Thành công sau nhiều lần thử nghiệm thất bại

Bắt tay thực hiện ý tưởng từ tháng 9/2017 khi còn là học sinh lớp 11A2 Trường THPT Đông Thụy Anh, Vũ Hữu Bình đã sử dụng hệ thống cảm biến quang để điều khiển thanh chắn tàu tự động kết hợp cảnh báo sớm, độc lập. Hệ thống gồm các mạch điện, cảm biến laser, còi, đèn, câu thoại tự động và loa cảnh báo để thiết kế hệ thống rào chắn tự động kết hợp cảnh báo sớm, độc lập. Tuy nhiên, sau 10 lần chạy thử nghiệm, việc sử dụng cảm biến quang bộc lộ nhiều hạn chế, không đáp ứng được các tiêu chí về tốc độ, thời gian đóng rào; tàu đi đến đâu thì đóng rào, mở rào; đèn và còi có kêu đúng hay không? Do là cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở nên hệ thống buộc phải đặt trên mặt đất, điều này dễ bị tác động bởi yếu tố bên ngoài. Thêm vào đó, cảm biến dễ bị ảnh hưởng bởi ánh sáng đèn của các phương tiện tham gia giao thông, ánh sáng mặt trời... Vì thế, tác giả đã sử dụng thêm cảm biến rung. So với cảm biến quang, cảm biến rung có nhiều ưu việt, an toàn hơn do lực rung của tàu lớn hơn các loại phương tiện tham gia giao thông trên đường như ô tô, xe máy. Khi dùng cảm biến rung, cài đặt độ rung lớn nhất mà chỉ có tàu hỏa chạy qua mới kích hoạt được hệ thống đóng rào. Cảm biến rung được đặt trong hộp bảo vệ, chôn dưới đất nên hạn chế tác động bởi yếu tố ngoại cảnh như khí hậu, môi trường. Bên cạnh đó, tác giả cũng sử dụng phương pháp kết nối không dây để truyền tín hiệu nhằm tránh tốn kém dây dẫn, hạn chế độ nhiễu và trễ tín hiệu khi truyền dẫn ở khoảng cách xa.

Chia sẻ về hệ thống thanh chắn tàu tự động kết hợp cảnh báo sớm, độc lập, Vũ Hữu Bình cho biết: Hệ thống được áp dụng cho tàu chạy hai chiều. Cấu tạo của hệ thống có mô hình tàu và ray, mạch vi xử lý, cảm biến rung và cảm biến quang, đèn, còi cảnh báo, rào chắn và thiết bị điều khiển bằng tay. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống đó là cảm biến rung sẽ được đặt cách trạm khoảng 2km, khi tàu hỏa đi qua cảm biến rung thứ nhất sẽ thu nhận dữ liệu truyền về bộ xử lý ở trạm chắn với tốc độ trễ khoảng 5 giây, cảm biến rung thứ hai ngưng hoạt động tránh nhầm lẫn trong việc xác định chiều di chuyển của đoàn tàu. Lúc này chuông và đèn sẽ hoạt động để báo hiệu cho người tham gia giao thông. Sau 90 giây chuông và đèn hoạt động, hệ thống sẽ tự động đóng rào chắn đường ngang. Động cơ sẽ quay thanh chắn rào. Quá trình đóng thanh chắn rào mất khoảng 20 giây. Khi tàu chạy qua đường ngang, cảm biến quang không xuất lệnh mở rào, chỉ đến khi điểm cuối của tàu, cảm biến quang sẽ hoạt động, hệ thống sẽ tự động mở rào, người tham gia giao thông có thể đi qua đường sắt an toàn mà không cần phải nhân viên gác trạm hướng dẫn.

Từ thực tế nảy thêm sáng kiến

Nhằm nâng cao hiệu quả của giải pháp, Vũ Hữu Bình đã đi khảo sát một số trạm tàu sắt có đường ngang đi qua ở Nam Định nhằm thu thập hình ảnh rào chắn, tìm hiểu tín hiệu, phương thức hoạt động của rào và lắng nghe chia sẻ của nhân viên gác trạm. Từ thực tế, em đã nghiên cứu thêm về cách đóng, mở rào chắn. 

Bình cho biết: Hiện nay, rào chắn có hai dạng, rào tự động hạ từ trên xuống dưới và rào kéo tay truyền thống. Song hiệu quả của cả hai loại rào chắn này chưa được tối ưu. Rào hạ từ trên xuống dưới thường khó quan sát bởi khi tham gia giao thông, người lái xe thường có thói quen nhìn thẳng và nhìn ngang hai bên lúc sang đường. Nếu quá trình hạ rào nhanh có thể khiến người tham gia giao thông dễ đâm vào rào. Việc kéo rào bằng tay chỉ áp dụng được ở những nút giao thông lớn, có trạm đường sắt, có nhân viên gác trạm. Vì thế, em đã nghiên cứu, thiết lập hệ thống rào chắn xoay 90O, chuyển rào từ chắn đường tàu sang chắn đường ngang. So với hai loại rào chắn trên, rào chắn xoay ngang sẽ giúp người tham gia giao thông dễ dàng quan sát thấy và dừng lại, hạn chế khả năng người tham gia giao thông mắc lại trên đường tàu khi đã đóng rào. Rào ngang tự động có thể áp dụng tại những nơi không có nhân viên gác trạm.      

Ông Lê Hồng Sơn, Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh, Trưởng ban tổ chức cuộc thi sáng tạo thanh thiếu niên, nhi đồng tỉnh lần thứ IV cho biết: Thái Bình là tỉnh không có đường sắt và tàu hỏa chạy qua, muốn tìm hiểu thực tế phải đi sang tỉnh ngoài. Thế nhưng, dù là lứa tuổi học sinh song với niềm đam mê nghiên cứu khoa học, tác giả vẫn dành nhiều thời gian để đi quan sát thực tế. Đây là một trong những giải pháp được đánh giá cao bởi khả năng ứng dụng vào thực tế hiệu quả, nhất là những nơi đường sắt cắt đường ngang mà không có nhân viên gác trạm. Giải pháp nếu được phát triển và ứng dụng vào thực tế sẽ mang lại nhiều lợi ích, góp phần giảm thiểu tai nạn giao thông đường sắt, giảm nhân lực gác trạm, hướng tới mục tiêu phát triển hệ thống giao thông đường sắt ngày càng hiện đại hóa.

Song đây mới là kết quả bước đầu, Vũ Hữu Bình còn đưa ra hướng phát triển cho hệ thống như: thiết lập thêm hệ thống cảnh báo ngược, khi rào chắn chưa đóng hết hoặc không đóng hết đường ngang thì hệ thống sẽ báo lại cho người lái tàu bằng đèn tín hiệu. Bình dự định sẽ sử dụng hai cảm biến rung song song phòng trường hợp một trong hai cảm biến bị hỏng vẫn có một cảm biến hoạt động; lắp camera giám sát và phát triển hệ thống báo sự cố để có thể xử lý kịp thời.

Hiện nay, khi đang là sinh viên Khoa Cơ khí K14, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Vũ Hữu Bình vẫn đang ấp ủ những đề tài nghiên cứu khoa học mới. Em mong muốn giải pháp thanh chắn tàu tự động kết hợp cảnh báo sớm, độc lập của mình sẽ được quan tâm để có thể triển khai, ứng dụng vào thực tế.

Hoàng Lanh 

(Tác phẩm dự thi viết về đề tài người Thái Bình - đất Thái Bình)