Điều chỉnh thời gian đóng đường ngang có tín hiệu tự động lá giải pháp giảm ùn tắc giao thông đường bộ

Thời gian tàu tới đường ngang bao lâu tuỳ thuộc vào tốc độ do đó phải biết được tốc độ tức thời của tàu ngay từ lúc tàu chiếm dụng phân khu tới gần mới có thể điều chỉnh được thời gian đóng đường ngang. Độ chính xác của sự điều chỉnh này chỉ là tương đối vì tốc độ đo tính được là tại thời điểm bắt đầu báo tàu cách xa đường ngang khoảng 1 km. Sau khi tàu qua đường ngang, đang chạy trong phân khu tới gần, tốc độ của tàu thay đổi: có thể chạy chậm lại, có thể tăng tốc do đó thời gian được điều chỉnh cũng tuỳ thuộc vào sự đồng đều của tốc độ tàu chạy trong phân khu tới gần. Khi xét cần thiết có thể lập bảng biểu xác định được đường cong biểu thị sự phụ thuộc của thời gian đóng đường ngang vào sự thay đổi của tốc độ tàu chạy trong phân khu tới gần: T = F(V).
Chiều dài phân khu tớí gần khoảng 1 km, tàu hàng chạy trong phân khu tới gần thường tốc độ thấp, gây ra hiện tượng đóng đường ngang lâu quá 3 phút. Để giảm bớt tình trạng tồn tại nêu trên, đã có kiến nghị: trong công lệnh tốc độ ngoài tốc độ cho phép cao nhất còn quy định tốc độ thấp nhất cho phép tàu chạy trong khu gian có thiết bị tín hiệu cảnh báo tự động. ĐSVN chưa quy định tốc độ thấp nhất cho các đoàn tàu chạy trong khu đoạn có đường ngang phòng vệ bằng tín hiệu tự động.
Chỉ khi có quy định tốc độ cho phép cao nhất và thấp nhất đối với các tàu chạy qua đường ngang trang bị tín hiệu tự động mới có thể lập trình một cách gần đúng cho quá trình tự động điều chỉnh thời gian đóng đường ngang của hệ thống tín hiệu đường ngang cảnh báo tự động dùng bộ điều khiển vi xử lý. Bộ vi xử lý được lập trình không những chỉ để thông báo tàu sắp tới đường ngang mà còn đo tốc độ tức thời của tàu khi nó đi qua bộ cảm biến ở đầu phân khu tới gần đường ngang. Trên cơ sở đo được tốc độ của đoàn tàu khi sắp vào đường ngang, bộ vi xử lý tính toán thời gian làm trễ sự bắt đầu của bộ khởi động làm sáng các đèn đỏ nhấp nháy trên cột đèn báo hiệu đường bộ tại đường ngang. Đó là sự điều chỉnh thời gian đóng đường ngang một cách tự động.
Phân khu tới gần là đoạn đường phía trước đường ngang mà khi bị tàu chiếm dụng thì bắt đầu đóng tín hiệu đường ngang và khi được giải thoát thì mở tín hiệu đường ngang. Phân khu tới gần đường ngang cần phải có chiều dài sao cho từ khi tàu có tốc độ lớn nhất bắt đầu chiếm dụng phân khu đến khi nó tới đường ngang, các thiết bị tín hiệu đường ngang kịp thông báo và sau đó còn thời gian không nhỏ hơn thời gian tối thiểu cần báo trước phù hợp với từng loại thiết bị tín hiệu đường ngang theo quy định.
Trong tính toán chiều dài phân khu tới gần của các hệ thống tín hiệu tự động phòng vệ đường ngang truyền thống (dùng rơ le điều khiển), lấy tốc độ cao nhất cho phép tàu chạy trên khu đoạn tới gần nên thường báo sớm. Phần lớn các tín hiệu đường ngang tự động được thiết kế theo cách tính toán này.
Chiều dài phân khu tới gần đường ngang có cần chắn phụ thuộc vào tốc độ tàu chạy và chiều dài đường ngang. Đối với đường ngang có chiều dài nhỏ hơn 21,5 m, với tốc độ tính toán tối đa cho phép tàu chạy lần lượt là 60. 70, 80, 90, 100 km/h thì chiều dài phân khu tới gần là 770, 780, 890, 1000, 1110 m.
Khi dùng bộ điều khiển là thiết bị vi xử lý, trường hợp tàu vào khu đoạn tới gần mà chạy chậm hoặc đỗ trên khu đoạn này quá 3 phút, bộ PLC sẽ tự động điều khiển các cột báo hiệu đường bộ cắt đèn đỏ, tắt mạch chuông kêu và tự động chuyển sang đèn vàng sáng nháy; khi tàu chạy qua đường ngang bộ PLC điều khiển tắt đèn vàng và đưa thiết bị về trạng thái bình thường;
Mỗi khi hệ thống thiết bị có trở ngại hoặc do tàu chạy vào khu đoạn tới gần với tốc độ quá chậm thì được ghi nhận lại để báo cho đơn vị quản lý hoặc đưa thông tin cho thiết bị tự động giám sát từ xa; đèn vàng trên các cột báo hiệu đường bộ sáng trong các trường hợp sau: các bộ cảm biến bị hỏng; đường dây dẫn đến bộ cảm biến bị chập hoặc đứt dây.
Cảm biến địa chấn có thể dùng để đo tốc độ tức thời của tàu khi đi qua nó. Muốn đo tốc độ cũng phải bố trí hai cảm biến đặt cách nhau một đoạn nhất định (biết quãng đường: cách nhau 1 cầu ray) và đếm được thời gian đi qua quãng đường đó, dùng máy tính điện tử, tính được tốc độ tức thời của tàu khi qua các cảm ứng nhằm điều chỉnh thời gian đóng đường ngang do các tàu chạy qua đường ngang có tốc độ nhỏ hơn tốc độ tính toán, tránh gây ách tắc giao thông đường bộ.
Điều chỉnh thời gian đóng đường ngang tuỳ thuộc vào tốc độ thực tế của đoàn tàu chạy sắp tới đường ngang (vào phân khu tới gần) là ưu điểm hơn hẳn của hệ thống cảnh báo tự động dùng PLC hoặc máy tính nhúng điều khiển so sánh với loại dùng rơ le điều khiển.  Đáp ứng yêu cầu vừa nêu, đơn vị thiết kế đường ngang cảnh báo tự động phải thiết kế mở rộng phạm vi điều chỉnh thời gian đóng đường ngang trên cơ sở căn cứ vào tốc độ tức thời đo được khi tàu chạy vào phân khu tới gần ngay trong phần lập trình của bộ điều khiển.
Hệ thống CBTĐ dùng máy tính nhúng hoặc phần mềm dùng PLC có thể điều chỉnh thời gian đóng đường ngang; có thể xây dựng hệ thống giám sát từ xa: từ phòng trực của ga có thể quan sát, theo dõi hoạt động của hệ thống CBTĐ. Với các yêu cầu ngày càng cao như vậy, nhiều đơn vị đã tham gia chế tạo thiết bị, lập trình, chọn phần mềm tương thích nhằm xác định được khoảng thời gian đóng đường ngang cần điều chỉnh là bao lâu cho phù hợp với các tàu công trình, tàu hàng chạy rất chậm.
Biết được tốc độ trung bình của đoàn tàu trong khu đoạn tới gần, lại biết được khoảng thời gian tàu chạy qua các sensor có thể tính được gần đúng chiều dài đoàn tàu và do đó có được thêm một cách kiểm tra sự thanh thoát của phân khu tới gần qua việc kiểm tra chiều dài đoàn tàu vào và chiều dài đoàn tàu ra khỏi phân khu tới gần.
Điều chỉnh thời gian đóng đường ngang nhằm mục đích góp phần đảm bảo an toàn chạy tàu và nâng cao năng lực thông qua.
Sử dụng các thiết bị đường ngang tự động nhất là trong khu vực đô thị cho phép rút ngắn thời gian đóng chắn an toàn khi có tàu từ ít nhất 3 phút xuống dưới 1 phút nhờ đó mà:
- Giảm nhỏ được tổn thất kinh tế do ách tắc giao thông trên đường ngang. Ước tính chỉ riêng các đường ngang ở các thành phố có đường sắt Bắc Nam chạy qua đã có thể tiết kiệm được hàng chục tỷ đồng mỗi năm;
- Gián tiếp góp phần rút ngắn thời gian chạy tàu nhờ khả năng nâng cao tốc độ các đoàn tàu qua đường ngang có thiết bị phòng vệ tự động;
- Nhờ rút ngắn thời gian ách tắc trên đường ngang, kỉ luật trật tự an toàn giao thông trên các giao cắt đồng mức giữa đường sắt và đường bộ được nâng lên.
Nói cách khác: xây dựng các thiết bị tín hiệu tự động phòng vệ đường ngang là:
- Xây dựng hệ thống phòng vệ đảm bảo làm việc tin cậy, an toàn để ngăn ngừa tai nạn trên giao cắt đồng mức;
- Rút ngắn đến tối đa thời gian đóng đường ngang trong điều kiện an toàn giao thông trên giao cắt để giảm bớt tổn thất do ách tắc giao thông đường bộ.
Năm 1995 Tổ chức tư vấn Nhật Bản đã khảo sát đường ngang Trường Chinh (phía nam, cách ga Hà Nội gần 3 km), tính được tổn thất kinh tế do ách tắc giao thông đường bộ do đóng chắn thủ công (3 phút), chuyển sang đóng chắn tự động (50 giây) thì chỉ cần 3 năm sau đã tiết kiệm được 907 triệu đồng, chuộc được vốn nếu đầu tư  xây dựng cần chắn tự động tại đó.
Dùng vi xử lý hoặc máy tính nhúng tại các tủ điều khiển hoạt động tự động của hệ thống cảnh báo tự động tại đường ngang đã lập trình giải ba bài toán sau đây: xác định hướng chạy tàu; đo tốc độ tức thời, kiểm tra sự thanh thoát của khu đoạn tới gần bằng phương pháp đếm trục hoặc chiều dài đoàn tàu.
Vừa qua ĐSVN đã dần dần hoàn thiện và triển khai xây dựng thêm nhiều hệ thống thiết bị tín hiệu cảnh báo tự động để phòng vệ đường ngang. Điều đó phù hợp với khuyến cáo từ bài học kinh nghiệm của đường sắt Liên Xô trước đây coi cảnh báo tự động là hệ thống cơ bản.
Xét về mặt kinh tế thì hệ thống thiết bị cảnh báo tự động mang lại hiệu quả hơn so với các loại hình thiết bị khác như cần chắn nửa đường tự động hoặc cần chắn chắn hết cả phần đường xe chạy vì nó có thời gian thông báo tàu sắp tới đường ngang ngắn hơn (thời gian đóng đường ngang ít hơn), đỡ ùn tắc giao thông đường bộ hơn. Chiều dài phân khu tới gần phụ thuộc vào tốc độ tàu chạy trên khu đoạn có đường ngang và chiều dài đường ngang. Chiều dài đường ngang trong tín hiệu đường ngang đèn màu, cần chắn nửa đường tự động là khoảng cách giữa các tín hiệu đường ngang đèn màu hoặc giữa các cần chắn nửa đường nằm ở 2 phía đường ngang.
Trong hệ thống cần chắn tự động hoặc cơ khí chắn toàn bộ mặt đường phần xe chạy, thời gian thông báo tàu tới gần đường ngang ngoài 2 yếu tố cấu thành: thời gian cần thiết cho xe ô tô qua khỏi đường ngang và thời gian dự trữ còn có thêm yếu tố thời gian cần thiết đề đóng cần chắn. Chiều dài đường ngang trong trường hợp trang bị cần chắn tự động chắn cả mặt đường thường lớn hơn khi dùng cần chắn nửa đường bởi lẽ chắn đặt cách mép ray ngoài cùng 8, 5 m 6m quy định cho chắn nửa đường.
Về mặt an toàn chạy tàu thì mức độ đảm bảo an toàn là gần như nhau đối với đường ngang có tổ chức phòng vệ  trang bị cần chắn tự động hoặc tín hiệu cảnh báo tự động.
Gần nửa thế kỉ trước đây, ĐS Liên Xô đã khuyến cáo sử dụng hệ thống tín hiệu đường ngang đèn màu tự động làm hệ thống cơ bản vì kinh phí đầu tư thấp và thời gian thông báo tàu tới gần đường ngang của nó nhỏ hơn ở hệ cần chắn tự động hoặc không tự động.
Dù có được điều chỉnh nhưng thời gian đóng đường ngang quy định trong Điều lệ đường ngang hiện hành là quá lâu (60 giây theo Điều 24 ĐLĐN: so với đường sắt Ấn Độ thời gian này là 28 giây, đường sắt Nga là 30 giây…)  thì trong các giờ cao điểm, đóng đường ngang trong thành phố, trong đô thị việc gây ra ùn tắc giao thông đường bộ (đường phố) là điều không thể tránh khỏi.
Người tham gia giao thông đường bộ, càng phải chờ đợi lâu, càng có cơ hội để họ vi phạm quy tắc giao thông, càng dễ dẫn đến tai nạn trên đường ngang.
Trong lúc chưa làm được các giao cắt lập thể, chưa có cầu vượt, đường ngầm  hoặc đường sắt trên cao thì nên cho nghiên cứu ứng dụng phương pháp thiết kế tự động điều chỉnh thời gian đóng đường ngang cho các hệ thống tín hiệu cảnh báo tự động và sửa Điều 24 và Điều 36 Điều lệ đường ngang năm 2006, giảm bớt thời gian đóng đường ngang để giảm bớt ùn tắc giao thông đường bộ trong thành phố.

KS. Dương Đình Thi