Tài liệu HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH VÀ TRUNG TÂM VẬN HÀNH LIÊN HẦM ĐƯỜNG BỘ Ở VIỆT NAM

b.3. Nâng cao ATGT cho hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông Việt Nam (bất cập và giải pháp) HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH VÀ TRUNG TÂM VẬN HÀNH LIÊN HẦM ĐƯỜNG BỘ Ở VIỆT NAM TS. Trần Thu Hằng – Khoa Công trình, Trường ĐH Giao thông Vận tải Nội dung tóm tắt: Trong những năm gần đây mạng lưới giao thông đường bộ tại Việt Nam đã và đang phát triển một cách nhanh chóng. Đến nay, cả nước đã có hơn 292.000km đường bộ với 13 hầm (và các hầm chui cơ giới trong đô thị) với khoảng 800km đường cao tốc. Công tác vận hành – khai thác hầm đường bộ có các đặc thù riêng biệt so với các công trình khác trên tuyến. Trên cơ sở hệ thống giao thông thông minh (ITS) được lắp đặt trong hầm, ý tưởng về trung tâm điều hành giao thông liên hầm đường bộ đã được đề xuất và thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới. Tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ thông tin trong giao thông vận tải để xây dựng mạng lưới giao thông thông minh của một đô thị hoặc khu vực đang là một vấn đề được quan tâm đặc biệt. Bài báo này trình bày về giải pháp xây dựng trung tâm điều hành giao thông liên hầm đường bộ như một giải pháp để nâng cao an toàn giao thông trong các hầm, góp phần đảm bảo an toàn giao thông trên tuyến, trong khu vực. Từ khóa: hầm, ITS, SCADA, TMC, OCC, vận hành liên hầm 1 b.3. Nâng cao ATGT cho hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông Việt Nam (bất cập và giải pháp) HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH VÀ TRUNG TÂM VẬN HÀNH LIÊN HẦM ĐƯỜNG BỘ Ở VIỆT NAM TS. Trần Thu Hằng – Khoa Công trình, Trường ĐH Giao thông Vận tải Nội dung đầy đủ: 1. Mở đầu “Hệ thống giao thông thông minh” (Intelligent Transportation Systems ITS) là công nghệ ứng dụng các mạng máy tính và thông tin hiện đại vào lĩnh vực quản lý, điều hành giao thông nhằm hướng đến mục tiêu đảm bảo giao thông an toàn - nhanh chóng - thuận tiện hơn. Ngày nay, ITS đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới, góp phần tích cực vào cơ sở hạ tầng giao thông vận tải hiện đại phù hợp với cuộc cách mạng tự động hóa và tin học hóa. Khi việc sử dụng internet / wifi đã là một thói quen hàng ngày của hầu hết người, không thể không nhắc tới xu hướng internet kết nối vạn vật (internet of things) thì ITS giúp cho người tham gia giao thông chủ động hơn, có thêm thông tin để lựa chọn được hành trình lưu thông phù hợp hơn. Xin nêu ra một số cách thức mà ITS “thông minh hóa” mạng lưới giao thông đường bộ: - Hệ thống thu thập thông tin, hình ảnh về quá trình lưu thông của mọi phương tiện trên các tuyến đường được thu thập và theo dõi tại trung tâm điều hành giao thông nhằm đảm bảo sự can thiệp kịp thời của các lực lượng chức năng (cảnh sát giao thông, tuần đường, phòng cháy chữa cháy, cứu nạn cứu hộ, …); - Hệ thống điều hành các trang thiết bị phục vụ hoạt động vận hành – bảo dưỡng của tuyến đường và các công trình trên tuyến căn cứ vào các điều kiện thực nhằm đảm bảo điều kiện khai thác tối ưu của mạng lưới; - Các dải sóng ngắn AM / FM cung cấp thông tin trực tiếp 24/24h về tình trạng lưu thông trên các tuyến đường để các lái xe chủ động lựa chọn hành trình an toàn, phù hợp; - Hệ thống tiếp nhận và xử lý thông tin cảnh báo khẩn cấp về các tình trạng bất thường do lái xe cung cấp; 2 - Mạng lưới đèn tín hiệu giao thông có điều chỉnh căn cứ trên lưu lượng người tham gia giao thông, các sự cố đặc biệt phát sinh trên đường (tình trạng ùn tắc, tai nạn giao thông, điều kiện thời tiết xấu, …); - Công nghệ thu phí không dừng cho phép người lưu thông qua trạm thu phí mà không cần dừng đỗ nhờ trang bị sẵn thẻ từ có kết nối với tài khoản cá nhân của lái xe để chi trả phí đường bộ giúp xóa bỏ hiện tượng ùn tắc, quá tải tại các cổng thu phí, giảm nhân lực tại trạm; - Thông tin về hành trình chuyên trở hàng hóa – hành khách trên tuyến và tương tác giữa các hành trìn nhằm tối ưu hóa chất lượng của dịch vụ giao nhận vận tải đa phương thức, hệ thống vận tải hành khách theo tuyến và vận tải hành khách công cộng. ITS là một hệ thống tích hợp gồm nhiều hệ thống thành phần đảm nhiệm các công tác khác nhau, phục vụ các mục đích khác nhau trong quá trình kiểm soát lưu thông trên tuyến nhằm hướng tới mục đích vận hành – bảo dưỡng đạt hiệu quả tối ưu với sự điều chỉnh linh hoạt căn cứ trên điều kiện thực tại hiện trường. Đối với các hầm đường bộ, các phương tiện lưu thông trong các ống hầm với các điều kiện hạn chế về không khí sạch, ánh sáng, không gian dễ dẫn tới các sự cố cháy, nổ, tai nạn, … gây mất an toàn giao thông. Vì vậy, việc lắp đặt ITS cho các công trình có quy mô lớn, nằm trên các tuyến giao thông quan trọng, chiều dài lớn đã được thực hiện trên thực tế. Tháng 4/2004, Nghị viện châu Âu đã ban hành Chỉ dẫn về các yêu cầu an toàn tối thiểu cho các hầm trên mạng lưới đường xuyên châu Âu 2004/54/EC liên quan các hầm có chiều dài lớn hơn 500m và các hầm mới xây dựng sau thời điểm 01/5/2006 (European Parliament , 2004). Chỉ dẫn này đưa ra các yêu cầu về cấu hình hầm, trang thiết bị, hệ thống quan trắc – phát hiện – điều khiển trong hầm nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho công trình và hài hòa việc quản lý liên hầm ở phạm vi quốc gia (Sowman, 2013). 2. Trung tâm vận hành liên hầm đường bộ Để đảm bảo yêu cầu vận hành – bảo dưỡng hầm đường bộ, mỗi hầm có một trung tâm điều khiển vận hành (Operations Control Centre – OCC) để phục vụ cho công trình, trừ trường hợp hầm có chiều dài ngắn và kết cấu đơn giản. OCC có các chức năng cơ bản sau đây (Siemens, 2007) (NCHRP, 2011): - Giám sát và điều khiển giao thông: o Giám sát tình hình giao thông; o Điều khiển hệ thống truyền hình mạch kín (CCTV); o Điều khiển hệ thống bảng hiện thị có nội dung, v.v... - Giám sát và điều khiển thiết bị: 3 o Giám sát và điều khiển cấp điện; o Giám sát và điều khiển cấp nước; o Giám sát hệ thống khẩn cấp, v.v… - Phản ứng trong trường hợp khẩn cấp - Thu phí, v.v… Mỗi OCC là một mạng lưới bao gồm các hệ thống ITS, cơ – điện hoàn chỉnh với các chức năng theo dõi, điều khiển – ra lệnh và thu thập số liệu được điều hành hoạt động bằng SCADA (hệ thống điều khiển giám sát và thu thập số liệu - Supervisory Control And Data Acquisition system) (PIARC, 2007). Đây là nền tảng công nghệ để thực hiện ý tưởng hình thành trung tâm vận hành liên hầm đường bộ (Traffic Mangement Center – TMC) đóng vai trò điều hành giao thông tập trung liên hầm cho các hầm và đường dẫn nằm trong phạm vi quản lý. Thông thường, các trang thiết bị được điều khiển bằng SCADA cho phép TMC truy cập và điều khiển chức năng còn những thiết bị khác có thể giữ quyền điều hành hoạt động độc lập tại OCC (NCHRP, 2011). Việc nghiên cứu và thiết kế TMC được thực hiện trên cơ sở xem xét các nội dung sau: - Kế hoạch tích hợp liên hầm; - Thiết kế thiết bị; - Nghiên cứu chức năng xử lý dữ liệu, thiết bị tại phòng thiết bị hệ thống; - Nghiên cứu và thiết kế máy biến áp, máy phát điện nội bộ, mạng hệ thống truyền dẫn; - Xác định điều kiện về kết cấu và công năng của tòa nhà TMC. Để nghiên cứu phương pháp vận hành các thiết bị khẩn cấp, cần tiến hành các nội dung sau: - Nghiên cứu các công việc giám sát và điều khiển các thiết bị khác nhau tại hầm hiện tại; - Vận hành TMC; - Nghiên cứu công nghệ vận hành. Công tác vận hành tích hợp tại TMC bao gồm vận hành hệ thống và vận hành xử lý số liệu với các nội dung cơ bản như sau: - Vận hành hệ thống: o Thu thập và cung cấp thông tin về điều kiện đường cho các lái xe và khách hàng thông qua hệ thống biển báo điện tử, thông tin trên internet, tivi và radio; o Giám sát vận hành của các OCC (Giám sát và điều khiển giao thông và/hoặc thiết bị); 4 o Cung cấp thông tin giao thông tới các cơ quan chức năng; o Trang bị đường dây nóng để liên lạc với các cơ quan chức năng nhằm đảm bảo giao thông thông suốt; - Vận hành xử lý dữ liệu: o Tích hợp các thông tin vận hành đường (số liệu giao thông, số liệu thu phí, ...); o Phân tích thống kê số liệu vận hành đường; o Cung cấp số liệu phục vụ kế hoạch mở rộng hệ thống đường; o Cung cấp dữ liệu cho các kế hoạch kinh doanh có liên quan; TMC cần được thiết kế với chức năng tích hợp cho vận hành toàn bộ hệ thống và chức năng hỗ trợ (quản lý và giám sát) công tác vận hành tại chỗ (được thực hiện tại các OCC). TMC cung cấp các chức năng sau: - Nâng cao chất lượng vận hành cho mỗi công trình dưới sự quản lý của TMC; - Phân bổ thông tin thời gian thực tới người tham gia giao thông và các cơ quan hữu quan; - Tập hợp thống kê thông tin giao thông để cập nhật kế hoạch đầu tư một cách hiệu quả. TMC được vận hành dựa trên bốn hệ thống thành phần gồm có: - Hệ thống quản lý giao thông; - Hệ thống quản lý trang thiết bị; - Hệ thống quản lý trạm thu phí; - Mạng truyền dẫn cáp quang. Vai trò và chức năng của các hệ thống thành phần được thể hiện trong Bảng 1. Bảng 1: Vai trò và chức năng của các hệ thống thành phần của TMC Hệ thống thành phần Quản lý Quản lý Quản lý Mạng giao thông trang trạm thu truyền STT Chức năng phí dẫn cáp thiết bị quang 1 Quản lý và giám sát: 1a - Lưu lượng giao thông Có Không Không Có 1b - Tình trạng