Sử dụng thực tại ảo mô phỏng điểm đen giao thông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG




Lê Hữu Nhân

SỬ DỤNG THỰC TẠI ẢO MÔ PHỎNG
ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN
TỈNH THÁI NGUYÊN




LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH









Thái Nguyên, năm 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG




Lê Hữu Nhân

SỬ DỤNG THỰC TẠI ẢO MÔ PHỎNG
ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN
TỈNH THÁI NGUYÊN
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60 48 01


LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH


NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Đỗ Năng Toàn


Thái Nguyên, năm 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung bản luận văn này là do tôi tự tìm
hiểu, sưu tầm, tra cứu và sắp xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu của đề tài
và dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Đỗ Năng Toàn. Nội dung luận
văn này chưa từng được công bố hay xuất bản dưới bất kỳ hình thức nào và
sao chép từ bất kỳ một công trình nghiên cứu nào. Tất cả phần mã nguồn của
chương trình đều do tôi tự thiết kế và xây dựng, trong đó có sử dụng một số
thư viện chuẩn và các thuật toán được các tác giả xuất bản công khai và miễn
phí trên mạng Internet. Nếu sai tôi xin tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 9 năm 2012
Người cam đoan



Lê Hữu Nhân
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
i



MỤC LỤC
TT
NỘI DUNG
Trang
1
Mục lục nội dung Luận văn
i

Các hình vẽ
ii

2
Bảng các từ viết tắt và bảng biêu
iii
3
Đặt vấn đề
1
4
Chương 1. Khái quát về mô phỏng và điểm đen giao
thông

2
5
1.1. Khái quát về mô phỏng
2
6
1.1.1. Mô phỏng là gì?
1.1.2. Mô phỏng trong máy tính
1.1.3. Thực tại ảo trong mô phỏng máy tính
1.1.4. Ứng dụng thực tại ảo mô phỏng trong máy tính
2
3
4
6
7
1.2. Điểm đen và tai nạn va chạm giao thông
1.2.1. Điểm đen giao thông
1.2.2. Tai nạn, va chạm giao thông tại điểm đen
1.2.3. Mô phỏng trong giao thông
1.2.4. Các hệ thống phần mềm trong quản lý và an toàn
giao thông

6
6
7
7

7
8
Chương 2. Một số kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm
trong mô phỏng điểm đen giao thông
2.1. Mô phỏng điểm đen giao thông
2.2. Phát hiện va chạm
2.2.1. Kỹ thuật dùng Hộp Bao AABB
2.2.2. Kỹ thuật dùng Hộp Bao OBB
2.2.3. Kỹ thuật sử dụng phương pháp Elipsoid
2.2.4. Phát hiện va chạm khi các đối tượng di chuyển
2.3. Xử lý các hiệu ứu méo mó, biến dạng sau va
chạm

11
11
17
18
19
32
41
42
9
Chương 3. Ứng dụng mô phỏng tai nạn va chạm tại
điểm đen giao thông
3.1. Tổng quan về kết cấu hạ tầng và an toàn giao thông trên

địa bàn tỉnh Thái Nguyên
3.2. Hiện trạng an toàn giao thông và điểm đen giao thông
3.3. Bài toán ứng dụng mô phỏng tình huống va chạm giao
thông
3.4. Một số kiến nghị đề xuất giải pháp kìm chế tai nạn giao
thông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2011-2015
3.5. Đề xuất Mô hình kiến trúc ứng dụng quản lý và mô
phỏng điểm đen giao thông trên địa bàn tỉnh

49

49
53
56


60

62
10
KẾT LUẬN:
63

11
TÀI LIỆU THAM KHẢO
64

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ii

BẢNG CÁC HÌNH VẼ
Hình
Tên hình
Trang
Hình 1.1.
Mô phỏng 3D máy bay Mig21
3
Hình 1.2.
Mô phỏng 3D tim người
3
Hình 1.3.
Mô phỏng 3D đen điều khiển tín hiệu giao thông
3
Hình 1.4.
Mô phỏng 3D va chạm giao thông
6
Hình 1.5.
Một điểm đen giao thông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
6
Hình 1.6.
Tai nạn, van chạm giao thông tần nhìn bị che khuất
7
Hình 1.7.
Mô hình quy hoạch phân luồng giao thông 3D
8
Hình 1.8.
Mô hình quy hoạch phân luồng oto 3D trong hệ thống Carsim

8
Hình 1.9.
Cửa sổ thiết kế quy hoạch tuyến, luồng phương tiện giao thông
10
Hình 2.1.
Hộp bao AABB, 2D
16
Hình 2.2
Hộp bao AABB, 3D
16
Hình 2.3
Hộp bao AABB
16
Hình 2.4
Chiếu các đối tượng lên trục tọa độ
17
Hình 2.5
Hộp bao hướng OBB
18
Hình 2.6
Hình chiếu của P lên đường thẳng d
19
Hình 2.7
Chiếu 8 đỉnh của hình hộp lên trục d
20
Hình 2.8
Kết quả hai hình hộp lên trục cô lập d
21
Hình 2.9
Tìm điểm va chạm khi hai điểm tiếp xúc nhau

25
Hình 2.10
Tìm mặt phẳng chứa tam giác
30
Hình 2.11
Tìm điểm va chạm giả định
33
Hình 2.12
Tìm điểm va chạm giả định nằm trên mặt phẳng
33
Hình 2.13
Điểm va chạm là một tập các điểm
33
Hình 2.14
Tính điểm giao thực
34
Hình 2.15
Kiểm tra một điểm nằm trong tam giác
34
Hình 2.16
Kiểm tra va chạm xác nhận điểm va chạm
35
Hình 2.17
Xử lý trượt khi va chạm với tam giác
35
Hình 2.18
Khái niệm mặt phẳng trượt
35
Hình 2.19
Tiếp diện của mặt cầu

35
Hình 2.20
Tiếp tuyến của đường cong (2D)
36
Hình 2.21
Đường cong trên bề mặt xác định được 1 tiếp diện với mặt cầu
36
Hình 2.22
Tất cả các pháp tuyến của tiếp diện của mặt cầu đều có hướng
vào tâm cầu
37
Hình 2.23
Độ lớn và hướng của vector vận tốc khi va chạm với mặt
phẳng
39
Hình 2.24
Hỉnh ảnh méo mó, biến dạng sau va chạm
40
Hình 2.25
Đường cong B-Spline
44
Hình 2.26
Mặt cong B-Spline
46
Hình 3.1
Sơ đồ xây dựng hệ thống mô phỏng va cham giao thông
54
Hình 3.2,
Các kết quả thực nghiệm mô phỏng, mà mô hình kiến trúc
56

3.3, 3.4
Phần mềm quản lý và mô phỏng điểm đen giao thông
58, 59
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
iii



BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ BẢNG BIỂU
Bảng các từ viết tắt trong luận văn
TT
Từ viết tắt
Ý nghĩa
1
CNTT
Công nghệ thông tin
2
TNGT
Tai nạn giao thông
3
ATGT
An toàn giao thông
4
UBND
Ủy ban nhân dân
5
GTVT
Giao thông vận tải
6
CNTT&TT

Công nghệ thông tin và
Truyền thông
7
UBND
Ủy ban nhân dân
Bảng các bảng biểu
TT
Tên bảng
Trang
Bảng 1.
Bảng các giá trị R, R
0
, R
1
được tính toán trước
24
Bảng 2.
Tính toán sẵn toạ độ của tiếp điểm trong mọi
trường hợp
29
Bảng 3.
Số liệu tai nạn giao thông trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên từ năm 2006 đến 2010

53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghệ thông tin trong những năm vừa qua phát triển vô cùng mạnh mẽ, tác
động trực tiếp, gián tiếp đến tất cả ngành lĩnh vực trong đời sống kinh tế, xã hội của
loài người. Trở thành một công cụ không thể thiếu trong nền kinh tế, cuộc sống con
người hiện đại ngày nay. Mặt khác Công nghệ thông tin đã tác động mạnh mẽ, là
nguyên nhân căn bản, chính nhất làm thế giới ngày càng phẳng hơn. Cùng với sự
phát triển đó, bản thân nội tại các chuyên ngành hẹp của CNTT cũng không ngừng
vận động thay đổi phát triển mạnh mẽ để đáp ứng các yêu cầu đó. Một trong những
chuyên nganh hẹp đó có lĩnh vực nghiên cứu: xử lý ảnh, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, công
nghệ thực tại ảo.
Thái Nguyên là trung tâm giáo dục đào tạo, y tế, kinh tế chính trị của vùng Đông
Bắc Bộ theo Nghị Quyết 37 của Bộ Chính trị. Thái Nguyên hiện có trên 4.500 km
đường giao thông. Hàng năm trên địa bàn tỉnh có khoảng hơn 1000 vụ tai nạn và va
chạm giao thông xảy ra. Nếu tính bình quân mỗi tháng Thái Nguyên có 19 người
chết và 100 người bị thương vì tai nạn giao thông (TNGT). Theo số liệu phân tích
của Ban An toàn giao thông tỉnh Thái Nguyên, nguyên nhân xảy ra tai nạn và va
chạm giao thông nêu trên do nhiều nguyên nhân khách quan, chủ quan khác nhau,
những có nhiều nguyên nhân là sự tồn tại của các điểm đen giao thông (Trên địa
bàn tỉnh hiện có 64 điểm đen giao thông).
Nhiều “Điểm đen” giao thông xuất hiện mới do sự xuống cấp hạ tầng giao thông
hoặc do sự phát triển quá nhanh của kinh tế xã hội…Do vậy, để đảm bảo an toàn
giao thông , ngoài việc tiếp tục đầu tư nâng cấp, cải tạo các tuyến đường, nâng cao
nhận thức chấp hành pháp luật giao thông đường bộ, còn phải đẩy mạnh tăng cường
công tác quản lý, phát hiện xử lý kịp thời điểm đen về TNGT là cần thiết và quan
trọng góp phần giảm thiểu tối đa tai nan giao thông trên địa bàn. Xuất phát từ tình
hình thực tiễn nêu trên, luận văn tốt nghiệp này nhằm mục đích tìm hiều công nghệ
thực tại ảo, tìm hiểu va chạm giữa các đối tượng tai nạn giao thông trong thực tế để
mô phỏng vào máy tính. Luận văn gồm 3 chương:
- Chƣơng 1: Khái quát về mô phỏng và điểm đen giao thông.
- Chƣơng 2: Một số kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm trong mô phỏng điểm đen giao thông

- Chƣơng 3: Ứng dụng mô phỏng tai nạn và va chạm của phương tiện Ôtô tại điểm đen giao
thông.
Trong quá trình thực hiện luận văn này, tôi nhận được nhiều sự giúp đỡ của các
thầy cô giáo trường Đại học CNTT&TT, Viên CNTT – Viện KHCN Việt Nam, bạn
bè đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo
PGS.TS Đỗ Năng Toàn người trực tiếp hướng dẫn khoa học và luận văn này. Tôi
cũng xin trân thành cảm ơn Ban An toàn giao thông, sở Giao thông vân tải tỉnh Thái
Nguyên đã cung cấp số liệu liên quan đến luận văn. Cùng các anh chị, bạn đồng
nghiệp, người thân trong gia đình đã tạo điều kiện, động viên tôi trong quá trình làm
luận văn. Vì điều kiện thời gian không có nhiều, kinh nghiệm còn hạn chế nên
không tránh khỏi thiếu sót, tôi mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô
giáo và các đồng nghiệp. Trân trọng!

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2



CHƢƠNG I
KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG VÀ ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG

1.1. Khái quát về mô phỏng
1.1.1. Mô phỏng là gì?
Hiện nay, có nhiều khái niệm, cách giải thích về mô phỏng, theo từ điển từ
điển Oxford, bản 1976, thì mô phỏng được hiểu như sau: "To simulate is to feign,
, to pretend to be, , toact like, to resemble, towear the guise of, mimic, ,
imitate conditions of (situation etc.) with models, for convenience or training
purposes" Có thể được dịch là: "Mô phỏng có nghĩa là làm giả, cố tình bắt chước
giống như, hành động như, mang hình thức của, mang mặt nạ , mô phỏng các điều
kiện của mô hình (hay tình huống) với mục đích huấn luyện hoặc tiện lợi". Hay

theo, một số bài viết, tài liệu của Việt Nam thì, mô phỏng được hiểu là:
- Mô phỏng là quá trình "bắt chước” một hệ thống có thực;
- Hoặc là một quá trình tạo một mô hình của một hệ thống có sẵn để xác định
và hiểu rõ những nhân tố điều khiển hệ thống, hay dự đoán/dự báo hành vi
hoạt động của hệ thống trong tương lai;
- Hoặc mô phỏng là việc nghiên cứu trạng thái của mô hình để qua đó hiểu
được hệ thống thực, mô phỏng là tiến hành thử nghiệm trên mô hình. Đó là
quá trình tiến hành nghiên cứu trên vật thật nhân tạo, tái tạo hiện tượng mà
người nghiên cứu cần để quan sát và làm thực nghiệm, từ đó rút ra kết luận
tương tự vật thật.
Tóm lại để hiểu mô phỏng là gì? ta có thể hiểu một cách đơn giản như sau “Mô
phỏng là quá trình “bắng chước” một hệ thống (mô hình, trạng thái, đối tượng) có
thực.
Để thực hiện việc mô phỏng, ta có thể thực hiện từ những phương tiện đơn giản
như giấy, bút, phấn, bảng…hay sử dụng các vật liệu như: gỗ, gạch, sắt…hiện đại
hơn chúng ta có thể dùng máy tính điện tử. Mô phỏng là một công cụ hiệu quả và
quan trọng bởi nó giúp người sử dụng các phương thức các thiết kế lựa chọn đánh
giá chính xác kết quả mà không cần phải thực nghiệm trên hệ thống thực, giúp ta trả
lời như: như thế nào? điều gì sẽ xảy ra nếu ? qua đó, cho thấy mô phỏng được
ứng dụng rộng rãi trong kinh tế, kỹ thuật, an ninh quốc phòng, văn hóa xã hội…rất
cần thiết cho cuộc sống và sự phát triển của loài người.
Đối với lĩnh vực an toàn giao thông, mô phỏng là công cụ hữu hiệu trong công
tác quản lý, quy hoạch giao thông; đảm bảo an toàn, cảnh báo, dự báo và phòng
trách tai nạn giao thông…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3



1.1.2. Mô phỏng trong máy tính

a) Mô phỏng trong máy tính
Mô phỏng trong máy tính là việc sử dụng
chương trình máy tính (hoặc phần mềm) để mô tả
một quá trình hoặc một tập hợp các trạng thái của
hệ thống thực theo một mô tả toán học hoặc mô
hình cho trước. Ví dụ:
- Mô phỏng chuyển động của các phân tử trong hệ
khí, lỏng, rắn dùng các phương trình cơ học cổ
điển Newton;
- Mô phỏng trong y học
như: cấu tạo các cơ quan,
bộ phận cơ thể người;
- Mô phỏng trong an ninh
quốc phòng….;
- Mô phỏng hoạt động của
các đèn tín hiệu giao
thông; mạng lưới giao
thông; quy hoạch đô thị;
quy hoạch giao thông; va
chạm của các phương tiện
tham gia giao thông, các vụ tai nạn giao thông…;
- Mô phỏng trong lĩnh vực vui chơi, giải trí, truyền hình…
b) Các phương pháp mô phỏng trong máy tính
Có hai phương pháp mô phỏng chính được sử dụng hiện nay:
- Mô phỏng tuần tự hay mô phỏng nhân-quả (sequential, causal simulation);
Hình 1.2. Mô phỏng 3D tim người
Hình 1.1. Mô phỏng 3D máy bay Mig21
Hình 1.3. Mô phỏng 3D điểu kiển đèn tín hiệu giao thông
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4

- Mô phỏng vật lý hay mô phỏng phi nhân-quả (physical, non-causal
simulation).
Hai phương pháp này thể hiện hai hướng tiếp cận khác nhau đối với mô hình
hóa hệ thống và cũng thể hiện xu hướng phát triển hiện đại của lĩnh vực mô hình
hóa và mô phỏng.
Mô phỏng nhân-quả: dựa trên cách tiếp cận nhân-quả trong mô hình hóa hệ
thống. Theo đó, một hệ thống được phân tích thành một hay nhiều hệ thống con với
các đầu vào, đầu ra và trạng thái. Đầu ra ("kết quả”) của một hệ thống con phụ
thuộc vào trạng thái và đầu vào ("nguyên nhân”) của nó. Mỗi hệ thống con thường
được mô tả bởi một hệ phương trình vi phân thường (ODE – Ordinary Differential
Equation). Để tạo thành một hệ thống lớn, các hệ thống con được nối với nhau cũng
theo nguyên tắc nhân quả: mỗi đầu vào của một hệ thống con nhận kết quả từ duy
nhất một đầu ra của một hệ thống con khác mà nó phụ thuộc. Như vậy, cả hệ thống
là một tập hợp các hệ ODE, được sắp xếp theo một thứ tự xác định (thể hiện quan
hệ nhân-quả trong hệ thống). Về cơ bản, việc mô phỏng hệ thống là giải lần lượt các
hệ ODE này theo thứ tự, trong đó hệ sau có thể sử dụng kết quả của hệ trước.
Mô phỏng phi nhân-quả: dựa trên việc mô hình hóa hệ thống theo các hệ con và
xác định hành vi của hệ thống tại những điểm nối giữa chúng. Thông thường, mỗi
hệ con sẽ đại diện cho một thiết bị hay một thành phần cơ bản của hệ thống, ví dụ
như thiết bị, các bộ phận, động cơ, nhiên liệu,… Mỗi hệ con được mô tả bởi các
phương trình cân bằng khối lượng, năng lượng, công năng và vật chất. Tại điểm nối
giữa hai hệ con cũng tồn tại một quan hệ xác định, ví dụ như cơ số đạn trong xe hay
lượng dầu dự trữ, hay tổng của các thông số kỹ thuật tại thời điểm . Mô hình của cả
hệ thống là sự kết hợp của mô hình của từng hệ con và quan hệ tại các điểm nối; nói
cách khác, là sự ràng buộc lẫn nhau giữa các đại lượng theo những quy luật vật lý
xác định. Như vậy, một cách tổng quát thì hệ thống sẽ được mô tả bởi các phương
trình đại số vi phân (DAE – Differential Algebraic Equation) thay vì ODE. Điểm

khác biệt rất cơ bản so với mô phỏng nhân quả là ở đây các hệ thống con được kết
nối với nhau một cách tự nhiên giống như quan hệ giữa các đối tượng trong thực tế,
chứ không chỉ đơn thuần chỉ là quan hệ tín hiệu vào/ra.
1.1.3. Thực tại ảo mô phỏng trong máy tính
Thực tại ảo ra đời và phát triển từ những năm thập niên 90, chủ yếu tại các quốc
gia phát triển phương tây và Mỹ. Thực tại ảo là một hệ thống sử dụng đồ họa máy
tính để mô phỏng thế giới như thật. Hơn nữa, thế giới "nhân tạo" này không tĩnh tại,
mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tức tín hiệu vào) của người sử dụng (nhờ
hành động, lời nói, ). Điều này xác định một đặc tính chính của Thực tại ảo, đó là
khả năng tương tác với thời gian thực (real-time interactivity). Thời gian thực ở đây
được hiểu là máy tính có khả năng nhận biết được tín hiệu vào của người sử dụng
và thay đổi ngay lập tức thế giới ảo. Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5



màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi sự mô phỏng này. Tương tác
và khả năng thu hút của Thực tại ảo góp phần lớn vào cảm giác đắm chìm
(immersion), cảm giác trở thành một phần của hành động trên màn hình mà người
sử dụng đang trải nghiệm. Nhưng Thực tại ảo còn đẩy cảm giác này "thật" hơn nữa
nhờ tác động lên tất cả các kênh cảm giác của con người. Trong thực tế, người dùng
không những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D nổi, điều khiển (xoay, di chuyển, )
được đối tượng trên màn hình (như trong game), mà còn sờ và cảm thấy chúng như
có thật. Ngoài khả năng nhìn (thị giác), nghe (thính giác), sờ (xúc giác), các nhà
nghiên cứu cũng đã nghiên cứu để tạo các cảm giác khác như ngửi (khứu giác), nếm
(vị giác) [3],[5],[13].
Công cụ phát triển: hệ thống xây dựng mô hình (mô tả, biểu diễn một đối tượng
trong thế giới thực bao gồm hình dạng bề mặt và hoạt động của đối tượng. Như
trong ANTG biểu diễn các phương tiện tham gia giao thông, người, đường giao

thông, các biển, đèn tín hiệu…; trong phim hoạt hình 3D, là các nhân vật, môi
trường cảnh quan, động vật, rừng núi, sông nước, ). Hiện nay, có rất nhiều phần
mềm tạo mô hình ba chiều như Maya, 3DS Max, LightWare,…song hai phần mềm
phổ biến nhất là Maya và 3DS Max.
Các công cụ lập trình: Công cụ lập trình trong các ứng dụng Thực tại ảo thường
là các thư viện đồ hoạ 3D được xây dựng sẵn, miễn phí như DirectX, OpenGL,
OpenSG, OpenSceneGraph. Trước đây, chúng ta hay sử dụng các thư viện OpenGL
và DirectX, nhưng do mức độ hỗ trợ người lập trình trong các thư viện đó chưa cao
nên người ta đã mở rộng chúng thành OpenSG, OpenSceneGraph. Hai thư viện lập
trình OpenSG, OpenSceneGraph được xây dựng trên nền tảng OpenGL và đưa vào
khái niệm rất mới đó là “Đồ thị ngữ cảnh” – Scene Graphs. Theo đó, mỗi đối
tượng được biễu diễn như là một cây ngữ cảnh, mỗi nút có một nhân (core), nhân
của mỗi nút có thể là một đối tượng geometry, đối tượng transform, ánh sáng
(light) Việc Render một đối tượng xuất phát từ nút gốc, đi đến từng nút lá và thực
hiện các hành động tương ứng trong quá trình duyệt cây. Trong OpenSG hỗ trợ các
hàm và các đối tượng đồ hoạ cơ sở như Light, Geometry, Transform, Material,
Windows, Viewport, ngoài nó còn hỗ trợ cơ chế đa luồng, lập trình hiển thị stereo.
Để sử dụng được thư viện OpenSG, bạn cần dùng bộ biên dịch FrameNet, thông
thường OpenSG hay dùng với ngôn ngữ lập trình Visual C.Net. Để biết thêm về thư
viện đồ hoạ OpenSG, bạn có thể tìm hiểu và download miễn phí OpenSG tại địa
chỉ: .
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6




1.1.4. Ứng dụng thực tại ảo mô
phỏng tromg máy tính
Ngoài các ứng dụng như nói tại ý

(a) mục 1.1.2, thì thực tại ảo mô phỏng
trong máy tính đối với các bài toán về
quản lý giao thông là xu hướng mới,
hiện đại đã và đang được nghiên cứu và
áp dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực
như:
- Lớp các bài toán về thiết kế, quy
hoạch mạng lưới giao thông;
- Lớp các bài toán về quản lý tính toán thiết kế luồng giao thông;
- Lớp bài toán phát hiện, cảnh báo nguy hiểm, điểm đen tai nạn giao thông ;
- Lớp bài toán về giảng dạy về lĩnh vực giao thông…;
1.2. Điểm đen và tai nạn va chạm giao thông
1.2.1. Điểm đen giao thông
Luật giao thông đường bộ Việt
Nam, quy định: Điểm đen tai nạn giao
thông trên tuyến đường bộ là những vị
trí nguy hiểm (có thể là nút giao thông
cùng mức hoặc đoạn đường bộ có
chiều dài dưới 500m) thường xảy ra
tai nạn giao thông cao hơn mức bình
thường và có tính chất tương đối
giống nhau trong khoảng thời gian
nhất định.
Trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
tính đến thời điểm năm 2011, trên địa
bàn còn tồn tại hơn 50 điểm đen, công
tác xử lý điểm đen được UBND tỉnh,
Ban chỉ đạo an toàn giao thông của
tỉnh, sở Giao thông vận tải tích cực phát hiện và xử lý. Tuy nhiên do đặc chưng của
điểm đen là chúng luôn có thể phát sinh do kinh tế xã hội phát triển, do hạ cơ sở hạ

tậng giao thông xuống cấp và do nhiều nguyên nhân khác.
Hình 1.4. Mô phỏng 3D va chạm Oto
Hình 1.5. Một điểm đen giao thông trên đị a bàn tỉ nh
TN, Ảnh theo ngồn VOV.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7




1.2.2. Tai nạn, va chạm giao thông tại điểm đen
Luật Giao thông đường
bộ Việt Nam quy định: Tai nạn
giao thông (TNGT) là sự việc
bất ngờ xảy ra khi đối tượng
tham gia giao thông đang hoạt
động trên các tuyến đường bộ,
đường sắt, đường thuỷ, đường
hàng không hoặc ở các địa bàn
giao thông công cộng khác do
vi phạm các quy định về an
toàn giao thông hoặc do gặp
phải các tình huống, sự cố đột
xuất không kịp phòng tránh gây
thiệt hại đến tính mạng, sức
khoẻ của con người, đến tài sản
và phương tiện.
Theo mức độ thiệt hại trong các vụ tai nạn, người ta chia TNGT thành các
loại: va chạm giao thông; tai nạn giao thông ít nghiêm trọng, tai nạn giao thông
nghiêm trọng, tai nạn giao thông rất nghiêm trọng và tai nạn giao thông đặc biệt

nghiêm trọng. Như vậy tai nạn, va chạm giao thông tại điểm đen giao thông là
những sự việc bất ngờ xảy ra của các đối tượng đang tham gia giao thông tại những
vị trị nguy hiểm.
Theo thống kế của Ủy ban an toàn giao thông Quốc gia, đến nay tình hình tai
nạn, va chạm giao thông tại các điểm đen giao thông thường là tai nạn giao thông
nghiêm trọng, tai nạn giao thông rất nghiêm trọng và tai nạn giao thông đặc biệt
nghiêm trọng.
1.2.3. Mô phỏng trong giao thông
Mô phỏng giao thông là cách „bắt chước‟ hoạt động của một hệ thống gồm
các đối tượng tham gia giao thông trên máy tính. Dạng mô phỏng vi mô
(microscopic simulation) dùng các thông số đầu vào của hệ thống và hệ thống các
phương trình quy định hành vi ứng xử của từng loại phương tiện giao thông để diễn
tả lại một trạng thái của hệ thống giao thông. Việc mô phỏng này được lập trình và
xử lý bằng máy tính. Có một số mô hình mô phỏng vi mô giao thông được thương
mại hóa bằng phần mềm, ví dụ như PARAMICS, VISSIM.
Như vậy: việc mô phỏng các tai nạn, va chạm giao thông tại các điểm đen
gia thông là một phần trong một hệ thống mô phỏng giao thông, mà ở đó kỹ thuật
phát hiện và xử lý va chạm trong tính toán, mô phỏng là không thể thiếu và rất quan
trọng.
1.2.4. Các hệ thống phần mềm trong quản lý và an toàn giao thông
Hình 1.6. Tai nạn, va chạm giao thông tại núi điểm đen tầm nhìn
bị che khuất, ảnh theo ngồn Internet
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8



ARCADY được sử dụng
để đánh giá sức chứa và sự trì
hoãn ở vòng xuyến. Nó có khả

năng để dự báo thực tế tỷ lệ tai
nạn giao thông, sức chứa và việc
trì hoãn (cả hàng đợi và mặt hình
học) cho hầu hết các kích cỡ khác
nhau của vòng xuyến, sắp đặt từ
nhiều nhánh với các cấp độ vòng
xuyến được phân tách cho tới
những vòng xuyến bên trong khu
vực ngoại ô.
PICADY đánh giá sức
chứa và trì hoãn ở nơi ưu tiên giao nhau kết hợp nghiên cứu mở rộng của TRL trong
thiết kế chỗ giao nhau đang dùng và dự báo tỷ lệ tai nạn, sức chứa, chiều dài hàng
đợi và sự trì hoãn (cả về hàng đợi và hình học) ở nơi có sự ưu tiên các nút.
OSCADY PRO là chương trình tối ưu tín hiệu giao thông theo từng giai
đoạn. Phần mềm tạo ra việc sử dụng một số kỹ thuật tối ưu hóa độc đáo để tạo ra
một mảng cam kết tốt nhất có thể và thời gian trên số lượng tối thiểu của dữ liệu
nút. Nó cũng được dùng cho các nút độc lập, hoặc các kết quả có thể được xuất vào
trong TRANSYT để sư dụng trong hệ thống được liên kết.
TRANSYT là một chương trình máy tính quốc tế để thiết kế, mô hình và
nghiên cứu có thứ tứ những chỗ giao nhau riêng biệt cho tới cả mạng lưới phức tạp.
TRANSYT có thể nhanh chóng
đánh giá được sự thực thi của
một chỗ giao nhau riêng biệt
cũng tạo ra sự tối ưu hóa thời
gian cố định định lượng thời gian
cho tín hiệu giao thông trong bất
kỳ mạng lưới đường bộ mà lưu
lượng giao thông cần biết đến,
bao gồm cả tín hiệu ở đường
vòng xuyến. Phiên bản mới nhất

(TRANSYT 14) có các tính năng
đặc biệt để đánh giá các mối lối bị kiểm soát cô lập, và mạng lưới pha trộn tín hiệu
và không có tiến hiệu cùng với vai trò truyền thống của nó. TRANSYT xác định tối
ưu thời gian cố định Xác định thời điểm cố định của tín hiệu trong mạng lưới
VISSIM dùng TRANSYT-VISSIM LINK. Xác định tín hiều thời gian cố định của
tín hiệu trong mạng Aimsun dùng TRANSYT-Aimsun LINK
MOVA là hệ thống giám sát tín hiệu đèn giao thông ở những nút giao thông.
Nó chuyển đổi thông minh giữa cách trì hoãn thấp nhất và lưu lượng tối đa, phụ
Hình 1.7. Mô hình quy hoạch phân luồng giao thông 3D
Hình 1.8. Một mô hình quy hoạch phân luồng oto 3D trong hệ
thống Carsim
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9



thuộc vào yêu cầu giao thông. Hiện nay ở Anh đang cân nhắc có ít nhất 3000 vị trí
được trang bị MOVA, với mỗi năm nhìn thấy ít nhất 200 vị trí khác được cài đặt.
SCOOT là hệ thống giám sát giao thông nó kiểm soát tín hiệu hiệu trong
mạng lưới các nút giao thông. Nó thích ứng và phản ứng tự động tới những nơi giao
thông bất thường, tạo cho nó hiệu quả đặt biệt trong các khu vục ở đấy các luồng
giao thông không dự báo trước được. Nó được sử dụng ở trên 170 thị trấn và thành
phố ở nước Anh và ở nước ngoài.
STM mô hình chiến lược giao thông (STM) là mô hình hàng đầu và có một
khả năng một hình các yếu tố chính sách trong khu vục nghiên cứu với trên 200
khu. STM được sử dụng bởi Strathclyde PTE (nơi nó được kết hợp mô hình tương
tác sử dụng đất), bởi SEERA (đánh giá khu vùng Đông Nam UK), bởi
Gloucestershire County Council và bởi West Yorkshire PTE. Các ứng dụng khác
được sử dụng ở South Wales, Cheshire và ở Midlands.
PERS (Phần mềm Xem lại Môi trường Đi bộ) là ứng dụng phần mềm mới và

động để đánh giá chất lượng của môi trường cho phần dành để đi bộ. PERS có thể
hộ trợ đưa ra các cơ hội để cải thiện đường dành cho người đi bộ, trong khi hỗ trợ
hiệu quả mục tiêu tài nguyên. Khuôn khổ hệ thống của nó cho phép cung cấp cho
người đi bộ được đánh giá, xem xét và kiểm toán thông qua việc sử dụng các
phương pháp sáng tạo và rất thành công.
MAAP là một gói phân tích và báo cáo tinh vi và tổng thể. Được sử dụng bởi
chính quyền địa phương ở khắp UK và quốc tế, nó cung cấp công cụ để lưu trữ và
phân tích các yếu tố gây ra tai nạn, địa lý lân cận (thông qua việc xây dựng sẵn công
cụ GIS) và một bộ các kiểu dữ liệu khác.
VISSIM là phần mềm mô phỏng giao thông, giao thông công cộng, khách
bộ hành. Nó là công cụ rất mạnh để mô hình dòng giao thông đa luồng, gồm xe ô tô,
xe hàng, xe buýt, xe điện, xe trọng tải nặng, xe máy, xe đạp và người đi bộ. Thông
qua sự thực thi các thao tác đa luồng của VISSIM sẽ tối ưu sử lý phân luồng. Nó là
cấu trúc mạng mềm dẻo để cung cấp cho người dùng khả năng mô hình các đối
tượng tham gia giao thông với những dạng địa hình khác nhau hoặc thao tác độc
lập/ có thứ tự của người lái xe và khách bộ hành được bắt gặp trong một hệ thống
giao thông. VISSIM được sử dụng để phân tích mạng lưới của tất cả các kích cỡ
khác nhau từ những nút giao thông tới toàn bộ khu vực đô thị. Bên trong những
mạng lưới giao thông này VISSIM có khả năng mô hình tất cả đường cao tốc, phân
loại linh hoạt từ xa lộ tới đường xe chạy. VISSIM cũng ứng dụng cho giao thông
công cộng, xe đạp và những tiện ích của người đi bộ. VISSIM được sử dụng để mô
phỏng điểm nóng giao thông và giao thông công cộng; nghiên cứu xa lộ và hành
lang đường; nghiên cứu quy hoạch khu vực nhỏ; quản lý chiến lược đường cao tốc;
nghiên cứu những điểm dừng của xe lửa, xe buýt; đánh giá từng tín hiệu hiệu dừng
của giao thông công cộng….
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10

Như vậy, qua đó
ta thấy, có rất nhiều phần
mềm trong quản lý giao
thông, an toàn và tai nạn
giao thông đã được phát
triển trên thế giới, từ
những phần mềm chỉ thủ
thập và thông kế, xử lý
dữ liệu, cho đến các
phần mềm phân tích
đánh giá, mô phỏng giao
thông và tại nạn giao
thông…từ 2D, đến
3D một trong những kỹ thuật cơ bản nhất trong các phần mềm quản lý, đánh giá,
dự bảo an toàn giao thông có sử dụng đồ họa 2D, 3D để mô phỏng đó là kỹ thuật
phát hiện và xử lý va chạm giữa các vật (là các phương tiên tham gian giao thông,
đường xá, oto, xe máy, tàu hỏa còn người, cây cối….). Đây là một lý thuyết và kỹ
thuật có thể nói là lõi của các lớp bài toán về tính toán, xử lý mô phỏng trong an
toàn giao thông.
Hình 1.9. Của sổ thiết kế quy hoạch tuyến, luồng phương tiên trong
Vissim
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11




CHƢƠNG II
MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN, XỬ LÝ VA CHẠM TRONG
MÔ PHỎNG ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG

2.1. Mô phỏng điểm đen giao thông
2.1.1. Bài toán mô phỏng điểm đen giao thông
Như đã trình bày ở mục 1.4, chương I của Luận văn này, chương này
chúng ta xem xét bài toán cụ thể, như sau:
Bài toán: Khoảng 19h30 ngày 15/9/2012, chiếc xe tải kiểu đông lạnh chở
3,5 tấn hàng đông lạnh đi trên đường Nha Trang hướng từ Bưu Điện tỉnh ra Chợ
trung tâm chợ Trung tâm, vận tốc di chuyển khoảng 55km/h, cách giao lộ giữa
đường không ưu tiên Nha Trang và đường ưu tiên Hùng Vương thuộc phường
Trương Vương thành phố Thái Nguyên khoảng 200m; cùng lúc đó có một xe ô tô 5
chỗ ngồi (xe con) di chuyển từ hướng Thư viện tỉnh đến Bưu điện tỉnh ngược chiều
với xe tải đông lạnh với vận tốc 60km/h cách giao lộ Hùng Vương – Nha Trang
khoảng 300m; và đồng thời cũng có 01 chiếc xe Cảnh sát 113 đang đi trên đường
ưu tiên Hùng Vương hướng đi từ Trụ sở tỉnh ủy Thái Nguyên ra Quảng trường 20/9
thành phố Thái Nguyên với vận tốc di chuyển khoảng 40km/h cách giao lộ 100m.
Khi xe cảnh sát đi hết tâm và qua giao lộ, đồng thời lúc đó hai xe tải đông
lạnh và xe 5 chỗ ngồi vào giao lộ, do hai xe tải đông lạnh và xe con 5 chỗ ngồi
không tuân thủ quy định về khi tham gia giao thông, trên đường ưu tiên với không
ưu tiên và khi qua giao lộ; Xe tải đến giao lộ rẽ sang đường ưu tiên Hùng Vương để
đi về hướng quảng trường và chợ Thái Nguyên, Xe con đi thẳng qua đường ưu tiên
đến Bưu điện tỉnh, do hai xe tải và xe 5 chỗ không không tuân thủ khi đi qua giao lộ
có giao nhau với đường ưu tiên và không tuân thủ việc bật đèn xin đường theo quy
định của pháp luật, mặt khác hai xe không hạn chế tốc độ khi qua giao lộ nên việc
va chạm đã sảy khi xe 5 chỗ ngồi va chạm với đầu xe tải đông lạnh [6, 16].
Biên bản xác định hiện trường vụ tai nạn va chạm giao thông nói trên xác
định nguyên nhân cơ bản của vụ va chạm tai nạn: là do hai xe tải đông lạnh và xe
con không tuân thủ luật giao thông đường bộ khi tham gia giao thông trên đường
đường có ưu tiên với đường không ưu tiên và các quy tắc giao thông khi qua giao
lộ, mặt khác lại bị khuất tầm nhìn khi xe cảnh sát đi qua giao lộ. Biên bản xác định
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12



tình trạng năng lực hành vi, tinh thần của lái xe bình thường, không có biểu hiện của
mất năng lực hành vi điều khiển phương tiện giao thông, tình trạng phương tiện
bình thường. Ngoài ra biên bản còn xác định giao lộ nói trên là một điểm đen giao
thông vì thiếu các chỉ dẫn, hiệu lệnh và cảnh báo giao thông
Việc xác định đây là điểm đen giao thông, bằng số liệu cơ sở thông kê các vụ
tại nạn giao thông tại giao lộ này trong khoảng thời gian 5 tháng trở lại đây. Cho
thấy mật độ tai nạn va chạm giao thông tăng hơn mức bình thường và thường xuyên
diễn ra, như vậy đối chiếu theo quy định của Luật Giao thông đường bộ Việt Nam,
thì đây được xác định là một điểm đen Giao thông.
Bài toán mô phỏng được đặt ra là:
Từ biên bản hiện trường tai nạn giao thông nói trên, hãy mô phỏng vụ tai
nạn và va chạm nói trên bằng máy tính. Để phục vụ mục đích quản lý và thống kê,
làm cơ sở cho công tác:
- Tuyên truyền, cảnh bảo giao thông tại các điểm đen để mọi người tham
gia giao thông biết phòng tránh;
- Làm cơ sở để chứng minh, xây dựng các giả thiết, luận cứ khoa học trong
việc xử lý điểm đen giao thông và tai nạn va chạm giao thông…;
- Phục vụ các mục tiêu khác liên quan đến điều tra hình sự, dân sự của các
cơ quan hành pháp.
Như vậy hướng tiếp cận giải quyết bài toán mô phỏng trên có thể theo các
hướng sau:
Hƣớng 1, hướng xử lý bài toán hoàn thiện: Từ các biên bản hiện trường giao
thông của cơ quan Công An được lưu trữ trên giấy: Hãy xây dựng một hệ thống
phần mềm trên máy tính để thực hiện tự động số hóa biên bản trên giấy, tự động
nhận dạng, phân tích và xử lý ngôn ngữ tự nhiên thành các dữ kiện đầu vào cho máy
tính thực hiện mô phỏng lại vụ va chạm tai nạn va chạm giao thông nói trên, đồng

thời tự động phân tích tần số vụ tại nạn tại các vị trí tai nạn và đưa ra cảnh bảo về
điểm đen tại nạn giao thông.
Hƣớng 2 phục vụ các mục đích cụ thể, bài toán đơn lẻ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13



- Từ nội dung biên bản hiện trường các vụ tai nạn giao thông của cơ quan
Công an giao thông và điều tra để mô phỏng lại (tái hiện) vụ va chạm tai nạn giao
thông, phục vụ mục đích nghiên cứu phân tích nguyên nhân tai nạn va chạm;
- Mô phỏng lại các vụ va chạm, tai nạn tại các điểm đen giao thông để phục
vụ mục đích tuyên truyền trong an toàn giao thông; giảng giạy trong các lợp đào tạo
lái xe, làm cơ sở báo cáo và bảo vệ các đề án, dự án trong đầu tư xử lý điểm đen
giao thông.
- Và một số mục tiêu khác trong công tác quản lý đảm bảo an toàn giao
thông đường bộ và có thể mở rộng sáng các lĩnh vực khác trong an toàn giao thông
trên đường thủy, đường sắt, đường không…
2.1.2. Tình hình nghiên cứu mô phỏng điểm đen giao thông hiện nay ở Việt
Nam
Lĩnh vực sử dụng thực tại ảo để mô phỏng trên máy tính trong công tác quản
lý an toàn giao thông; thử nghiệm chất lượng của các phương tiện cơ giới trước khi
xuất xưởng ra thị trường được thế giới đặc biệt quan tâm và đã có nhiều hãng phần
mềm cung cấp thương mại trên thị trường như đã giới thiệu ở phần trên [mục 1.2.4
của Luận văn này], tuy nhiên về kỹ thuật, công nghệ để xây dựng các hệ thống phần
mềm ứng dụng nói trên, các hãng giữ bí mật về bản quyền và ít công bố. Hiện nay,
có nhiều báo cáo kết quả nghiên cứu về nội dung nói trên [tài liệu tham khảo của
luận văn] tuy nhiên các bài báo nói trên chủ yếu tiếp cận các hướng nghiên cứu về
các thuật toán, kỹ thuật trực tiếp để giải quyết các bài toàn về mô phỏng chung,
chưa đi sâu vào nghiên cứu về mô phỏng va chạm tại nạn ở điểm đen giao thông cụ

thể.
Đại học Lund University Thủy Điển [ , đã hình
thành một nhóm nhiên cứu về lĩnh vực nói trên, hiện nay các kết quả đang đã hình
thành bước đầu và được tập trung nghiên cứu phần xử lý ngôn ngữ tự nhiên để để
giải quyết các bài toán va chạm giao thông như trình bầy tại mục [2.1.1] hướng 1.
Ở Việt Nam công tác nghiên cứu, xây dựng các hệ thống thực tại ảo để mô
phỏng trên máy tính đối với bài toán mô phỏng giao thông và các mô phỏng khác đã
được phát triển nhiều năm nay, ở các trường Đại học như: Bách khoa Hà Nội , TP
HCM; Học viện kỹ thuật quân sự, Viện Công nghệ thông tin – Viện KHCN Việt
Nam, do đặc tính của lĩnh vực mô phỏng rất rộng trên mọi lĩnh vực của chính trị,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14



quân sự, an ninh quốc phòng và kinh tế, xã hội. Do vậy, riêng đối với lĩnh vực an
toàn giao thông được Viện CNTT- Viên KHCN Việt Nam đi tiên phong nghiên
cứu, đến nay đã có nhiều kết quả nghiên cứu và bước đầu, cho nhiều kết quả khả
quan. Tuy nhiên các tài liệu về kết quả nghiên cứu vẫn chưa được công bộ chính
thức và rộng khắp phục vụ và giúp cho công tác nghiên cứu về lĩnh vực này để các
nhóm kế thừa và phát triển.
Đến nay, có một số tài liệu công bố kết quả tìm hiểu và nghiên cứu về phát
hiện và xử lý va chạm có chủ yếu ở các báo cáo luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Đại
học, như của: Vũ Quốc Hưng (Nghiên cứu một số vấn đề về động lực học vật rắn
trong xử lý va chạm); Lê Huy Vần (Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu phát hiện va
chạm và ứng dụng); Phan Thế Anh cả 03 Luận văn này tập nghiên cứu kỹ thuật
phát hiện xử lý va chạm của các vật, trong đó phần ứng dụng để mô phỏng va chạm
của các vật và của Ô tô.
Đối với bài toán mô phỏng tai nạn va chạm tại điểm đen giao thông như
hướng tiếp cận của Luận văn này, các kết quả đã công bố trên chưa rõ ràng, chỉ

