Các hệ thống giao thông thông minh.

- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 1 MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN.
- 6 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH.
- Lịch sử ra đời và phát triển của Hệ thống giao thông thông minh.
- Khái niệm về hệ thống giao thông thông minh.
- Một số ứng dụng Hệ thống giao thông thông minh tại Việt Nam.
- VOV giao thông.
- 17 CHƢƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP DỰ ĐOÁN VÀ CHỐNG TẮC NGHẼN GIAO THÔNG.
- Giải pháp dự báo tắc nghẽn giao thông của IBM 19 2.2.
- BRTPS – Hệ thống dự báo giao thông tại Bắc Kinh, Trung Quốc.
- 24 CHƢƠNG 3: TÌM HIỂU VÀ PHÂN TÍCH GIẢI THUẬT PHÁT HIỆN TẮC NGHẼN GIAO THÔNG DỰA TRÊN VÍ TRÍ CÁC PHƢƠNG TIỆN.
- 36 Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 2 4.1.2.
- 55 Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Mạnh Hùng - tác giả của luận văn “Các hệ thống giao thông thông minh”.
- 14 Hình 3: Biên tập viên VOV giao thông đang làm việc.
- 15 Hình 4: Tình trạng tắc nghẽn giao thông trên các tuyến phố.
- 25 Hình 11: Hình ảnh theo dõi camera giao thông [11.
- 26 Hình 12: Hệ thống camera quan sát giao thông.
- 51 Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 6 PHẦN MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Ngày nay, với sự bùng nổ về khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin, tốc độ đô thị hoá ngày càng phát triển, nhu cầu đi lại của con ngƣời ngày càng cao.
- Tuy nhiên cở sở hạ tầng, hệ thống giao thông hiện nay chƣa đáp ứng đủ nhu cầu đó.
- Hệ thống giao thông thông minh (ITS- Intelligent Transport System) đã đƣợc ra đời để đáp ứng hiện thực đó.
- Tại các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Trung Quốc, Pháp, Nhật Bản…, khái niệm “Hệ thống giao thông thông minh” không còn xa lạ.
- Với tình hình giao thông hiện nay, sử dụng hệ thống giao thông thông minh là một trong những đòi hỏi cấp thiết cần đƣợc quan tâm, tìm hiểu kỹ lƣỡng.
- Hệ thống giao thông thông minh là một trong những hệ thống an toàn và cần thiết cho chúng ta hiện nay.
- Tại Việt Nam, hệ thống giao thông thông minh đã xuất hiện từ khá lâu nhƣng còn nhỏ lẻ và chƣa hiệu quả.
- Vì tất cả những lý do trên nên tôi đã mạnh dạn bắt tay vào chọn đề tài nghiên cứu: “Các hệ thống giao thông thông minh”.
- Hệ thống giao thông thông minh là một hệ thống lớn nên trong luận văn này tác giả chỉ tập trung vào một khía cạnh đang rất nổi cộm hiện nay đó là tắc nghẽn giao thông.
- Lịch sử nghiên cứu Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 7 Các nghiên cứu về ITS trên thế giới rất phổ biến và đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thực tế.
- Phƣơng pháp nghiên cứu - Khai thác những tài liệu hiện có về hệ thống giao thông thông minh hiện nay.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 8 - Khai thác, tìm hiểu những giải pháp mới chống tắc nghẽn giao thông đã đƣợc phát triển và áp dụng trên thế giới.
- Nhiệm vụ của đề tài - Tìm hiểu tổng quan về hệ thống giao thông thông minh.
- Tìm hiểu những giải pháp chống tắc nghẽn giao thông đã đƣợc phát triển và áp dụng trên thế giới.
- Chƣơng 4: Cài đặt thử nghiệm và đánh giá giải thuật Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 9 Chƣơng này trình bày quá trình cài đặt mô phỏng giải thuật cảnh báo tắc nghẽn giao thông, thử nghiệm giải thuật với nhiều tham số khác nhau, đƣa ra đánh giá từng trƣờng hợp và đề xuất cải tiến giải thuật.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH 1.1.
- Lịch sử ra đời và phát triển của Hệ thống giao thông thông minh Hệ thống giao thông thông minh (Intelligent Transport System - ITS) là khái niệm xuất phát từ Nhật Bản.
- Hệ thống ITS ở Nhật chú trọng đến vấn đề chống ùn tắc giao thông.
- Hệ thống ITS dựa trên các thiết bị đo lƣờng, thu thập thông tin giao thông, xử lý thông tin và truyền tải đến ngƣời tham gia giao thông.
- Ngoài ra để giám sát tình hình giao thông một cách trực tuyến thƣờng sử dụng hệ thống camera truyền hình (CCTV).
- Một loạt đề tài nghiên cứu khoa học đã đƣợc triển khai và thu đƣợc kết quả khả Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 11 quan.