trang thiết bị Không Có Có Có 1c - Trạm thu phí Không Không Có Có 2 Vận hành hệ thống: Có Không Không Có 3 Vận hành xử lý dữ liệu: Có Có Có Có Công tác vận hành TMC nhằm đến ba mục tiêu cơ bản: - Nâng cao chất lượng vận hành đường bộ; 5 - Cung cấp thông tin thời gian thực đến lái xe và các cơ quan hữu quan; - Thu thập, thống kê thông tin giao thông phục vụ việc cập nhật chương trình đầu tư mạng lưới và phát triển cơ sở hạ tầng khu vực. Sự tham gia của từng hệ thống thành phần vào công tác vận hành TMC là khác nhau và được thể hiện trong Bảng 2. Bảng 2: Các mục tiêu vận hành của các hệ thống thành phần trong TMC STT Chức năng Nâng cao Cung cấp Thu thập, chất lượng thông tin thống kê vận hành thông tin thời gian giao thông Hệ thống thành phần đường bộ thực 1 Quản lý giao thông Có Có Có 2 Quản lý trang thiết bị Có Không Có 3 Quản lý trạm thu phí Có Không Có 4 Mạng truyền dẫn cáp quang Có Có Có Trong quá trình vận hành các hầm đường bộ, khi xảy ra các tai nạn nghiệm trọng (sự cố vận hành trang thiết bị trong hầm, tai nạn liên hoàn, cháy nổ lớn trong hầm, hư hỏng kết cấu hầm và đường trên phạm vi rộng, thiên tai, khủng bố, v.v…) cần có biện pháp đối phó kịp thời, an toàn và hiệu quả trên toàn bộ hệ thống các hầm và đường dẫn thuộc quản lý của TMC. Do đó, các thông tin về tai nạn cần được cung cấp nhanh chóng, chính xác và trực tiếp đến người có thẩm quyển để đưa ra quyết định về việc vận hành hầm và đường nhằm mục đích không để tai nạn lan rộng, khắc phục tối đa sự cố để ngăn chặn bất kỳ hậu quả nào dù là nhỏ nhất. Các điều kiện thời tiết hoặc lưu thông không bình thường luôn được giám sát và báo cáo từ nhiều bên (lái xe, hệ thống quan trắc tự động, cán bộ giám sát vận hành) nhằm đảm bảo thông tin luôn thu thập, thống kế sát thực. 3. Điều kiện thực tế ở Việt Nam Trên mạng lưới 256.684km đường bộ Việt Nam, có 17.228km quốc lộ và 23.520km tỉnh lộ trực thuộc quản lý của Tổng cục Đường bộ Việt Nam và Sở Giao thông vận tải các tỉnh, thành phố với 13 hầm đường bộ (chưa xét đến các hầm chui cơ giới trong các đô thị) (JICA, 2010). Tuy nhiên, nhiều hầm trong số đó không có OCC, các trang thiết bị đơn giản và không ứng dụng ITS trong phục vụ quản lý - vận hành (Bảng 3). Bảng 3: Các hầm đường bộ ở Việt Nam (*) STT Hầm Địa điểm Năm Chiều OCC Ghi chú hoàn dài thành (m) 6 1 2 3 4 Cao tốc Nội (Km 186+200 Bài – Lào 186+730) tại Văn Cai 1 Yên, tỉnh Yên Bái Cao tốc Nội (Km249+300 Bài – Lào Km250+300) Cai 2 đoạn nối từ phường Bình Minh đi cửa khẩu Kim Thành sang Hà Khẩu (Trung Quốc) Dốc Xây Ninh Bình Thanh Hóa (Quốc lộ 1) Đèo Ngang Hà Tĩnh - Quảng Bình (Quốc lộ 1) 5 A Roàng 1 6 A Roàng 2 7 Cù Mông 8 Cổ Mã 9 Đèo Cả A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế (đường Hồ Chí Minh) A Lưới, tỉnh Thừa Thiên Huế (đường Hồ Chí Minh) Bình Định - Phú Yên (Quốc lộ 1) 530 Không Hầm xuyên núi, 1 ống hầm 2014 728 Không Hầm xuyên núi, 1 ống hầm 1999 50 2004 495 2002 430 Không Hầm xuyên núi, 1 ống hầm Không Hầm xuyên núi, 1 ống hầm. Dự kiến sẽ mở rộng thêm 1 ống hầm. Không Hầm xuyên núi, 1 ống hầm 2002 150 Dự 2.600 