NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG QUANG VÔ TUYẾN FSO TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
CỦA HỆ THỐNG QUANG VÔ TUYẾN
FSO TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG
THÔNG MINH ITS

i


MỤC LỤC

ii


DANH MỤC HÌNH VẼ

iii


4


DANH MỤC BẢNG BIỂU

5


Ngày nay, hệ thống giao thông thông minh là xu thế của cả thế giới. ITS là một hệ
thống giao thông mà ở đó người và phương tiện di chuyển sẽ biết được tất cả thông tin
tức thời về những vấn đề trong lộ trình của hành trình, từ đó tạo nên sự chủ động trong

việc đưa ra quyết định tối ưu trong quá trình tham gia giao thông. Sự thông minh tạo
nên sự hiện đại, thuận tiện, và mỹ quan cho giao thông đô thị. Để xây dựng nên hệ
thống giao thông thông minh thì các thành phần cấu thành nên nó cũng phải đảm bảo
tính thông minh, hầu hết chúng được ứng dụng một cách tối ưu sự phát triển của cuộc
cách mạng công nghiệp lần thứ 4.
Trong hệ thống giao thông thông mình, cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc đóng vai trò cực
kì quan trọng, đảm bảo cho thông tin dữ liệu được lưu thông một cách liên tục, an toàn
và nhanh nhất có thể. Để đáp ứng được các tiêu chí cho ITS, thì FSO (Free Space
Optical) - hệ thống truyền thông quang không dây là một lựa chọn tối ưu cho hạ tầng
truyền dẫn. FSO chỉ sử dụng các kết nối trực tiếp từ bộ phát đến bộ thu trong môi
trường không gian tự do. Do cự ly truyền dẫn xa, chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường
truyền dẫn ngoài trời nên việc triển khai hệ thống FSO vẫn còn hạn chế. Các tuyến
FSO cự ly ngắn có thể sử dụng để thay thế cho các tuyến truyền dẫn vi ba nhằm cung
cấp mạng truy nhập băng rộng, sử dụng làm đường kết nối thay thế tạm thời cho các
tuyến cáp quang bị sự cố. Tuy nhiên, để có thể đáp ứng yêu cầu truyền thông băng
rộng, cự ly xa; hệ thống FSO cần vượt qua các thách thức đến từ những ảnh hưởng của
môi trường không gian tự do như suy hao truyền dẫn lớn và phụ thuộc môi trường,
thời tiết (sương mù, mưa, tuyết); sự thăng giáng cường độ tín hiệu và phân cực tín hiệu
do các ảnh hưởng của nhiễu loạn không khí và sự lệch hướng. Do ảnh hưởng của các
yếu tố nêu trên, hiệu năng của các hệ thống FSO còn bị hạn chế khi truyền dẫn số liệu
tốc độ cao, cự ly xa.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, em đã chọn đề tài NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG
ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG QUANG VÔ TUYẾN FSO TRONG HỆ THỐNG
6


GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS cho đồ án tốt nghiệp của mình. Nội dung đồ án
này được trình bày trong 3 chương và phần kết luận như sau:
Chương 1: Tổng quan về ITS. Trong chương này, đồ án sẽ giới thiệu về lịch sử ra
đời, các lợi ích nổi bậc và cấu trúc của hệ thống giao thông thông minh. Bên cạnh đó,

đồ án cũng giới thiệu về cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc của ITS, và khái quát về thực
tại của ITS ở Việt Nam.
Chương 2: Nghiên cứu cấu trúc, chức năng, hoạt động của hệ thống thông tin
quang vô tuyền (FSO). Trong chương này, đồ án sẽ giới thiệu mô hình cấu trúc của
FSO, các mô hình nhiễu loạn, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền, các
thông số kĩ thuật đánh giá hệ thống, đồng thời trình bài một vài phương pháp cải thiện
chất lượng đường truyền.
Chương 3: Khả năng ứng dụng của FSO trong ITS. Nội dung chính của chương này
là thực hiện xây dựng một hệ thống truyền thông quang không dây trong một khu vực
giao thông cụ thể. Việc tính toán bao gồm chi phí, các thông số kỹ thuật, vị trí lắp đặt.
Đồng thời sẽ so sánh chúng với hệ thống truyền dẫn vô tuyến điện và quang sợi.
Phần kết luận: phần này, đồ án tóm tắt những nội dung chính đã thực hiện được,
đồng thời nêu lên những hạn chế chưa giải quyết để đưa ra hướng nghiên cứu tiếp theo.
Đồ án này là kết quả của quá trình tìm hiểu, học tập, nghiên cứu, và chọn lọc nội dung
kiến thức dựa trên những nghiên cứu của các bài báo, tạp chí, công trình nhiên cứu
khoa học được công bố quốc tế. Trong quá trình đọc, nếu phát hiện các điểm chưa đúng
hoặc thiếu sót, thì rất mong nhận được sự góp ý, đánh giá của mọi người.
Xin chân hành cảm ơn.

7


Trang 8/77

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ITS

1.1 Giới thiệu chung [2, 5, 6]
1.1.1 Khái niệm ITS
ITS là viết tắt của cụm từ Intelligent Transport System (hệ thống giao thông thông
minh). Hệ thống giao thông thông minh là một hệ thống giao thông chủ động; kết nối

toàn diện, đồng bộ giữa cơ sở hạ tầng xây dựng bao gồm hệ thồng đường sá, đèn giao
thông, đèn chiếu sáng, bảng quang báo, trạm thu phí, với các thành phần tham gia giao
thông (phương tiện cá nhân, phương tiện công cộng, phương tiện chuyên dụng, người
đi bộ) thông qua việc ứng dụng khoa học, công nghệ hiện đại. Nếu được áp dụng một
cách đúng đắn, và rộng rãi thì ITS hoàn toàn có khả năng giải quyết các vấn đề nhứt
nhối trong giao thông hiện nay tại các thành phố lớn nhất là nạn ùn tắt, tai nạn giao
thông và ô nhiễm môi trường, đồng thời giúp các cơ quan quản lý nắm rành mạch tình
hình giao thông trong khu vực trách nhiệm từ đó nhanh chóng, dễ dàng thực hiện công
tác giải quyết vấn đề, sự cố giao thông.
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển
Hệ thống giao thông thông minh xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1980 ở Nhật. Đến năm
1993 hội nghị mang tầm vốc quốc tế đầu tiên về ITS được tổ chức, thu hút sự tham gia
của các chuyên gia về giao thông cùng với các nhà sản xuất, chế tạo phương tiện giao
thông từ nhiều nước trên thế giới. Kể từ sau đó ITS đã sử dụng thành quả của các
ngành công nghệ liên quan để giải quyết các vấn đề về giao thông, trong đó đáng chú ý
là ngành điện tử viễn thông, công nghệ thông tin, và xây dựng. Kế hoạch nghiên cứu và
xây dựng ITS được thực hiện ở nhiều quốc gia phát triễn với nhiều lĩnh vực tiếp cận,

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 9/77

áp dụng. Đơn cử là tự động hóa các trạm thu phí, cung cấp thông tin cho người tham
gia giao thông, quản lí các trục đường chính và các trục đường cao tốc, vận hành và
khai thác có hiệu quả các công trình giao thông công cộng như xe buýt, tàu điện ngầm,
hệ thống đèn giao thông. Cùng với đó là sự hiện đại và tính tự động ngày càng cao
trong phương tiện di chuyển, đặc biệt là ô tô. Các nước cũng bắt đầu thành lập các
trung tâm điều hành ITS, những trung tâm này thực hiện các nhiệm vụ như thu thập dữ

liệu từ mạng lưới giao thông cung cấp cho các phương tiện tham gia giao thông; nghiên
cứu, xử lí cơ sở dữ liệu để đầu tư phát triển ITS, xác lập giải pháp hữu hiệu cho người
tham gia giao thông.
Đến năm 2008, hội nghị ITS quốc lần thứ 15 được tổ chức tại NewYork (Mỹ) đánh dấu
cột mốc phát triển mới của ITS, tại đây nhiều công trình nghiên cứu và các thiết bị, hệ
thống tiên tiến, hiện đại được giới thiệu nhằm giải quyết các vấn đề cũ như kẹ xe, giảm
tai nạn, và các vấn đề mới là bảo vệ môi trường.
1.1.3 Cấu trúc cơ bản của ITS

Hình 1-1: Cấu trúc điển hình của ITS [5]

Một hệ thống giao thông thông thường gồm ba yếu tố cơ bản, đó là con người, phương
tiện giao thông, và hạ tầng giao thông. Ở hệ thống naỳ thì con người đóng vai trò vận
hành chính, các điều kiện an toàn ở chế đô thụ động, bảo vệ, giảm hậu quả là chính.
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 10/77

Trong hệ thống giao thông thông minh, thì thành phần cấu thành cũng gồm ba yếu tố
trên, thế nhưng phương tiện giao và hạ tầng giao thông trở nên thông minh hơn, chuyển
từ chế độ bảo vệ và hệ thống an ninh thụ động sang hướng phòng ngừa và các hệ thống
an toàn chủ động. Qua đó xóa bỏ dần sự điều khiển của con người, tiến dần đến một
môi trường giao thông mang tính tự động hóa cao. Khí đó yếu tố cốt lõi của hệ thống
giao thông thông minh là phương tiện giao thông thông minh và hạ tầng giao thông
thông minh. Cấu trúc của ITS được thể hiện một cách tương đối trực quan thông qua
Hình 1-1. Hình này đã cho thấy được sự kết nối giữa các phương tiện tham gia giao
thông với nhau, giữa phương tiện với đường sá, và giữa phương tiện với các khu vực
công cộng như bệnh viện, trạm nhiên liệu, bãi đỗ xe. Thông tin về những đối tượng

trên được thu thập và truyền đi nhờ những trạm thu phát sóng đặt dọc theo các thuyến
đường và trên các phương tiện.
1.1.3.1 Phương tiện giao thông thông minh
Phương tiện giao thông thông mình là một phần quan trong trong ITS, một phương tiện
giao thông thông minh phải đảm bảo tiêu chuẩn cao về vấn đề an toàn, chủ động trong
tiếp nhận, xử lý và truyền tải thông tin.
Một phương tiện thông minh, bên cạnh những hệ thống an toàn được các hãng tích hợp
trên xe thì các phương tiện phải được tích hợp thêm các thiết bị có thể truyền nhận tin
với hệ thống mạng hạ tầng, và với các phương tiện khác. Tùy theo hệ thống thông tin
liên lạc là quang hay vô tuyến mà thiết bị được tích hợp trong xe được thiết kế, lựa
chon cho phù hợp. Thể hiện qua các mặt sau:
-

Về mặt an toàn, các phương tiện phải được tích hợp các hệ thống cảnh báo va
chạm, cảnh báo người lái, hệ thống chóng va chạm tự động .

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 11/77

Hình 1-2: Phương tiện giao thông thông minh [6]

-

Về mặt tiếp nhận thông tin, các phương tiện phải có hệ thống màn hình hiển thị và
âm thanh sẳn sàn cho việc phản ánh thông tin nhanh chóng đến láy xe để xử lý kịp

-

thời các sự vố, vấn đề khi tham gia giao thông.
Về mặt thông tin liên lạc thì các thiết bị mạng phải đảm bảo sao cho kết nối luôn
được dùy trì, liên tục, nhanh và ổn định để đảm bảo thông tin được truyền nhận có
hiệu quả. Đối với các hệ thống giao thông cộng cộng như xe buýt, tàu điện, và taxi
thì người ta còn tích hợp thêm các thiết bị quản lý và kết nối thông minh với hành
khách thông qua các ứng dụng di động và với các trạm truyến để khai thác tối đa

-

hiệu quả của các tuyến xe công cộng.
Vài bộ phận tiên tiến được lắp đặt trên phương tiện để tạo ra một chiếc xe thông
minh được biểu diễn như trong Hình 1-3. Trong hình này, Forward Radar và Rear
Radar là 2 thiết bị dò tìm và định vị đặt ở phía trước (Forward Radar) và phí
sau(Rear Radar) xe.

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 12/77

Hình 1-3: Một vài thiết bị thông tin cơ bản được tích hợp trên phương tiện [6]

Hai thiết bị này có nhiệm vụ định vị, đo khoảng cách là lập bản đồ các vật thể, và
phương tiện đang ở gần. Phần màn hình hiển thị (Display) giữ nhiệm vụ hiển thị các
thông số quan trọng của xe và những thông số thu thập được từ các Radar hay cảm
biến. Hệ thống định vị (Position System) có thể ứng dụng công nghệ GPS để định vị vị
trí của xe trong tuyến đường. Hay thiết bị ghi dữ liệu hành trình (Event Data Recorder)
và máy tính xử lý chính (Computing Platform).

1.1.3.2 Hạ tầng giao thông thông minh
Có thể chia hạ tầng giao thông thông minh thành 2 thành phần, thứ nhất là công trình
xây dựng giao thông, thứ 2 là hạ tầng thông tin liên lạc.
Một hạ tầng giao thông được cho là thông minh thì phải có hệ thống đường sá thông
suốt, kết nối mạch lạc với nhau, các hệ thống tín hiệu, bảng báo, đèn chiếu sáng, đèn
giao thông phải hoạt động một cách chủ động, có hiệu quả, phù hợp với tình hình giao
thông liên tục biến đổi, đảm bảo luồng giao thông luôn được thông suốt.
Hai hạ tầng công trình giao thông tương đối hiện đại được thể hiện qua Hình 1-4.
Trong hình này, hai làn đường có chữ BRT là 2 tuyến đường xe buýt nhanh, làm tăng
khả năng hoạt động và tốc độ của xe buýt. Bên cạnh đó là những mảng xanh từ cây và

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 13/77

cỏ đóng vai trò thiết thực trong bỏ vệ môi trường khỏi khói bụi giao thông, cũng như
làm tăng tính mỹ quang cho hệ thống giao thông.

Hình 1-4: Hệ thống hạ tầng công trình giao thông [2]

Đồng thời, hạ tầng giao thông thông minh thì phải kết nối được với phương tiện giao
thông, phục vụ có hiệu quả cho các phương tiện khi tham gia giao thông. Để làm được
điều đó thì không thể thiếu hệ thống thông tin liên lạc. Có thể nói rằng hệ thống thông
tin liên lạc là nền tảng, là xương sống của hệ thống giao thông thông minh. Nhiệm vụ
chính của hệ thống thông tin liên lạc là đảm bảo sự kết nối thông suốt, liên tục và chính
xác tình hình giao thông giữa các phương tiện và hạ tầng. Việc kết hợp giữa hạ tầng
công trình xây dựng và hạ tầng thông tin liên lạc được thể hiện cơ bản như Hình 1-5.
Trong hình này, các module thu phát sóng giữ vai trò thu nhận tín hiệu từ các máy ghi

hình, hay ở các trụ đèn giao thông, sau đó trung tâm xử lý tín hiệu sẽ phát đi những
thông điệp nhằm mục đích điều khiển hay thông tin cho các phương tiện tham gia giao
thông.

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 14/77

Hình 1-5: Hệ thống thông tin liên lạc kết hợp với hạ tầng xây dựng trong ITS [2]

1.1.4 Lợi ích của ITS
Giao thông thông minh đang là xu hướng của các hệ thống giao thông trên toàn thế
giới, những quốc gia có hệ thống giao thông thông minh đã giải quyết được các vấn đề
về ùn tắt giao thông, giảm thiểu đáng kể tình hình tai nạn giao thông. Vấn đề ô nhiễm
môi trường do khí thải từ các phương tiện cũng giảm đáng kể, do các công nghệ thiết
kiệm nhiên liệu được áp dụng lên các phương tiện, sử dụng nhiên liệu sạch để vận hành
xe, đồng thời giảm thời gian phương tiện hoạt động trên đường do giảm kẹt xe và khả
năng hoạch định đường đi tối ưu của hệ thống. Cụ thể những lợi ích được trình bày qua
7 phần như sau:
Một là cung cấp thông tin cho người tham gia giao thông như trước chuyến đi chúng ta
có thể cập nhật tình hình giao thông trong những khu vực mà ta sẽ đi, từ đó hoạch định
ra lộ trình tối ưu nhất. Đồng thời trong suốt quá trình tham gia giao thông, tình hình
giao thông sẽ được cập nhật một cách liên tục (vị trí trạm thu phí, khu vực lưu lượng

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS

Trang 15/77

giao thông đông đú, khu vực đang ùn tắt, tai nạn giao thông, cảnh báo giao thông) từ
đó hệ thống sẽ định ra lộ trình thay thế để sự di chuyển được liên tục.
Hai là vận hành và quản lí giao thông cụ thể là quản lí các vấn đề vận tải; quản lí, bảo
dưỡng cơ sở hạ tầng giao thông; duy trì trật tự, ổn định giao thông; quản lí nhu cầu sử
dụng hạ tầng giao thông.
Ba là lợi ích dành cho phương tiện, các hệ thống thông minh trên xe cùng với ITS sẽ
giúp phương tiện mở rộng tầm nhìn từ nhìn xa, nhìn chi tiết tới nhìn trong đêm hay
trong điều kiện thời tiết xấu; nâng cao tính an toàn bằng các cảm biến giúp báo trước
va chạm.
Bốn là cung cấp dịch vụ chi trả điện tử: bằng hình thức thu phí này, tình trạng ùn tắt
kéo dài tại các trạm thu phí vào giờ cao điểm sẽ không còn, vì các phương tiện qua
trạm thu phí không cần dừng lại đóng phí, mà sẽ chi trả qua hình thức thanh toán điện
tử trả sau. Các bãi đỗ xe cũng sẽ áp dụng biện pháp đậu đỗ xe tự động và thanh toán
sau để giảm chi phí nhân sự và không mất thời gian thu-trả phí.
Năm là cải thiện dịch vũ cứu hộ cứu nạn giao thông, hệ thống quan sát khi phát hiện có
tai nạn thì lập tức sẽ phát tín hiệu báo động về trung tâm giám giát điều khiển, ở đây
các phương tiện cứu hộ sẽ được điều động đến ngay lập tức.
Sáu là hệ thống cũng sẽ tạo cảnh báo, phân luồng tự động cho các phương tiện xung
quanh và tạo điều kiện cho phương tiện cứu hộ có thể di chuyển nhanh nhất có thể.
Phát hiện xử lí vi phạm giao thông tự động: các phương tiện khi vi phạm các lỗi như
vượt đèn đỏ, đi sai làn đường, chạy quá tốc độ, không sử dụng đèn tín hiệu, và xe quá
tải sẽ được tự động ghi nhận, và gởi thông báo vi phạm về cho chủ phương tiện để tiến
hành thu phạt.
Bảy là hỗ trợ thu dữ phương tiện bị trộm cướp, khi một phương tiện bị mấp cấp, chủ
phương tiện sẽ phát đi một cảnh báo, hệ thống ITS sẽ ghi nhận thông báo, và tìm kiếm
phương tiện trên toàn hệ thống quan sát, đồng thời phát cảnh báo cho các lực lượng
chức năng cũng như các phương tiện khác trong khu vực xe bị mất cấp đang hiện diện.
1.2 Hệ thống thông tin liên lạc trong ITS [3, 4, 5, 6]

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 16/77

1.2.1

Hệ thống thuyền dẫn

1.2.1.1 Truyền dẫn vô tuyến

Trạm A

Trạm B

Hình 1- 6: Trạm thu phát sóng điện từ cơ bản

Mô hình cấu trúc thu phát sóng điện từ được mô tả như trong Hình 1-6. Trong hình
này, trạm A sẽ phát sóng có màu nhạt hơn và nhận sóng có màu đậm, trạm B sẽ phát
sóng có màu đậm hơn và nhận sóng có màu nhạt từ trạm A. Khoảng cách truyền giữa
hai trạm có thể rất xa, thông thường là hàng chục kilomet.
1. Sóng điện từ

Về mặt thông tin liên lạc, đối với các hệ thống truyền nhận tin hiện tại và truyền thống
thì thông tin được truyền chủ yếu trên nền sóng điện từ. Một số công nghệ sóng điện
từ được ứng dụng trong ITS được trình bài như mô tả ở phần tiếp theo.
Công nghệ nhận dạng tần số sóng vô tuyến RFID (Radio Frequency Identification) đây
là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến, cho phép một thiết bị đọc thông

tin chứa trong chip ở một khoảng cách xa, mà không cần tiếp xúc. RFID sử dụng băng
thông của 4 tần số chính, đó là tần số thấp LF (Low Frequency) dãi tần trong khoảng
30-300 KHZ, tần số cao HF (High Frequency) dãi tần trong khoảng 3-30 MHZ, tần số

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 17/77

cực cao UHF (Ultra High Frequency) dãi tần trong khỏang 300 MHZ- 3 GHZ hoặc tần
số viba(3-30GHZ). Trong hệ thống giao thông thông minh, nó được sử dụng để thực
hiện thu phí tự động tại các trạm thu phí, hay giám sát các phương tiện.
Mạng dùng để kết nối phương tiện với phương tiện V2V (Vehical to Vehival) dành cho
truyền nhận thông tin giữa các phương tiện thông qua giao thức định tuyến của mạng
VANET (Vehicular Ad hoc NETwork)- một mạng tích hợp trên ô tô , chuyên dùng để
kết nối dữ liệu giữa ô tô với nhau. Với mạng này, mỗi phương tiện tham gia giao thông
được coi là một node, các thông tin về vị trí, tốc độ, hướng di chuyển của các phương
tiện sẽ được trao đổi liên tục cho nhau trong phạm vi bán kính khoảng 300m. Mạng
này sử dụng băng thông 75MHz của băng tần 5.9GHz .
Mạng VANET ứng dụng trong giao thông thông minh được mô tả như trong Hình 1-6.
Trong hình này, những chiếc xe ô tô được lắp đặt một mạng kết nối V2V. Đồng thời
nhà ga với tàu điện hay xe buýt với trạm dừng cũng có thiết lập kết nối để hành khách
có thể nắm bắt được thông tin của chuyến tàu. Các phương tiện với các tín hiệu giao
thông (Traffic Signs), hệ thống cảnh báo an toàn (Safety System).

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS

Trang 18/77

Hình 1-7: Mạng VANET được ứng dụng trong ITS [6]

Các thế hệ mạng di động 3G, 4G (Third-Generation và Fourth- Generation). Đây lần
lượt là công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3 và thứ 4. Đối với mạng 3G thì tốc độ tải
xuống và tải lên trong thực tế lần lượt là 3Mbps và 0.4Mbps. Còn với mạng 4G LTE thì
tốc độ tải xuống/lên trong thực tế lần lượt là 14Mbps và 8Mbps. Người tham gia giao
thông có thể sử dụng những thế hệ mạng này để truy cập nhanh các ứng dụng của giao
thông thông minh như kích hoạt hệ thống định vị toàn cầu GPS và sử dụng các tiện ích
về giao thông công cộng, cũng như tình trạng giao thông, bản đồ.
Đối với hệ thống mạng lõi, người ta sử dụng hệ thống thông tin vi ba và vệ tinh để thực
hiện truyền nhận thông tin giữa các trạm với trung tâm điều phối chính.
2. Truyền dẫn quang

Một trong những đòi hỏi khắc khe của hệ thống giao thông thông minh là vấn đề tiếp
nhận thông tin trên thời gian thực, thộng tin gửi đi từ một hệ thống này đến một hệ
thống khác phaỉ gần như là ngay lập tức, thời gian trễ phại cực kì thấp để đáp ứng được

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 19/77

việc tình hình giao thông thay đổi nhanh và liên tục. Để thực hiện được yêu cầu trên thì
đòi hỏi phải có loại hình truyền dẫn mới, đó là quang vô tuyến,

Hình 1-8: Mô hình truyền nhận thông tin quang vô tuyến [4]

Thông tin thu thập được từ các cảm biến, thiết bị ngoại vi đặt trên các tuyến đường, sau
đó truyền đi đến các trạm thu phát, từ các trạm này, thông tin sẽ được truyền đi đến
trung tâm điều phối chính. Đường truyền sẽ ngược lại cho quá trình truyền tín hiệu
điều khiển, thông tin giao thông từ trung tâm điều hành tới các đơn vị, khu vực khi cần
thiết. Mô hình truyền-nhận thông tin quang vô tuyến được thể hiện qua Hình 1-7.
Trong hình này, ta có thể thấy được 2 thiết bị thu phát quang vô tuyến truyền tin cho
nhau giữa 2 điểm. Khoảng cách truyền và môi trường truyền sẽ ảnh hưởng đến tốc độ
và chất lượng của kênh truyền.
1.2.1.2 Truyền dẫn hữu tuyến
1 Cáp kim loại

Cáp kim loại là loại cáp được sử dụng rất nhiều trong truyền thông (UTP và STP),
nhưng đối với truyền dẫn trong hệ thống giao thông thông minh thì nó rất ít được sử
dụng vì độ suy hao cao, tốc dộ truyền thấp, khó đáp ứng các yêu cầu về tốc độ của

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 20/77

mạng trong ITS, bảo mật thông tin kém, khó khăn trong trong việc thi công hạ tầng
truyền dẫn vì nó chỉ có thể truyền tối đa 500m để đảm bảo sự ổn định đường truyền, nó
chỉ được sử dụng trong kết nối các thiết bị với khoảng cách ngắn, không ảnh hưởng
nhiều đến hiệu suất đường truyền.

Hình 1-9: Mô hình truyền tin bằng cáp đồng trục [4]

Mô hình truyền dữ liệu bằng cáp đồng được mô tả như Hình 1-9. Trong hình này, sợi
cáp đồng sẽ truyền tải dữ liệu vào modem SHDSL tín hiệu vào modem sẽ được điều

chế để truyền đi hay được giải điều chế để khôi phục lại tín hiệu gốc.
2 Cáp quang

Hiện nay, cáp quang được sử dụng rộng rãi nhất trong hạ tầng thông tin liên lạc của hệ
thống giao thông thông minh. Phần lớn các nước đều sử dụng cáp quang cho việc
truyền tải thông tin trong ITS trong đó có Việt Nam. Cáp quang được sử dụng phổ biến
là do ưu điểm vượt trội của nó so vơi các loại truyền dẫn khác (điện từ và cáp đồng).
Về tốc độ, cáp quang có thể đạt tới 10Gbps về mặt công nghệ, khoảng cách truyền tối
đa cũng rất xa, khoảng 10Km. Cáp quang có độ bảo mật cao, do được chế tạo từ sợi
thủy tinh, tín hiệu truyền là ánh sáng nên hầu như không bị đánh cấp thông tin trên
đường truyền. Thêm đặc tính nữa là cáp quang không dẫn sét, nên có thể đảm bảo an
toàn cho dữ liệu. Đồng thời suy hao đường truyền thấp, không bị suy hao trong điều
kiện thời tiết xấu.

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 21/77

Hình 1-10: Đường truyền cáp quang giữa hai trạm [4]

Mô hình truyền cáp quang giữa 2 điểm được thể hiện qua Hình 1-10. Trong hình này,
sợi quang được kết nối với bộ chuyển đổi quang –điện và điện-quang được đặt ở 2 đầu
sợi quang, có chức năng chuyễn đổi qua lại tín hiệu quang và điện. Ánh sáng chứa dữ
liệu được truyền trong sợi quang, sợi quang có thể được đặt trên cao, hay rong lòng đất,
đối với các tuyến các đường trục, mạng lỗi, thì sợi cáp thường được đặt trog lòng đất
để hạn chế các tác động vật lý bên ngoài lên sợi quang, cũng như để hạn chế mất mác
và đảm bảo mỹ quan.
1.2.2

Hệ thống điều khiển [3, 5, 6]

1.2.2.1 Chức năng
Trung tâm kiểm soát: trung tâm đảm nhận tất cả thông tin thu thập được từ các trạm, ở
đây mọi thông tin sẽ được giám sát, phân tích. Dựa vào đây, hệ thống có thể thục hiện
chức năng điều khiển từ xa các tín hiệu đèn giao thông, nội dung bảng thông báo, hệ
thống đèn chiếu sáng trong hệ thống ITS. Với việc giám sát tình hình giao thông liên
tục, trung tâm điều khiển có thể chủ động phản ứng nhanh khi có các sự cố giao thông.
Đồng thời cung cấp tình hình giao thông liên tục cho các phương tiện đang và sẽ tham
gia giao thông. Người dùng có thể biết được tình hình thời tiết, lưu lượng giao thông,
thông tin trạm thu phí, trạm nhiên liệu, trong suốt tuyến đường mà phương tiện sẽ đi.

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 22/77

Ngoài ra hệ thống cũng sẽ thông qua các thiết bị ngoại vi phát hiện những sai phạm của
các phương tiện khi tham gia giao thông.
Mô hình của trung tâm điều khiển được mô tả một cách cơ bản như Hình 1-11. Trong
hình này, phần điều hành giao thông đóng vai trò là nơi tổng hợp và xử lý thông tin
giao thông từ tất cả cáo nguồn gởi về. Hai nguồn thông tin chính được sử dụng đó là
cổng thông tin công cộng, tức là lấy thông tin từ người dân, và thông tin từ các thiết bị
thu thập. Đồng thời làm nhiệm vụ điều hành giao thông, phân tích, dự báo giao thông,
điều khiển tín hiệu giao thông.

Hình 1- 11: Mô hình trung tâm điều hành ITS [5]

1.2.2.2 Công nghệ
Hệ thống điều khiển trung tâm là nơi tập trung tất cả thông tin và giải quyết chúng một
cách nhanh chóng, hiệu quả, nên phải có đòi hỏi về chất lượng và tính chuyên dụng của

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 23/77

các thiết bị rất cao. Với màn hình hiển thì thì phải là màn hình có khả năng họat động
24/7, độ bền cao, góc nhìn rộng, hiển thị sắc nét, ít tiêu hao năng lượng.
Hệ thống màn hình chuyên dụng được giới thiệu như trong Hình 1-12. Trong hình này,
có một màn hình lớn, đó là màn hình được ghép từ các màn hình nhỏ, các màn hình
nhỏ cũng có khả năng hiển thị thông tin, hình ảnh độc lập, tùy vào mục đích sử dụng
mà ác màn hình có thể ghép lại hoặc tách ra riêng biệt.
Hệ thống máy tính tốc độ cao, cấu hình phải đảm bảo việc giải quyết, tiếp nhận thông
tin nhanh chóng. Đồng thời có hệ thống sao chép dữ liệu hoạt động song song với hệ
thống vận hành chính để chắc chắc rằng dữ liệu sẽ không bị mất, kết nối không bị ngắt
khi có sự cố ở hệ thống chính.

Hình 1-12: Màn hình hiện thì trong trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông Hà Nội [3]

1.3 ITS ở Việt Nam [5]

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 24/77

1.3.1 Các công trình đã đang thực hiện
Mặc dù ITS đã được ứng dụng rộn rãi, sâu sắc từ lâu trên thế giới, nhưng ở Việt Nam
thì nó vẫn còn mới mẽ và mờ nhạt. Ứng dụng ITS mới nhất ở Viết Nam là giải pháp
cho đường cao tốc. Một trung tâm điều hành giao thông thông minh cho đường cao tốc
Bắc –Nam vừa được khánh thành, đi vào khai thác tuyến cao tốc Long Thành – Dầu
Giây, hệ thống này bao gồm các trạm thu phí điện tử, các hệ thống giám sát thiết bị và
điều khiển giao thông. Hệ thống gồm 16 camera giám sát (CCTV) và 52 camera có
chức năng quan sát thăm dò xe, cảnh báo tốc độ phương tiện và nhiều hệ thống thông
tin hiện đại. Hệ thống thông tin liên lạc không dây, 8 bảng thông tin khả biến cùng hệ
thống bộ đàm liên lạc nội bộ giúp nâng cao hiệu quả việc trao đổi thông tin, phối hợp
kiểm soát điều hành giao thông trên cao tốc, tổng mức đầu tư toàn bộ gói thầu ITS vào
khoảng 800 tỷ đồng.

Hình 1-13: Hệ thống ITS ở cao tốc Long Thành- Dầu Giây [5]

Tại Hà Nội, ITS được ứng dụng trên quốc lộ 3 mới, đường vành đai 3 (Mai Dịch Thanh Trì), đường Láng - Hòa Lạc, Pháp Vân - Cầu Giẽ, Cầu Giẽ - Ninh Bình, quốc lộ
1 (Hà Nội - Bắc Ninh) và quốc lộ 18 (Nội Bài - Bắc Ninh). Trong năm 2017 triển khai

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS


Trang 25/77

4 hợp phần, gồm: hệ thống giám sát và thu thập thông tin giao thông; hệ thống thông
tin giao thông; hệ thống quản lý kết cấu hạ tầng giao thông; và hệ thống quản lý vận tải
hành khách công cộng bằng xe buýt. Cụ thể, từ tháng 6 đến tháng 11-2017, xây dựng
hệ thống giám sát và thu thập thông tin giao thông (từ hệ thống camera giám sát và
thiết bị GPS). Hệ thống thông tin giao thông, với bản đồ giao thông và tích hợp dữ liệu,

ứng dụng di động, cổng thông tin giao thông tập trung và hệ thống quản lý kết cấu hạ
tầng giao thông.
Ngoài ra kênh radio VOV giao thông đã được thành lập gồm 1 máy phát ở Hà Nội phủ
một vùng 200km và 2 máy phát tại Tp.Hồ Chí Minh phủ sóng 300km. Kênh là trung
tâm tiếp nhận tình hình giao thông như kẹt xe, tai nạn, tắt đường, và được phát trực tiếp
đến các phương tiện có kết nối với đài, nhằm giảm tránh ùn tắt giao thông.
1.3.2 Các công trình sẽ thực hiện
Trong tương lai, Việt Nam sẽ hoàn thành tuyến cao tốc được cho là xương sống của cả
nước đó là cao tốc Bắc-Nam, tuyến cao tốc này sẽ được quản lý bằng các hệ thống
thông minh, và nó sẽ là công trình đển hình cho hệ thống giao thông thông minh ở Việt
Nam. Đồng thời hệt thống giao thông thông minh sẽ được mở rộng và phủ toàn bộ 3
thành phố lớn là Hà Nội, Đà Nẵng và Hồ Chí Minh. Sau đó sẽ lan dần đến các đường
quốc lộ và tỉnh lộ của khu vực phía Nam.
Tuy nhiên, hệ thống giao thông thông minh ở Việt Nam trước mắt chỉ dừng lại ở vài
chức năng cơ bản vì cơ sở hạ tầng công trình giao thông cũ kĩ, không đồng bộ, sử dụng
phương tiện xe máy công cộng là chủ yếu, ít sử dụng phương tiện công cộng. Để hệ
thống giao thông thông minh được triển kai sâu, rộng, thì chính quyền ở 2 thành phố
lớn nhất nước là Hà Nội và Hồ Chí Minh sẽ tiến hành ban hành các quy định, cũng như
phát triển hệ thống phương tiện công cộng để người dân chuyển sang sử dụng phương
tiện công cộng nhiều hơn.
1.4 Kết luận chương

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA QUANG VÔ TUYẾN FSO
TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS