หลังจากที่เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับรูปแบบการเริ่มโปรเจครถไฟจากส่วนงาน Timetable ในบทความตอนที่ 1 และระบบการควบคุมรถไฟฟ้าแบบอัตโนมัติในบทความตอนที่ 2 แล้วนั้น ตอนพิเศษนี้ เราจะมาพูดถึงชิ้นส่วนข้อมูลที่สำคัญก่อนจะมาเป็น Timetable
ที่มาของภาพ : https://www.rtri.or.jp/rd/division/rd47/rd4740/t55io40000000flp-att/sdd6bj0000007p4x.pdf
ชิ้นส่วนที่สำคัญนี้ได้แก่ Run Time และ Headway ครับ เวลารถวิ่งระหว่างสถานีหรือที่เรียกว่า Run Time เป็นเวลาที่เกิดจากการจำลองด้วยระบบการจำลองรูปแบบการวิ่งที่สนใจปัจจัยต่อไปนี้
1. รูปแบบภูมิประเทศของรางรถไฟ ได้แก่ 1.1 อุโมงค์ (Tunnel) 1.2 ความโค้ง (Curvature)1.3 ความชัน (Gradient) โดยที่ความโค้งจะมีหนวยเป็นเมตร และความชันจะมีหน่วยเป็นเปอร์มิล ทั้งสามสิ่งนี้จะส่งผลต่อความต้านทานต่อรถไฟฟ้าและส่งผลกับการวิ่งในที่สุด
2. รูปแบบการใช้ระบบสัญญาณไฟจราจร 2.1 มีระบบสัญญาณไฟ (Fixed Block) แบบนี้จะต้องระบุตำแหน่งของสัญญาณไฟ เพื่อให้รถไฟฟ้าสามารถจอดได้ ณ ตำแหน่งไฟจราจร 2.2 ไม่มีสัญญาณไฟ อาทิเช่น CBTC (Communication-Based Train Control) แบบนี้จะไม่มีสัญญาณไฟที่เห็นเป็นแท่ง และมีไฟสีเขียว เหลือง แดงต่างๆให้เห็นตามราง แต่จะอาศัยการจำลอง ตำแหน่งสัญญาณไฟแบบ Virtual ในระบบการจำลองรูปแบบการวิ่งและจำลอง Headway เพื่อให้รถสามารถจอดในกรณีที่ต้องจอด ณ จุด Virtual นั้นๆ
3. สมรรถนะของรถไฟฟ้า จำเป็นต้องทราบสเปคของมอเตอร์รถไฟฟ้าซึ่งจะเป็นกราฟความสัมพันธ์ระหว่างความเร็ว(km/h)กับ ค่ากระแส(A)และค่าความต่างศักย์(V)รวมถึงแรงผลัก Tractive Force (kN) กราฟนี้จะบ่งบอกถึงความสามารถของรถไฟฟ้า ณ ความเร็วต่างๆ และสเปคของเบรกก็เช่นเดียวกัน เป็นกราฟความสัมพันธ์ระหว่างความเร็ว(km/h)กับ ค่ากระแส(A)และค่าความต่างศักย์(V)รวมถึงแรงผลัก Deceleration (m/s^2) นำเอาจำนวนมอเตอร์ จำนวนเบรกมาประกอบเป็นตู้รถและต่อเป็นขบวนรถไฟฟ้า ระบบก็จะทำงานรวมความยาวต่อตู้ น้ำหนักรถและสมรรถนะจากมอเตอร์และเบรกเข้าด้วยกัน และยังจำเป็นต้องใส่ค่า Resistance จากตัวรถดังต่อไปนี้ 3.1 Departure Resistance หรือค่าความต้านทานก่อนออกตัว 3.2 Running Resistance หรือค่าความต้านทานขณะวิ่งบนรางหรือบนทางคอนกรีตกรณีรถล้อยาง 3.3 Adhesion Resistance หรือค่าความต้านทานยึดเกาะ การนำไปแปลผลใช้งานคือ เช่นถ้ามีค่าสัมประสิทธ์ 0.2 แปลว่าถ้าตู้รถมีน้าหนัก 100t ก็จะมีแรงTraction หรือแรงดึง 20t กระทำต่อตู้รถในทิศตามการเคลื่อนที่ ถ้ามากกว่านี้ล้อก็จะหมุนฟรี และถ้าพื้นผิวเปียกก็จะดึงได้น้อยลงอีกเพราะสัมประสิทธ์ลดลง