kiến 2017 Phú Yên - Khánh 2014 500 Hòa (Quốc lộ 1) (thông xe kỹ thuật) Phú Yên - Khánh 2016 4.125 Không Hầm xuyên núi, 1 ống hầm Có Có Có Hầm núi, hầm Hầm núi, hầm xuyên 2 ống xuyên 2 ống Hầm xuyên 7 (thông xe kỹ thuật) Phú Lộc, tỉnh 2016 Thừa Thiên Huế (Quốc lộ 1) núi, 2 ống hầm Hòa (Quốc lộ 1) 10 Phú Gia 11 Phước Tượng Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế (Quốc lộ 1) 12 Hải Vân 13 Thủ Thiêm Huế - Đà Nẵng (Quốc lộ 1) 2015 Ống hầm 1: 2005; Ống hầm 2: dự kiến 2020 Thành phố Hồ 2010 Chí Minh 447 Không Hầm xuyên núi, 1 ống hầm. Dự kiến sẽ mở rộng thêm 1 ống hầm. 375 Không Hầm xuyên núi, 1 ống hầm. Dự kiến sẽ mở rộng thêm 1 ống hầm. 6.280 Có Hầm xuyên núi, 2 ống hầm 1.490 Có Hầm sông, kép vượt hộp (*: Bảng này chưa thống kê các hầm chui cơ giới trong các đô thị). Do đặc điểm địa hình núi cao, đồng bằng hẹp ở miền Trung, số lượng các hầm đường bộ xuyên núi tại khu vực này là lớn nhất cả nước. Trong đó, có bốn trên tổng số mười hầm đã có OCC trên nền tảng ứng dụng ITS - SCADA, ba hầm khác đã có kế hoạch nâng cấp – mở rộng trong thời gian tới. Đây là điều kiện thuận lợi để xây dựng một TMC phục vụ công tác quản lý – vận hành chung cho toàn bộ các hầm trong khu vực. Với đặc trưng tương đồng và khoảng cách địa lý giữa các hầm không xa, việc quản lý liên hầm kết hợp giữa quản lý vận hành tại chỗ (tại các OCC) và quản lý vận hành tích hợp (tại TMC) cho phép tối ưu hóa công tác quản lý – vận hành các hầm và mạng lưới đường bộ. 8 Có thể trực tiếp nâng cấp một OCC trở thành TMC chung cho cả mạng lưới hoặc xây dựng mới TMC rồi mới tích hợp các OCC vào hệ thống nhằm đảm bảo khả năng vận hành độc lập của mọi công trình trong quá trình xây dựng TMC. Trên phạm vi rộng lớn hơn, bộ Giao thông vận tải đang có những bước đi tích cực để thúc đẩy sự hình thành của các trung tâm điều hành giao thông tại ba miền: Bắc, Trung và Nam theo phê duyệt của Thủ tướng chính phủ nhằm thực hiện việc điều hành toàn bộ mạng lưới đường cao tốc ở Việt Nam với tổng chiều dài các tuyến đường bộ cao tốc quốc gia được xây dựng đến năm 2020 là 2.703km và đến năm 2030 là 2.699km (Thủ tướng Chính phủ, 2016). (Thủ tướng Chính phủ, 2016). Ngày 06/04/2016, tư vấn lập dự án đã trình bày báo cáo cuối kỳ dự án đầu tư xây dựng trung tâm điều hành ITS cho mạng lưới giao thông đường bộ khu vực phía Bắc trước lãnh đạo bộ Giao thông vận tải. Theo đó, trung tâm ITS khu vực phía Bắc trước mắt sẽ quản lý sáu tuyến cao tốc với tổng chiều dài khoảng 214 km (Mai Dịch - Thanh Trì (đường vành đai 3), Láng - Hòa Lạc, Pháp Vân - Cầu Giẽ, Cầu Giẽ - Ninh Bình, Hà Nội - Bắc Giang, Nội Bài - Bắc Ninh) (Bộ Giao thông vận tải, 2016). Trước đó, ngày 15/4/2013, trung tâm Điều hành giao thông thông minh (ITS) thành phố Hồ Chí Minh - Trung Lương được khởi công với tổng mức đầu tư 38,525 triệu USD theo hình thức hợp đồng EPC với nguồn vốn vay ưu đãi của Chính phủ Hàn Quốc và vốn đối ứng của Chính phủ Việt Nam (Minh Đức, 2015). Trước mắt, trung tâm này sẽ quản lý tuyến cao tốc thành phố Hồ Chí Minh - Trung Lương và sẽ phát triển thành trung tâm