- Khái niệm về hệ thống giao thông thông minh Hệ thống giao thông thông minh là sự ứng dụng công nghệ cao điện tử tin học và viễn thông để điều hành và quản lý hệ thống giao thông vận tải.
- ITS đƣợc coi là một hệ thống lớn, trong đó con ngƣời, phƣơng tiện giao thông, mạng lƣới đƣờng giao thông là các thành phần của hệ thống, liên kết chặt chẽ với nhau.
- Những thành tựu và kinh nghiệm quý báu đó rất đáng để Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 12 chúng ta nghiên cứu, học tập, tham khảo, vận dụng phù hợp với điều kiện Việt Nam.
- Một số ứng dụng Hệ thống giao thông thông minh tại Việt Nam Sự gia tăng về số lƣợng và mật độ phƣơng tiện giao thông không ngừng ở Việt Nam (đặc biệt ở những trung tâm đô thị lớn nhƣ Hà Nội, TP.
- HCM), khiến các vụ tai nạn, ùn tắc giao thông trở thành vấn nạn nghiêm trọng.
- Đƣa hệ thống ITS vào đƣờng cao tốc Hình 1: Quy hoạch Tuyến đƣờng cao tốc Tân Sơn Nhất –Tân An Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 13 Dự án đƣờng cao tốc Tân Sơn Nhất – Tân An sẽ ứng dụng công nghệ “Giao thông thông minh” để điều hành giao thông trên tuyến cao tốc, lần đầu tiên áp dụng ở Việt Nam [2].
- Lợi ích đầu tiên là nâng cao đƣợc tính an toàn cho các phƣơng tiện tham gia giao thông.
- Thứ ba là tăng cƣờng đƣợc tính tiện nghi cho ngƣời tham giao thông.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 14 Việc thu phí đƣợc giao dịch tự động, nhanh chóng thông qua công nghệ giao tiếp tầm ngắn chuyên dụng (Dedicated Short Range Communication - DSRC) hiện đang đƣợc áp dụng rộng rãi trên thế giới.
- Hình 2: Hình ảnh về trạm thu phí Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 15 1.3.3.
- Hệ thống camera không dây để quan sát giao thông gồm: 67 camera tại Hà Nội, 200 camera tại TpHCM.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 16 Khi điều kiện thực tế đã có những thay đổi phù hợp hơn: Công nghệ nghe nhìn không dây phát triển, việc sở hữu ô tô cá nhân tại các đô thị lớn bùng nổ, thói quen di chuyển bằng phƣơng tiện công cộng (xe buýt, taxi) đã trở nên quen thuộc, khả năng tƣơng tác của radio đã đƣợc chứng minh.
- VOV giao thông hiện nay coi trọng sự cân bằng kết cấu chƣơng trình, thông tin chỉ dẫn.
- vừa là diễn đàn để chia sẻ thông tin về giao thông.
- Hình 4: Tình trạng tắc nghẽn giao thông trên các tuyến phố Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 17 VOV giao thông đã ứng dụng những công nghệ tiên tiến nhất để phục vụ chƣơng trình, là kênh phát thanh duy nhất ở Việt Nam có kết cấu mở hoàn toàn để có thể tƣơng tác trực tiếp với thính giả vào bất cứ thời điểm nào trong quá trình phát sóng.
- Hình 5: Bãi đậu xe nổi dạng khung thép lắp ghép sử dụng công nghệ xếp xe tự động Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 19 CHƢƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP DỰ ĐOÁN VÀ CHỐNG TẮC NGHẼN GIAO THÔNG Tắc nghẽn giao thông hiện nay đang là một vấn nan giải và phổ biến trên thế giới, thậm chí cả đối với những nƣớc có hệ thống hạ tầng giao thông hiện đại và đồng bộ.
- Giải pháp này sử dụng kết hợp dữ liệu giao thông đƣợc thu thập trong quá khứ và dữ liệu thời gian thực từ các hệ thống thu thập dữ liệu sẵn có.
- Hơn nữa, hệ thống này còn có thể tích hợp, giao tiếp đƣợc với những hệ thống giao thông thông minh sẵn có một cách dễ dàng.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 20 Sau khi thử nghiệm lần đầu tiên tại Singapore, Cục Giao thông đƣờng bộ Singapore (LTA) tiếp tục phối hợp với IBM để tùy biến giải pháp TPT theo điều kiện giao thông tại Singapore.
