Ngày 30/12/2019, tuyến đường sắt cao tốc Bắc Kinh - Trương Gia Khẩu chính thức đi vào hoạt động, trở thành tuyến đường sắt cao tốc thông minh đầu tiên trên thế giới vận hành ở tốc độ 350 km/h với chế độ lái tự động có giám sát của con người.

Song song với lĩnh vực đường sắt, công nghệ lái xe thông minh trên đường bộ tại Trung Quốc cũng đang phát triển nhanh chóng. Theo ông Wang Shuiyin, Phó Viện trưởng Viện Nghiên cứu Đường bộ thuộc Bộ Giao thông Vận tải Trung Quốc, tỷ lệ thâm nhập của xe chở khách ứng dụng công nghệ lái thông minh đã vượt 68%, trong khi tổng chiều dài các tuyến đường thử nghiệm xe tự lái đã vượt 28.000 km.

Tuy nhiên, dù cùng thuộc lĩnh vực “lái xe thông minh”, hệ thống đường sắt và đường bộ có sự khác biệt lớn về mức độ phức tạp và môi trường vận hành.

Ông Wang Xiaoliang, Phó Chủ tịch kiêm Kỹ sư trưởng Công ty Hollysys Bắc Kinh, cho biết khoảng cách giữa tự động hóa trong ngành ô tô và đường sắt là rất đáng kể.

“Một trong những thách thức cốt lõi là dừng tàu chính xác. Do sự thay đổi môi trường, sai số tham số và lượng dữ liệu truyền theo thời gian thực rất lớn, việc đạt được điều này trên đường sắt cao tốc là cực kỳ khó”, ông nói. 

Không giống phương tiện đường bộ, tàu cao tốc vận hành ở tốc độ rất lớn trong điều kiện kiểm soát chặt chẽ, nơi những sai lệch nhỏ cũng có thể dẫn đến hậu quả lớn.

Ông Wang cho biết tuyến đường sắt Bắc Kinh - Trương Gia Khẩu được trang bị Hệ thống điều khiển tàu Trung Quốc cấp 3 (CTCS-3), cùng với 3 trung tâm điều khiển vô tuyến (RBC) và nhiều hệ thống bảo vệ tàu tự động (ATP) do Hollysys cung cấp, giúp đảm bảo vận hành chính xác và an toàn.

RBC và ATP là các thiết bị cốt lõi của hệ thống điều khiển tàu cao tốc, liên tục trao đổi dữ liệu giữa tàu và mặt đất, tạo ra luồng thông tin thời gian thực như “hệ thần kinh trung ương” của toàn bộ hệ thống vận hành.

Ông He Chunming, Phó Chủ tịch Hollysys Group, nhấn mạnh: “Đằng sau sự đúng giờ của đường sắt cao tốc chính là hệ thống điều khiển tàu”.

Hệ thống này gồm thiết bị trên tàu và dưới mặt đất, có nhiệm vụ kiểm soát khoảng cách và tốc độ giữa các đoàn tàu. Khi tốc độ tăng cao, việc điều khiển thủ công trở nên ngày càng khó khăn.

“Quãng đường phanh liên quan trực tiếp đến tốc độ. Khi tàu chạy ở tốc độ 350 km/h, quãng đường phanh có thể lên tới khoảng 20 km”, ông nói.

Để đảm bảo an toàn, hệ thống phải liên tục tính toán tốc độ vận hành an toàn dựa trên dữ liệu phía trước tàu ở khoảng cách rất xa.

“Để xác định tốc độ an toàn, chúng tôi cần dữ liệu trong phạm vi khoảng 20 km phía trước. Hiện nay, hệ thống đã có thể thu thập dữ liệu tới 32 km phía trước. Chỉ với mức thông tin này, hệ thống mới có thể tính toán tốc độ an toàn cho từng đoạn đường”, ông cho biết.

Việc kiểm soát tốc độ không chỉ phụ thuộc vào khoảng cách mà còn bị ảnh hưởng bởi địa hình như độ dốc, đường cong và ghi đường ray.

“Ví dụ, tàu lên dốc hoặc xuống dốc sẽ có tác động rất khác đến khả năng giảm tốc. Nếu tàu vào cua hoặc ghi đường với tốc độ quá cao, nguy cơ trật ray là có thể xảy ra”, ông nói. 

Do đó, toàn bộ dữ liệu trong phạm vi 20-30 km phía trước phải được tích hợp để tạo ra tốc độ vận hành an toàn thống nhất. Các hệ thống đường sắt cao tốc được xây dựng trên nguyên tắc an toàn nghiêm ngặt. Ông cho biết nếu mất kết nối thông tin, tàu bắt buộc phải dừng lại, theo nguyên tắc “an toàn tuyệt đối”.

Trong thiết kế tín hiệu đường sắt, mọi lỗi hệ thống đều phải dẫn đến trạng thái an toàn. Nếu mất liên lạc trong một khoảng thời gian nhất định, hệ thống sẽ xóa dữ liệu và kích hoạt phanh khẩn cấp.

Dù mức độ tự động hóa cao, đường sắt cao tốc vẫn không loại bỏ hoàn toàn vai trò con người. “Hệ thống lái tự động giúp giảm tải công việc cho lái tàu, khoảng 90% thao tác có thể tự động hóa, nhưng vẫn có những điểm quan trọng cần xác nhận thủ công”, ông nói.

Việc phát triển các hệ thống này là một quá trình dài, thường mất từ 5 đến 8 năm từ nghiên cứu đến triển khai. Ông cho biết con người có thể vận hành không đồng nhất, còn hệ thống tự động giúp tối ưu hóa tốc độ, giảm phanh/ga không cần thiết, từ đó cải thiện độ êm và hiệu quả năng lượng.

Trong tương lai, giao thông có thể trở nên liền mạch hơn nhờ xu hướng “tích hợp bốn mạng lưới”, bao gồm đường sắt trục chính, đường sắt liên tỉnh, đường sắt đô thị và hệ thống metro.

Theo ông, công nghệ này vẫn đang trong quá trình phát triển. Hollysys Group hiện đã triển khai hệ thống điều khiển tàu trên hơn 80 tuyến đường sắt chính tại Trung Quốc, với tổng chiều dài hơn 16.000 km, và đang tiếp tục mở rộng nền tảng công nghệ để hiện thực hóa tầm nhìn này.