Ngày 30/12/2019, tuyến đường sắt cao tốc Bắc Kinh-Trương Gia Khẩu chính thức đi vào hoạt động. Đây là tuyến đường sắt cao tốc thông minh đầu tiên trên thế giới chạy với tốc độ 350 km/h và hệ thống lái tự động có người điều khiển.
Song song đó, việc ứng dụng lái xe thông minh trong giao thông đường bộ cũng đang phát triển nhanh chóng ở Trung Quốc. Theo ông Wang Shuiyin, phó chủ tịch Viện Nghiên cứu Đường cao tốc thuộc Bộ Giao thông vận tải Trung Quốc, tỷ lệ sử dụng xe ô tô chở khách có hệ thống lái thông minh ở nước này đã vượt quá 68%, và tổng chiều dài các tuyến đường thử nghiệm mở cho lái xe tự hành đã vượt quá 28.000 km.
Tuy nhiên, dù cả hai đều thuộc hệ thống lái xe thông minh, hệ thống đường sắt và đường bộ lại khác nhau về cơ bản về độ phức tạp và môi trường hoạt động.
Một sai lệch nhỏ cũng có thể dẫn đến thảm họa
Ông Wang Xiaoliang, phó chủ tịch kiêm kỹ sư trưởng của Công ty TNHH Hollysys Bắc Kinh thuộc Tập đoàn Hollysys, chia sẻ với trang CGTN: "Khoảng cách giữa tự động hóa ô tô và đường sắt là rất lớn."
"Một trong những thách thức cốt lõi là việc dừng chính xác," ông Wang nói. "Do sự biến đổi của môi trường, sai lệch thông số và yêu cầu truyền tải dữ liệu thời gian thực khổng lồ, việc đạt được điều này trong đường sắt cao tốc là vô cùng khó khăn."
Khác với các phương tiện giao thông đường bộ, tàu cao tốc hoạt động trong điều kiện được kiểm soát chặt chẽ ở tốc độ cực cao, nơi ngay cả những sai lệch nhỏ cũng có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng.
Ông Wang giải thích rằng tuyến đường sắt cao tốc Bắc Kinh-Trương Gia Khẩu được trang bị Hệ thống Điều khiển Tàu hỏa Trung Quốc cấp độ 3 (CTCS-3), cùng với ba Trung tâm Khối Vô tuyến (RBC) và nhiều hệ thống Bảo vệ Tàu tự động (ATP) do Hollysys cung cấp, cho phép vận hành chính xác và an toàn.
RBC và ATP là các thiết bị an toàn cốt lõi của hệ thống điều khiển tàu cao tốc , liên tục liên lạc với các thiết bị trên và ngoài tàu, cho phép trao đổi thông tin thời gian thực giữa tàu và mặt đất. Chúng hoạt động như một "hệ thần kinh trung ương" để vận hành tàu an toàn và phối hợp nhịp nhàng.
Đảm bảo đúng giờ nhưng vẫn phải an toàn
"Đằng sau sự đúng giờ của đường sắt cao tốc chính là hệ thống điều khiển tàu," ông He Chunming, phó chủ tịch của Hollysys Group, chia sẻ với CGTN.
Hệ thống này bao gồm cả thiết bị trên tàu và thiết bị đặt dưới mặt đất, chịu trách nhiệm quản lý khoảng cách và tốc độ của các đoàn tàu. Khi tốc độ tàu tăng lên, việc điều khiển bằng tay của người lái trở nên ngày càng khó khăn.
"Quãng đường phanh tỷ lệ thuận với tốc độ," ông He cho biết. "Khi một đoàn tàu cao tốc chạy ở tốc độ 350 km/h, quãng đường phanh cần phải khoảng 20 km."
Để đảm bảo an toàn, hệ thống phải liên tục tính toán tốc độ vận hành an toàn dựa trên thông tin từ phía trước đoàn tàu.
"Để xác định tốc độ an toàn, chúng ta cần thu thập tất cả dữ liệu trong phạm vi khoảng 20km phía trước. Hiện nay, dữ liệu từ phạm vi lên đến 32km phía trước đã có sẵn", ông He cho biết. "Chỉ với mức độ thông tin này, hệ thống mới có thể tính toán tốc độ an toàn cho từng đoạn đường."
Kiểm soát tốc độ không chỉ phụ thuộc vào quãng đường. Các điều kiện như độ dốc, đường cong và ngã rẽ đều sẽ có tác động.
"Ví dụ, độ dốc lên hoặc xuống sẽ có tác động khác nhau đáng kể đến gia tốc giảm," ông He nói, "và nếu một đoàn tàu đi vào khúc cua hoặc đường ray chuyển hướng với tốc độ quá cao, nó có thể trật bánh. Do đó, tất cả thông tin trong phạm vi 20 hoặc 30 km phía trước phải được tích hợp để tạo ra tốc độ an toàn thống nhất."
Hệ thống đường sắt cao tốc được xây dựng dựa trên các nguyên tắc an toàn rất nghiêm ngặt. Nếu liên lạc bị gián đoạn, tàu phải dừng lại. Khi mất liên lạc quá một khoảng thời gian nhất định, hệ thống sẽ loại bỏ tất cả dữ liệu và kích hoạt phanh khẩn cấp.
Mặc dù được tự động hóa cao, đường sắt cao tốc vẫn không loại bỏ hoàn toàn sự giám sát của con người.
Ông He cho biết: "Hệ thống lái tự động giúp giảm bớt khối lượng công việc của người lái, và khoảng 90% các thao tác có thể được tự động hóa, nhưng một số điểm quan trọng vẫn cần sự xác nhận của con người."
Việc phát triển các hệ thống như vậy là một quá trình dài. Một hệ thống điều khiển đường sắt cần từ 5 đến 8 năm từ giai đoạn phát triển đến khi được đưa vào vận hành.
Thoải mái hơn nhờ điều khiển tốc độ thông minh
Việc lái xe của con người có thể không ổn định, và việc tăng tốc và phanh thường xuyên làm giảm sự thoải mái và hiệu quả.
Các hệ thống thông minh tích hợp chiến lược của những người lái tàu giàu kinh nghiệm vào thuật toán điều khiển của chúng, tự động tạo ra các đường cong tốc độ tối ưu nhằm cân bằng giữa đúng giờ, sự thoải mái và hiệu quả năng lượng, giúp tàu vận hành êm ái và hiệu quả hơn.
Trong tương lai, việc đi lại có thể trở nên thuận tiện hơn nhờ sự phát triển của tích hợp bốn mạng lưới, cụ thể là các tuyến đường sắt chính, đường sắt liên tỉnh, đường sắt ngoại ô và hệ thống vận tải đường sắt đô thị.