ITS khu vực phía Nam. Tại khu vực miền Trung, chủ đầu tư của bốn hầm đường bộ là Đèo Cả, Cổ Mã, Cù Mông và Hải Vân đã triển khai việc xây dựng TMC kết nối bốn OCC và vận động thành lập trung tâm ITS khu vực miền Trung trên cơ sở này. Cùng lúc, đơn vị chủ quản ngành là bộ Giao thông vận tải cũng đang xây dựng Tiêu chuẩn quốc gia về hệ thống ITS đường bộ cao tốc nhằm đảm bảo cơ sở khoa học – chất lượng – hiệu quả để đưa ITS vào thực tiễn (Bộ Giao thông vận tải, 2015). 4. Kết luận Nền tảng “giao thông thông minh” đang trong quá trình hình thành và phát triển ở nước ta. Trên phạm vi cục bộ, những mảng ghép đầu tiên của ITS đã được triển khai trong một số đô thị (Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, v.v…) để phục vụ việc điều hành, quản lý giao thông đô thị. Bên cạnh đó, những công trình giao thông đặc biệt (cầu lớn, hầm) cũng có hệ thống ITS riêng. Đây là nỗ lực của ngành giao thông vận tải nước ta hòa nhập vào xu thế phát triển ứng dụng công nghệ thông tin hiện đại trong xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng trên thế giới. Bài báo này phân tích những nội dung bước đầu về ý tưởng thành 9 lập trung tâm vận hành liên hầm đường bộ tại Việt Nam. Công nghệ ITS tại trung tâm vận liên hầm sẽ là nền tảng công nghệ thuận lợi và phù hợp cho quá trình triển khai công nghệ thu phí không dừng và kiểm soát tải trọng xe trên toàn quốc với giai đoạn 1 áp dụng cho Quốc lộ 1 và đường Hồ Chí Minh đoạn qua Tây Nguyên đang được Bộ Giao thông vận tải triển khai (Phùng Trọng, 2016). 5. Tài liệu tham khảo - Bằng tiếng Việt: [1]. Bộ Giao thông vận tải. (2016). Sớm hoàn thiện các tiêu chí cơ bản cho trung tâm ITS khu vực phía Bắc. [2]. Bộ Giao thông vận tải. (2015). Xây dựng tiêu chuẩn quốc gia về hệ thống ITS đường bộ cao tốc. [3]. Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA). (2010). Nghiên cứu toàn diện về phát triển bền vững hệ thống giao thông vận tải ở Việt Nam. [4]. Minh Đức. (2015). Trung tâm ITS TP.HCM - Trung Lương hiện đại nhất phía Nam. Tạp chí Giao thông vận tải . [5]. Phùng Trọng. (2016). Công nghệ thu phí không dừng cần bảo đảm tính thuận tiện, minh bạch, chính xác và an toàn. Bộ Giao thông vận tải . [6]. Thủ tướng Chính phủ. (2016). 326/QĐ-TTg: Quyết định về việc phê duyệt quy hoạch phát triển mạng đường bộ cao tốc Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030. Hà Nội. - Bằng tiếng Anh: [1]. European Parliament. (2004). Directive 2004/54/EC on minimum safety requirements for tunnels in the trans-European road network. Official Journal of the European Union . [2]. NCHRP. (2011). NCHRP Project 20-68A: Best Practices For Roadway Tunnel Design, Construction, Maintenance, Inspection, And Operations. National Cooperative Highway Research Program. Lawrenceville, NJ: Arora and Associates, P.C. [3]. PIARC. (2007). Road Tunnels Manual. World Road Association. [4]. Siemens. (2007). The modular tunnel control center – universal and individually adaptable. Munich. 10 [5]. Sowman, C. (2013). Tunnel safety need not be boring. ITS International , pp. 60-61. 11