- Vào năm 2012, hệ thống này tiếp tục đƣợc triển khai tại thành phố Trấn Giang, Trung Quốc[4], theo Vinohd Swaminathan, giám đốc giải pháp vận tải thông Hình 6: Giải pháp TPT tại Singapore Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 21 minh của IBM cho biết hệ thống IBM ở Trấn Giang giúp dự đoán chính xác tới 95% những gì sẽ xảy ra trong vòng một giờ tiếp theo.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 22 - Dich vụ cung cấp thông tin giao thông: Hệ thống có thể cung cấp số liệu đánh giá và dự đoán tình trạng luồng giao thông cho những hệ thống, những đơn vị tổ chức hoặc cá nhân có nhu cầu nhƣ một nhà cung cấp dịch vụ thông tin giao thông.
- Triển khai hệ thống Hình 8: Kiến trúc vật lý của hệ thống BRTPS Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 24 Trƣớc Thế vận hội Olympic Bắc Kinh, Trung Quốc – 2008 diễn ra, phiên bản 1.0 của hệ thống BRTPS đã đƣợc triển khai tại 14 đƣờng cao tốc và nhiều tuyến đƣờng chính tại Bắc Kinh[9].
- Qua hệ thống tin nhắn, ngƣời tham gia giao thông cũng đƣợc tƣ vấn đi hƣớng nào để tránh kẹt xe, nhận biết kẹt xe bằng cảm ứng.
- Hình 9: Giao diện hệ thống BRTPS Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 25 Sau đó các thông tin sẽ đƣợc xử lý và hiển thị ở các “thiết bị đầu ra” nhƣ màn hình, tin nhắn, điện thoại,…để thông báo đến ngƣời tham gia giao thông.
- Hình 10: Hệ thống báo nghẽn và cách xe tránh nghẽn Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 26 Tại đây, tin nhắn SMS sẽ tự động gửi cảnh báo trên các bảng đèn LED đƣợc bố trí trên những tuyến đƣờng dẫn đến điểm kẹt xe.
- Đồng thời, tùy theo tuyến đƣờng mà hệ thống đƣa ra giải pháp giúp ngƣời đang tham gia giao thông rẽ trái hoặc rẽ phải để tránh kẹt xe.
- Ngƣời tham gia giao thông có thể gọi điện thoại trực tiếp, hoặc nhắn tin về trung tâm điều khiển.
- Tại đây, dựa vào bản đồ số với các cảm biến hoặc camera quan sát trực tuyến, hệ thống sẽ thông báo tình trạng giao thông cho ngƣời yêu cầu.
- Ngoài ra, ngƣời tham gia giao thông có thể theo dõi, nhận biết biết tình trạng kẹt xe thông qua quan sát trực tiếp trên website riêng của hệ thống.
- Hình 11: Hình ảnh theo dõi camera giao thông [11] Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 27 Số lƣợng camera này tƣơng đối đủ để kết nối vào hệ thống, còn ở những điểm thiếu camera sẽ đƣợc bố trí thêm các cảm biến tự động hoặc cầm tay.
- Hình 12: Hệ thống camera quan sát giao thông Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 28 CHƢƠNG 3: TÌM HIỂU VÀ PHÂN TÍCH GIẢI THUẬT PHÁT HIỆN TẮC NGHẼN GIAO THÔNG DỰA TRÊN VÍ TRÍ CÁC PHƢƠNG TIỆN 3.1.
- Thực tế, mật độ giao thông là tƣơng quan vị trí giữa các phƣơng tiện, do đó chỉ cần Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 29 vị trí tƣơng đối giữa các phƣơng tiện là chúng ta có thể xác định đƣợc mật độ phƣơng tiện.
- i là ID của phƣơng tiện - Neighbors là tập các phƣơng tiện lân cận - Speed là tốc độ của phƣơng tiện - Elapse là thời gian mà phƣơng tiện ở tốc độ Speed Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 30.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 31  Cảnh báo tắc Bộ tham số Jami (Neighbors,Speed,Elapse) chỉ ra rằng hệ thống cần 3 thông tin để xác định trạng thái kẹt xe của phƣơng tiện.
- Hình 13: Hệ tọa độ trên điện thoại Android Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 32 Nếu chúng ta đặt điện thoại theo vị trí nhƣ Hình 14 [6] thì gia tốc của máy sẽ tính theo công thức (2), trƣờng hợp này Ax=0.
- Hình 14: Vị trí đặt điện thoại trong xe Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 33 Cảm biến hƣớng của điện thoại trả về giá trị 3 chiều, Azimuth (góc quay xung quanh trục z), Pitch (Góc quay xung quanh trục x.
- Hình 15: Phát hiện lân cận của phƣơng tiện Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 34 Chúng ta sử dụng phƣơng pháp đơn giản để phát hiện các lân cận trong vòng 6m.
- Tất cả trạng thái chuyển về bình thƣờng khi vận Hình 16: Quá trình thay đổi trạng thái kẹt xe Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 35 tốc lớn hơn 20km/h.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 36 CHƢƠNG 4: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ GIẢI THUẬT 4.1.
- Tất cả mọi thứ đề cập đến trong Java đều liên quan đến các đối tƣợng đƣợc định nghĩa trƣớc, thậm chí hàm chính của một chƣơng trình viết bằng Java (đó là hàm main) cũng Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 37 phải đặt bên trong một lớp.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 38 Ngôn ngữ Java hỗ trợ cơ chế lập trình đa luồng, với cơ chế đa luồng chƣơng trình có thể thực thi nhiều công việc đồng thời nhƣ điều khiển luồng phƣơng tiện, điều khiển đèn giao thông, điều khiển việc vẽ các đối tƣợng đồ họa trong chƣơng trình… Phần dƣới đây sẽ trình bày chi tiết quá trình thiết kế và cài đặt chƣơng trình thử nghiệm.
- Hình 17: Các trạng thái của luồng trong Java Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 39 4.2.
- Lớp Node: Hình 18: Biểu đồ lớp chƣơng trình mô phỏng Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 40 Lớp này mô phỏng đối tƣợng phƣơng tiện (oto) trong giải thuật, bao gồm những tham số chính đặc trƣng cho phƣơng tiện nhƣ: o ID : Id của phƣơng tiện o X: Tọa độ X của vị trí phƣơng tiện o Y: Tọa độ Y của vị trí phƣơng tiện o CarW: Độ rộng phƣơng tiện o CarL: Độ dài phƣơng tiện o Jam: Thông số Jam (mức độ tắc đƣờng của phƣơng tiện) o Timestamp: Nhãn thời gian khi phƣơng tiện bắt đầu có dấu hiệu tắc đƣờng o Curspeed: Vận tốc hiện tại của phƣơng tiện o Neighbors: Tập các lân cận của phƣơng tiện Hình 19: Chi tiết thiết kể lớp Node Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 41 o Phương thức calculateJamLevel.
- Phƣơng thức này có chức năng vẽ đèn giao thông Hình 20: Chi tiết thiết kế lớp GraphPanel Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 42 o Phương thức paintAxies.
- Lớp ChangeLight: Lớp này mô phỏng đối tƣợng đèn giao thông và xử lý thay đổi màu đèn (2 chế độ xanh: Dừng, đỏ: Đi).
- Ngoài ra còn một số lớp hỗ trợ cấu hình tham số cho Hình 21: Chi tiết thiết kế lớp Graph Hình 22: Chi tiết thiết kế lớp ChangeLight Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 43 chƣơng trình.
- Mã nguồn lớp Constants cài đặt tham số hệ thống: Hình 23: Giao diện chƣơng trình mô phỏng Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 44 public class Constants { public static final int JAM_LEVEL_NORMAL = 0.
- else { Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 45 this.jam = Constants.JAM_LEVEL_NORMAL.
- Mã nguồn lớp điều khiển đèn giao thông ChangeLight: class ChangeLight implements Runnable { int signal.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 46 Một số phƣơng thức đồ họa có chức năng vẽ các đối tƣợng nhƣ phƣơng tiện, đƣờng, đèn giao thông.
- Phƣơng thức vẽ đồ thị chu kỳ đèn giao thông public void paintLghtPeriod(Graphics g.
- offgraphics.drawString("Chu kỳ đèn giao thông (1: Đỏ, 0: Xanh.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 47 offgraphics.setColor(Color.red).
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 48.
- Chƣơng trình thực nghiệm sẽ mô phỏng luồng giao thông theo kịch bản nhƣ sau.
- Khu vực các phƣơng tiện tham gia giao thông bao gồm 3 đèn giao thông với chu kỳ có thể thay đổi đƣợc (từ 30 giây đến 90 giây.
- Số làn đƣờng đƣợc cố định là 1 và số điểm giao cắt là 3 tƣơng ứng với số đèn giao thông Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 49 - Các luồng phƣơng tiện sẽ tham gia giao thông theo hƣớng đi về phía giao cắt và sẽ lƣu thông tuân theo chu kỳ đèn giao thông.
- Các hệ thống giao thông thông minh Nguyễn Mạnh Hùng – Lớp CNTT Khóa 2011B 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].
- Bài giảng về Hệ thống giao thông thông minh – TS.
- Xây dựng cấu trúc hệ thống giao thông thông minh và các quy chuẩn công nghệ thông tin, truyền thông, điều khiển áp dụng trong hệ thống giao thông thông minh tại Việt Nam – Tạ Tuấn Anh, Trung tâm tin học, Bộ KH&CN, 2013 [3].
- Đề tài nghiên cứu “Hệ thống giao thông thông minh (ITS) và khả năng ứng dụng ở Việt Nam.
- Hệ thống cảnh báo và điều khiển giao thông - PGS-TS Hồ Thanh Phong - Trƣờng Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia Tp.HCM [9].
- Camera theo dõi an toàn giao thông trên Quốc lộ 1 – http://duongbo.vn

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt