Nghiên Cứu Biểu Diễn Không GianThời Gian Trong Dịch Vụ Quản Lý Phương Tiện Giao Thông (LV thạc sĩ)

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

LƯƠNG VĂN TUẤN

NGHIÊN CỨU BIỂU DIỄN KHÔNG GIAN-THỜI GIAN
TRONG DỊCH VỤ QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2017


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

LƯƠNG VĂN TUẤN

NGHIÊN CỨU BIỂU DIỄN KHÔNG GIAN-THỜI GIAN
TRONG DỊCH VỤ QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 60.48.01.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN VĨNH PHƯỚC

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung và những kết quả của luận văn tốt nghiệp này là do
tôi tự nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Vĩnh Phước. Trong toàn bộ nội
dung của luận văn, những nội dung được trình bày là của cá nhân tôi hoặc được tổng
hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác. Tất cả các tài liệu tham khảo đều được trích dẫn rõ
ràng ở phần cuối của luận văn.
Tôi xin cam đoan những lời trên là sự thật. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm.

TPHCM, ngày 28 tháng 05 năm 2017
Học viên thực hiện luận văn

Lương Văn Tuấn


ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Vĩnh Phước, người đã tận tình
hướng dẫn tôi những kiến thức chuyên môn, phương pháp nghiên cứu khoa học đồng
thời cũng là tấm gương trong mọi mặt của cuộc sống để tôi học tập và noi theo.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo và bạn bè đã cung cấp cho tôi những
kiến thức bổ ích trong thời gian tôi học tập tại trường.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi đã luôn ủng hộ tôi trên con
đường học tập và nghiên cứu với nhiều khó khăn, vất vả. Mặc dù tôi đã cố gắng hết sức

trong quá trình làm luận văn nhưng không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được
những góp ý của thầy cô và các bạn.

TPHCM, ngày 28 tháng 05 năm 2017
Học viên thực hiện luận văn

Lương Văn Tuấn


iii

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT .................................................... vii
DANH SÁCH BẢNG ...................................................................................................... ix
DANH SÁCH HÌNH VẼ .................................................................................................. x
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG QUẢN LÝ XE BUÝT TRONG
NƯỚC VÀ QUỐC TẾ ...................................................................................................... 3
1.1 Tình hình nghiên cứu nước ngoài ......................................................................... 3
1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................................... 4
1.2.1 Phần mềm BUS IS 2.0 ....................................................................................... 4
1.2.2 Phần mềm BUS_GPS ........................................................................................ 5
1.2.3 Ứng dụng Busmap hổ trợ đi xe buýt tại TPHCM ............................................. 6
1.2.4 Ứng dụng Vietmap hổ trợ dẫn đường, giám sát hành trình............................... 7
1.3 Mục tiêu và định hướng của đề tài ....................................................................... 8
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU ......... 10

2.1 Giới thiệu hệ thống định vị toàn cầu GPS .......................................................... 10
2.1.1 Khái niệm hệ thống định vị toàn cầu GPS ...................................................... 10
2.1.2 Nguyên lý hoạt động của GPS ....................................................................... 11


iv

2.1.3 Độ chính xác của GPS .................................................................................... 12
2.1.4 Tín hiệu GPS .................................................................................................. 12
2.1.5 Các thành phần của một hệ GPS .................................................................... 13
2.1.6 Ứng dụng của GPS trong quản lý phương tiện giao thông ............................ 14
2.2 Giới thiệu hệ thống thông tin địa lý (GIS).......................................................... 14
2.2.1 Ứng dụng của GIS .......................................................................................... 15
2.2.2 Cách tiếp cận GIS ........................................................................................... 16
2.2.3 Cơ sở dữ liệu địa lý ......................................................................................... 17
2.2.4 Ứng dụng GPS và GIS trong quản lý hoạt động xe buýt................................. 19
2.3 Giới thiệu về GPRS ............................................................................................ 20
2.3.1 Sơ lược về GPRS TCP server .......................................................................... 23
2.3.2 Ưu nhược điểm ................................................................................................ 24
2.3.3 Kết hợp hai phương thức truyền nhận dữ liệu bằng GPRS và SMS ............... 25
2.4 Giới thiệu mô hình không gian – thời gian......................................................... 26
2.4.1 Các thành phần cơ bản trong thế giới thực..................................................... 26
2.4.1.1 Đối tượng ...................................................................................................... 26
2.4.1.2 Không gian ................................................................................................... 27
2.4.1.3 Thời gian ...................................................................................................... 28
2.4.1.4 Không gian - thời gian ................................................................................. 31
2.4.1.5 Quan hệ giữa đối tượng, không gian và thời gian ........................................ 33
2.4.1.6 Minh họa mô hình không gian – thời gian ................................................... 34
2.4.2 Mô hình không gian – thời gian trong quản lý phương tiện giao thông.......... 35

v

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
......................................................................................................................................... 37
3.1 Phân tích yêu cầu bài toán quản lý phương tiện giao thông ............................... 37
3.2 Mô hình hoạt động bài toán quản lý phương tiện giao thông ............................ 38
3.3 Lựa chọn công nghệ ........................................................................................... 39
3.3.1 Google Maps APIs ........................................................................................... 39
3.3.2 Realtime “Openfire” APIs ............................................................................... 40
3.3.3 Xây dựng ứng dụng ......................................................................................... 43
3.3.4.1 Ứng dụng trên thiết bị chạy hệ điều hành Android dành cho tài xế............. 43
3.3.3.2 Các chức năng chính trên website quản lý ................................................. 45
CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH BIỂU DIỄN XE BUÝT DI CHUYỂN HIỂN THỊ KHÔNG
GIAN – THỜI GIAN ...................................................................................................... 52
4.1 Tổng quan về ArcGIS ......................................................................................... 52
4.2 Tổng quan Google Sketchup .............................................................................. 53
4.3 Tổng quan về 3D GIS ......................................................................................... 55
4.4 Đăng ký tọa độ và tạo ảnh nền từ Google Earth................................................. 55
4.5 Xây dựng lớp dữ liệu về trạm xe buýt ................................................................ 57
4.6 Chuyển đổi shapefile sang dạng Feature Class 3D và mô hình Collada trên
Google Sketchup .......................................................................................................... 60
CHƯƠNG 5: THỬ NGHIỆM, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ....................................... 63
5.1 Thử nghiệm ......................................................................................................... 63
5.2 Nhận xét và đánh giá chất lượng sản phẩm ........................................................ 66
5.3 Ý nghĩa của luận văn .......................................................................................... 66


vi

5.4 Sự khác biệt của luận văn so với các sản phẩm hiện tại ..................................... 67
KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 69
Về phía bản thân ....................................................................................................... 69
Về phía luận văn ....................................................................................................... 69
Hạn chế ..................................................................................................................... 70
Kiến nghị .................................................................................................................. 71
PHỤ LỤC ........................................................................................................................ 72
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 77


vii

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng anh

Tiếng việt

2D

2 Dimensional

2 chiều

3D

3 Dimensional

3 chiều

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm

BTS

Base Transceiver Stations

Trạm thu phát gốc

DME

Distance Measuring
Equipment

FDMA

Frequency Division Multiple

Thiết bị đo khoảng cách
Đa truy cập phân chia theo tần số

Access
FTP

File Transfer Protocol

Giao thức truyền nhận tập tin

GIS

Geographic Information

Hệ thống thông tin địa lý

System
GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ cổng nối GPRS

GLONASS

GLObal Navigation Satellite

Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn

System

cầu

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GSHT
GSM

Giám sát hành trình
Global System for Mobile

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

Communications
IP

Internet Protocol

Giao thức internet

ISDN

Integrated Services Digital

Mạng số tích hợp đa dịch vụ

Network

ISP

Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ internet


viii

LORAN

LOng RAnge Navigation

Hệ thống định vị mặt đất

OSI

Open Systems

Mô hình tham chiếu kết nối hệ

Interconnection Reference

thống mở

Model
SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ dịch vụ của GPRS

SMS

Short Message Services

Dịch vụ tin nhắn ngắn

TACAN

TACtical Air Navigation

Hệ thống dẫn đường dùng trong
hàng không

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền vận

TDMA

Frequency Division Multiple

Đa truy cập phân chia theo thời

Access

gian

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

TTĐH

Trung tâm điều hành

TPHCM

Thành phố Hồ Chí Minh

VOR
VTHKCC

VHF Omnidirectional Range

Hệ thống dẫn đường tầm ngắn
Vận tải hành khách công cộng


ix

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Số timeslot sử dụng trong các kiểu GPRS

23

Bảng 2.2: So sánh giữa giao thức TCP và UDP

24

Bảng 2.3: So sánh giữa truyền tin bằng SMS và GPRS

25


x

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1: Thiết bị phần cứng của hệ thống BUSTRACK

3

Hình 1.2: Ứng dụng Busmap chọn tuyến xe bus trên thiết bị di động

7

Hình 1.3: Ứng dụng Vietmap chỉ hiển thị không gian mà chưa hiển thị thời gian

8

Hính 1.4: Hành trình xe buýt di chuyển hiển thị 3D trực quan

9

Hình 2.1: Số TimesSlot sử dụng trong GPRS

23

Hình 2.2: Sơ đồ biểu diễn mối quan hệ giữa thế giới thực và trực quan hóa

26

Hình 2.3: Sơ đồ biểu diễn các nhóm đối tượng

28

Hình 2.4: Tính chất vừa phân cấp vừa tuần hoàn của thời gian

29

Hình 2.5: Tính chất vừa phân cấp vừa hạt của thời gian

30

Hình 2.6: Tính chất hạt của thời gian

30

Hình 2.7: Tính chất vừa tuyến tính vừa tuần hoàn của thời gian

31

Hình 2.8: Mối quan hệ giữa các đối tượng không gian-thời gian

33

Hình 2.9: Mối quan hệ giữa các thành phần của đối tượng chuyển động

34

Hình 2.10: Mô hình không gian – thời gian trên mặt phẳng

35

Hình 2.11: Biểu đồ di chuyển của phương tiện theo không gian – thời gian

36

Hình 3.1: Mô hình hoạt động hệ thống quản lý phương tiện

38

Hình 3.2: Giao diện ứng dụng trên Android

43

Hình 3.3: Giao diện kết nối tới máy chủ webserver

43

Hình 3.4: Giao diện chức năng chính trạng thái dịch vụ bắt đầu

44

Hình 3.5: Giao diện đăng nhập dành cho người quản trị cấp cao nhất

45

Hình 3.6: Giao diện đăng ký dành cho khách hàng (Công Ty, DN, TTĐH)

46

Hình 3.7: Quản lý người dùng (Cấp quyền quản lý truy cập cho khách hàng)

46

Hình 3.8: Giao diện đăng nhập dành cho chủ phương tiện

47

Hình 3.9: Giao diện thiết lập tọa độ và vùng quản lý

47

Hình 3.10: Giao diện chức năng thêm thiết bị, phương tiện

48


xi

Hình 3.11: Giao diện theo dõi trực tuyến dành cho chủ phương tiện

49

Hình 3.12: Tạo báo cáo theo giờ, ngày, tháng, năm

49

Hình 3.13: Kết quả báo cáo hành trình theo giờ, ngày, tháng, năm

50

Hình 3.14: Kết quả báo cáo theo lộ trình di chuyển của phương tiện

50

Hình 3.15: Kết quả báo cáo theo dạng biểu đồ

51

Hình 3.16: Kết quả xuất tọa độ sang file excel

51

Hình 4.1: Cửa sổ Link Table của công cụ Georeferencing

56

Hình 4.2: Ảnh trên Google Earth sau khi đăng ký tọa độ

57

Hình 4.3: Quy trình xây dựng lớp dữ liệu trạm dừng xe buýt

58

Hình 4.4: Nhập tạo độ trạm dừng, nhà cửa, cây xanh

59

Hình 4.5: Mô hình chuyển dữ liệu nền dạng 2D sang 3D

60

Hình 4.6: Thiết lập giá trị chiều cao trong cửa sổ Layer Properties

61

Hình 4.7: Công cụ chuyển đổi sang Feature Class trên ArcToolbox

61

Hình 4.8: Công cụ chuyển đổi Collada trên ArcToolbox

62

Hình 4.9: Dựng hình 3D các đối tượng xung quanh tuyến đường

62

Hình 5.1: Lộ trình dạng 2D trên bản đồ google map

63

Hình 5.2: Lộ trình xe buýt di chuyển trên bản đồ vệ tinh của google

64

Hình 5.3: Mô hình 3D, lộ trình xe buýt di chuyển hiển thị không gian-thời gian

65

Hình 5.4: Mô phỏng hành trình xe buýt di chuyển hiển thị không gian-thời gian

65


1

MỞ ĐẦU
Quản lý phương tiện giao thông theo thời gian thực là một nhu cầu cấp thiết của
những người chủ phương tiện. Đối với cá nhân, nhiều người cần theo dõi sự di
chuyển của phương tiện để đề phòng mất cắp. Đối với các công ty giao nhận hàng
hóa, trung tâm điều hành phương tiện cần theo dõi sự di chuyển của các phương tiện
theo thời gian thực để tính toán hiệu quả của dịch vụ giao nhận. Đối với các công ty
xe khách như xe buýt, taxi, xe liên tỉnh, … giám sát phương tiện theo thời gian thực
là một nhu cầu cần thiết để nâng cao hiệu quả khai thác phương tiện. Hiện nay, nhiều
dịch vụ quản lý phương tiện di chuyển đã ra đời và có những đóng góp đáng kể trong
việc quản lý phương tiện vận tải. [25], [26], [27], [29]. Tuy nhiên, các dịch vụ này
chỉ hiển thị trực quan vị trí phương tiện theo không gian trên các nền bản đồ mà chưa
hiển thị thời gian. Trong khi đó, khoa học GIS về thời gian đã phát triển các mô hình
biểu diễn và hiển thị đối tượng theo không gian-thời gian được áp dụng hữu hiệu
trong nhiều lĩnh vực liên quan trực quan hóa.
Luận văn “Nghiên cứu biểu diễn không gian - thời gian trong dịch vụ quản lý
phương tiện giao thông” được đề xuất để nghiên cứu áp dụng mô hình biểu diễn dữ

liệu không gian-thời gian cho các dịch vụ quản lý phương tiện giao thông như xe cá
nhân, xe tải, xe giao hàng, xe khách, v.v.
Đề tài đã thiết lập một ứng dụng quản lý phương tiện giao thông bao gồm ứng
dụng di động cài trên smartphone của tài xế (máy khách) chuyển thông tin định vị về
trung tâm (máy chủ) và biểu diễn quá trình di chuyển của xe buýt theo không gian –
thời gian trên nền công nghệ quản lý bản đồ 3D GIS bằng phần mềm Acrgis kết hợp
với Google earth và Sketchup.
Mặc dù thời gian thực hiện đề tài có hạn, điều kiện thực hiện đề tài còn nhiều
khó khăn nhưng tôi đã cố gắng hoàn thiện ý tưởng để đưa ra các giải pháp công nghệ
phù hợp và các phương án quản lý hiệu quả. Hệ thống và các trang thiết bị đã được


2

triển khai thử nghiệm trong thực tế trên xe buýt, kết quả đáp ứng các yêu cầu đã đặt
ra.
Nội dung của luận văn gồm 5 chương được cấu trúc như sau:
Chương 1: Tổng quan các hệ thống quản lý xe buýt trong và ngoài nước
Chương 2: Cơ sở lý thuyết chung về quá trình nghiên cứu
Chương 3: Xây dựng ứng dụng quản lý phương tiện giao thông
Chương 4: Mô hình biểu diễn xe buýt di chuyển hiển thị không gian – thời gian
Chương 5: Thử nhiệm, nhận xét và đánh giá
Kết luận


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG QUẢN
LÝ XE BUÝT TRONG NƯỚC VÀ QUỐC TẾ
1.1 Tình hình nghiên cứu nước ngoài

Để nâng cao khả năng, hiệu quả ứng dụng của GIS người ta thường kết hợp GIS
với một số hệ thống khác: viễn thám; hệ thống định vị toàn cầu (GPS); hệ thống quản
lý cơ sở dữ liệu, nhằm bổ sung những chức năng quản lý, xử lý và phân tích số liệu
phi không gian trong cơ sở dữ liệu của GIS. Mô hình ứng dụng này được ứng dụng ở
nhiều nơi trên thế giới trong nhiều lĩnh vực khác nhau ví dụ như:
• Ứng dụng giải pháp GPS thời gian thực kết hợp GIS trong hỗ trợ quản lý thảm
họa tại bang Victoria, Australia.[33]
• Hệ thống CAD/GIS của NYCDOT (Sở giao thông vận tải New York, Mỹ) có
chức năng: Dò tìm các hố nước sâu, lập bản đồ các cây cầu, quy hoạch các loại
cây trồng, phân tích các tai nạn, tập hợp các điểm giao cắt đường bộ điển hình
[34].
• Quản lý duy trì tình trạng đường xá qua hệ GIS của Nebraka, Mỹ: Đối chiếu
nhanh chóng các kế hoạch tu sửa, bổ sung cho những ngày đan xen, dễ dàng đối
với đặc thù lĩnh vực xây dựng công trình.
Trong lĩnh vực quản lý xe Bus, có rất nhiều hệ thống quản lý đã được áp dụng
rộng rãi và đưa vào thương mại hóa. Có thể kể đến hệ thống BusTrack [46]. Hệ thống
đưa ra giải pháp quản lý xe Bus phục vụ cho các trường học bao gồm hệ thống phần
cứng gắn trên xe bus và hệ thống phần mềm quản lý tại trung tâm.

Hình 1.1: Thiết bị phần cứng của hệ thống BUSTRACK


4

Các chức năng chính của hệ thống BusTrack:
• Theo dõi tốc độ, ngày tháng, thời gian, vị trí dừng khi xe buýt di chuyển trên
đường bằng hệ thống phần mềm trên máy tính. Từ đó xác định thời gian dừng
và kiểm soát đường đi thực tế của xe.
• Có khả năng thống kê số lượng hành khách trên xe, số người lên xuống xe sau
mỗi lần dừng đỗ

• Tạo các báo cáo để xác định quãng đường đi được của xe buýt phục vụ việc
theo dõi và thống kê số liệu
• Phần cứng được thiết kế nhỏ gọn, có thể lưu dữ liệu từ 5 đến 10 ngày dữ liệu
có thể truy suất dễ dàng và hiển thị trực tiếp trên bản đồ chuyên dụng

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam công nghệ GIS cũng được thí điểm khá sớm và đến nay đã được
ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu
trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị... Trong lĩnh vực giao
thông vận tải, từ 1/7/2009 theo quy định của Chính phủ, các phương tiện kinh doanh
vận tải phải gắn thiết bị giám sát hành trình xe. Do vậy việc trang bị các hệ thống
giám sát hành trình cho phương tiện vận tải đang là mối quan tâm lớn đối với các
doanh nghiệp vận tải trong nước. Tuy nhiên phần lớn các thiết bị trong nước là thiết
bị nhập ngoại đi kèm với hệ thống phần mềm tích hợp nên giá thành còn cao, chưa
được sử dụng phổ biến trong thực tế. Gần đây một số đơn vị đã bắt đầu đưa ra các
sản phẩm quản lý xe buýt thương mại, có thể kể đến một vài sản phẩm sau:

1.2.1 Phần mềm BUS IS 2.0
BUS IS 2.0 do Vidagis (Công ty TNHH Việt Nam Đan Mạch) viết được nước
ngoài hỗ trợ cho công ty cổ phần dịch vụ công cộng TPHCM giúp người dân theo dõi
thông tin xe buýt qua bản đồ. Dữ liệu của phần mềm BusIS 2.0 là bản đồ kỹ thuật số
TPHCM với tỷ lệ 1/10.000 bao gồm các lớp thông tin bản đồ sau :


5

• Lớp bản đồ các đường phố TPHCM (bao gồm các đường phố có có chiều rộng
lớn hơn 5 mét trong khu vực nội thành và các đường chính ở khu vực ngoại
thành TPHCM)
• Tên của các đường phố trên mỗi tuyến

• Bản đồ hệ thống đường đi của xe buýt
• Bản đồ vị trí các điểm đỗ xe buýt
• Bản đồ các sông, hồ chính
• Bản đồ ranh giới hành chính và tên hành chính của cấp quận(huyện) và
phường(xã)
• Một số lớp dữ liệu bản đồ nền khác như: Các khối nhà, đường đi, tên địa danh,
thực vật…
Các chức năng chính của BusIS
• Xem thông tin thuộc tính của các tuyến và điểm dừng xe buýt
• Tìm kiếm các tuyến xe buýt, các điểm dừng
• Tìm đường phố
• Tạo bảng danh sách các điểm dừng xe buýt của một hay nhiều tuyến
• Tạo bảng chứa thông tin khoảng cách giữa các điểm dừng
• Xác định vùng phục vụ cho các tuyến và các điểm dừng xe buýt
• Chỉnh sửa và cập nhật thông tin thuộc tính cho các điểm dừng hoặc các tuyến
xe buýt.
• Thay đổi thuộc tính không gian của các đối tượng trên nền bản đồ
• Mô phỏng sự chuyển động của các xe buýt
Hiện tại các xe buýt của công ty đã lắp đặt hệ thống tuy nhiên chỉ dừng lại ở mức
độ quản lý đơn lẻ trên một số tuyến, chưa có hệ thống thống kê quản lý tích hợp.

1.2.2 Phần mềm BUS_GPS
Giải pháp giám sát và điều hành xe buýt ứng dụng GPS được công ty điện tử Bình
Anh đưa ra đầu năm 2011. Theo thông tin giới thiệu BusGps là giải pháp giám sát,


6

điều hành xe buýt trực tuyến dựa trên cơ sở sử dụng hộp đen đa năng BA_BlackBox.
Mỗi xe buýt sẽ được trang bị hộp đen đa năng BA-BlackBox, hộp đen thu thập

những thông tin trạng thái của xe (vị trí, vận tốc, trạng thái xe,...) gửi về TTĐH đồng
thời xác định điểm dừng tiếp theo để thông báo bằng âm thanh cho khách xuống xe.
Điều hành viên xe buýt sẽ truy cập vào website của công ty Bình Anh để giám sát,
tổng hợp kết quả hoạt động của xe. Tính năng của giải pháp:
• Thể hiện vị trí xe, lộ trình xe, các điểm dừng đỗ quy định,.. trên bản đồ số.
• Thể hiện lại lộ trình và trạng thái của xe tại một thời điểm bất kỳ trong quá
khứ.
• Quản lý điểm dừng đỗ, các điểm đặc biệt trên lộ trình.
• Thông báo điểm dừng đỗ bằng âm thanh cho khách xuống xe (có thể kết hợp
giới thiệu địa danh, hoặc quảng cáo trên xe).
• Tổng hợp, tạo báo cáo các lỗi vi phạm của xe (lỗi dừng đỗ, lỗi đóng/mở cửa,
lỗi điều hòa, lỗi vận tốc, lỗi thời gian xuất bến/đến bến,..).
• Quản lý lái xe, nhân viên bán vé, ca kíp.
Có thể nhận thấy hệ thống của Bình Anh cung cấp tương đối hoàn chình về chức
năng, tuy nhiên người sử dụng vẫn phải sử dụng Server quản lý của Bình Anh, không
thể tự tùy biến phần mềm quản lý ví dự như: quản lý xe, tuyến xe và quản lý người
dùng.

1.2.3 Ứng dụng Busmap hổ trợ đi xe buýt tại TPHCM
Ứng dụng BusMap là một phần mềm chạy trên thiết bị di động, cung cấp các
gói về lộ trình của từng tuyến xe, biểu đồ giờ, hướng đi cũng như thời gian, khoảng
cách thực tế theo thời gian thực. Thông qua những chỉ số này, phần mềm sẽ giúp
người sử dụng tra cứu thông tin cũng như chỉ cho họ cách di chuyển bằng xe bus sao
cho thuận tiện và nhanh chóng nhất. "Ví dụ, muốn đến một địa điểm nào đó, ứng


7

dụng sẽ chỉ cho bạn nên bắt tuyến xe nào, tại vị trí nào để di chuyển một cách tiện lợi
nhất".

Bus Map đã phát triển hơn 3 năm dưới sự hỗ trợ của Sở GTVT, cập nhật dữ
liệu xuyên suốt. Những sự thay đổi trên bản đồ xe buýt, tuyến xe,... có thể không cập
nhật nhanh trên bản đồ giấy được; nhưng với bản đồ điện tử trên Bus Map, mọi thứ
sẽ thay đổi và hiển thị mới ngay lập tức. Bus Map cũng cho phép người dùng thấy xe
buýt đang di chuyển theo thời gian thực trên bản đồ.

Hình 1.2: Ứng dụng Busmap chọn tuyến xe bus trên thiết bị di động
Ứng dụng này có thể nói là gần như hoàn thiện nhưng vẫn còn hạn chế như
chỉ hiển thị dạng bản đồ số 2D mà chưa hiển thị được 3D.

1.2.4 Ứng dụng Vietmap hổ trợ dẫn đường, giám sát hành trình
Thiết bị dẫn đường hiển thị hình ảnh bản đồ và lộ trình trực tiếp lên màn hình
có sẵn trên xe ôtô. Phần mềm này tích hợp trên nhiều loại thiết bị khác nhau như thiết
bị dẫn đường cầm tay, dẫn đường dành cho điện thoại di động và đặc biệt là phần
mềm dẫn đường tích hợp trên màn hình dành cho xe ô tô đang được giới chơi xe rất
yêu thích.
Hiện nay, VIETMAP được biết đến như một trong những công ty hàng đầu
của Việt Nam về bản đồ số, cung cấp các dịch vụ và giải pháp ứng dụng GIS. Dựa
trên sản phẩm cốt lõi là bản đồ số chi tiết và có độ chính xác cao của 63 tỉnh thành


8

được cập nhật liên tục mỗi 3 tháng, VIETMAP cung cấp nhiều sản phẩm và giải pháp
khác nhau cho hai nhóm đối tượng khách hàng là người tiêu dùng và doanh nghiệp.
Mặc dù thiết bị dẫn đường này tương đối hoàn hảo so với các thiết bị khác
nhưng ứng dụng trên màn hình chỉ hiển thị không gian 3D mà chưa hiển thị thời gian
trực quan hóa.

Hình 1.3: Ứng dụng Vietmap chỉ hiển thị không gian mà chưa hiển thị thời gian

1.3 Mục tiêu và định hướng của đề tài
Qua tìm hiểu và nghiên cứu các ứng dụng [26], [27], [28], [29], [31], [32], [33],
chỉ dừng lại ở mức tìm đường, xác định vị trí của phương tiện, xem lịch trình - hành
trình của xe, ứng dụng xe buýt tích hợp trên smartphone. Nhìn chung những ứng
dụng trên chỉ hiển thị không gian mà chưa hiển thị thời gian theo trục đứng và quãng
đường theo trục ngang. Đề tài này nhằm nghiên cứu biểu diễn hành trình của xe buýt
di chuyển hiển thị không gian và hiển thị thời gian trên bản đồ 3D trong dịch vụ quản
lý phương tiện giao thông. Trong đó thời gian hiển thị trên trục đứng, quãng đường
hiển thị trên trục ngang. Được tích hợp GPS và 3D GIS theo thời gian trực quan hóa,
phù hợp cho công tác giám sát xe buýt để tiết kiệm kinh phí và nâng cao chất lượng


9

dịch vụ quản lý vận tải, hành khách công cộng.

Hình 1.4: Hành trình xe buýt di chuyển hiển thị 3D trực quan


10

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG
VỀ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU
2.1 Giới thiệu hệ thống định vị toàn cầu GPS
Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định
vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây
dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu
xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí
đó.

Tuy được quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi
người trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí, bất kể quốc tịch
nào.
Các nước trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có
tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ, dự tính sẽ bắt đầu hoạt động năm 2013 [35].

2.1.1 Khái niệm hệ thống định vị toàn cầu GPS
Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả
vệ tinh được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.
Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu
vô tuyến điện. Được biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN (LOng RAnge
Navigation) hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay
TACAN (TACtical Air Navigation) dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính
xác thấp VOR/DME (VHF Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment)
dùng cho hàng không dân dụng.
Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũ cũng phát triển một hệ
thống tương tự với tên gọi GLONASS. Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển
hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo. Trung Quốc thì phát triển hệ thống
định vị toàn cầu của mình mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh.


11

Ban đầu, GPS và GLONASS đều được phát triển cho mục đích quân sự, nên mặc
dù chúng dùng được cho dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên
tục và độ chính xác. Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho
dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những
thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó. Chỉ có
hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã
đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự.

GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ
Mỹ cho phép sử dụng trong dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi
nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho
việc thiết lập sử dụng GPS nhưng phải tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu
và phần mềm nhúng hỗ trợ.

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của GPS
Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ
đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS
nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người
dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với
thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh
bao xa. Rồi với nhiều khoảng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính
được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều
(kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Khi nhận được tín hiệu của ít
nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao).
Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin
khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng
cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.


12

2.1.3 Độ chính xác của GPS
Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt
động song song của chúng. Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh
chóng khóa vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì kết nối bền vững,
thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc trong thành phố với các toà nhà cao tầng. Trạng
thái của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác

của máy thu GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét.
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation System) có
thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét. Không cần thêm thiết bị hay mất phí
để có được lợi điểm của WAAS. Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với
GPS vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác
trong khoảng 3 đến 5 mét. Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này.
Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi
bằng các máy phát hiệu. Để thu được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu
tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ.

2.1.4 Tín hiệu GPS
Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải L1 và L2. (dải L là
phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz). GPS dân sự
dùng tần số L1 1575.42 MHz trong dải UHF. Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là
chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng
cứng như núi và nhà.
L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudo random), đó là mã Protected (P) và mã
Coarse/Acquisition (C/A). Mỗi một vệ tinh có một mã truyền dẫn nhất định, cho
phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu. Mục đích của các mã tín hiệu này là để
tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS.
Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu
thiên văn và dữ liệu lịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác