh hơn an toàn hơn cung cấp dữ liệu quá khứ và thời gian thực để phân tích nguyên nhân tai nạn.
Thu thập dữ liệu thông minh
Trong các hệ thống nút giao cắt đồng mức thông minh ở trên, RTU kiểu module ioPAC 8500 điều khiển xa của Moxa được sử dụng để theo dõi tình trạng của tất cả các thiết bị cảnh báo hoạt động chủ động, bao gồm cả các đèn báo và chuông, rào chắn điện, cảm biến laser, và mạch dò vật gần. Bên cạnh kích thước nhỏ gọn của nó (phù hợp với không gian hạn chế trong tủ), ioPAC 8500 RTU điều khiển thiết kế kiểu module hỗ trợ nhiều I/O, bao gồm cả đầu vào số DI, đầu ra số DO, đầu vào tương tự, đầu đo nhiệt độ kiểu điện trở, cặp nhiệt, HSPA, và module serial để kết nối tất cả các thiết bị giao diện khác nhau, các cảm biến được sử dụng để giám sát các hệ thống cảnh báo chủ động. Thích hợp cho các ứng dụng đường sắt, các tính năng sau đây minh họa một số trong những lợi ích độc đáo của các bộ điều khiển RTU ioPAC 8500 cung cấp cho nút giao cắt đồng mức.
Phân tích dữ liệu chính xác mức mili giây (ms)
Đầu tiên, khi tàu đến thường đóng mạch theo dõi trong khoảng 30s trước khi tàu tới nút giao cắt. Việc này kích hoạt sự kiện vào/ra I/O, được hiểu là thời gian kích hoạt, và ngay lập tức hệ thống chuông còi kêu, đèn nhấp nháy báo hiệu tàu tới. Ngoài ra, các cảm biến chuyển động cũng được nối vào mạch dò để xác định tốc độ di chuyển của tàu. Khoảng 5-10 giây sau khi tín hiệu kích hoạt tới I/O, các rào chắn hạ xuống không cho phương tiện và người đi bộ qua lại. Kể từ khi ioPAC 8500 thêm nhãn thời gian mili giây cho mỗi sự kiện I/O khi được kích hoạt, bạn sẽ có thể xác định chính xác trình tự trong đó các sự kiện xảy ra, ngay cả khi 10 sự kiện I/O riêng biệt được kích hoạt và ghi lại bởi các module giao diện khác nhau trong một khoảng thời gian 10 mili giây.
Tốc độ lấy mẫu đầu vào tương tự cấp kHz cho việc thu thập dữ liệu chính xác
Thứ hai, các RUT ioPAC 8500 sử dụng một kiến trúc CPU ARM9 kép hỗ trợ tốc độ lấy mẫu với tần số cao 5 kHz cho mỗi kênh đầu vào tương tự, cho phép người vận hành đường sắt cần theo dõi tốc độ tình trạng của các thiết bị cảnh báo chủ động. Ví dụ, chuyển đầu vào tương tự dòng và áp nguồn cấp cho motor rào chắn với tần số cao hơn để tăng tốc và tính thời gian thực cho việc vận hành cũng như các điều kiện của rào chắn.
Đầu vào tương tự ghi trước dữ liệu ngăn ngừa mất dữ liệu
Cuối cùng, với chức năng ghi trước (prerecording) của RTU ioPAC 8500 cho phép bộ điều khiển RTU liên tục ghi dữ liệu đầu vào tương tự trước khi một sự kiện kích hoạt. Đối với nút giao cắt đồng mức, phải chờ cho đến khi mạch dò được kích hoạt để bắt đầu đưa dòng điện tới động cơ của rào chắn thì có thể dẫn tới việc mất dữ liệu quan trọng trong khoảng thời gian kích hoạt và khi việc ghi dữ liệu thực tế được bắt đầu.
Hệ thống giám sát thông minh hơn
Bên cạnh lợi ích của các bộ điều khiển RTU thích hợp cho các ứng dụng bên đường, nút giao cắt thông minh ở trên còn sử dụng camera IP VPort 36-1MP của Moxa để thu thập và mã hóa hình ảnh video theo thời gian thực của các vùng theo dõi, sau đó được chuyển tiếp tới bộ ghi hình video công nghiệp MxNVR-IA8 được lắp bên trong tủ bên đường. Mặc dù công nghệ xử lý hình ảnh bằng phần mềm IVA của MOXA làm cho giải pháp trên thông minh, các camera CCTV và bộ ghi dữ liệu qua mạng được triển khai cần được thiết kế chắn chắn theo các tiêu chuẩn công nghiệp.
Thiết kế chắc chắn
Kể từ khi camera CCTV và bộ ghi video qua mạng được lắp ngoài trời, chúng phải chắc chắn, đủ để chống chịu được môi trường và điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Cả VPort 36-1MP và MxNVR-IA8 có phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng từ -40 đến 75°C, mà không cần bộ sấy hoặc quạt làm mát. Ngoài ra, vỏ của VPort 36-1MP đạt chuẩn IP66 và chống nhiễu EMI/EMC Level 3 cho hiệu quả nhất quán trong điều kiện trời mưa, bụi bặm, hoặc môi trường EMI cao.
Sản phẩm được chứng nhận đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp
Các sản phẩm camera VPort 36-1MP cũng tuân theo các tiêu chuẩn EN 50121, EN 55022, UL/cUL Class 1 Division 2, ATEX Zone 2, và NEMA TS2 chứng nhận cho các thiết bị điện sử dụng trong ứng dụng đường sắt, đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy khi sốc, rung, xung nhiễu cao đột biến/EMI, môi trường cháy nổ.
Phân tích hình ảnh video thông minh
Tính năng nổi bật của camera là phân tích hình ảnh video thông minh IVA, đây là xu hướng của ứng dụng trong hệ thống video IP, giúp tăng phạm vi bảo vệ và hiệu quả của hệ thống giám sát bằng cách sử dụng các cảnh báo được kích hoạt, như sau:
· Camera Tamper: được kích hoạt khi ống kính máy ảnh bị chặn, chuyển hướng, mất nét, bị sơn phủ. (chống phá hoại camera).· Virtual Fence (hàng rào ảo): Một "tripwire" ảo trong khung camera sẽ kích hoạt báo động bất cứ khi nào phát hiện chuyển động ngang qua đường biên được cài đặt.· Vùng cảnh báo: Bất kỳ chuyển động được phát hiện bên trong khu vực thiết lập sẽ kích hoạt báo động.· Loại bỏ đối tượng: camera phát hiện bất cứ khi nào một đối tượng di chuyển khỏi khung hình, và sẽ kích hoạt một báo động sau một ngưỡng thời gian do người dùng cài đặt.· Đối tượng giám sát: Đường di chuyển các đối tượng trong khung hình camera và phát hiện hình ảnh bất thường.
Mặc dù các ảnh chụp màn hình IVA được lấy từ ứng dụng giám sát nhà ga đường sắt, những nguyên nhân tương tự cũng có thể được sử dụng để tự động phát hiện tại các giao cắt theo các kịch bản:
· Con người vào khu vực giao cắt bất cứ lúc nào· Bất kỳ vật thể chuyển động khác với đoàn tàu được xác định trên đường tàu
· Những vật bị bỏ rơi ở đường tàu
· Mảng kim loại lớn hoặc các vật hữu cơ trên đường ray, chẳng hạn như các bản ghi, xe đẩy mua sắm, hoặc một gắn máy
· Người băng qua đường ray xe lửa
Các bộ điều khiển RTU ioPAC 8500, camera IP VPort 36-1MP, và bộ ghi hình MxNVR-IA8 không phải là giải pháp duy nhất có thể được sử dụng để thực hiện nút giao cắt đồng mức thông minh, an toàn hơn. Mà trong thực tế, thậm chí có công nghệ mạnh hơn và các ứng dụng có thể được thực hiện tại giao cắt đồng mức. Ví dụ, khi thêm một camera IP VPort 56-2MP sẽ cung cấp cho các nhà khai thác đường sắt để tăng khả năng của phóng to (zoom) vào khu vực trên màn hình để kiểm tra hình ảnh chi tiết hơn. Hơn nữa, cả VPort 36-1MP và VPort 56-2MP có thể được chuyển đổi thành một hệ thống định vị trí IP với chức năng PT (point-tilt), bằng cách lắp thêm phụ kiện máy quay-quét VP-PT1201 PT tùy chọn. Dù giải pháp nào được triển khai, mục tiêu vẫn là làm cho nút giao cắt đồng mức thông minh hơn và an toàn hơn bằng cách triển khai các hệ thống thu thập dữ liệu tiên tiến và công nghệ giám sát CCTV mới.
Kết luận
Mặc dù các hệ thống cảnh báo chủ động điều khiển các rào chắn, đèn nháy báo, và các chuông cảnh báo được lắp phổ biến ở hiện trường các nút giao cắt có mật độ giao thông cao trên thế giới, nhưng các điểm giao cắt này vẫn tiếp tục xuất hiện các nguy hiểm ở cả đường sắt và đường bộ. Cùng lúc, và thực tế không thể di rời nút giao cắt để phân tách đường sắt và đường bộ để nâng cao độ an toàn vì lý do chi phí. Như ví dụ minh họa ở trên về nút giao cắt thông minh, lợi ích mới nhất khi thu thập dữ liệu và sử dụng hệ thống giám sát bằng hình ảnh video IP có thể trang bị cho các hệ thống cảnh báo chủ động là thông tin quá khứ và tính thời gian thực của sự kiện, điều này giúp cho các nút giao cắt trở nên thông minh và an toàn hơn.
Nói cách khác, thu thập dữ liệu thông minh hơn và các công nghệ giám sát bằng hình ảnh video IP là các chìa khóa để xây dựng nút giao cắt thông minh hiệu quả. Cụ thể hơn, các RTU nâng cao, như ioPAC 8500, có thể cung cấp các dữ liệu với nhãn thời gian cỡ mili giây (ms), tốc độ lấy mẫu của đầu vào tương tự (analog) cỡ kHz, các đầu vào tương tự (analog) được ghi trước để cải thiện về sự đầy đủ và chính xác của dữ liệu, và ngoài ra còn có thể kết nối tới các thiết bị cảnh báo chủ động được tích hợp trong hệ thống giám sát dọc tuyến đường. Các camera IP công nghiệp và các bộ ghi hình video mạng như Vport 36-1MP và MxNVR-IA được thiết kế chắc chắn, phù hợp với môi trường công nghiệp, cùng với các khả năng phân tích hình ảnh thông minh giúp cho các hệ thống giám sát thông minh hơn. Đồng thời cung cấp cho các điều hành viên đường sắt, các lái xe, và khách bộ hành các thông tin đúng đắn với thời gian thực, và các va chạm giữa tàu và ô tô có thể tránh được. Do đó, các nỗ lực để giảm các tai nạn có thể phòng tránh tại các nút giao cắt với đường sắt bằng việc phát triển các nút giao cắt thông minh, cung cấp dữ liệu quá khứ và tính thời gian thực của thiết bị đường sắt và thiết bị bên đường để ngăn ngừa và phân tích nguyên nhân gốc rễ tai nạn.
Thông tin về các sản phẩm RTU, tham khảo theo link:
Thông tin về các sản phẩm và giải pháp camera IP, tham khảo theo link:
Nguồn tài liệu
1. S.C. Mok & I. Savage, “Why Has Safety Improved at Rail-Highway Grade Crossings?" Risk Analysis, vol. 25, iss. 4, 867–881, Aug. 2005.
2. G. Cirovic & D. Pamucar, "Decision support model for prioritizing railway level crossings for safety improvements: Application of the adaptive neuro-fuzzy system," Expert Systems with Applications, Oct. 2012.
3. “Fast Track Integration for Wayside Condition Monitoring and Preventive Maintenance,” June 2013.
4. B.K. Cho & J.I. Jung, “A Study on Intelligent Railway Level Crossing System for Accident Prevention,” B.K. Cho & J.I. Jung, “A Study on Intelligent Railway Level Crossing System for Accident Prevention,” International Journal of Railway [sic], vol. 3, no. 3, pp. 106–112, Sept. 2010.
5. Réseau Ferré de France, “Level Crossings,” 2009.
OCC : Operation Control Center
IVA : Intelligent Video Analysis
CCTV : Closed-circuit Television
0 comments:
Post a Comment