Điều độ tập trung CTC và COMTRAC: Shinkansen được điều hành từ một phòng

Điều độ tập trung (CTC, Centralized Traffic Control) là cách điều khiển ghi và tín hiệu của cả một tuyến dài từ một phòng điều hành duy nhất, thay vì để từng ga tự thao tác. Shinkansen của Nhật dùng điều độ tập trung ngay từ ngày khai trương năm 1964, và từ năm 1972 bổ sung hệ thống máy tính hỗ trợ điều độ COMTRAC. Nhờ vậy, vài chục người trong một phòng ở Tokyo có thể điều hành hàng trăm chuyến tàu cao tốc mỗi ngày mà độ trễ trung bình mỗi chuyến, theo số liệu JR Central công bố nhiều năm, thường chưa tới một phút.

Từ ga tự quản đến điều độ tập trung

Trong mô hình cổ điển, mỗi ga có trực ban và trạm gác riêng. Điều độ ra lệnh qua điện thoại, ga thực hiện bằng cần gạt tại chỗ, rồi báo lại. Mỗi lệnh đi qua ít nhất hai người, mất thời gian và có thể bị hiểu sai. Với tuyến ít tàu thì ổn, nhưng khi tàu đông, mỗi phút chậm trễ trong truyền lệnh đều tích luỹ.

Điều độ tập trung rút ngắn chuỗi đó. Người điều độ không chỉ ra lệnh, mà trực tiếp bẻ ghi và mở tín hiệu ở các ga từ xa, qua đường truyền tín hiệu điện. Trên bảng điều khiển, họ nhìn thấy vị trí từng đoàn tàu nhờ mạch điện đường ray báo về. Ga không còn cần trực ban chạy tàu thường xuyên; nhiều ga nhỏ trở thành ga không người.

CTC đầu tiên ở Mỹ

Hệ thống điều độ tập trung đầu tiên được đưa vào sử dụng năm 1927 trên tuyến New York Central, ở đoạn giữa Stanley và Berwick, bang Ohio, dài khoảng 40 dặm (hơn 60 km), do công ty General Railway Signal cung cấp. Kết quả cho thấy một đường đơn có CTC có thể chạy được lượng tàu gần bằng đường đôi không có CTC, vì người điều độ sắp xếp chỗ tránh nhanh và chính xác hơn nhiều. Ở Bắc Mỹ, đây trở thành giải pháp phổ biến để tăng năng lực mà không phải xây thêm đường ray.

Shinkansen 1964: tuyến được thiết kế cho điều độ tập trung

Tuyến Tōkaidō Shinkansen nối Tokyo và Shin-Ōsaka khai trương ngày 1 tháng 10 năm 1964. Đây là tuyến đường sắt cao tốc đầu tiên trên thế giới, với tàu chạy tới 210 km/h khi đó. Ở tốc độ ấy, lái tàu không thể đọc tín hiệu bên đường một cách an toàn. Vì vậy Shinkansen được thiết kế ngay từ đầu với hai thành phần cốt lõi:

• Hệ thống điều khiển tàu tự động (ATC): tốc độ cho phép được truyền qua đường ray và hiển thị ngay trong buồng lái. Nếu tàu chạy vượt mức, hệ thống tự hãm. Trên tuyến không có tín hiệu đèn dọc đường như đường sắt thông thường.
• Điều độ tập trung: toàn bộ ghi và lộ trình của tuyến được điều khiển từ trung tâm điều hành ở Tokyo.

Thiết kế này khác hẳn đường sắt thông thường ở Nhật thời đó, nơi mỗi ga vẫn tự điều khiển. Shinkansen được xây như một hệ thống khép kín, không có đường ngang, tàu không chạy chung đường với tàu hàng hay tàu chậm, nên mọi yếu tố đều có thể kiểm soát từ trung tâm.

COMTRAC: máy tính vào phòng điều độ

Năm 1972, khi tuyến Sanyō Shinkansen nối dài từ Shin-Ōsaka đến Okayama, lượng tàu và độ phức tạp của lịch chạy tăng lên rõ rệt. Đường sắt quốc gia Nhật (JNR) đưa vào sử dụng COMTRAC (Computer-aided Traffic Control), một trong những hệ thống điều độ bằng máy tính sớm nhất trên thế giới ở quy mô lớn như vậy.

COMTRAC làm ba việc chính:

1. Tự động lập lộ trình: theo biểu đồ chạy tàu đã lưu, máy tự đặt ghi và tín hiệu cho từng tàu khi tới lúc, người điều độ không phải bấm từng lệnh.
2. Theo dõi và hiển thị: vị trí thực của mọi đoàn tàu được cập nhật liên tục, so sánh với biểu đồ kế hoạch.
3. Hỗ trợ khi có trễ: khi một tàu trễ, hệ thống giúp người điều độ tính lại thứ tự và đề xuất điều chỉnh.

Ý tưởng quan trọng là chia việc: máy làm phần lặp lại và chính xác, người làm phần cần phán đoán. Khi mọi thứ bình thường, phần lớn lộ trình được lập tự động. Khi có sự cố, quyền quyết định quay về người điều độ. Các hệ thống kế nhiệm ở Nhật, như COSMOS trên các tuyến Shinkansen của JR East, tiếp tục phát triển theo hướng đó.

Bên trong phòng điều hành Shinkansen

Phòng điều hành Shinkansen thường được mô tả với một bảng hiển thị lớn chạy dọc tường, thể hiện toàn tuyến và vị trí các đoàn tàu, cùng nhiều bàn làm việc chia theo chức năng. Ngoài điều độ chạy tàu, còn có những bộ phận khác cùng ngồi một chỗ, vì một quyết định chạy tàu thường kéo theo nhiều bộ phận khác:

Ban đêm, khi tàu ngừng chạy, phòng điều hành chuyển sang trông coi các đội bảo dưỡng làm việc trên đường. Đây là lúc đường ray, đường dây điện và thiết bị được kiểm tra, sửa chữa trong khung giờ hẹp, và điều độ phải bảo đảm không có đoàn tàu nào đi vào đoạn đang thi công.

Động đất, mưa và gió: điều độ trong một đất nước nhiều thiên tai

Nhật Bản có nhiều động đất, bão và mưa lớn. Phòng điều hành Shinkansen gắn liền với mạng lưới cảm biến thời tiết và địa chấn dọc tuyến. Khi máy đo gió vượt ngưỡng, tốc độ cho phép trên đoạn đó được hạ tự động hoặc tàu bị dừng. Khi hệ thống phát hiện sóng địa chấn ban đầu của một trận động đất, nó có thể cắt điện và kích hoạt hãm cho các tàu trong vùng ảnh hưởng trước khi sóng mạnh tới.

Ở đây, người điều độ không chỉ xếp lịch chạy. Họ quyết định khi nào dừng toàn tuyến, khi nào cho chạy lại sau khi đường được kiểm tra, và sắp xếp lại hàng trăm chuyến tàu bị ảnh hưởng. Sau một trận động đất mạnh, quá trình đưa tuyến trở lại bình thường có thể kéo dài nhiều giờ, với từng đoạn được kiểm tra trước khi tàu chạy qua.

Góc nhìn hôm nay: xem và học từ điều độ tập trung

Điều độ tập trung giờ là chuẩn mực trên hầu hết các tuyến đường sắt hiện đại và mọi hệ thống metro. Tuyến metro Bến Thành – Suối Tiên ở TP.HCM hay tuyến Cát Linh – Hà Đông ở Hà Nội đều có trung tâm điều khiển vận hành riêng, nơi điều độ theo dõi mọi đoàn tàu trên tuyến.

Người muốn tìm hiểu có thể ghé Bảo tàng Đường sắt Kyoto, nơi trưng bày tàu Shinkansen thế hệ đầu và thông tin về hệ thống vận hành, hoặc Bảo tàng Đường sắt ở Saitama với nhiều trưng bày về thiết bị điều khiển. Điều đáng mang về: hệ thống tốt nhất không thay con người bằng máy, mà để máy làm việc lặp đi lặp lại và để con người tập trung vào những quyết định khó.