4. รูปแบบการขับรถการจอด การออกตัว (Performance Coefficient) ตัวแปรนี้จะขึ้นกับนโยบายการใช้รถของแต่ละเจ้า ว่าจะให้ทำการเร่งเครื่องต่อเนื่องอย่างน้อยกี่วินาที เวลาเบรกอย่างน้อยกี่วินาทีเป็นต้น เมื่อมีข้อมูลพื้นฐาน 4 ชนิดข้างต้น ก็สามารถเริ่มจำลองรูปแบบการวิ่งของรถไฟฟ้าได้ ผลลัพธ์สุดท้ายที่จะได้ออกมาด้วยคือ Run Time เพื่อนำเอาไปใช้ต่อใน Headway Curve และ Timetable ตามลำดับ
สำหรับ Headway นั้น คนส่วนใหญ่โดยผิวเผินจะเข้าใจว่าเป็นความถี่รถไฟฟ้า ซึ่งในความเป็นจริงมีความหมายและที่มามากกว่านั้น กล่าวคือ Headway เป็นระยะเวลาปลอดภัยของรถไฟฟ้า เว้นระยะไว้เพื่อไม่ให้รถไฟฟ้าชนกัน มี 2 รูปแบบหลัก ได้แก่
1. Continuous Headway หรือระยะเวลาปลอดภัยสำหรับ รถไฟฟ้าที่เดินทางในทิศทางเดียวกัน
2. Crossover Headway หรือ ระยะเวลาปลอดภัยสำหรับรถไฟฟ้าที่เดินทางสวนทางกัน ซึ่งส่วนใหญ่จะเกิดที่สถานีปลายทางที่ใช้ ชานชลาเดียวกันในการกลับรถสำหรับรถไฟฟ้ารางมากกว่า 1 รางขึ้นไป ในรูปแบบหลักนี้มีรูปแบบย่อยๆดังต่อไปนี้ ตอนที่เราพิจารณา Headway เราจะต้องยึดสถานีเป็นหลัก แปลว่าจริงๆแล้วแต่ละสถานีอาจจะมี Headway ไม่เท่ากันได้เป็นเรื่องปกติ และยึดทิศทางที่สนใจเป็นหลักในการมอง อีกทั้งในแต่ละสถานีจะมีค่า Headway ตามรูปแบบย่อยทั้งหมด 32 Default Patterns ในแพทเทิ้นทั้ง 32 นี้ยังคงแบ่งย่อยตาม รูปแบบการใช้ Track (ชานชลา) และรูปแบบการใช้ Section (ระยะระหว่างสถานี) อีกด้วย
ต่อไปนี้จะมาดูรายละเอียดของ Headway แต่ละแบบ
1.1 Stop Case, Continuous Headway เป็นกรณีรถไฟฟ้าจอด ณ สถานีที่เราพิจารณา จะมี Default Pattern 6 แบบ แยกตามทิศ ซ้าย 3 ขวา 3 คือ DD Headway, AA Headway, และ DA Headway ของฝั่งซ้ายและขวา
1.2 Pass Case, Continuous Headway เป็นกรณีรถไฟฟ้าไม่จอด แต่ผ่านสถานีที่เรากำลังพิจารณา จะมี Default Pattern 10 แบบ แยกตามทิศ ซ้าย 5 ขวา 5 คือ AP Headway, DP Headway, PA Headway, PD Headway,และ PP Headway ของฝั่งซ้ายและขวา โดยที่ A= Arrival หมายถึงรถไฟฟ้ากำลังจะเข้าสู่สถานี D=Departure หมายถึงรถไฟฟ้ากำลังจะออกจากสถานี และ P=Pass รถไฟฟ้ากำลังจะผ่านสถานี แน่นอนว่ามีบางcombination ที่ไม่ได้นำมาคิดหา Headway ด้วย เพราะว่าไม่มีความจำเป็นเนื่องจากรถไฟฟ้าจะไม่เกิดการชนกันจาก Headway ประเภทนั้นแน่นอน สำหรับ Continuous Headway ก็จะได้จำนวน รูปแบบทั้งหมด 6+10 เป็น 16 แบบ และของ Crossover Headway จะมีอีก 16 แบบดังนี้
2.1 Stop Case, Crossover Headway เป็นกรณีรถไฟฟ้าจอด ณ สถานีที่เราพิจารณา จะมี Default Pattern 4 แบบ แยกตามทิศ ซ้าย 2 ขวา 2 คือ AD Headway และ DA Headway ของฝั่งซ้ายและขวา
2.2 Pass Case, Crossover Headway เป็นกรณีรถไฟฟ้าไม่จอด แต่ผ่านสถานีที่เรากำลังพิจารณา จะมี Default Pattern 12 แบบ แยกตามทิศ ซ้าย 6 ขวา 6 คือ PA Headway, PD Headway, AP Headway, DP Headway, DD(A) Headway และ DD(P) Headway ของฝั่งซ้ายและขวา ก็จะได้จำนวน รูปแบบทั้งหมด 4+12 เป็น 16 แบบ และทั้งหมดรวมกันได้ 16+16=32 Default Patterns รูปแบบที่หลากหลายนี้จึงสำคัญต่อการใช้งานที่แตกต่างกันไป ในญี่ปุ่นมีการวิจัยกันมาใน 20 ปีหลังมานี้เพื่อพยายามบีบระยะเวลาให้ได้แน่นที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยสมรรถนะของรถรับไหว (สามารถเบรกได้ทัน) และไม่ผิดกฏหมายการขนส่งของญี่ปุ่น เพื่อให้สามารถรองรับความต้องการใช้ระบบขนส่งสาธารณะที่มีแนวโน้มเพิ่มมากขึ้นหากไม่นับสถานการณ์โควิด
ระบบที่ใช้คำนวนค่า Headway จึงเกิดขึ้น และใช้ข้อมูลต่อยอดมาจาก ระบบจำลองรูปแบบการวิ่ง ก่อนการใช้ระบบนี้จึงต้องมีการจำลองรูปแบบการวิ่งทั้งแบบจอด แบบไม่จอดในสถานีนั้นๆให้เรียบร้อย และมาตั้งเงื่อนไขของ รูปแบบสัญญาณไฟจราจรในระบบนี้ เพราะว่า Headway จะเกี่ยวกับความปลอดภัยของผู้โดยสารด้วย การตั้งเงื่อนไขสัญญาณไฟก็เพื่อระบุตำแหน่งที่รถไฟฟ้าสามารถจอด ชะลอได้นั้นเอง การจอดหมายถึงเกิดเป็นสิ่งกีดขวางบนรางขึ้น รถไฟขบวนถัดไปไม่สามารถขยับเข้ามาใกล้ได้ จึงจำเป็นต่อการคำนวนค่า Headway สำหรับHeadway เองก็จะมีผลลัพธ์ออกมาเป็นกราฟ ในญี่ปุ่นเรียกว่า “กราฟเส้นอุด้ง” จะเป็นกราฟเส้นระหว่างแกนตั้งคือความเวลารถวิ่ง(s) แกนนอนคือระยะทางตามสถานี (km) และมีเส้นประ เส้นทึบ อย่างละสองเส้นเป็นของรถไฟขบวนหน้า (Preceding Train) และขบวนหลัง(Following Train)
เมื่อคำนวนออกมาได้จะได้ค่า Headway ณ ตำแหน่งสัญญาณไฟจราจรต่าง โดยค่าที่จะเป็นตัวแทนไปใช้ใน Default Pattern คือค่า Maximum Headway จากกราฟ เพราะแสดงว่าเป็นค่าที่ปลอดภัยที่สุด ถ้าต่ำกว่าค่านี้ ในบางช่วงรถไฟอาจจะชนกันได้ จึงใช้ค่านี้เป็น Minimum Headway ของระบบ
Kanagawa Prefecture, 10 November 2022
