Nghiên cứu hệ thống giao thông thông minh và thử nghiệm hệ thống Telematics car (tt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

NGUYỄN THƯỜNG TÍN

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH VÀ THỬ
NGHIỆM HỆ THỐNG TELEMATICS CAR

Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số: 60.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2017


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học:
……………………………………………………………
(Ghi rõ học hàm, học vị)

Phản biện 1: ……………………………………………………………………………
Phản biện 2: …………………………………………………………………………..

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc:

....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm ...............

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông


“ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH VÀ THỬ NGHIỆM HỆ
THỐNG TELEMATICS CAR “

Với sự phát triển và tốc độ đô thị hóa nhanh, dân cư thành phố không ngừng gia tăng do thu hút
các nguồn lực lao động từ các vùng miền khác nhau đổ về các khu công nghiệp lao động và sinh sống.
Kinh tế phát triển, đời sống con người ngày càng nâng cao, nhu cầu đi lại ngày càng tăng kéo theo số
lượng phương tiện xe cá nhân ở thành phố tăng nhanh chóng mặt [1]. Mọi ngã đường đều bị chật cứng,
hiện tượng ùn tắc xảy ra liên tục, kéo dài hàng giờ, và những hệ lụy khác như: ô nhiễm môi trường vì
khói thải xe hay phải cần đến nhiều lực lượng chuyên trách để điều tiết giao thông. Mật độ người tham
gia giao thông quá đông nên những vụ tai nạn giao thông xảy ra thường xuyên, làm thiệt hại lớn về
người và của cải. Trước sự bức bách đó đòi hỏi phải có một giải pháp để giải quyết vấn đề nói trên.Hệ
thống giao thông thông minh (ITS- Intelligent Transport System) đã được ra đời để đáp ứng hiện thực
đó.
Phần luận văn được chia làm các chương như sau:

Chương 1:Hệ thống giao thông thông minh hiện đại.
Hội nghị ITS quốc tế lần thứ 13 được tổ chức tại London từ ngày 12/10/2006. Các chủ đề chính
được thảo luận tại các hội thảo là an toàn giao thông, hạn chế ô nhiễm môi trường, chống ùn tắc giao
thông, sản xuất các phương tiện giao thông thông minh, thiết bị an toàn giao thông... Qua đó có thể
thấy: ITS đã khai thác khả năng công nghệ tiên tiến sẵn có của nhiều lĩnh vực nhằm cải thiện giao
thông với các mức độ khác nhau.
Chương trình ITS của một số nước được nghiên cứu và ứng dụng rất đa dạng, hiệu quả với các
mức độ khác nhau. Tùy theo đặc điểm của mỗi quốc gia mà tập trung vào các lĩnh vực chính sau đây:
Hoàn thiện kết cấu hạ tầng đường bộ, xử lý khẩn cấp các sự cố giao thông; Hiện đại hóa các trạm thu
phí tự động, trạm cân điện tử; Quản lý các đường trục giao thông chính; Hệ thống thông tin cho người
tham gia giao thông; Phổ cập giao thông tiếp cận; Khai thác, điều hành hệ thống giao thông công cộng

tiên tiến (xe buýt, đường sắt đô thị, trung tâm đèn đường tín hiệu); Cải thiện các vấn đề về thể chế,
nguyên tắc giao thông tại các nút giao cắt; Nghiên cứu sản xuất phương tiện giao thông thông minh;
ứng dụng công nghệ tin học, điện tử trong đào tạo, sát hạch và quản lý lái xe.


Chương I chủ yếu tập trung vào tìm hiểu cấu trúc của hệ thống giao thông thông minh hiện đại
đã và đang được áp dụng trên thế giới, với nội dung xuyên suốt.
Khái niệm và cấu trúc của một hệ thống giao thông thông minh hiện đại.
ITS (Intelligent Transport System) 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 được coi là một hệ thống lớn, trong đó con người, phương tiện giao thông, mạng lưới
đường giao thông là các thành phần của hệ thống, liên kết chặt chẽ với nhau. ITS được hoạch định để
giảm bớt tắc nghẽn giao thông, bảo đảm an toàn, giảm nhẹ những tác động xấu tới môi trường, tăng
cường năng lực vận tải hành khách. Không những trong lĩnh vực giao thông đường bộ, ITS còn được
áp dụng với hàng không, đường sắt, đường sông và cả trong đường biển; song đa dạng và hiệu quả hơn
cả vẫn là trong giao thông vận tải đô thị.
Hệ thống giao thông thông minh (ITS) là hệ thống giao thông được áp dụng hoàn hảo công
nghệ tiên tiến và phần mềm máy tính vào các thiết bị kiểm soát, chỉ dẫn, điều khiển, thông tin liên lạc
để nâng cao năng lực giao thông trên các tuyến đường cũng như trong các loại hình vận tải. Sự định
nghĩa đơn giản này đã và đang có những thay đổi tốt trong công tác vận hành, quản lý hệ thống giao
thông nói chung và giao thông đô thị nói riêng ở một số nước trên thế giới. Những thành tựu và kinh
nghiệm quý báu đó rất đáng để chúng ta nghiên cứu, học tập, tham quan, vận dụng phù hợp với điều
kiện Việt Nam.
Hệ thống giao thông thông minh là một hệ thống lớn trong đó bao gồm hạ tầng giao thông và phương
tiện được kết hợp chặt chẽ với nhau

1.1. Hạ tầng giao thông thông minh (Intelligent infrastructure).
-

Hệ thống quản lý trục giao thông chính (Arterial Management).

Các hệ thống này bố trí dọc các trục đường chính, sử dụng đèn báo hiệu và sử dụng thông tin thu

thập bởi các thiết bị giám sát lưu lượng để truyền những thông tin quan trọng về điều kiện đi lại cho
người tham gia giao thông, thông qua công nghệ như những dấu hiệu thông báo động hoặc tin nhắn.
-

Hệ thống quản lý đường cao tốc (Freeway Management).
Có 6 chức năng lớn của ITS tạo nên hệ thống quản lý đường cao tốc : hệ thống giám sát giao

thông sử dụng thiết bị dò tìm và thiết bị video để hỗ trợ các ứng dụng quản lý cao tốc tiên tiến nhất.


Các biện pháp kiểm soát giao thông trên dốc đi vào cao tốc như đồng hồ đo dốc có thể sử dụng dữ liệu
cảm biến để tối ưu hoá tốc độ và thời gian chờ đợi đồng hồ đo dốc
-

Hệ thống an toàn và ngăn ngừa tai nạn (Crash Prevention and Safety)
Hệ thống này nhận diện những điều kiện không an toàn cung cấp cho người tham gia giao thông

để tránh những sự cố, các đường cong nguy hiểm, đường cao tốc giao cắt đường sắt, nút giao thông lưu
lượng cao, và cũng cung cấp các cảnh báo về sự hiện diện của người đi bộ và đi xe đạp, và thậm chí cả
những động vật trên đường bộ. Trong một số trường hợp, hệ thống hướng dẫn sử dụng được tuyển
dụng, ví dụ: nơi người đi bộ hoặc đi xe đạp bằng tay thiết lập hệ thống để cung cấp các cảnh báo về sự
hiện diện của họ cho du khách.
-

Hệ thống quản lý đường trong các điều kiện thời tiết (Road Weather Management).

Hoạt động quản lý bao gồm hệ thống quản lý thông tin về thời tiết, công nghệ bảo trì con đường khi bị
ảnh hưởng bởi thời tiết xấu, và điều phối các hoạt động, ứng dụng của nó giúp đỡ trong việc giám sát

và dự báo của các con đường và điều kiện khí quyển.
-

Hệ thống vận hành và bảo trì đường bộ (Roadway Operation and Maintenance).
Những ứng dụng theo dõi, phân tích, và phổ biến các dữ liệu cơ sở hạ tầng cho các hoạt động,

bảo trì, quản lý và sử dụng. Nó có thể giúp bảo đảm sự an toàn của công nhân và người tham gia giao
thông trong khu vực làm việc tạo điều kiện lưu lượng giao thông thông qua. Điều này thường đạt được
thông qua việc triển khai tạm thời của ITS các dịch vụ khác, chẳng hạn như các yếu tố của quản lý giao
thông và các chương trình quản lý sự cố.
1.2. Phương tiện thông minh (Intelligent Vehicles).
- Hệ thống ngăn ngừa va chạm (Collision Avoidance).
Để cải thiện khả năng điều khiển tránh những tai nạn, phương tiện được gắn hệ thống cảnh báo
va chạm. Những ứng dụng va chạm sử dụng một loạt các cảm biến để giám sát môi trường xung quanh
phương tiện và cánh báo lái xe về các điều kiện có thể dẫn đến va chạm
-

Hệ thống hỗ trợ người lái (Driver Assistance).
Nhiều công nghệ xe thông minh giúp đỡ người điều khiển vận hành xe an toàn. Những hệ thống

sẵn sàng giúp đỡ như dẫn đường, nâng cao tầm nhìn và những hệ thống điều khiển tốc độ, được dự
định để tạo điều kiện thuận lợi cho người điều khiển


-

Hệ thống cảnh báo va chạm (Collision Notification).
Hệ thống cảnh báo va chạm đã được thiết kế để phát hiện và báo cáo vị trí, mức độ nghiêm trọng

của vụ việc cho cơ quan có thẩm quyền giải quyết

Chương 2: Các ứng dụng của hệ thống giao thông thông minh và đề xuất mô hình hệ
thống Telematics Car.
Sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật thông tin và truyền thông đã góp phần thúc đẩy cho sự ra đời
của nhiều ứng dụng trong quản lý, khai thác giao thông đường bộ mà trong đó phải kể đến sự xuất hiện
của hệ thống giao thông thông minh. Tại các nước phát triển như Mỹ, Trung Quốc, Pháp, Nhật Bản…,
khái niệm “Hệ thống giao thông thông minh” (Intelligent Transport System - ITS) không còn xa lạ. Cụ
thể, đó là việc đưa công nghệ cao của thông tin - truyền thông ứng dụng vào cơ sở hạ tầng và trong
phương tiện giao thông (chủ yếu là ô tô), tối ưu hoá quản lý, điều hành nhằm giảm thiểu ùn tắc, tai nạn,
tăng cường năng lực vận tải hành khách…
Chương 2 này có nhiệm vụ làm rõ các nội dung sau:
2.1 Các ứng dụng của hệ thống giao thông thông minh.
- Hệ thống quản lý giao thông(Traffic Management System).
Phần mềm trung tâm của Hệ thống quản lý giao thông (Traffic Mangement System-TMS) là
phần mềm Siemns SI –Traffic Concert. Hệ thống được vận hành từ hai trung tâm (đề phòng một trong
hai trung tâm bị lỗi) lấy dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau gồm các camera giám sát, tín hiệu giao
thông, các camera phát hiện, thiết bị phát hiện nhiễu xạ, thiết bị kiểm soát tốc độ, nhân viên an ninh và
cảnh sát giao thông trên mặt đất.
-

Đèn giao thông thông minh
Trước sự phát triển không ngừng của mật độ các phương tiện giao thông và đặc biệt là ôtô ngày

càng tăng hiện nay thì việc xây dựng các luồng giao thông đảm bảo an toàn, hiệu quả và thân thiện với
môi trường đã trở thành nhiệm vụ từng ngày. Các nhà phát triển hệ thống, tích hợp hệ thống và cung
cấp dịch vụ luôn nỗ lực đưa ra những giải pháp di động sáng tạo và thiết thực góp phần cải tiến hệ
thống điều khiển phương tiện giao thông.
-

Bãi giữ xe thông minh

Hệ thống này có chức năng chính: Tự động đọc biển số khi xe vào cổng; tự động in biển số
trên vé xe, kèm theo các thông tin khác theo yêu cầu quản lý; camera có đèn soi biển số ban đêm; cho
phép nhập biển số bằng bàn phím…Tất cả công việc ấy chỉ tốn từ 1-3 giây.
-

Thiết bị lái xe thông minh
Khi xe ô tô tham gia giao thông, camera sẽ tự động quan sát, ghi nhận và xử lý những biển

báo, tín hiệu chỉ dẫn giao thông trên đường và chuyển thành "mệnh lệnh" hiện lên một màn hình nhỏ
phía trước tay lái. Những mệnh lệnh này sẽ giúp cho người lái xe xử lý chính xác các tình huống cụ thể
trên đường.
2.2 Các ứng dụng ITS ở Việt Nam hiện nay
-

Đưa hệ thống ITS vào đường cao tốc.
ITS là công nghệ mới phát triển trên thế giới, được sử dụng để giải quyết các vấn đề của giao

thông đường bộ, bao gồm tai nạn và ùn tắc giao thông. ITS sử dụng các tiến bộ của công nghệ thông tin
và viễn thông để liên kết giữa con người, hệ thống đường giao thông và phương tiện giao thông lưu
thông trên đường thành một mạng lưới thông tin và viễn thông phục vụ cho việc lưu thông tối ưu trên
đường cao tốc. Các cảm biến sẽ được lắp đặt trên mặt đường để thu thập các thông tin về luồng giao
thông, khí hậu, thời tiết,…các thông tin này được hệ thống máy tính phân tích và xử lý, sau đó cung
cấp trở lại cho tài xế về tình hình giao thông trên đường (tai nạn, ùn tắc giao thông, thời tiết,…)
Dự án đường cao tốc Tân Sơn Nhất – Tân An sẽ ứng dụng công nghệ “Giao thông thông
minh” (ITS – Intelligent Transport System) để điều hành giao thông trên tuyến cao tốc, đây là công
nghệ tiên tiến đang áp dụng tại Nhật Bản, Châu Âu và Bắc Mỹ, lần đầu tiên áp dụng ở Việt Nam.
-

Xây dựng các trạm thu phí tự động.
Mạng lưới thu phí giao thông của Việt Nam bao gồm 54 trạm trên 26 tuyến quốc lộ. Phần lớn

số trạm vẫn áp dụng phương pháp thu phí thủ công, nhiều trạm còn sử dụng thiết bị barie điện, đèn tín
hiệu giao thông và một số trạm có camera giám sát thông thường. Chỉ có 9\54 trạm sử dụng phương
pháp thu phí bán tự động, chủ yếu ở khâu kiểm soát với quy trình thu hai dừng: một dừng mua vé và
một dừng soát vé.
-

VOV giao thông.
VOV giao thông được là kênh phát thanh được Đài Tiếng nói Việt Nam đầu tư hệ thống

công nghệ phát thanh hiện đại nhất hiện nay, gồm 1 máy phát sóng FM tại Hà Nội có bán kính phủ
sóng 200 km, 2 máy phát sóng FM tại TpHCM có bán kính phủ sóng trên 300 km.


-

Bãi giữ xe nhiều tầng

Bãi đậu xe nổi nhiều tầng kiểu khung thép lắp ghép có sử dụng công nghệ xếp xe tự động ngay tại
trung tâm. Với phương án này, mô hình bãi đậu và giữ xe nổi nhiều tầng kiểu khung thép lắp ghép có
sử dụng công nghệ xếp xe tự động sẽ nâng và di chuyển ngang, với tổng công suất là 168 xe/8 môđun,
có khả năng tiếp nhận xe ôtô 4-7 chỗ, thời gian xếp xe từ 1-2 phút và diện tích chiếm đất chỉ gần
1.800m2
2.3 Đề xuất mô hình ITS sử dụng thiết bị Telematics Car
Hệ thống Telematics Car là một hệ thống con của hệ thống giao thông thông minh ITS. Tuy
nhiên, Telematics Car lại đóng một vai trò vô cùng quan trọng và giúp hệ thống ITS được hoàn thiện
hơn. Hệ thống Telematics Car giúp người lái xe có thể tương tác với hạ tầng thông tin giao thông của
hệ thống ITS, chính vì vậy mà nó quyết định khả năng ứng dụng của ITS trong thực tế.

Chương 3: Thử nghiệm hệ thống Telematics Car
Trong khuôn khổ luận văn người sử dụng sẽ tương tác trực tiếp với trung tâm điều khiển
trông qua một màn hình cảm ứng. Bên cạnh đó, quá trình thu thập dữ liệu từ GPS, đóng gói bản
tin và truyền đến trung tâm điều hành thông qua một module kết nối mạng GSM/GPRS/3G sẽ
được bộ xử lý trung tâm tự động thực hiện. Thông tin này sẽ được truyền tới trung tâm điều hành
thông qua kết nối Internet, ở đây thông tin sẽ được xử lý và truyền ngược lại phương tiện nếu cần
thiết. Như vậy, với kết cấu phần cứng không quá phức tạp và các cơ sở hạ tầng về mạng, vệ tinh,
... gần như đã đáp ứng toàn bộ yêu cầu của hệ thống. Ngoài ra, trái tim của thiết bị Telematics car
sử dựng một bộ vi xử lý thuần JAVA cũng giúp cho hệ thống Telematics Car có khả năng mở
rộng và phát triển dễ dàng. Xuyên suốt trong chương 3 là các thử nghiệm của thiết bị Telematics
Car với các ứng dụng sau:
3.1 Mô tả chi tiết hệ thống Telematics Car
-

Trung tâm điều hành của hệ thống Telematics Car

Trung tâm điều hành của hệ thống Telematics Car là đầu não duy nhất quản lý cũng như xử lý mọi
hoạt động của hệ thống giám sát, thu phí trên đường. Có tác dụng lưu trữ thông tin, đồng thời cũng
đóng vai trò là nơi giám sát tập trung các hoạt động.
- Thiết bị Telematics Car.


Mô hình hệ thống liên lạc cho xe hơi Telematics Car được xây dựng có khả năng tương
thích với hệ thống quản lý giao thông thông minh ITS đang được triển khai ở Việt Nam. Việc thiết
kế hệ thống tổng thể về mặt phần cứng đối với thiết bị Telematics Car đặt trên xe ô tô rất phức tạp,
với thời gian có hạn, hệ thống phần cứng được xây dựng sẽ dựa trên Platform xử lý thuần Java và
các hỗ trợ xử lý chuyên dụng GPS để thực hiện các chức năng theo yêu cầu. Thử nghiệm tính năng
quản lý phương tiện giao thông
3.2 Thử nghiệm các tính năng của hệ thống Telematics Car

-

Tính năng tự động thu phí

Khi các trạm thu phí tự động ứng dụng công nghệ DSRC, RFID hoặc NFC được đưa vào sử
dụng, hệ thống tự động thu phí đường bộ của thiết bị Telematics Car sẽ giúp người điều khiển phương
tiện không phải thực hiện các thao tác như mua vé, xuất trình vé,… Người điều khiển chỉ cần cho xe đi
qua hệ thống soát vé điện tử có sử dụng các công nghệ trên để tương tác với các thiết bị thu phí đã cài
đặt sẵn. Lúc này quá trình thu phí sẽ tự động thực hiện thông qua hệ thống Telemactics Car.
-

Tính năng cảnh báo tai nạn, tắc đường

Trong mô hình hệ thống thử nghiệm, thiết bị Telematics Car và Trung tâm dữ liệu có khả năng
tương tác hai chiều với nhau. Trung tâm dữ liệu có thể sử dụng thông tin từ CCTV, các trạm cảm
biến,… nhưng đặc biệt là thông tin được gửi từ chính thiết bị Telematics Car. Những thông tin này rất
hữu ích để nhà vận hành có thể nắm bắt và xử lý trước khi đưa ra quyêt định gửi các cảnh báo đến các
phương tiện chuẩn bị đi vào vùng xảy ra tai nạn hoặc tắc đường.
- Thử nghiệm tính năng eCall trong trường hợp gặp tai nạn
Tính năng eCall (Emergency Call) được ứng dụng trong trường hợp khẩn cấp khi người tham
gia giao thông xảy ra tai nạn. Theo như lý thuyết xây dựng, các cảm biến lực sẽ được gắn ở các vị trí
xung quanh thân xe có nhiệm vụ thu thập thông tin về tương tác lực lên thân xe và gửi thông tin về cho
thiết bị Telematics Car xử lý. Khi có va chạm giao thông xảy ra với phương tiện, dữ liệu từ các cảm
biến sẽ được thiết bị Telematics Car so sánh và tính toán, ngay sau đó thiết bị sẽ ngay lập tức mở một
phiên gọi khẩn cấp về trung tâm với thông tin đã được cấu hình sẵn.


KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Tốc độ đô thị hóa ngày càng nhanh. Đặc biệt là khu vực Hà Nội và TP Hồ Chí Minh phương
tiện giao thông sẽ tăng đột biến. Nếu cứ điều hành, tổ chức và quản lý như hiện nay thì sẽ ùn tắc và ô

nhiễm môi trường trầm trọng. Ảnh hưởng kinh tế - xã hội sẽ tất lớn.
Ứng dụng ITS ở Việt Nam là điều tất yếu nhằm khắc phục nạn kẹt xe, ùn tắc giao thông diễn
ra thường xuyên đồng thời đáp ứng nhu cầu quản lý và điều phối hoạt động giao thông theo mạng lưới
đã quy hoạch. Thử nghiệm mô hình ITS sử dụng thiết bị Telematics Car với mong muốn giải quyết
được một phần thách thức của bài toán quản lý giao thông, tạo tiền đề để xây dựng và phát triển các hệ
thống khác với các năng lực xử lý ngày càng tốt hơn. Với sự phát triển mạnh mẽ của trí tuệ nhân tạo,
trong tương lai gần, mô hình ITS sẽ được áp dụng cả Machine Learning nhằm nâng cao hiệu suất tính
toán cũng như dự đoán các sự kiện tắc đường. Từ đó sẽ giúp cho hệ thống vận hành một cách linh hoạt
và hiệu quả hơn.