dừng lại ở việc định hướng nghiên cứu và tìm hiểu phương pháp xử lý phát hiện va
chạm giữa các vật là chính. Mặt khác chưa đưa ra bài toán cụ thể và tổng quát như
Luận văn đã trình bày ở mục 2.1.1 ở trên.
Chính vì vậy, chương 2 của Luận văn tập trung vào phân tích và đưa ra bài
toán ứng dụng trong thực tế, tìm hiểu lựa chọn một số kỹ thuật gốc để đinh hướng
xây dựng ứng dụng và báo cáo trong luận văn.
2.1.3. Phƣơng pháp và hƣớng tiếp cận mô phỏng điểm đen giao thông
Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu, thời gian thực hiện luận văn, và định
nghĩa của điểm đen giao thông thông theo Luật đường Bộ Việt Nam đã trình bày ở
mục 1.2.1, điểm đen giao thông được định nghĩa như sau:
Định nghĩa (1): Điểm đen tai nạn giao thông trên tuyến đường bộ là những
vị trí nguy hiểm (có thể là nút giao thông cùng mức hoặc đoạn đường bộ có chiều
dài dưới 500m) thường xảy ra tai nạn giao thông cao hơn mức bình thường và có
tính chất tương đối giống nhau trong khoảng thời gian nhất định.
Mặt khác tai nạn va chạm giao thông được Luật giao thông đường bộ Việt
Nam, định nghĩa như sau: (2)“Tai nạn giao thông (TNGT) là sự việc bất ngờ xảy ra
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15



khi đối tượng tham gia giao thông đang hoạt động trên các tuyến đường bộ, đường
sắt, đường thuỷ, đường hàng không hoặc ở các địa bàn giao thông công cộng khác
do vi phạm các quy định về an toàn giao thông hoặc do gặp phải các tình huống,
sự cố đột xuất không kịp phòng tránh gây thiệt hại đến tính mạng, sức khoẻ của
con người, đến tài sản và phương tiện.”
Từ (1) và (2), ta có thể định nghĩa tai nạn va chạm tại điểm đen giao thông
như sau:
Định nghĩa tai nạn và chạm tại điểm đen giao thông: là những sự việc bất
ngờ xảy ra của các đối tượng đang tham gia giao thông tại những vị trị nguy hiểm.

“Điểm tiềm ẩn tai nạn giao thông là nơi mà tại đó có thể xảy ra tai nạn giao
thông”
Đặc trƣng của điểm đen giao thông
- Đặc điểm nút giao thông, tổ chức giao thông;
- Tầm nhìn, bán kính đường cong, độ nhám mặt đường, độ dốc siêu cao…;
- Hành lang an toàn đường bộ, bên ngoài hành lang an toàn đường bộ.
- Lưu lượng, thành phần xe, tình trạng giao thông và người đi bộ.
- Thời tiết, khí hậu và các yếu tố môi trường khác.
- Trình độ nhận thức, ý thức của người dân trong khu vực.
Tiêu chí xác định điểm đen giao thông
Căn cứ tình hình tai nạn giao thông xảy ra trong một năm về số vụ, mức độ
thiệt hại:
1. 02 vụ tai nạn nghiêm trọng; hoặc,
2. >=03 vụ tai nạn (01 vụ nghiêm trọng); hoặc,
3. >=04 vụ tai nạn (nhưng chỉ có người bị thương phải nhập viện).
Tiêu chí xác định điểm tiềm ẩn tai nạn giao thông: là hiện trạng công trình
đường bộ, hiện trạng khu vực và tình hình tai nạn giao thông xảy ra trong
một năm, thuộc một trong các trường hợp sau:
1. Hiện trạng công trình đường bộ, hiện trạng tổ chức giao thông và
xung quanh vị trí có yếu tố gây mất an toàn giao thông;
2. Xảy ra 05 vụ va chạm trở lên hoặc có ít nhất 01 vụ tai nạn nhưng
chỉ có người bị thương.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16



Quản lý hồ sơ điểm đen giao thông: Hồ sơ điểm đen bao gồm (Nguồn: Cơ
quan QLĐB hoặc Công an):
* Bảng thống kê tai nạn:

- Có ghi lý trình;
- Số vụ tai nạn;
- Thiệt hại;
- Đánh giá nguyên nhân, kiến nghị sơ bộ giải pháp khắc phục;
* Bản vẽ: sơ đồ khu vực điểm đen, ảnh chụp khu vực điểm đen và các tài liệu
liên quan.
=> Bài toán mô phỏng điểm đen Giao thông có thể được định hướng nghiên
cứu khi mô phỏng theo các hướng sau:
- Điểm đen đã được xác định trước, và tiến hành mô phỏng không gian,
thời gian, các nguyên nhân va chạm tại điểm đen (mặt đường có hố sâu,
không có biển báo, bị khuất tầm nhìn…dẫn đến tai nạn va trạm; người
điều khiển phương tiện giao thông tại thời điểm va chạm không đủ năng
lực hành vi theo luật; người điều khiển không tuân thủ quy định…)
- Điểm đen giao thông chưa được xác định trước: Từ dữ liệu đầu vào là các
vụ tai nạn va chạm tai nạn, từ đó tự động phân tích để đưa ra các cảnh
bảo rằng tồn tại một hoặc nhiều điểm đen giao thông.
- Tổng hợp của hai hướng trên.
Như vậy, Bài toán mô phỏng điểm đen giao thông là rất phức tạp và đa rạng,
đòi hỏi nhiều nghiên cứu ở nhiều chuyên ngành khác nhau, mới hình thành đầy đủ
Bài toán ứng dụng này.
Với phạm vi của ngành, lĩnh vực nghiên cứu là khoa học máy tính, và vấn
đề cốt lõi của bài toán mô phỏng tai nạn, va chạm điểm đen giao thông theo (1) và
(2) thì việc va chạm tai nạn giao thông phải tồn tại.
Như vậy, va chạm tai nạn giao thông là trường hợp cụ thể của lớp bài toán va
chạm của các vật, đối với bài toán mô phỏng va chạm giữa các vật trong mô phỏng
máy tính, thì bài toán kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm giữa các vật là bài toán gốc.
Phạm vi của Luận văn này, xác định tìm hiểu, nghiên cứu mô phỏng điểm
đen giao thông, trong đó xác định việc tìm hiểu các kỹ thuật phát hiện, xử lý va
chạm giữa các vật là quan trọng nhất, còn các kỹ thuật mô phỏng đối tượng được
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17



ngầm hiểu là đã được xây dựng trước đó (như kỹ thuật mô phỏng vật sao cho giống
thật ).
Từ các phân tích và trình bày ở trên cho thấy: việc xem xét các vật ở trạng
thái tĩnh và sự kiện tai vạn va chạm giao thông đã sảy ra là quan trọng và cần thiết,
từ đó mô phỏng điểm đen giao thông là khả thi, hữu ích hơn trong tình hình hiện
nay, đặc biệt là trong công nghệ mô phỏng hay thực tại ảo.
Bài toán mô phỏng điểm đen giao thông ở trang thái động, đây là một vấn đề
vô cùng khó khắn và tốn kém, do giới hạn về thời gian và các yếu tố khác, nên với
Luận văn nay, chưa được nghiên cứu và thực hiện. Tuy nhiên việc nghiên cứu các
đối tượng tĩnh sẽ là bài toán cơ sở, nên tảng để phát triển nghiên cứu với bài toán ở
dạng động. Đây là một hướng mở cho các nghiên cứu tiếp theo.
Do vậy, để hiểu được bản chất của việc xây dựng một hệ thống hay phần
mềm mô phỏng điểm đen giao thông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên nói riêng hay ở
các địa điểm khác nói chung. Báo cáo Luận văn sẽ tập trung trình bày một số kỹ
thuật phát hiện và xử lý va chạm ở các mục dưới đây của chương này trong phạm vi
của chuyên ngành khoa học máy tính.
2.2. Phát hiện va chạm
Ở trên (mục 2.1.) ta đã tìm hiểu và phát biểu bài toán mô phỏng điểm đen giao
thông, hướng tiếp cận? Mục này ta xem xét tiếp, vậy việc các đối tượng tham gia
giao thông có rất nhiều: con người đi bộ, xe đạp, mô tô hai, ba bánh; ô tô từ 2 chỗ
đến nhiều chỗ, xe tải, xe chuyên dùng…vậy thì làm sao để có một kỹ thuật chung
nhất, đơn giản, hiệu quả giúp ta tính toán, xử lý được trên máy tính???…, ta sẽ lần
lượt xem xét các kỹ thuật cơ bản sau:
Trước hết, phát hiện va chạm chỉ là một trường hợp đặc biệt trong môi trường
giả lập vật lý, được thể hiện vào máy tính. Do trong thực tế các đối tượng tham gia
giao thông hay đời sống có hình dạng phức tạp, do vậy để mô phỏng trên máy tính

được dễ và thuận tiện, ta xét (đưa) về những đối tượng (vật thể) có hình dạng tương
đương và đơn giản hơn, dưới dạng đối tượng hình học trên mô trường vật lý giả lập
(môi trường thực tại ảo). Thuật toán phát hiện va chạm nghiên cứu, xây dựng trên
các đối tượng và môi trường này.
Phát hiện va chạm (Collision detection) là tiến trình giải quyết bài toán: Các
đối tượng trong một môi trường, có hay không sự va chạm giữa các đối tượng trong
môi trường đó? va chạm này, có thể giữa các đối tượng giống nhau hoặc giữa các
đối tượng khác nhau. Sự va chạm trên là tĩnh như: nền nhà, tường nhà, mặt đường
v.v , hay động như: xe máy, ôtô, máy bay v.v
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18



Định nghĩa [collision detection] : Cho một không gian U với một tập các đối
tượng O, thuật toán phát hiện va chạm sẽ cho biết sự va chạm giữa các cặp đối
tượng từng đôi một C
p


O x O x R
3
với mọi đối tượng o
1
,o
2
và cho biết các điểm
va chạm giữa chúng p
1,2


R
3
.
2.2.1. Kỹ thuật phát hiện va chạm dùng hộp bao AABB
2.2.1.1. Khái niệm
Hộp bao AABB (Axis Aligned Bounding Box) là hộp
bao có dạng hình hộp chữ nhật, các cạnh (trục) song song với
các trục toạ độ tương ứng và bao lấy vật thể.
Hộp bao AABB bao gồm một tâm C, ba
hệ số a
0
, a
1
, a
2
tương ứng là độ dài theo ba trục
toạ độ của hình hộp.
Hộp bao dạng đơn giản, dễ tạo ra và thao
tác trong kiểm tra va chạm. Tuy nhiên hộp bao
loại này cũng tạo ra nhiều khoảng trống giữa vật
thể và hộp bao. Khi vật thể không nằm song
song với các trục toạ độ và có dạng dài thì
khoảng trống này càng lớn.
2.2.1.2. Kỹ thuật dựng hộp bao AABB
Xây dựng hộp bao loại này khá đơn giản, hộp bao này
được tạo bởi 2 điểm có toạ độ nhỏ nhất và lớn nhất của vật
thể như hình vẽ 2.3.
2.2.1.3. Kỹ thuật xử lý phát hiện va chạm
Cho hai hộp bao AABB xác định bởi [C

1
, a
0
, a
1
, a
2
] và
[C
2
, b
0
, b
1
, b
2
] với giả sử a
i
>0, b
j
>0, i,j = 0,1,2. Để kiểm tra va chạm, chúng ta xác
định toạ độ cao nhất và thấp nhất của mỗi hộp bao. Kí hiệu (x
min1
, y
min1
, z
min1
),
(x
max1

, y
max1
, z
max1
) là toạ độ thấp nhất và cao nhất của hộp bao có tâm C
1
:

Tương tự, ta tính được (x
min2,
y
min2
, z
min2
), (x
max2,
y
max2
, z
max2
) là toạ độ thấp
nhất và cao nhất của hộp bao xác định bởi tâm C
2
. Hai hộp bao AABB va chạm
nhau nếu xảy ra một trong bốn điều kiện sau:
Hình 2.1. Hộp bao AABB, 2D
Hình 10. Hôp bao AABB, 3D
Hình 2.3. Hộp bao AABB
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
19

Để tìm điểm va chạm, chúng ta có chọn điểm va chạm là đỉnh tương ứng với
một trong bốn trường hợp trên.
a) Thuật toán tổng quát:
Để kiểm tra 2 hộp bao có va chạm với nhau hay không ta sử dụng định lý
sau: 2 đối tượng lồi sẽ không giao nhau khi và chỉ khi tồn tại mặt phẳng P cô lập
được chúng.
Trong không gian 3 chiêu R
3
, nếu 2 hộp
bao giao nhau thì hình chiếu của chúng trên các
trục toạ độ x, y và z cũng phải giao nhau.
Thuật toán
- Chiếu mỗi hộp bao (AABB) lên các trục
toạ độ x, y và z. Kết quả thu được là các
đoạn thẳng.
- Hoặc có thể chiếu mỗi hộp bao (AABB) lên
các mặt phẳng toạ độ xOy, yOz và zOx. Kết
quả thu được là các hình chữ nhật.
- Kiểm tra sự giao nhau giữa các đoạn thẳng được chiếu lên các trục toạ độ.
Nếu hình chiếu của 2 hộp bao giao nhau trên cả 3 trục toạ độ thì 2 hộp bao
đó giao nhau. Ngược lại chúng không giao nhau.
- Nếu chiếu lên các mặt phẳng toạ độ thì 2 hộp bao giao nhau khi và chỉ khi
hình chiếu của 2 hộp bao đó lên mỗi mặt phẳng toạ độ đều giao nhau.
b) Các lưu ý với kỹ thuật hộp bao AABB:
Hộp bao này rất đơn giản, dễ tạo ra và thao tác trong kiểm tra va chạm cũng
rất dễ dàng. Tuy nhiên hộp bao AABB tạo ra nhiều khoảng trống giữa vật thể và

hộp bao. Khi vật thể không nằm song song với các trục toạ độ và có dạng dài thì
khoảng trống này càng lớn. Thực tế trong các hệ thống thực tại ảo, người ta chỉ sử
dụng kĩ thuật hộp bao AABB để giới hạn vùng va chạm, sau đó để kiểm tra và tìm
Hình 2.4. Chiếu các đối tượng lên các trục
toạ độ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên