Xây dựng hệ thống cảnh báo tình trạng giao thông trên nền tảng web

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KHOA HỌC & KỸ THUẬT MÁY TÍNH

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

XÂY DỰNG HỆ THỐNG
CẢNH BÁO TÌNH TRẠNG GIAO THƠNG
TRÊN NỀN TẢNG WEB

NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH

HỘI ĐỒNG: KHOA HỌC MÁY TÍNH 7
GVHD:
GVPB:

PGS.TS. Trần Minh Quang
ThS. Mai Tấn Hà
ThS. Nguyễn Thị Ái Thảo

SVTH 1 :
SVTH 2 :
SVTH 3 :

Phạm Tấn Đại
– 1710929
Nguyễn Nhật Minh
– 1712179
Nguyễn Lê Hoàng Hiệu – 1711355

TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2021

I H C QU C GIA TP.HCM
---------I H C BÁCH KHOA
KHOA:KH & KT Máy tính ____
B MƠN:KH H th ng thơng tin

C NG HỊA XÃ H I CH
T NAM
c l p - T do - H nh phúc

NHI M V LU N ÁN T T NGHI P
Chú ý: Sinh viên ph i dán t này vào trang nh t c a b n thuy t trình

Ph m T
i
Nguy n Nh t Minh
Nguy n Lê Hoàng Hi u

MSSV: 1710929
MSSV: 1712179
MSSV: 1711355

lu n án:
Xây d ng h th ng c nh báo tình tr ng giao thơng trên n n t ng web.
2. Nhi m v (yêu c u v n i dung và s li

u):

,

3. Ngày giao nhi m v lu n án: 01/03/2021
4. Ngày hoàn thành nhi m v : 01/08/2021
5. H tên gi
PGS. TS. Tr n
ThS. Mai T
N i dung và yêu c
Ngày 01 tháng 03
CH NHI M B

ng d n:

Ph

ng d n:

ng d n chính
ng d n
c thơng qua B mơn.
2021
MƠN

GI

(Ký và ghi rõ h tên)

PGS. TS. Tr n Minh Quang

PH N DÀNH CHO KHOA, B MÔN:
i duy t (ch

):________________________
: _______________________________________
Ngày b o v : __________________________________
m t ng k t: _________________________________
lu n án: _____________________________

NG D N CHÍNH

(Ký và ghi rõ h tên)

PGS. TS. Tr n Minh Quang


I H C BÁCH KHOA
KHOA KH & KT MÁY TÍNH

C NG HÒA XÃ H I CH
T NAM
c l p - T do - H nh phúc
---------------------------Ngày 10 tháng 08
2021

PHI U CH M B O V LVTN
ng d n/ph n bi n)
1. H và tên SV:
Ph m T
i
Nguy n Nh t Minh
Nguy n Lê Hoàng Hi u

MSSV: 1710929
MSSV: 1712179
MSSV: 1711355

Ngành (chuyên ngành): Khoa h c Máy tính
tài: Xây d ng h th ng c nh báo tình tr ng giao thơng trên n n t ng web.
3. H
i
ng d n: PGS.TS. Tr n Minh Quang
4. T ng quát v b n thuy t minh:
S trang: 131
S
9
S b ng s li u:
S hình v :
S tài li u tham kh o: 70
Ph n m m tính tốn:
Hi n v t (s n ph m):
5. T ng quát v các b n v :
-S b nv :
B n A1:
B n A2:
Kh khác:
- S b n v v tay
S b n v trên máy tính:
6. Nh
m chính c a LVTN
uk
ng h th ng hi n có, các gi i pháp liên quan, t
xu t, c i ti n ch c

u su t c a h th ng
xu t và hi n th c các gi i pháp nh
u su t c
ng, nâng cao
t
hi n th tình tr ng giao thơng lên b
s c a ng d ng web và ng d
ng
xu t gi i pháp c p nh
thu th p, tính tốn d li u giao thông
- Các gi
xu
ng b ng d li u th c t và d li u mô ph ng
p m t bài báo vào h i ngh qu c t uy tín SigSpatial2021, x p h ng B trong danh m c
x p h ng c a ERA.
7. Nh ng thi u sót chính c a LVTN
- Gi i thu
ng v n cịn có th
c phát tri n, ti p t c nâng cao hi u su t.
- D li u b
c a OSM v n còn m t s ch thi u sót.
ngh
cb ov
B
b ov
cb ov
9. 3 câu h i SV ph i tr l
cH
ng:
ng ch : gi i, khá, TB): Gi i;

m:

10/10

Ký tên (ghi rõ h tên)

PGS.TS. Tr n Minh Quang


KHOA KH & KT MÁY TÍNH

1.

---------------------------Ngày 3 tháng 8
2021

1: Ph m T n i (1710929)
Nguy n Nh t Minh (1712179)
Nguy n Lê Ho ng Hi u (1711355)
Ngành (chuyên ngành):
Xây d ng h th ng c nh b o t nh tr ng giao thông trên n n web.
:

-

-

-

-

Nh
n l c t m hi u h th ng Utraffic hi n c
ti p t c ph t tri
ng g p
nh m ho n thi n h th ng. Ho n th
cc cm
ra nh m kh c ph c nh ng h n
ch
kh o s
c c a h th ng hi n c : c i thi n ch
ng, nâng cao t
hi n th t nh tr ng giao thông lên b
, c i thi n qu tr nh thu th p v
d li u, b
sung thêm t
qu n tr d li u.
Nh
c s d ng m t s ngu n d li
nh gi hi u su t c a h th ng m t
c ch r r ng.
D m
ra kh nhi u, nh m si
bi t c ch t m hi u, phân t ch c c b i to n v
xu t b i to n ph h p.
B oc
c vi t k
ng, h p l
vi

c b i b o khoa h c liên quan t i m t trong
nh
xu t c a nh m: c i thi n ch
gt
ng.

M c tiêu v kh

ng công vi c nh
ra r t nhi u, v c ch tr nh b y d n tr i không t p
ts l mn ib
c nh
ng g p c a nh m. Nh m nên tr nh b y r
nh ng ph
th a k v nh ng ph
c nh m c i thi n.
Ph
nh gi h th ng, nh m ch m i so s nh v i h th ng
c xây d ng
, ch
s so s nh v i nh ng h th
i c s n.
M t s ch
tr
id
c s thân thi n (v d : ch
p
i d ng c p nh t d li u giao thông)
Trong ph n k t lu n, bên c nh nh ng k t qu
m c a lu

m nên b
sung nh
m v m t k thu t so v i nh ng ng d
c trong th c t .

Gi i

10 /10


LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan đề tài “Xây dựng hệ thống cảnh báo tình trạng giao
thơng trên nền tảng Web” là cơng trình nghiên cứu của riêng chúng tôi dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo PGS. TS Trần Minh Quang. Các kiến thức, thơng tin,
cơng trình nghiên cứu khác được chúng tôi tham khảo sẽ được ghi chú một cách
rõ ràng ở phần Tài liệu tham khảo.
Chúng tôi xin chịu trách nhiệm về tính trung thực của nội dung trong đề tài
của chúng tơi.

TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2021
Nhóm nghiên cứu

1


LỜI CẢM ƠN
Trong q trình thực hiện và hồn thành Luận văn tốt nghiệp, chúng tôi đã
luôn nhận được sự quan tâm, hỗ trợ của quý thầy cô khoa Khoa học và Kỹ thuật
Máy tính, Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hồ Chí Minh.
Lời đầu tiên, chúng tơi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu, quý thầy

cô trong những năm tháng qua đã luôn dìu dắt, truyền dạy những kiến thức khơng
những chun mơn mà còn là tác phong, đạo đức của người kỹ sư Bách Khoa. Từ
sự chỉ dạy đó giúp chúng tơi có một nền tảng kiến thức vững chắc để khơng chỉ có
thể hồn thành tốt Luận văn tốt nghiệp mà cịn là hành trang q báu cho hành
trình bước vào đời.
Đặc biệt, chúng tôi xin gửi lời tri ân chân thành đến thầy giáo PGS. TS Trần
Minh Quang và ThS. Mai Tấn Hà đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng tơi trong
q trình thực hiện Luận văn tốt nghiệp.
Sau cùng, chúng tơi kính chúc Thầy Trần Minh Quang và quý Thầy Cô trong
Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính thật dồi dào sức khỏe, niềm vui để tiếp
tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho các thế hệ
mai sau.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2021
Nhóm nghiên cứu

2


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Đề tài nghiên cứu "Phát triển hệ thống cảnh báo tình trạng giao thơng ở TP
Hồ Chí Minh trên nền tảng Web" gồm các nội dung sau:
• Chương 1: Giới thiệu tổng quan, đưa ra một số giải pháp giải quyết vấn đề

và nêu ra mục tiêu của đề tài.

• Chương 2: Tìm hiểu những nghiên cứu liên quan đến nội dung đề tài.
• Chương 3: Phân tích tổng quan hệ thống hiện tại bao gồm kiến trúc hệ thống,

cấu trúc cơ sở dữ liệu, kiến trúc server và các API, cấu trúc và công nghệ
được sử dụng trong ứng dụng web.

• Chương 4: Khảo sát, đánh giá hiệu năng hệ thống dựa trên độ hiệu quả thực

thi của các API.

• Chương 5: Hiện thực tối ưu hóa truy vấn và tải dữ liệu về tình trạng giao

thơng lên bản đồ, phân tích cấu trúc của bản đồ, tổ chức lưu trữ dữ liệu về
tình trạng giao thông, đánh giá kết quả thực hiện được, cải thiện hiển thị dữ
liệu trên ứng dụng di động.

• Chương 6: Thực hiện tối ưu hóa việc tìm đường, phân tích ưu điểm, nhược

điểm của các giải thuật được sử dụng trong hệ thống hiện tại, đề xuất phương
pháp mới giúp cải thiện tốc độ thực thi, đánh giá độ hiệu quả của phương
pháp mới.

• Chương 7: Thực hiện bổ sung dữ liệu cho hệ thống, bao gồm dữ liệu về

segment, dữ liệu về tình trạng giao thơng, và đặc biệt là tích hợp dữ liệu về
tình trạng giao thơng từ trung tâm VOH.

• Chương 8: Thực hiện các tính năng mới cho hệ thống, cải thiện hệ thống cũ,

cải thiện về giao diện, trải nghiệm người dùng. Các tính năng mới bao gồm
hệ thống admin quản lý, cập nhật tình trạng giao thơng một cách trực tiếp;
tính năng lấy dữ liệu về tình trạng giao thơng cho các bên liên quan muốn
sử dụng dữ liệu, hiện thực các API mới để phục vụ cho các tính năng mới và

các tính năng cải thiện website.

• Chương 9: Tổng kết các cơng việc đã thực hiện được, phân tích những kết

quả và các vấn đề còn tồn tại, đưa ra các định hướng phát triển cho đề tài.

• Chương 10: Phụ lục của đề tài.

3


Mục lục
1 Giới thiệu
1.1 Giới thiệu tổng quan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Một số giải pháp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3 Mục tiêu của đề tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11
11
12
14

2 Những nghiên cứu liên quan

15

3 Tổng quan hệ thống
3.1 Cấu trúc hệ thống . . . . . . . . .
3.2 Database Server . . . . . . . . . .
3.3 API Server . . . . . . . . . . . . .

3.3.1 Các công nghệ sử dụng . .
3.3.2 Thiết kế API . . . . . . .
3.3.3 Định dạng trả về của API
3.4 Ứng dụng Web . . . . . . . . . . .
3.4.1 ReactJs . . . . . . . . . . .
3.4.2 Redux và Redux Toolkit .
3.4.3 OpenStreetMap . . . . . .
3.4.4 Leaflet và React Leaflet .

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

20
20
21
22
22
24
24
25
25

26
27
27

.
.
.
.
.

28
28
28
28
29
29

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

4 Khảo sát hệ thống
4.1 Tổng quan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Đánh giá hiệu suất các API được hiện thực bởi
4.2.1 Tìm hiểu hướng thực hiện . . . . . . . .
4.2.2 Môi trường đánh giá . . . . . . . . . . .
4.2.3 Kết quả đánh giá . . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

. . . .
server
. . . .
. . . .
. . . .

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

5 Tối ưu hóa truy vấn và hiển thị dữ liệu về tình trạng giao thơng
lên bản đồ
5.1 Cách tổ chức dữ liệu địa lý và tình trạng giao thơng trong MongoDB
5.1.1 Cấu trúc bản đồ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.2 Tổ chức lưu trữ dữ liệu về tình trạng giao thông . . . . . . .
5.2 Chức năng hiển thị dữ liệu tình trạng giao thơng lên bản đồ . . . .
5.2.1 Mô tả tổng quan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.2 Cache dữ liệu tình trạng giao thông để tăng tốc độ truy vấn
5.2.3 Tối ưu hóa truy vấn dữ liệu tình trạng giao thơng . . . . . .
5.2.4 Đánh giá kết quả thực hiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4

33
33
33
36
41
41
41
44
49


5.3

Cải thiện việc hiển thị dữ liệu trên ứng dụng di động . . . . . . . .

6 Vấn đề tối ưu hóa tìm đường
6.1 Giải thuật tìm đường hiện tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.1 Giải thuật A-star . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.2 Giải thuật Yen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.3 Phân tích phương pháp tìm đường hiện tại . . . . . . . .
6.2 Đề xuất phương pháp tìm đường mới . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1 Các bước chính trong giải thuật Yen . . . . . . . . . . . .
6.2.2 Tổ chức cấu trúc dữ liệu cho segment . . . . . . . . . . .
6.2.3 Điểm hạn chế của giải thuật Yen và cách khắc phục . . .
6.2.4 Đề xuất phương pháp tìm đường mới cải thiện giải thuật

6.3 Đánh giá kết quả thực hiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.1 Môi trường đánh giá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.2 Kết quả đánh giá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.3 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Bổ sung dữ liệu
7.1 Bổ sung dữ liệu cho Segment . . . . .
7.1.1 Đặt vấn đề . . . . . . . . . . . .
7.1.2 Giải pháp bổ sung dữ liệu . . .
7.2 Thêm dữ liệu cho Traffic Status . . . .
7.2.1 Đặt vấn đề . . . . . . . . . . . .
7.2.2 Giải pháp . . . . . . . . . . . .
7.3 Tích hợp dữ liệu tình trạng giao thông
7.3.1 Ý tưởng . . . . . . . . . . . . .
7.3.2 Hiện thực . . . . . . . . . . . .

. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
từ VOH
. . . . .
. . . . .

.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.

55

58
. . 58
. . 58
. . 63
. . 64
. . 65
. . 65
. . 65
. . 67
Yen 68
. . 76
. . 76
. . 76
. . 81
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

82
82
82
82
84
84
85
86
86
87

8 Cập nhật hệ thống
91
8.1 Gửi báo cáo tình trạng giao thông trên ứng dụng web . . . . . . . . 91
8.1.1 Mô tả sơ lược . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
8.1.2 Các hạn chế của tính năng hiện tại . . . . . . . . . . . . . . . 92
8.1.3 Các cập nhật mới dành cho tính năng . . . . . . . . . . . . . 94
8.2 Cập nhật tình trạng giao thơng dành cho admin của hệ thống . . . 100
8.2.1 Sơ lược về tính năng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

8.2.2 Hiện thực việc tương tác với bản đồ . . . . . . . . . . . . . . 100
8.2.3 Hiện thực việc cập nhật tình trạng giao thơng . . . . . . . . 104
8.3 Xây dựng tính năng Public Data cho người dùng . . . . . . . . . . . 107
8.3.1 Sơ lược về tính năng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
8.3.2 Hiện thực việc tương tác với bản đồ . . . . . . . . . . . . . . 107
8.3.3 Hiện thực việc lấy dữ liệu về tình trạng giao thông . . . . . 108
8.4 Cải thiện hệ thống website . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
8.4.1 Hiển thị thơng tin về tình trạng giao thơng từ trung tâm VOH114
8.4.2 Thêm tính năng mới cho q trình tìm đường . . . . . . . . 116

5


9 Kết
9.1
9.2
9.3

luận
118
Tổng kết các công việc đã thực hiện được trong luận văn . . . . . . 118
Một số hạn chế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Hướng phát triển . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

10 Phụ lục của đề tài
10.1 Bài báo khoa học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2 Các API hiện thực từ giai đoạn đề cương luận văn . . . .
10.2.1 API tính quãng đường người dùng đi được . . . .
10.2.2 API về thông tin ứng dụng . . . . . . . . . . . . .
10.2.3 Chức năng tiếp nhận, phản hồi ý kiến người dùng

10.3 API được hiện thực từ các nhóm nghiên cứu trước đây .
10.4 Xây dựng trang Home cho hệ thống Utraffic . . . . . . .

6

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

126
126
126
126
128
129
131

131


Danh sách bảng
3.1
3.2

Danh sách trạng thái kết quả . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Định nghĩa danh sách lỗi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24
25

4.1

Khảo sát thời gian phản hồi API lấy tình trạng giao thơng hệ thống
hiện tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Khảo sát thời gian phản hồi API tìm đường trong hệ thống hiện tại

30
31

4.2
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7

5.8
5.9
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6

Các nguồn dữ liệu về tình trạng giao thơng trong hệ thống . . . . .
Các khung giờ trong bộ dữ liệu nền . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thời gian thực hiện các tác vụ trong việc lấy tình trạng giao thơng
trong hệ thống cũ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bán kính vùng tìm kiếm ứng với mức độ thu phóng của bản đồ . .
Tương quan giữa giá trị của zoom_level và street_level . . . . . . .
Thời gian thực hiện việc lấy tình trạng giao thơng bằng phương
pháp lấy dữ liệu theo khu vực hình chữ nhật . . . . . . . . . . . . .
Khảo sát thời gian phản hồi API lấy tình trạng giao thơng theo khu
vực hình chữ nhật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
API và thời gian phản hồi theo phương pháp cũ . . . . . . . . . . .
API và thời gian phản hồi theo phương pháp mới . . . . . . . . . .
Vận tốc trung bình trong các khung thời gian khác nhau của dữ liệu
nền . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Danh sách các con đường đại diện được sử dụng trong khảo sát . .
Thời gian phản hồi việc định tuyến của hai cách tiếp cận với tiêu
chí khoảng cách . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chiều dài con đường thứ hai tìm được của hai cách tiếp cận với tiêu
chí khoảng cách . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thời gian phản hồi định tuyến của hai cách tiếp cận với tiêu chí thời
gian di chuyển . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Thời gian ước tính để đi hết con đường thứ hai của hai cách tiếp
cận với tiêu chí thời gian di chuyển . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

37
39
44
45
48
52
54
56
57
61
76
77
77
77
78


Danh sách hình vẽ
1.1

Ùn tắc giao thơng tại Thành phố Hồ Chí Minh . . . . . . . . . . . .

12

2.1

2.2
2.3
2.4

Xem hình ảnh giao thơng qua camera của SGTVT TP. HCM .
Vị trí các camera trên ứng dụng của SGTVT TP.HCM . . . .
UTraffic Website . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
UTraffic Mobile App . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.

16
16
18
19

3.1
3.2
3.3

Lược đồ kiến trúc hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Quản lý API server của hệ thống Utraffic với PM2 . . . . . . . . . .
Lifecycle trong ReactJS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20
23
26

5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6

ERD của cơ sở dữ liệu bản đồ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Biểu đồ thể hiện số lượng segment ứng với các loại đường . . . . . .
ERD của cơ sở dữ liệu về tình trạng giao thơng . . . . . . . . . . . .
Minh họa vùng lấy dữ liệu tình trạng giao thơng trong hệ thống cũ
Minh họa việc lấy tọa độ của bản đồ . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tình trạng giao thơng ở mức zoom 15 của phương pháp lấy dữ liệu
theo khu vực hình trịn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tình trạng giao thông ở mức zoom 14 của phương pháp lấy dữ liệu
theo khu vực hình trịn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tình trạng giao thơng ở mức zoom là 15 của phương pháp lấy dữ
liệu theo khu vực hình chữ nhật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tình trạng giao thơng ở mức zoom là 14 của phương pháp lấy dữ
liệu theo khu vực hình chữ nhật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
So sánh thời gian tác vụ tìm tập segment của API lấy tình trạng
giao thơng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
So sánh tổng thời gian phản hồi của API lấy lấy tình trạng giao thông
So sánh tổng số segment trả về của API lấy tình trạng giao thơng .
Màn hình ứng dụng được đo thời gian phản hồi . . . . . . . . . . . .

33
35
38

46
47

Cấu trúc dữ liệu của Hashmap sử dụng trong việc tìm đường . . . .
Kết quả của hạn chế trong lý thuyết mô phỏng . . . . . . . . . . . .
Kết quả của hạn chế trong thực tế . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Các segment kế tiếp nhau trong bản đồ . . . . . . . . . . . . . . . .
Minh hoạ bước cải tiến thứ hai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Minh hoạ bước cải tiến thứ hai trong thực tế . . . . . . . . . . . . .
Minh hoạ cơ sở lý thuyết của bước cải tiến thứ hai . . . . . . . . . .
So sánh độ dài của con đường thứ hai giữa hai cách tiếp cận với tiêu
chí khoảng cách . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

66
67
67
69
71
71
72

5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
6.1
6.2

6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8

8

.
.
.
.

.
.
.
.

50
50
51
51
52
53
53
55

79

6.9

So sánh thời gian phản hồi định tuyến giữa hai phương pháp với
tiêu chí khoảng cách . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.10 So sánh thời gian di chuyển của con đường thứ hai giữa hai cách
tiếp cận với tiêu chí thời gian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.11 So sánh thời gian phản hồi định tuyến giữa hai phương pháp với
tiêu chí thời gian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.

82
84
84
85
86
86

8.1
8.2

Form báo cáo dữ liệu giao thông của hệ thống cũ . . . . . . . . . . .
Ảnh minh họa vị trí cảnh báo tình trạng giao thông hiển thị không
đúng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ảnh minh họa dữ liệu đoạn đường người dùng gửi khơng chính xác

Ảnh minh họa việc khơng thể gửi báo cáo cho nhiều đoạn đường . .
Form báo cáo dữ liệu giao thông sau khi được cập nhật giao diện .
Q trình gửi báo cáo dữ liệu giao thơng của người dùng . . . . . .
Ảnh minh họa vị trí cảnh báo tình trạng giao thơng sau khi được
cập nhật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ảnh minh họa dữ liệu giao thông người dùng gửi đi được hệ thống
ghi nhận sau khi được cập nhật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hộp thoại hỗ trợ tương tác của người dùng với đoạn đường trên bản
đồ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ảnh minh họa việc chọn nhiều đoạn đường để gửi báo cáo . . . . .
Ảnh minh họa hộp thoại cho từng đoạn đường trong chế độ chọn
nhiều đoạn đường . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ảnh minh họa báo cáo được hệ thống ghi nhận trong chế độ chọn
nhiều đoạn đường . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ảnh minh họa cho bản đồ chính với một khu vực hình chữ nhật
được lựa chọn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ảnh minh họa cho phần thiết lập đối với bản đồ . . . . . . . . . . .
Ảnh minh họa cho vị trí chọn là khu vực hình trịn . . . . . . . . . .
Ảnh minh họa cho vị trí chọn là đoạn đường . . . . . . . . . . . . .
Ảnh minh họa cho form điền thông tin giao thông của admin . . . .
Ảnh minh họa cho việc chọn khu vực lấy dữ liệu hình chữ nhật . .
Ảnh minh họa chọn khoảng thời gian để lấy dữ liệu giao thơng . . .
Dữ liệu về tình trạng giao thông dưới định dạng JSON . . . . . . .
Dữ liệu về tình trạng giao thơng dưới định dạng XML . . . . . . . .
Tải file xlsx lưu dữ liệu tình trạng giao thơng . . . . . . . . . . . . .
Dữ liệu về tình trạng giao thơng được lưu ở file XLSX . . . . . . . .
Ảnh minh họa thơng tin tình trạng giao thơng từ trung tâm VOH .

91

8.9
8.10
8.11
8.12
8.13
8.14
8.15
8.16
8.17
8.18
8.19
8.20
8.21
8.22
8.23
8.24

9

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

81

Số lượng segment thiếu dữ liệu về street_name
Cập nhật segment id 3427 . . . . . . . . . . . .
Cập nhật segment id 6310 . . . . . . . . . . . .
Nguồn GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nguồn AD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Các nguồn tin trong ngày từ VOH . . . . . . .

8.8

.
.
.
.
.
.

80

7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6

8.3
8.4
8.5
8.6
8.7

.
.
.
.
.

.

79

92
93
94
94
95
96
96
97
98
98
99
101
101
102
103
104
108
109
111
112
112
113
115


8.25 Ảnh minh họa thơng tin kết quả tìm đường . . . . . . . . . . . . . . 116

8.26 Ảnh minh họa thông tin kết quả tìm đường trên bản đồ . . . . . . . 117
8.27 Ảnh minh họa đảo chiều quá trình tìm đường . . . . . . . . . . . . . 117

10


Chương 1

Giới thiệu
1.1

Giới thiệu tổng quan

Ngày nay, song hành cùng với cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư (CMCN
4.0) đang thúc đẩy sự phát triển kinh tế, xã hội của các quốc gia trên thế giới [1]
là vấn đề gia tăng dân số. Tình trạng mật độ dân số đông đúc ở các thành phố
lớn đặc biệt là tại các nước đang phát triển đã khơng cịn q xa lạ với chúng ta.
Hệ lụy của tình trạng này là xã hội nảy sinh ra nhiều vấn đề như ô nhiễm môi
trường, thất nghiệp, trộm cắp, quá tải bệnh viện, trường học... [2]. Trong số đó
vấn đề liên quan đến ùn tắc giao thông đang là một vấn đề cấp bách và cần được
quan tâm. Nếu khơng có cách giải quyết và khắc phục, ùn tắc giao thơng có thể
gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống con người và làm cho nền kinh tế thiệt
hại nặng nề [3].
Ùn tắc giao thông thường xảy ra ở các đô thị lớn và mức độ nghiêm trọng sẽ
tỉ lệ thuận với mật độ dân số ở các thành phố này. Hệ lụy của ùn tắc giao thơng
có thể kể đến như là khiến cho thời gian di chuyển của chúng ta tăng lên, tiêu tốn
nhiều nhiên liệu hơn, tuổi thọ của các phương tiện giao thơng bị suy giảm, tăng
chi phí đi lại, tăng lượng khí thải và tiếng ồn, giảm sự cơ động của giao thông đô
thị, làm ảnh hưởng đến các hoạt động kinh doanh của các doanh nghiệp cũng như
cá nhân... Nhìn chung ùn tắc giao thơng đã và đang ảnh hưởng tiêu cực đến nhiều

mặt của đời sống xã hội và gây thiệt hại nặng nề cho nền kinh tế.
Ở Việt Nam, theo tính tốn, mỗi năm TP.HCM thiệt hại khoảng 1,2 triệu giờ
công lao động, 1,3 tỷ USD/năm do ùn tắc giao thông và 2,3 tỷ USD do ô nhiễm
môi trường từ các phương tiện cơ giới [4], một con số thiệt hại vô cùng to lớn. Hơn
thế nữa, hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông của TP.HCM hiện nay được xem là
vừa thiếu lại vừa yếu so với vai trò của một đầu tàu kinh tế của cả nước. Tỷ lệ đất
dành cho giao thông chỉ trên dưới 8% (trong khi yêu cầu cần thiết là từ 24-26%, và
theo quy định của pháp luật là từ 16-26%). Tổng chiều dài các tuyến đường và cầu
của TP.HCM chỉ khoảng 2km/1km2 (trong khi tiêu chuẩn là 10-13km/1km2 ) [5].
Hình 1.1 mơ tả cảnh xe máy, ơ tơ, xe chở hàng và một số loại phương tiện khác bị
kẹt cứng trong một điểm ùn tắc giao thông tại TP.HCM.
Việc giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông vẫn là một vấn đề nan giải với các
quốc gia nói chung và Việt Nam nói riêng. Hiện nay vẫn có rất ít quốc gia giải
quyết một cách triệt để vấn đề này. Vì vậy việc nghiên cứu các giải pháp để giảm
11


ùn tắc giao thông vẫn luôn là ưu tiên được đặt lên hàng đầu.

Hình 1.1: Ùn tắc giao thơng tại Thành phố Hồ Chí Minh. [Nguồn:
baogiaothong.vn]

1.2

Một số giải pháp

Hiện nay, giải quyết ùn tắc giao thông là công việc được ưu tiên hàng đầu, vì
thế có rất nhiều giải pháp được đề xuất bởi các nhà nghiên cứu nhằm giải quyết
vấn đề này. Có thể kể đến một số giải pháp tiêu biểu sau đây:
Thứ nhất, làm giảm mật độ dân số ở các thành phố lớn có đơng dân bằng

cách phân bổ lại các khu công nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, trường học, bệnh viện,
các tổ chức hành chính... ra các vùng lân cận xung quanh có mật độ dân số thấp
hơn. Nhìn chung, giải pháp này khơng những có thể giảm ùn tắc đáng kể mà cịn
có thể giải quyết một số vấn đề khác như ô nhiễm môi trường, quá tải trường học,
bệnh viện, thiếu việc làm... Tuy nhiên, giải pháp này để thực hiện được cần phải
mất rất nhiều thời gian và phải thực hiện từng bước từng bước.
Thứ hai, đó là đầu tư phát triển hệ thống giao thông công cộng (xe buýt, tàu
điện...) và khuyến khích mọi người sử dụng thay vì sử dụng phương tiện cá nhân.
Tuy nhiên, đối với một đất nước đang phát triển như Việt Nam rất khó triển khai
phương án này bởi nó cần rất nhiều chi phí và thời gian để thực hiện. Hơn thế
nữa, việc thuyết phục được người dân thay đổi ý thức để sử dụng phương tiện
cơng cộng cũng rất khó bởi tâm lý người Việt vẫn thích sử dụng phương tiện cá
nhân hơn. Hiện nay chỉ có một số nước phát triển trên thế giới như Nhật Bản,
Singapore triển khai thành công phương án này và giảm được đáng kể ùn tắc giao
12


thông cũng như là ô nhiễm môi trường.
Thứ ba, nâng cấp cơ sở hạ tầng giao thơng hiện tại, có thể thể đến như nâng
cấp đường xá, xây dựng cầu vượt... Tuy nhiên phương án này cũng tỏ ra ít khả
thi bởi chi phí thực hiện cũng khá cao và hiện tại diện tích đất để dành cho quy
hoạch các cơ sở hạ tầng giao thông trong thành phố cũng khơng cịn nhiều. Hơn
thế nữa, với xu thế sử dụng phương tiện cá nhân ngày một gia tăng như hiện nay
thì khơng thể ước lượng được việc nâng cấp cơ sở hạ tầng giao thơng đến mức nào
mới có thể đáp ứng được nhu cầu giao thông hiện tại.
Thứ tư, dựa vào sức mạnh của khoa học công nghệ đang phát triển trong thời
đại 4.0, đặc biệt là ngành công nghệ thông tin để thu thập dữ liệu, theo dõi và
phân tích tình trạng giao thơng trong thành phố và đưa ra các cảnh báo về ùn tắc
giao thông, từ đó có thể điều tiết mật độ giao thơng của các tuyến đường để hạn
chế ùn tắc.

Ba hướng nghiên cứu đầu cần quá nhiều chi phí, thời gian và cần có sự can
thiệp của nhà nước và chính phủ để thực hiện. Do vậy, trong phạm vi đề tài này,
chúng tôi sẽ chỉ tập trung vào hướng thứ tư là dựa vào sức mạnh của khoa học
công nghệ, đặc biệt là ngành công nghệ thông tin để làm giảm ùn tắc giao thơng.
Hiện tại, với phạm vi trong nước thì đã có một số nghiên cứu theo hướng này được
thực hiện, có thể kể đến một số ứng dụng tiêu biểu sau đây:
• Ứng dụng Thơng tin giao thơng thành phố Hồ Chí Minh của Sở

giao thơng vận tải TP.HCM [6]: đây là ứng dụng cho phép người dùng
xem tình trạng giao thông của các tuyến đường dựa vào màu sắc trên bản
đồ hoặc thơng qua hình ảnh thực tế của thành phố Hồ Chí Minh. Các hình
ảnh trên ứng dụng khai thác trực tiếp từ hệ thống camera giám lắp đặt ở các
tuyến đường trong thành phố.

• Các kênh giao thơng của Đài tiếng nói nhân dân TP.HCM - VOH [7]

và Đài tiếng nói Việt Nam - VOV [8]: các kênh radio chun cung cấp
thơng tin về tình trạng và sự cố giao thơng khu vực TP.HCM nói riêng và
cả nước Việt Nam nói chung. Thơng tin giao thơng sẽ được cung cấp bởi đội
ngũ cộng tác viên hoặc là chủ phương tiện đang tham gia giao thơng.

• Hệ thống giao thông thông minh Utraffic [9]: Đây là đề tài nghiên cứu

được thực hiện bởi PGS. TS Trần Minh Quang cùng nhóm nghiên cứu trường
Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh. Mục tiêu chính của đề tài là nghiên
cứu, đề xuất giải pháp tích hợp và phân tích dữ liệu từ cộng đồng trong đánh
giá tình trạng giao thơng đơ thị ở thành phố Hồ Chí Minh, qua đó góp phần
giải quyết bài tốn UTGT và hỗ trợ nhà quản lý trong việc quản lý thông tin
giao thông đô thị (Utraffic) một cách hiệu quả.

Các ứng dụng trên đã có những đóng góp quan trọng trong việc giảm ùn tắc
giao thông ở TP.HCM. Đặc biệt đối với hệ thống giao thông thông minh Utraffic
với cơ chế thu thập được dữ liệu giao thông từ cộng đồng từ nhiều nguồn khác
nhau. Dựa trên dữ liệu thu thập được hệ thống sẽ phân tích, đánh giá và đưa ra
cảnh báo tình trạng giao thơng đến người dùng thơng qua việc hiển thị tình trạng
giao thơng lên bản đồ. Ngồi ra Utraffic cũng hỗ trợ trong việc tìm đường theo
khoảng cách địa lý hoặc theo thời gian ngắn nhất dựa vào tình trạng giao thơng
13


và một số chức năng khác. Tuy nhiên trong quá trình triển khai và sử dụng trong
thực tế thì hệ thống này vẫn còn tồn tại một số điểm cần phải cải thiện để hoạt
động tốt hơn.

1.3

Mục tiêu của đề tài

Với những phân tích ở trên, mục tiêu của chúng tôi trong đề tài này là tiếp
nhận hệ thống cảnh báo tình trạng giao thơng ở TP.HCM (Utraffic) đã được phát
triển bởi các nhóm nghiên cứu trước đó nhằm phân tích, đánh giá để tìm ra các
mặt hạn chế của hệ thống hiện tại. Từ đó, cải thiện các hạn chế này đồng thời
phát triển thêm một số tính năng mới cho hệ thống.
Qua q trình tìm hiểu, phân tích, chúng tơi có thể tóm tắt một số hạn chế của
hệ thống Utraffic hiện tại như sau:
• Chức năng tìm đường vẫn còn chậm và kết quả trả về vẫn có một số trường

hợp khơng chính xác.

• Cơ chế thu thập, lưu trữ, tính tốn dữ liệu giao thơng từ nhiều nguồn vẫn

chưa được hiện thực tốt.

• Chức năng hiển thị tình trạng giao thơng lên bản đồ của ứng dụng web và

ứng dụng mobile vẫn cịn chậm.

• Giao diện của ứng dụng web của hệ thống hơi khó sử dụng và vẫn cịn tồn

tại một số lỗi, có thể kể đến như lỗi tương tác khi người dùng chọn vị trí để
gửi báo cáo tình trạng giao thơng.

Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi sẽ thực hiện các công việc để khắc phục
các hạn chế kể trên và phát triển thêm một số tính năng mới cho hệ thống. Những
đóng góp chính của chúng tơi có thể liệt kê như sau:
• Cải thiện độ chính xác của chức năng tìm đường đồng thời nâng cao tốc độ

và hiệu suất trong việc tìm đường theo hai tiêu chí là khoảng cách ngắn nhất
và thời gian di chuyển ngắn nhất có tính đến tình trạng giao thơng.

• Cải thiện việc thu thập dữ liệu giao thông từ nhiều nguồn, đồng thời cung

cấp cơ chế lưu trữ, tính tốn để nâng cao hiệu quả trong việc cảnh báo tình
trạng giao thơng đến cộng đồng.

• Tìm ra giải pháp và hiện thực nhằm nâng cao tốc độ hiển thị tình trạng giao

thơng lên bản đồ của ứng dụng web và ứng dụng mobile.

• Nâng cấp giao diện của ứng dụng web, đồng thời khắc phục một số lỗi hiện

có.

• Cung cấp cơ chế lấy dữ liệu thực tế về TTGT theo thời gian để nhà nghiên

cứu, nhà phát triển phần mềm có thể sử dụng trong nghiên cứu và phát triển
(chức năng Public Data).

• Xây dựng tính năng để bổ sung một nguồn dữ liệu giao thông đáng tin cậy

bằng cách cho phép nhà quản trị của hệ thống Utraffic cập nhật tình trạng
giao thơng.
14


Chương 2

Những nghiên cứu liên quan
Tình trạng ùn tắc giao thông đang ngày một tăng lên, đây là động lực giúp cho
các nhóm nghiên cứu vẫn khơng ngừng tìm kiếm những giải pháp khắc phục vấn
đề này. Do đó các nghiên cứu nhằm cải thiện tình trạng giao thơng trở thành một
đề tài khá phổ biến.
Hiện nay, trên thế giới các giải pháp liên quan đến việc xây dựng các hệ thống
giao thông thông minh (Intelligent Transportation System - ITS) đang được tập
trung nghiên cứu phát triển. Các hệ thống này tập trung vào việc giải quyết các
vấn đề lớn như thu thập dữ liệu, chuyển dữ liệu thu thập được đến trung tâm
xử lý, xử lý và phân tích dữ liệu tại trung tâm nhằm cung cấp thông tin về tình
trạng giao thơng một cách đầy đủ, kịp thời và chính xác nhằm cảnh báo các cơ
quan quản lý và người dân giúp họ có thể đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời.
Có thể kể đến một số hệ thống như hệ thống ITS của bang Kansas tại Mỹ [10],

hệ thống NAVITIME của Nhật Bản [11], hệ thống VICS (Vehicle Information and
Communication System) [12]... Nhiều nhóm nghiên cứu chủ yếu triển khai các
mạng cảm biến cố định trên các tuyến đường cần được giám sát để thu thập dữ
liệu như hệ thống phát hiện phương tiện dựa vào cơng nghệ định danh sóng vơ
tuyến RFID [13, 14], hệ thống sử dụng cảm biến vòng từ (loop detector) [15, 16],
hệ thống sử dụng camera giám sát [17]... Tuy nhiên, các hệ thống này vẫn còn tồn
tại nhiều hạn chế về khả năng bao phủ, chi phí xây dựng, vận hành và bảo trì, đặt
biệt là khi áp dụng vào các nước đang phát triển như là Việt Nam. Hơn thế nữa,
đặc điểm giao thông ở mỗi quốc gia đều khơng giống nhau, nhất là với một đất
nước có tình trạng giao thơng phức tạp như Việt Nam thì việc triển khai các hệ
thống này càng trở nên bất khả thi hơn.
Các nghiên cứu trong nước liên quan nhằm góp phần giảm thiểu ùn tắc giao
thơng hiện nay cũng đang được đẩy mạnh, có thể kể đến một số hệ thống, ứng
dụng tiếp theo đây.
Ứng dụng thông tin giao thơng thành phố Hồ Chí Minh của sở giao thơng vận
tải thành phố Hồ Chí Minh (SGTVT TP. HCM) [6] hoạt động trên nền tảng web
và di động, cho phép người dùng xem trực tiếp hình ảnh giao thơng trên các tuyến
đường thông qua camera của SGTVN TP.HCM, giao diện của ứng dụng thể hiện
ở hình 2.1, các vị trí bố trí lắp đặt camera trong thành phố được thể hiện ở bản
đồ ở hình 2.2, ngồi ra người dùng cũng có thể xem tình trạng giao thơng trực
tiếp trên bản đồ thông qua màu sắc. Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống này
là không đảm bảo được độ phủ của dữ liệu do hiện tại ở TP.HCM còn rất nhiều
15


tuyến đường chưa có camera giám sát. Yêu cầu đặt ra là SGTVT TP. HCM cần
phải lắp đặt thêm rất nhiều camera cho các tuyến đường chưa có camera và các
tuyến đường mới thì mới có thể tăng độ bao phủ của dữ liệu. Nhưng để thực hiện
được việc này thì tốn khá nhiều thời gian và kinh phí.

Hình 2.1: Xem hình ảnh giao thơng qua camera của SGTVT TP. HCM. [Nguồn:
giaothong.hochiminhcity.gov.vn]

Hình 2.2: Vị trí các camera trên ứng dụng của SGTVT TP.HCM. [Nguồn:
giaothong.hochiminhcity.gov.vn]
Các kênh giao thông của Đài tiếng nói nhân dân thành phố Hồ Chí Minh VOH
- 95.6Mhz [7] hay Đài truyền hình tiếng nói Việt Nam VOV - 91Mhz [8] cũng góp
phần giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông bằng cách thu thập dữ liệu từ cộng đồng.
Cụ thể, người tham gia giao thông hoặc các cộng tác viên sẽ chủ động liên lạc và
cung cấp thơng tin về tình trạng giao thơng với VOH (hoặc VOV). Từ đó, phát
thanh viên của nhà đài sẽ phổ biến lại tình trạng giao thơng với người dân thơng
qua radio và một số kênh truyền thông khác. Tuy nhiên, đối với đa số người dân
thì cách này khá là khó tiếp cận. Bởi lẽ khơng phải ai cũng có thể động tra cứu
16


tình trạng giao thơng mà chỉ có thể nghe thụ động thông qua radio hay thông qua
các kênh truyền thông. Thêm một lý do nữa nếu có q ít thơng tin về tình trạng
giao thơng từ người tham gia giao thơng hoặc từ các cộng tác viên thì cũng khơng
đảm bảo được độ phủ của dữ liệu.
Trước đây, đã có một nhóm nghiên cứu của trường Đại học Bách Khoa thành
phố Hồ Chí Minh đã xây dựng hệ thống có tên "Smart BK Traffic" [18]. Hệ thống
này đã thực hiện các phương pháp thu thập dữ liệu giao thông thông qua GPS
của các tuyến xe buýt của thành phố, rồi từ đó phân tích và đưa ra kết quả tình
trạng giao thông lên bản đồ qua website. Phương pháp này khá hay, tuy nhiên lại
không đảm bảo được dữ liệu có đầy đủ và có chính xác hay khơng do phụ thuộc
vào việc di chuyển của xe buýt. Những tuyến đường khơng có xe bt đi qua sẽ bị
thiếu dữ liệu.
Bên cạnh việc thu thập dữ liệu và cảnh báo tình trạng giao thơng, định tuyến
(tìm đường) là một vấn đề thiết yếu trong hầu hết các hệ thống thông tin giao

thông và trong hệ thống ITS. Đây cũng là một bài tốn khó, thu hút các nhà
nghiên cứu từ nhiều lĩnh vực như toán học giải toán tối ưu hóa, giao thơng vận
tải, khoa học máy tính,. . . để đưa ra các giải pháp phù hợp có thể áp dụng trong
các ứng dụng thực tế, đặc biệt là ở các thành phố lớn nơi có mạng lưới giao thông
đông đúc và phức tạp mạng [19–21]. Một giải pháp định tuyến hiệu quả có thể
giúp người đi lại đưa ra quyết định tốt trong việc lựa chọn tuyến đường phù hợp
nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí. Hơn thế nữa, điều này cịn có thể giúp loại bỏ
tắc nghẽn giao thơng, góp phần vào tăng trưởng kinh tế và nâng cao chất lượng
xã hội [20].
Định tuyến trên mạng lưới giao thơng đơ thị là một bài tốn khó vì tình trạng
giao thơng khơng cố định mà thay đổi liên tục, đặc biệt là trong mạng lưới đô thị
lớn và năng động của các thành phố lớn (thành phố với hơn 10 triệu dân). Yan
Zheng và các đồng nghiệp của ơng đã đề xuất một thuật tốn điều hướng phụ
thuộc vào thời gian để cải thiện trải nghiệm lái xe trên mạng giao thông động [22].
Họ xem xét chi phí đi lại của điều kiện giao thơng thường xun thay đổi theo
khoảng cách tuyến đường và chi phí thời gian trên tuyến đường trong các khoảng
thời gian khác nhau. Họ cũng xây dựng một mơ hình hướng dẫn phương tiện dựa
trên chuỗi Markov để dự đoán tắc nghẽn nhằm tránh chọn các tuyến đường đang
xảy ra tắc đường trong thời gian thực. Tuyến đường tối ưu đạt được bằng cách
tiếp cận của họ giúp tiết kiệm đáng kể thời gian di chuyển và mơ hình của họ hoạt
động tốt trong việc định tuyến cũng như giảm bớt tắc nghẽn. Tuy nhiên, dữ liệu
giao thông để định tuyến trong cách tiếp cận của họ được trích xuất từ dữ liệu
GPS của mạng lưới taxi ở Thâm Quyến, Trung Quốc. Điều này có thể gây ra vấn
đề về chất lượng dữ liệu liên quan đến phạm vi phủ sóng của dữ liệu GPS. Do đó,
tình trạng giao thơng được suy ra từ dữ liệu GPS có thể khơng chính xác dẫn đến
các giải pháp định tuyến không đáng tin cậy.
Jiajie Xu, và các cộng sự, đã đề xuất mơ hình định tuyến nhận biết giao thông
giúp người lái xe bỏ qua các vị trí mới tắc nghẽn và đi theo con đường được gọi là
tốt nhất trong mạng lưới các tuyến đường năng động, có tính đến thơng tin giao
thơng [23]. Họ đã cải tiến các thuật toán định tuyến cổ điển bằng cách giảm khơng

gian tìm kiếm (để tìm đường) và tránh tính tốn lại do sự thay đổi của điều kiện
giao thông. Cụ thể, họ đã phát triển các cách tiếp cận để xử lý các truy vấn trong
một đồ thị nhỏ (subgraph) mỗi lần để loại bỏ đáng kể chi phí tính tốn và đảm
17


bảo phản hồi theo thời gian thực của các truy vấn tuyến đường, đặc biệt là đối với
các tuyến đường dài. Tuy nhiên, điểm yếu của cách tiếp cận này là chỉ có một giải
pháp được cung cấp cho các tài xế và đây không phải là một giải pháp tối ưu mà
chỉ là một giải pháp gần tối ưu.
Quay trở lại với hệ thống chúng tôi sẽ phát triển trong đề tài này, hệ thống giao
thông thông minh UTraffic [9] được nghiên cứu và hiện thực bởi PGS. TS Trần
Minh Quang cùng nhóm nghiên cứu trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.
Mục tiêu chính của hệ thống này là thu thập dữ liệu giao thông từ cộng đồng để
phân tích, đánh giá và đưa ra cảnh báo đến với người dùng góp phần giảm thiểu ùn
tắc giao thơng (UTGT), nâng cao sự an tồn và thuận lợi cho người tham gia giao
thông. Hiện nay, hệ thống đã đưa vào hoạt động trong giai đoạn thử nghiệm với
hai ứng dụng nổi bật là ứng dụng web mà ứng dụng mobile. Hình 2.3 và hình 2.4
lần lượt là giao diện của ứng dụng web và ứng dụng mobile của hệ thống UTraffic.
Tuy nhiên, qua quá trình đưa vào sử dụng thực tế thì UTraffic vẫn cịn tồn tại một
số yếu điểm, có thể kể đến như tốc độ việc hiển thị tình trạng giao thơng trong
một khu vực lớn trên bản đồ vẫn cịn chậm, hay tác vụ tìm đường đơi khi khơng
chính xác và tốn nhiều thời gian để thực hiện, ... khiến cho trải nghiệm người dùng
không tốt. Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi tập trung vào việc tiếp tục phát
triển hệ thống Utraffic, khắc phục các hạn chế hiện có và xây dựng thêm các tính
năng mới.

Hình 2.3: UTraffic Website. [Nguồn: bktraffic.com/utraffic]
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi trong đề tài này dựa trên tiền đề là các bài
báo khoa học, luận văn tốt nghiệp đã được cơng bố của các nhóm nghiên cứu trước

đó [24–33].

18


Hình 2.4: UTraffic Mobile App. [Nguồn: bktraffic.com/home]

19


Chương 3

Tổng quan hệ thống
Trong chương này, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết về cấu trúc, các cơng nghệ sử
dụng của server và các ứng dụng hiện có của hệ thống Utraffic.

3.1

Cấu trúc hệ thống

Như trong hình 3.1, kiến trúc hệ thống gồm 4 thành phần chính là Application,
API Server, Computing Server và Database Server.

Hình 3.1: Lược đồ kiến trúc hệ thống
• Application là ứng dụng trên web (hoặc trên điện thoại) đảm nhận nhiệm

vụ giao tiếp với người dùng. Người dùng có thể tương tác với ứng dụng để sử
dụng các chức năng hệ thống đang cung cấp như xem tình trạng giao thơng,
tìm đường, ...Ngồi ra, ứng dụng còn là đảm nhận nhiệm vụ thu thập dữ liệu
để gửi lên API server.

• Database Server là nơi lưu trữ toàn bộ dữ liệu của hệ thống, phục vụ trực

tiếp cho API Server và Computing Server.

• API Server là phần lõi của hệ thống, đảm nhận nhiệm vụ xử lý các yêu cầu

từ người dùng.

20


• Computing Server là nơi tổng hợp và phân tích tình trạng giao thơng dựa

vào người dữ liệu thu thập được từ người dùng và một số nguồn khác.

Ngoài ra, trong hệ thống có thêm thành phần phụ là Resource APIs. Resource
APIs là các API dùng để lấy dữ liệu từ các nguồn khác như từ khai phá dữ liệu và
từ các hệ thống khác như TomTom [35], OpenStreetMap(OSM) [34]... Các nguồn
dữ liệu này sẽ được sử dụng để tính tốn trạng thái giao thơng khi dữ liệu bị thiếu.

3.2

Database Server

Nhiệm vụ của Database Server là lưu trữ dữ liệu do người dùng gửi lên và các
dữ liệu đã được xử lý, tính tốn trên hệ thống. Bởi vì đây là hệ thống thời gian
thực và có lượng dữ liệu lớn nên database phải đáp ứng được các đặc điểm sau:
• Cho phép truy xuất nhanh một lượng lớn thơng tin trong thời gian ngắn.
• Một hệ thống giao thơng sẽ làm việc với dữ liệu về không gian địa lý rất

thường xuyên nên database cần hỗ trợ truy vấn theo khơng gian địa lý.

• Hệ thống phải có tính bảo mật để lưu trữ thông tin người dùng.

Với các loại database hiện có, chúng tơi thấy rằng Cassandra [36] và MongoDB
[37] là hai loại database đáp ứng được các tiêu chí trên. Cả hai loại database này
đều là NoSQL database. NoSQL có ưu điểm vượt trội về thời gian xử lý dữ liệu
lớn nên được rất nhiều công ty lớn sử dụng.
Trong đề tài này, chúng tôi sẽ sử dụng MongoDB làm database chính. MongoDB
là một cơ sở dữ liệu mã nguồn mở được hàng triệu người sử dụng. MongoDB được
viết bằng ngơn ngữ C++.
MongoDB có những ưu điểm sau:
• Open Source

– MongoDB là phần mềm mã nguồn mở miễn phí, có cộng đồng phát triển
rất lớn
• Hiệu năng cao

– Tốc độ truy vấn (find, update, insert, delete) của MongoDB nhanh hơn
hẳn so với các hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS).
– Thử nghiệm cho thấy tốc độ insert của MongoDB có thể nhanh tới gấp
100 lần so với MySQL (So sánh hiệu suất của MongoDB với MySQL).
Bởi vì MongoDB lưu dữ liệu dưới dạng JSON cho nên khi insert nhiều
đối tượng thì nó sẽ là insert một mảng JSON gần như với trường hợp
insert 1 đối tượng
– Dữ liệu trong MongoDB khơng có sự ràng buộc lẫn nhau như trong
RDBMS, khi insert, delete hay update nó khơng cần phải mất thời gian
kiểm tra xem có thỏa mãn các bảng liên quan như trong RDBMS.
21