(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu phát triển các giải pháp giám sát lưu lượng và quản lý phương tiện giao thông qua camera giám sát
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (10.2 MB, 152 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN VIỆT HƯNG
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC GIẢI PHÁP
GIÁM SÁT LƯU LƯỢNG VÀ QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN
GIAO THÔNG QUA CAMERA GIÁM SÁT
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 9520203
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. NGUYỄN TIẾN DŨNG
HÀ NỘI - 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN VIỆT HƯNG
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC GIẢI PHÁP
GIÁM SÁT LƯU LƯỢNG VÀ QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN
GIAO THÔNG QUA CAMERA GIÁM SÁT
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 9520203
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. NGUYỄN TIẾN DŨNG
HÀ NỘI - 2020
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong Luận án là công trình nghiên
cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của cán bộ hướng dẫn trong suốt thời gian làm
Nghiên cứu sinh. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong Luận án là hoàn
toàn trung thực, khách quan và chưa từng được các tác giả khác công bố. Các
kết quả sử dụng tham khảo đều đã được trích dẫn đầy đủ và theo đúng quy
định trong Luận án.
Hà Nội, ngày 30 tháng 01 năm 2020
Người hướng dẫn khoa học
PGS. TS. Nguyễn Tiến Dũng
Tác giả
Nguyễn Việt Hưng
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc của mình tới thầy
hướng dẫn khoa học PGS. TS. Nguyễn Tiến Dũng. Thầy đã định hướng cho tôi
triển khai các ý tưởng khoa học, luôn tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời
gian học tập nghiên cứu và thầy đã dành nhiều thời gian tâm huyết, hỗ trợ tôi
về mọi mặt để hoàn thành luận án này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô, các anh chị em Nghiên cứu
sinh trong Bộ môn Điện tử và Kỹ thuật Máy tính, Viện Điện tử - Viễn thông
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện, giúp đỡ và hướng dẫn tôi
trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi xin trân trọng cảm ơn
Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Điện tử Viễn thông đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho nghiên cứu sinh trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu. Và tôi cũng xin cảm ơn TS. Nguyễn Tiến Hòa
và TS. Tạ Thị Kim Huệ đã giúp đỡ tôi trong trình bày Luận án.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình tôi: bố mẹ hai bên, vợ và
em gái tôi đã luôn động viên khích lệ về tinh thần và vật chất để tôi có động
lực trong công việc và nghiên cứu khoa học.
Hà Nội, ngày 30 tháng 01 năm 2020
Tác giả
Nguyễn Việt Hưng
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
v
DANH MỤC CÁC BẢNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
viii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ix
MỞ ĐẦU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
CHƯƠNG
1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CỦA XỬ LÝ ẢNH
TRONG GIAO THÔNG HỖN HỢP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
1.1. Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
1.2. Hệ thống giao thông thông minh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
1.2.1. Chức năng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
1.2.2. Nhiệm vụ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
1.2.3. Kịch bản sử dụng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
1.3. Tiềm năng ứng dụng của xử lý ảnh trong ITS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
1.3.1. Phát hiện phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
1.3.2. Các ứng dụng xử lý ảnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
1.3.3. Quy trình ứng dụng xử lý ảnh trong giao thông . . . . . . . . . . . . . . . .
24
1.4. Hiện trạng xử lý ảnh trong ITS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
1.4.1. Khả năng của xử lý ảnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
1.4.2. Các thách thức xử lý ảnh trong ITS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
1.5. Các chức năng chính của xử lý ảnh trong ITS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
1.5.1. Nhận dạng biển số phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
1.5.2. Phân loại phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
1.5.3. Đo tốc độ phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
1.5.4. Phân tích lưu lượng phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
1.6. Các vấn đề của xử lý ảnh trong giao thông hỗn hợp . . . . . . . . . . . . . . . .
54
1.7. Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
i
ii
CHƯƠNG 2. QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG . . . . .
57
2.1. Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
2.2. Hệ thống quản lý phương tiện giao thông . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
2.2.1. Cải thiện chất lượng ảnh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
2.2.2. Nhận diện phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
2.2.3. Phân loại phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
2.2.4. Đo tốc độ phương tiện giao thông . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
2.3. Đề xuất thuật toán cải thiện và nâng cao chất lượng ảnh . . . . . . . . . .
65
2.4. Đề xuất phương pháp phân loại phương tiện giao thông . . . . . . . . . . . .
74
2.5. Đề xuất mô hình hóa phương pháp đo tốc độ phương tiện . . . . . . . . .
79
2.6. Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
CHƯƠNG 3. LƯU LƯỢNG PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG .
91
3.1. Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
3.2. Hệ thống giám sát lưu lượng phương tiện giao thông . . . . . . . . . . . . . . .
91
3.3. Giám sát và điều khiển dòng phương tiện giao thông theo mật độ lưu
lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
3.3.1. Đề xuất giám sát và điều khiển dòng phương tiện giao thông theo mật
độ lưu lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
3.4. Giám sát và điều khiển dòng phương tiện giao thông theo số lượng phương
tiện và chủng loại phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
109
3.4.1. Đề xuất giám sát lưu lượng phương tiện theo số lượng và chủng loại
phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
112
3.5. Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
123
KẾT LUẬN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
124
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
..............................................................
126
TÀI LIỆU THAM KHẢO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
128
PHỤ LỤC A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
139
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AI
ALPR
Active Infrared
Automated License Plate
Recognition
Hồng ngoại chủ động
Nhận dạng biển số tự động
AS
Acoustic Sensor
BA
Block Artifact
BI
Bicubic Interpolation
Giải thuật nội suy Bicubic
CCD
Charge Coupled Device
Linh kiện tích điện kép
CI
Cubic Interpolation
Giải thuật nội suy Cubic
CW
Continuous Wave
Sóng liên tục
DA
Direction Angle
Góc trực tiếp
DWT
Discrete Wavelet Transform
Chuyển đổi sóng con rời rạc
FLC
Fuzzy Logic Controller
Bộ điều khiển logic mờ
frequency Modulated
Điều chế tần số sóng
Continous Waves RADAR
RADAR liên tiếp
Frame per Second
Khung hình trên giây
Global System for Mobile
Hệ thống thông tin di động
Communications
toàn cầu
Inductive Loop Detector
Hệ thống nhận diện bằng
System
vòng lặp cảm ứng từ
Image Processing
Xử lý ảnh
FMCWR
FPS
GSM
ILDS
IP
ITS
k NN
Ảnh hưởng từ các khối lân
cận
Intelligent Transportation
System
k Nearest Neighbor
Light Amplification by
LASER
Stimulated Emission of
Radiation
LED
Cảm biến âm thanh
Light Emitting Diode
iii
Giao thông Thông minh
k lân cận gần nhất
Khuyếch đại ánh sáng bằng
phát xạ kích thích
Diode phát quang
iv
MD
OCR
Magnetic Detector
Optical Character
Recognization
PI
Passive Infrared
PSNR
Peak Signal to Noise Ratio
Đầu dò từ tính
Nhận dạng ký tự quang học
Hồng ngoại bị động
Tỉ số tín hiệu cực đại trên
nhiễu
RAdio Detection And
Dò tìm và định vị bằng sóng
Ranging
vô tuyến
Radio Frequency
Xác thực tần số sóng vô
IDentification
tuyến
Scale-Invariant Feature
Biến đổi đặc trưng tỷ lệ
Transform
không đổi
SVM
Support Vector Machine
Véc-tơ máy hỗ trợ
TMS
Traffic Monitoring System
US
Ultrasonic Sensor
Cảm biến siêu âm
VANET
Vehicular Ad Hoc Networks
Mạng xe cộ bất định
VP
Vanish Point
Điểm khuất
RADAR
RFID
SIFT
Hệ thống giám sát giao
thông
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 0.1
Mô hình hệ thống ITS trong nghiên cứu của Juan [1]
. . . . . 3
Hình 1.1
Kiến trúc của một hệ thống ITS của Huawei . . . . . . . . . . . 19
Hình 1.2
Sơ đồ khối của hệ thống đề xuất . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Hình 1.3
Quy trình ứng dụng xử lý ảnh trong giao thông . . . . . . . . . 25
Hình 1.4
Sơ đồ khối chu trình xử lý của một hệ thống ALPR điển hình . 28
Hình 1.5
Xác định vị trí biển số phương tiện bằng đường viền . . . . . . 29
Hình 1.6
Phân đoạn ảnh bằng phương pháp chiếu . . . . . . . . . . . . . 30
Hình 1.7
Hệ thống huấn luyện OCR điển hình . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Hình 1.8
Phân loại các giải thuật phân loại phương tiện . . . . . . . . . . 32
Hình 1.9
Các phương tiện và cạnh viền tìm được . . . . . . . . . . . . . . 36
Hình 1.10 Trích xuất đặc trưng HOG từ ảnh xám . . . . . . . . . . . . . . 37
Hình 1.11 Đặc trưng Haar sử dụng để phát hiện phương tiện: đặc trưng
cạnh viền, đặc trưng trung tâm và đặc trưng đường . . . . . . . . . . 37
Hình 1.12 Minh họa hai phương pháp hiệu chỉnh camera . . . . . . . . . . 44
Hình 1.13 Minh họa hiệu chỉnh camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Hình 1.14 Phương tiện giao thông di chuyển trên trục tọa độ . . . . . . . . 48
Hình 1.15 Minh họa chuyển động của phương tiện theo quãng đường
và thời gian phương tiện di chuyển . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Hình 1.16 Vận tốc, quãng đường và thời gian phương tiện di chuyển . . . 49
Hình 1.17 Biểu đồ sự chuyển động của các phương tiện . . . . . . . . . . . 51
Hình 1.18 Biểu đồ trên trục đo thời gian di chuyển . . . . . . . . . . . . . 53
Hình 1.19 Biểu đồ trên trục đo khoảng cách di chuyển . . . . . . . . . . . 53
Hình 1.20 Biểu đồ hàm Ψti (x) trong vùng quan sát . . . . . . . . . . . . . . 54
Hình 2.1
Sơ đồ thiết lập hệ thống camera để thu thập dữ liệu . . . . . . . 63
Hình 2.2
Ảnh có độ phân giải thấp và ảnh có độ phân giải cao . . . . . . 67
Hình 2.3
Hàm Cubic đi qua bốn điểm cơ sở . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Hình 2.4
Giải thuật nội suy Bicubic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Hình 2.5
So sánh chuỗi điểm ảnh theo cột của ảnh gốc và ảnh sau
khi nội suy BI có cùng kích thước . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
v
vi
Hình 2.6
Xác định đường cong kín . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Hình 2.7
Xác định các điểm ảnh cần tính toán lại dựa vào ma trận 7 × 7 70
Hình 2.8
Phương pháp nội suy được sử dụng để cải thiện các vị trí
điểm ảnh cận biên là đường cong kín . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Hình 2.9
Ma trận Smin có kích thước 3 × 3 nằm trong ma trận 7 × 7,
từ phần tử trung tâm dịch trên các điểm ảnh biên . . . . . . . . . . . 72
Hình 2.10 Sơ đồ khối phương pháp mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Hình 2.11 Minh họa giải thuật nội suy Bicubic trong một frame. a)
Ảnh gốc I , b) Ảnh J với L = 2, c) Ảnh biên Canny, d) Phương
pháp đề xuất . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Hình 2.12 Chuỗi ảnh thu được theo phương pháp đề xuất . . . . . . . . . . 73
Hình 2.13 Giải thuật trừ nền . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Hình 2.14 Minh họa góc tới để phân loại phương tiện . . . . . . . . . . . . 75
Hình 2.15 Các ô tô được nhận dạng từ dữ liệu thu được . . . . . . . . . . . 76
Hình 2.16 Bộ dữ liệu thống kê góc tới trực tiếp của 80 ô tô nhận dạng được76
Hình 2.17 Bộ dữ liệu thống kê góc tới trực tiếp của xe tải và xe buýt . . . 77
Hình 2.18 Các xe máy nhận dạng được . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Hình 2.19 Thống kê giá trị góc tới của xe máy . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Hình 2.20 Hiện tượng quang học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Hình 2.21 Ảnh thu được của đối tượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Hình 2.22 Mô hình thiết lập camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Hình 2.23 Các điểm khuất từ các trục chính của đối tượng trong ảnh . . . 82
Hình 2.24 Biểu diễn số khung hình trong một giây (camera thử nghiệm
có tốc độ 12f ps) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Hình 2.25 Quy trình xử lý của phương pháp đề xuất . . . . . . . . . . . . . 86
Hình 2.26 Ảnh gốc và ảnh các phương tiện nhận dạng được . . . . . . . . 88
Hình 2.27 Một số phương tiện phát hiện được . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Hình 2.28 Đánh giá sai số . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Hình 3.1
Mô hình vị trí lắp đặt camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Hình 3.2
Mô hình hệ thống đề xuất . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Hình 3.3
Kịch bản hệ thống giao thông hỗn hợp ở Việt Nam . . . . . . . 97
Hình 3.4
Mật độ phương tiện giao thông khi đèn tín hiệu hoạt động . . . 98
Hình 3.5
Một khung hình được chụp từ camera . . . . . . . . . . . . . . . 99
Hình 3.6
Sơ đồ kịch bản mô phỏng của nút giao thông . . . . . . . . . . . 101
vii
Hình 3.7
Ví dụ 3 khung hình thu được từ ngả đường A → B từ camera
và ảnh nhị phân các phương tiện trong khung hình . . . . . . . . . . . 102
Hình 3.8
Giải thuật của Hệ thống đề xuất . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Hình 3.9
Biểu đồ thể hiện mật độ phương tiện ở vùng L trong 35 giây
của tổ hợp 3 đèn tín hiệu hoạt động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện mật độ phương tiện ở vùng ∆αn trong 35
giây của tổ hợp 3 đèn tín hiệu hoạt động . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện mật độ phương tiện ở vùng β trong 35 giây
của tổ hợp 3 đèn tín hiệu hoạt động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Hình 3.12 Đặc trưng dòng phương tiện hỗn hợp, xe máy luôn cố đi vào
chỗ còn trống giữa những ô-tô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Hình 3.13 Kiểm soát chủng loại và số lượng phương tiện đi vào vùng
giám sát . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Hình 3.14 Mối quan hệ giữa k và q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Hình 3.15 Mô hình hàng đợi ở một nút giao thông . . . . . . . . . . . . . . 117
Hình 3.16 Nút giao thông 3 pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Hình 3.17 Mô hình nút giao thông 3 pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Hình 3.18 Mô phỏng trên simtram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1
So sánh khả năng ứng dụng của phương pháp xử lý ảnh với
các phương pháp khác trong giao thông hỗn hợp . . . . . . . . . . . . 23
Bảng 1.2
Bảng so sánh các nghiên cứu về phân loại phương tiện giao
thông sử dụng công nghệ xử lý ảnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Bảng 1.3
Bảng so sánh q từ phương đo pháp tức thời và đo điểm . . . . . 53
Bảng 2.1
So sánh PSNR giữa nội suy BI và phương pháp đề xuất . . . . 73
Bảng 2.2
Giá trị góc tới trực tiếp của ô tô nhận dạng được . . . . . . . . 77
Bảng 2.3
Giá trị góc tới trực tiếp của xe tải và xe buýt . . . . . . . . . . 77
Bảng 2.4
Giá trị góc tới trực tiếp của xe máy . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Bảng 2.5
Thống kê giá trị góc tới của các phương tiện cần phân loại . . . 78
Bảng 2.6
Kết quả nhận dạng phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Bảng 2.7
Thông số lắp đặt camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Bảng 3.1
Bảng dữ liệu đề xuất thời gian hoạt động của đèn tín hiệu
theo mật độ phương tiện ước lượng được (giây) . . . . . . . . . . . . . 109
Bảng 3.2
Bảng dữ liệu phân loại phương tiện theo kích thước . . . . . . . 118
Bảng 3.3
Bảng dữ liệu mô phỏng theo 4 chu kì liên tiếp (phương tiện) . . 121
Bảng 3.4
Kết quả mô phỏng của phương pháp đề xuất (giây) . . . . . . . 122
Bảng ❇.1 Bảng phân loại phương tiện theo trục bánh xe . . . . . . . . . . 139
viii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC
Ký hiệu
Ý nghĩa
a
a là biến số
a
a là một véc-tơ
A−1
Nghịch đảo của ma trận A
A
A là một ma trận
ai,j
Phần tử hàng thứ i cột thứ j của ma trận A
AT
Chuyển vị của ma trận A
AH
Chuyển vị liên hợp phức của ma trận A
Cx
Ma trận hiệp phương sai của tín hiệu x
V
Vận tốc của phương tiện
L
Khoảng cách thu được từ camera tới đèn tín hiệu trong khung hình
P
Giá trị điểm ảnh nội suy song tuyến tính
d
Khoảng cách từ chân camera tới phương tiện
I(x, y)
Ảnh I có tọa độ (x, y)
ix
MỞ ĐẦU
1. Giao thông thông minh
a. Tính cấp thiết
Mục tiêu phát triển của quốc gia là sự đồng nhất về phát triển năng lực kinh
tế, cơ sở hạ tầng và mức sống của người dân. Trong đó, cơ sở hạ tầng giao thông
được xác định là điều kiện quan trọng trong việc phát triển kinh tế xã hội. Giao
thông thuận lợi giúp người dân tiết kiệm được thời gian di chuyển, an toàn và
nâng cao khả năng giao thương. Tuy nhiên, hạ tầng giao thông chưa thể đáp
ứng được số lượng lớn các phương tiện giao thông ngày càng tăng bởi nhu cầu
đi lại của người dân đặc biệt ở những nước đang phát triển như Việt Nam. Tùy
vào từng đặc trưng hạ tầng đường bộ của mỗi nơi mà việc tùy biến công tác
quản lý giao thông ở mỗi quốc gia khác nhau. Do đó, việc nghiên cứu một hệ
thống có chức năng quản lý phương tiện giao thông và giám sát đánh giá lưu
lượng phương tiện trong một vùng quan tâm là rất cần thiết. Nhằm đạt được
mục đích đó việc ứng dụng các công nghệ hiện đại để quản lý, điều khiển giúp
giao thông an toàn, thông suốt và thông minh hơn là vấn đề cấp bách của các
quốc gia, đặc biệt là các quốc gia đang phát triển.
Số liệu thống kê từ Cục đăng kiểm Việt Nam1 cho thấy, từ tháng 3 năm 2019
đến tháng 4 năm 2019 cả nước tăng từ 3.353.537 ô-tô lên thành 3.386.966 ô-tô
đang lưu hành. Phần ô-tô sản xuất mới trong hai tháng này lần lượt là: 59.562
ô-tô và 100.036 ô-tô. Còn đối với xe máy, chỉ riêng trong 2 tháng 3 năm 2019 và
tháng 4 năm 2019 số lượng xe máy sản xuất mới lần lượt là: 579.577 và 889.335
xe máy.
Quyết định số 206/2004QĐ-TTg được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày
10 tháng 12 năm 2004 đề ra chiến lược phát triển giao thông vận tải đến năm
2020 tầm nhìn tới năm 2030. Trong thời gian qua Đảng, Nhà nước và nhân đân
ta đã dành nhiều sự quan tâm cho đầu tư phát triển Giao thông Vận tải, trong
đó cơ sở hạ tầng giao thông đã có bước phát triển đáng kể chất lượng giao thông
ngày một nâng cao hơn. Ngành Giao thông Vận tải là xương sống của mỗi quốc
1 Số liệu thống kê lượng phương tiện giao thông của Cục đăng kiểm Việt Nam được công bố trên website
truy cập lần cuối
vào 19/07/2019.
1
2
gia, bởi vậy để phát triển xứng tầm Thủ tướng Chính phủ đã cho phép điều
chỉnh Chiến lược phát triển Giao thông Vận tải và được ban hành tại Quyết
định 35/2009/QĐ-TTg ngày 03 tháng 03 năm 2009.
Các cơ quan chức năng từng thí điểm phân làn bằng giải phân cách cho
phương tiện tham gia giao thông là ô-tô và mô-tô. Tuy nhiên, giải pháp này
chưa được áp dụng triệt để nâng cao ý thức của người dân. Ngoài ra cầu vượt
giao thông đường bộ để tránh các phương tiện xung đột trực tiếp với nhau khi
đi vào nút giao thông cũng là một phương án đang được ưu tiên triển khai và
tỏ ra khá hiệu quả. Trong vài năm trở lại đây Hà Nội đã xây thêm các cầu vượt
tại các nút giao thông như: Trần Khát Chân - Đại Cồ Việt, Hoàng Minh Giám
- Trần Duy Hưng, Kim Mã - Nguyễn Chí Thanh và đường trên cao Vành đai 3.
Tuy nhiên, vào giờ cao điểm giao thông ở Hà Nội và TP. Hồ Chí minh luôn bị
ùn tắc gây lãng phí thời gian và kinh tế đối với sự phát triển quốc gia.
Dựa theo Chỉ thị 01 của UBND TP. Hà Nội về "Năm trật tự và văn minh
đô thị" 2015 do Phó Chủ tịch UBND TP. Hà Nội Nguyễn Quốc Hùng đã kí.
Mục tiêu quan trọng được TP. Hà Nội triển khai đó là đảm bảo trật tự an toàn
giao thông, trên cơ sở đó Thủ đô sẽ rà soát các điểm đen về tai nạn giao thông,
thường xuyên tắc nghẽn vào giờ cao điểm, các nút giao thông phân làn chưa phù
hợp cũng được xem xét nghiên cứu. Thành phố Hà Nội cũng đã lắp đặt thêm
các camera giám sát các nút giao thông quan trọng làm cơ sở tham chiếu cho
các hoạt động xử lý vi phạm và giám sát thống kê lượng phương tiện giao thông
di chuyển qua các nút này. Đây chính là tiền đề cho hướng giải quyết các vấn
đề trong giao thông hiện tại của luận án.
Dựa vào các yếu tố trên, luận án định hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ
xử lý ảnh trong bối cảnh giao thông hỗn hợp với mục tiêu quản lý phương tiện
và giám sát lưu lượng phương tiện giao thông qua hệ thống camera giám sát.
b. Hệ thống Giao thông Thông minh
Từ các dẫn chứng, các văn bản của chính phủ và số liệu ở trên bài toán quản
lý giao thông trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. Sự bùng nổ về phương tiện giao
thông khiến lực lượng Cảnh sát Giao thông (CSGT) gặp khó khăn trong công
tác quản lý và giám sát các phương tiện khi lưu thông trên đường. Do đó, việc
phát triển ứng dụng các giải pháp khoa học công nghệ nói chung và nghiên cứu
luận án nói riêng là việc làm cần thiết để cải thiện chất lượng và giúp giao thông
luôn an toàn và thông suốt.
Ứng dụng khoa học công nghệ mới vào lĩnh vực quản lý giao thông đã được
3
áp dụng ở các quốc gia phát triển hệ thống này được gọi là: Hệ thống Giao
thông Thông minh (Intelligence Transportation Systems - ITS). Hệ thống ITS
tập hợp các mô-đun chức năng quản lý phương tiện, giám sát phương tiện và
điều tiết dòng phương tiện giao thông trên các tuyến đường cần quan tâm.
Hình 0.1 là một mô hình đại diện cho thời đại công nghiệp 4.0 về các công
nghệ trong ITS [1]. Mô hình này gồm nhiều chức năng và công nghệ tập trung
chủ yếu là công nghệ xử lý ảnh và truyền về trung tâm qua kênh LTE, wifi hoặc
bluetooth.
Hình 0.1: Mô hình hệ thống ITS trong nghiên cứu của Juan [1]
Hệ thống ITS được mô tả trong Hình 0.1 gồm có các chức năng chính sau
đây:
• Phát hiện phương tiện giao thông đang di chuyển trên đường.
• Phát hiện biển số phương tiện đang di chuyển trên đường.
• Phân loại và thống kê lưu lượng phương tiện di chuyển.
• Xử lý các phương tiện giao thông vi phạm Luật Giao thông đường bộ.
4
• Đếm và thống kê lưu lượng phương tiện.
• Điều khiển dòng phương tiện tránh gây tắc nghẽn.
• Đồng bộ hóa dữ liệu giữa các hệ thống để ứng dụng giám sát và thu phí tự
động không dừng.
• Dịch vụ cấp cứu, bảo hiểm.
• Định vị phương tiện.
Hiện nay, tại Việt Nam cơ sở hạ tầng phục vụ cho giao thông đang được
nghiên cứu phát triển ưu tiên. Chính phủ đã đầu tư rất nhiều để mở rộng và
hiện đại hóa giao thông thông đường bộ. Mặc dù vậy, nhu cầu di chuyển của
người dân bằng phương tiện cá nhân ở Việt Nam vẫn rất lớn, do đó sự ùn tắc là
điều khó tránh khỏi nhất là vào giờ cao điểm. Theo chuyên trang thống kê của
Cổng thông tin điện tử Bộ Giao thông Vận tải thống kê tăng trưởng phương
tiện tới ngày 31 tháng 12 năm 2016 dựa vào số lượng xe thì tổng số ô-tô lưu
hành của năm 2015 là: 2.101.401 chiếc (trong đó, xe con từ 9 chỗ trở xuống là:
1.033.131 chiếc, xe khách từ 9 chỗ trở lên là: 118.030 chiếc, xe tải là: 853.735
chiếc, xe chuyên dùng và xe khác là 96.505 chiếc) và số lượng ô-tô lưu hành của
năm 2016 là: 2.516.144 chiếc (trong đó, xe con từ 9 chỗ trở xuống là: 1.270.066
chiếc, xe khách từ 9 chỗ trở lên là: 136.727 chiếc, xe tải là: 1.004.499 chiếc, xe
chuyên dùng và xe khác là 104.852 chiếc) tương đương với lượng tăng trưởng
tổng số xe từ năm 2015 tới năm 2016 là: 19,73 % (trong đó tăng trưởng của
xe con là: 22,93%, xe khách 9 chỗ trở lên là: 15,84 %, xe tải là: 17,65 % và xe
chuyên dùng và xe khác là: 8,64 %). Với mức tăng trưởng lượng phương tiện
như vậy nhưng cơ sở hạ tầng phát triển không theo kịp do đó, việc ùn tắc vào
giờ cao điểm là điều khó tránh khỏi.
Tuy nhiên, việc ứng dụng khoa học công nghệ chưa được chú trọng đồng bộ
cùng với quy hoạch phát triển hệ thống giao thông ở Việt Nam nhằm vận hành
và điều khiển giao thông tự động, làm giảm áp lực đối với người giám sát trực
tiếp - Cảnh sát Giao thông. Ở nước ngoài các công nghệ còn chưa phù hợp với
cơ sở hạ tầng và đặc trưng giao thông của nước ta. Do đó, việc nhập khẩu công
nghệ không thể ứng dụng rộng rãi phù hợp với đặc trưng giao thông hỗn hợp.
Cần thiết có các công trình nghiên cứu ứng dụng ITS ở Việt Nam nói riêng và
các nước có đặc trưng giao thông hỗn hợp nói chung để phát triển nội lực và
làm chủ khoa học công nghệ, để có thể giảm thiểu tai nạn giao thông, nâng cao
5
ý thức cho người tham gia giao thông. Các chức năng giám sát tự động có thể
trích xuất được dữ liệu thống kê vi phạm giao thông để từ đó làm cơ sở xử lý vi
phạm giao thông, điều này sẽ nâng dần ý thức tham gia giao thông của người
dân.
Hệ thống ITS có thể giám sát và quản lý được nhiều khu vực một lúc. Tùy
hệ thống máy chủ và chức năng riêng biệt mà có thể điều hướng và quản lý
phân luồng được dòng phương tiện từ các nút giao thông gần nhau. Đây chính
là điểm mạnh của các hệ thống ITS, giám sát và quản lý cùng lúc nhiều nút
giao thông. Ngoài ra, hệ thống còn có thể hoạt động liên tục không ngừng nghỉ
để cải thiện ý thức của người tham gia giao thông. Các thiết bị hiện nay có
thể thống kê và lập biên bản xử phạt đối với những người vi phạm giao thông
như hệ thống dữ liệu trung tâm của Thủ đô hiện nay đang được đặt ở số 54
Trần Hưng Đạo, Quận Hoàn Kiếm, TP. Hà Nội chủ yếu sử dụng giải pháp của
CadPro. Điều kiện để có thể thực hiện các chức năng này là khả năng đồng bộ
dữ liệu đối với dữ liệu của người tham gia giao thông. Ngoài ra, việc lắp đặt hệ
thống camera giám và các cảm biến để tăng độ chính xác cũng là một rào cản
về kinh tế đối với ITS. Phương án đưa ra là có thể ưu tiên lắp đặt các hệ thống
phát hiện và phân loại phương tiện ở các nút giao thông có mật độ phương tiện
di chuyển lớn, thường xuyên xảy ra tai nạn. Cần có bảng hiệu tuyên truyền về
sự xuất hiện của các hệ thống tự động giám sát giao thông nhằm mục đích nâng
cao ý thức của người tham gia giao thông.
Hiện tại, các nghiên cứu ứng dụng ITS ở trên thế giới hầu như chưa thể áp
dụng hết ở Việt Nam. Chủ yếu do đặc trưng giao thông ở Việt Nam có tính chất
hỗn hợp, bao gồm nhiều loại phương tiện cùng lưu thông trên đường, hầu hết
nhiều đường không có giải phân cách cứng để phân loại phương tiện tham gia
giao thông. Vì vậy, bài toán giao thông ở Việt Nam hiện nay cần thiết phải xử
lý được cả dữ liệu xe máy và dữ liệu ô-tô di chuyển trên đường.
c. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Các nghiên cứu trong nước
Hiện nay, ở Việt Nam trong lĩnh vực ITS nói riêng và khoa học công nghệ nói
chung đều cần ứng dụng khoa học và kĩ thuật mạnh hơn nữa nhằm mục đích
phát triển kinh tế xã hội. Bên cạnh các đề tài nghiên cứu còn có các công trình
nghiên cứu trong nước cũng đã tiếp cận với công nghệ xử lý ảnh để ứng dụng
vào giao thông như các nghiên cứu được kể đến như trong [2], nghiên cứu này
sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo để nhận dạng các ký tự trên biển số xe phương
6
tiện. Nghiên cứu [3] này tập trung đếm phương tiện trên đường cao tốc và phát
hiện biển số phương tiện, sử dụng đặc trưng Haar-like để phát hiện và phân loại
phương tiện, vị trí camera được đặt ở lề đường. Tuy nhiên, trong nghiên cứu
này luận án đang ứng dụng ở đường cao tốc, trên đó các phương tiện thường
di chuyển ở khoảng cách an toàn. Nghiên cứu [4] đưa ra cách phân loại phương
tiện giao thông dựa trên đặc trưng của đường viền đối tượng phát hiện được từ
ảnh nhị phân bằng việc xác định véc-tơ đường viền. Phương pháp này phù hợp
cho góc nhìn của camera để xác định các đối tượng, tuy nhiên trong nghiên cứu
này không nói tới sai số của phương pháp trong quá trình thử nghiệm. Trong
nghiên cứu [5] nhóm nghiên cứu cũng đã đề xuất giải pháp đo tốc độ phương
tiện giao thông trên đường dựa vào một số điểm cơ bản đã được định vị sẵn trên
đường.
Đề tài KC.01.05/11-15 "Xây dựng giải pháp và thiết bị quản lý điều hành
giao thông thông minh sử dụng truyền thông tầm gần chuyên dụng" do PGS.
TS. Nguyễn Văn Đức chủ nhiệm, sản phẩm chính của đề tài có: Thiết bị thử
nghiệm RFID, đầu đọc thẻ định danh vô tuyến tầm xa, OBU, thiết bị bên đường
(RSE) giao tiếp vô tuyến tầm gần đặc dụng 5.8GHz. Và hệ thống mẫu áp dụng
quy trình công nghệ quản lý, phát hành mã khóa, bảo mật, xác thực OBU, RSE,
RFID cho các ứng dụng thanh toán điện tử, cho theo dõi phương tiện vận tải
và điều hành giao thông.
Và đề tài KC.01.14/11-15, "Xây dựng cấu trúc hệ thống giao thông thông
minh và các quy chuẩn công nghệ thông tin, truyền thông, điều khiển áp dụng
trong hệ thống giao thông thông minh tại Việt Nam" do TS. Tạ Tuấn Anh chủ
nhiệm, mục tiêu chính của đề tài là: Xây dựng được cấu trúc cơ bản của hệ
thống giao thông thông minh dự kiến áp dụng tại Việt Nam. Định nghĩa các
thành phần và chuẩn giao tiếp trong hệ thống giao thông thông minh. Tiêu
chuẩn hóa về dữ liệu, thông tin trao đổi, tín hiệu điều khiển, công nghệ truyền
dẫn và một số công nghệ lõi sử dụng trong các hệ thống giao thông thông minh.
Nghiên cứu tiêu chuẩn kỹ thuật, tính khả thi ứng dụng công nghệ RFID dùng
làm định danh phương tiện (Automation Vehicle Identification - AVI) trong các
hệ thống giao thông thông minh.
Bên cạnh đó, những nghiên cứu của JICA (Nhật Bản) về lĩnh vực ITS có
những đóng góp quan trọng trong quá trình nghiên cứu, ứng dụng ITS tại Việt
Nam. Các nghiên cứu của JICA tập trung vào tình hình thực tế và nhu cầu ứng
dụng ITS của Việt Nam, qua 3 giai đoạn nghiên cứu: Điều tra nhu cầu, đề xuất
7
lộ trình triển khai và quy hoạch tổng thể; Hỗ trợ triển khai ITS và nghiên cứu
tích hợp ITS trong các tuyến quốc lộ khu vực phía Bắc Việt Nam. Trong đó bao
gồm các hỗ trợ về xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn trong lĩnh vực ITS.
Việt Nam đã và đang thực hiện nhiều dự án ứng dụng ITS trên hệ thống
đường cao tốc. Tiêu biểu là hệ thống giám sát bằng camera trên nhiều tuyến
đường tiêu biểu là: Cầu Giẽ - Ninh Bình, Tp. Hồ Chí Minh - Trung Lương; sắp
tới sẽ triển khai dự án ứng dụng ITS trên Quốc lộ 3 mới (Hà Nội -Thái Nguyên),
hệ thống đường cao tốc vành đai Hà Nội; chủ yếu là hệ thống camera giám sát
và thu phí không dừng. Đây là những dự án đầu tiên về ITS trên hệ thống đường
cao tốc, có vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng ITS sau này. Theo dự
kiến, tất cả các tuyến cao tốc khi xây dựng đều phải trang bị hệ thống ITS.
Hệ thống quản lý giao thông bằng camera tuyến cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình
đã được đưa vào sử dụng vào đầu tháng 10/2013, trung tâm quản lý, điều hành
tuyến đặt tại Vực Vòng, Duy Tiên, Hà Nam. Hệ thống này bao gồm: hệ thống
trung tâm điều khiển giao thông, hệ thống thu phí (bao gồm cả thu phí điện tử)
hoạt động theo cơ chế thu phí kín với 39 làn xe, hệ thống giám sát điều khiển
giao thông với 56 camera kỹ thuật số có độ phân giải cao, hệ thống kiểm soát
tải trọng xe sử dụng thiết bị cân động. Việc khai thác, sử dụng các hệ thống
này đã đạt được một số hiệu quả nhất định.
Việc ứng dụng ITS tại dự án đường cao tốc Tp Hồ Chí Minh - Trung Lương
cũng đang được triển khai thực hiện, tập trung xây dựng hệ thống quản lý ITS
cho toàn tuyến làm cơ sở xây dựng trung tâm ITS khu vực miền Nam Việt Nam,
kết nối với hệ thống điều hành ITS quốc gia. Dự án này triển khai các hệ thống
quản lý, điều hành, giám sát giao thông và thu phí điện tử nhằm tăng cường
an toàn và hiệu quả khai thác. Tuyến đường TP Hồ Chí Minh - Long Thành Dầu Giây cũng đang được triển khai lắp đặt thiết bị do nhà thầu ITOCHU TOSHIBA thực hiện.
Hệ thống các trung tâm điều hành giao thông đường cao tốc đang chuẩn bị
xây dựng tại ba khu vực Bắc - Trung - Nam, dự kiến đặt tại Bắc Ninh, Đà Nẵng
và Tp. Hồ Chí Minh. Đây là 3 trung tâm có chức năng điều phối, giám sát, điều
hành giao thông trên các tuyến cao tốc trong phạm vi quản lý. Dự án được thực
hiện với sự hỗ trợ của JICA (Nhật Bản).
Hiện nay, tại các đô thị lớn của Việt Nam (Hà Nội, Đà Nẵng, Tp Hồ Chí
Minh), đã và đang triển khai xây dựng hệ thống giám sát, điều hành giao thông.
Các dự án này sử dụng hệ thống camera giám sát, trung tâm điều khiển giao
8
thông, hệ thống radio để thu thập thông tin, điều hành giao thông và cung cấp
thông tin cho người sử dụng.
Tại Hà Nội, Trung tâm Điều khiển giao thông đã chính thức đưa vào hoạt
động từ năm 2000 với hệ thống thiết bị của hãng SAGEM điều khiển đèn tín
hiệu giao thông do Chính phủ Pháp tài trợ. Có thể nói đây là ứng dụng đầu tiên
của công nghệ ITS trong khu vực đô thị ở Việt Nam. Đến nay, trung tâm này
đã được nâng cấp nhiều lần và vẫn đang hoạt động hiệu quả, góp phần giám
sát, điều hành giao thông toàn thành phố.
Đề án thí điểm xây dựng mô hình quản lý Đại lộ Thăng Long với sự hình
thành của Trung tâm Quản lý đường cao tốc Hà Nội. Trung tâm này sẽ quản lý
an toàn giao thông, tiếp cận xử lý tai nạn giao thông và các biện pháp phòng
ngừa; quản lý hệ thống thông tin; thực hiện công tác bảo hành, sửa chữa. Trung
tâm sẽ ứng dụng các công nghệ thông tin hiện đại trong quản lý như đếm, phân
loại phương tiện giao thông tự động; hệ thống camera giám sát; hệ thống bảng
thông báo điện tử; kiểm soát xe quá tải, quá khổ.
Dự án REMON được triển khai tại Hà Nội với mục tiêu theo dõi và xác định
trực tuyến lưu lượng giao thông đồng thời tạo ra nguồn dữ liệu giao thông cho
cả giai đoạn ngắn hạn và dài hạn. Dự án này sử dụng các phương tiện giao thông
được giám sát (tốc độ và hướng chuyển động), định vị qua hệ thống GPS để thu
thập các số liệu và phản ánh tình trạng dòng giao thông, phát hiện các vị trí ùn
tắc qua đó cung cấp thông tin cho người sử dụng. Các thông tin thu thập phục
vụ công tác quản lý, điều hành giao thông, đánh giá quy hoạch và các giải pháp
tổ chức, điều khiển giao thông, xây dựng quy hoạch, chiến lược phát triển dài
hạn để giải quyết các vấn đề giao thông.
Tại Đà Nẵng, Sở GTVT Đà Nẵng phối hợp với IBM xây dựng chương trình
ITS cho toàn thành phố. Trung tâm Điều hành đèn tín hiệu giao thông và vận
tải công cộng TP. Đà Nẵng tiến hành lắp đặt hệ thống camera giám sát giao
thông, hỗ trợ giám sát, điều hành và giúp lực lượng công an giám sát các vi
phạm và tiến tới thực hiện “xử phạt nguội”. Dự án xây dựng và nâng cấp hệ
thống tín hiệu và điều khiển giao thông TP. Đà Nẵng, thực hiện từ năm 2004
đến năm 2012 từ nguồn vốn ODA của Tây Ban Nha, tiến hành điều khiển phối
hợp các nút giao thông trên một số tuyến đường theo hình thức “Làn sóng xanh”.
Tại Tp.Hồ Chí Minh, trung tâm điều khiển giao thông cũng đã được xây
dựng. Hệ thống camera giám sát giao thông được lắp đặt. Thành phố đang thực
hiện chương trình “Ứng dụng Khoa học công nghệ giảm ùn tắc giao thông giai
9
đoạn 2013 - 2015 tầm nhìn đến 2020” nhằm “Nghiên cứu thử nghiệm và đưa vào
ứng dụng các giải pháp công nghệ cho ITS nhằm nâng cao hiệu quả khai thác
và phát triển hệ thông cơ sở hạ tầng giao thông hiện hữu trên địa bàn thành
phố, góp phần giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông”.
Trong lĩnh vực giao thông công cộng, việc ứng dụng ITS cũng bắt đầu được
nghiên cứu và triển khai thực hiện thông qua hệ thống biển báo điện tử cung
cấp thông tin về khoảng cách xe đến trạm dừng cho hành khách (được lắp đặt
tại các trạm xe buýt). Sắp tới, tại Hà Nội và Tp. Hồ Chí Minh, một số tuyến
đường sắt đô thị sẽ được đưa vào khai thác và dự kiến sẽ sử dụng hệ thống thẻ
thanh toán thông minh theo tiêu chuẩn công nghệ của Nhật Bản để phục vụ
công tác mua vé. Ngoài ra, Nhật Bản cũng đang giúp hai thành phố này thực
hiện dự án “Cải tạo giao thông công cộng” thí điểm sử dụng thẻ thông minh cho
xe buýt.
Việc sử dụng hệ thống radio VOV giao thông trong việc thu thập, cung cấp
thông tin, điều tiết giao thông đã mang lại nhiều hiệu quả tích cực tại Thủ đô
Hà Nội, Hầm đường bộ Hải Vân. Đây là một phương thức đơn giản nhưng hiệu
quả, góp phần hạn chế ùn tắc giao thông trong đô thị và các khu vực trọng điểm
như được trình bày trong [6].
Trong hệ thống giao thông hiện tại ở Việt Nam, các hệ thống tự động hóa
chưa có nhiều, mới chỉ dừng ở các giải pháp: gửi xe lấy thẻ từ thay cho ghi vé,
giám sát phương tiện trên cao tốc Pháp Vân - Cầu Giẽ và trên các nút giao
thông quan trọng nhằm mục đích xử phạt hành chính có trích xuất dữ liệu hình
ảnh vi phạm, các chức năng thống kê lưu lượng, đo tốc độ phương tiện vẫn còn
phải nhập khẩu và chưa phù hợp với thực tiễn giao thông ở Việt Nam. Hệ thống
thu phí không dừng thì đang được triển khai theo sự chỉ đạo của Quyết định của
Thủ tướng Chính phủ. Ngoài ra, ứng dụng phạt nguội (Camera Based Penalty
Detection) được cung cấp bởi CadPro vẫn cần nhân lực để giám sát thao tác và
quản lý bằng tay theo dạng trích xuất thủ công. Một hệ thống giao thông thông
minh hoàn chỉnh có các chức năng chủ yếu đảm bảo an toàn giao thông như
giám sát phương tiện, cảnh báo đối với các phương tiện có dấu hiệu di chuyển
không an toàn, thông báo tới các phương tiện về các luồng có khả năng bị tắc
nghẽn và đưa ra cảnh báo trong điều kiện thời tiết đặc biệt nguy hiểm.
Các đề án, dự án đã được nghiên cứu về GTVT tiêu biểu như: Nghiên cứu
toàn diện về phát triển bền vững hệ thống GTVT Việt Nam (Vitranss 2)
Chiến lược quốc gia về ứng phó với biến đổi khí hậu đã được Thủ tướng Chính
10
phủ phê duyệt tại Quyết định số 2139/QĐ-TTg ngày 05 tháng 12 năm 2011.
- Quy hoạch phát triển GTVT Thủ đô Hà Nội đến năm 2020, tầm nhìn đến
năm 2030;
- Điều chỉnh quy hoạch phát triển GTVT thành phố Hồ Chí Minh đến năm
2020, tầm nhìn sau năm 2020;
- Các dự án điều chỉnh chiến lược, quy hoạch phát triển GTVT các chuyên
ngành.
Các nghiên cứu hiện nay, chưa đánh giá được đúng tiềm năng giao thông ở
nước ta. Giao thông cần thiết phải được ưu tiên hỗ trợ trong sự nghiệp phát
triển kinh tế xã hội. Các đề án còn nói chung chung chưa có chiến lược cụ thể
trong sự phát triển và ứng dụng khoa học công nghệ vào giao thông. Cụ thể
như: cần chuẩn hóa bản đồ thông tin địa lý giúp cho việc xây dựng các chức
năng phù hợp và chính xác tại vị trí cần thực thi, phát triển hệ thống thông tin
trợ giúp người đang di chuyển trên đường, hệ thống giao dịch điện tử như: thu
phí tự động qua tài khoản ngân hàng, phát triển hệ thống giám sát lưu lượng và
quản lý phương tiện giao thông bằng công nghệ xử lý ảnh. Trên đây là các điểm
chính của hệ thống giao thông thông minh cần có, việc ứng dụng rộng rãi hệ
thống có các chức năng này sẽ giúp tiết kiệm thời gian của người tham gia giao
thông, tiết kiệm nhân lực quản lý và giám sát trực tiếp, tiết kiệm được nhiều
cho ngân sách của quốc gia và không bị thất thoát khi không thể xử lý hết các
vi phạm như hiện nay.
Nhìn chung các nghiên cứu ứng dụng Giao thông Thông minh ở nước ta còn
ít chưa tương xứng với cơ sở hạ tầng và mật độ giao thông đông đúc ở nước ta.
Các nghiên cứu chưa chỉ ra được các phương hướng cụ thể trong thực tiễn, các
công nghệ sử dụng còn hạn chế, chưa khai thác được hết các điểm mạnh của
từng giải pháp công nghệ sử dụng.
Các nghiên cứu, các bài báo trong nước về giao thông thông minh, tuy nhiên
chưa giải quyết các hướng mà nội dung Luận án đề ra.
Các đề tài nghiên cứu còn chưa đưa lại các ứng dụng thực tiễn phù hợp với
cơ sở hạ tầng và phát triển giao thông ở nước ta. Chính vì lẽ đó, luận án đề
xuất các hướng giải quyết các vấn đề đang còn tồn tại phù hợp với định hướng
pháp triển khoa học công nghệ của nước ta.
Các nghiên cứu ngoài nước
Các hệ thống giao thông ở nước ngoài nhờ vào sự ổn định, khả năng đồng
bộ mà có các giải pháp quản lý thích hợp. Từ các nhu cầu thực tiễn có các hệ
11
thống cơ bản sau:
• Hệ thống quản lý giao thông
• Hệ thống quản lý người tham gia giao thông
• Hệ thống quản lý phương tiện giao thông
• Hệ thống quản lý giao thông công cộng
• Hệ thống quản lý giao thông nông thôn
• Hệ thống điều hành phương tiện thương mại
Ở nước ngoài, các công nghệ chính được sử dụng trong các hệ thống quản lý
giao thông chủ yếu là: Các loại cảm biến không dây trong truyền thông, chủ yếu
là RFID; công nghệ phát hiện Inductive loop; công nghệ phát hiện bằng camera
giám sát; công nghệ phát hiện bluetooth. Cụ thể là các nghiên cứu: ứng dụng
tín hiệu sóng điện thoại di động (Mobile Cellular) để ứng dụng trong việc giám
sát và quản lý giao thông như trong [7], phát hiện tai nạn giao thông trong [8],
các giải pháp nghiên cứu chỗ đỗ xe trong đô thị thông minh [9]
Theo các báo cáo phân tích và thống kê của Bộ Giao thông Vận tải ở Mỹ
tính tới hết thời điểm năm 2015 thì tập trung lại như sau: Các nghiên cứu về
xe tự hành, nghiên cứu phát triển đồng bộ cơ sở hạ tầng với phương tiện giao
thông để có thể trao đổi dữ liệu, nghiên cứu.
ITS đã được phát triển rất mạnh ở các nước đang phát triển như: Nhật Bản,
Mỹ, Anh, và một số nước phát triển khác. Tại Nhật Bản ITS đã được ứng dụng
từ thuở sơ khai khi còn chưa sử dụng camera làm các dữ liệu đầu vào chính
mà dùng các cảm biến phát hiện sự tồn tại của các phương tiện giao thông di
chuyển qua một điểm nào đó.
Các hệ thống giám sát giao thông ở nước ngoài đã đồng bộ xử lý được các
nội dung chính sau đây:
• Phát hiện phương tiện trên đường, đoạn đường này hầu hết là các đoạn
đường quy chuẩn, các phương tiện di chuyển hầu hết là ô-tô, các phương
tiện di chuyển nối tiếp nhau trong một làn.
• Phân loại, thống kê phương tiện. Các nghiên cứu tập trung phân loại và
thống kê lượng phương tiện đi chuyển trên đường nhằm mục đích giám sát
lưu lượng giao thông để đánh giá sự cần thiết cải thiện cơ sở hạ tầng trên
các tuyến giao thông chính.
12
• Giám sát phương tiện giao thông (đo tốc độ phương tiện di chuyển đường,
thống kê lưu lượng phương tiện, định vị phương tiện, điều khiển đèn tín
hiệu giao thông theo lưu lượng phương tiện, phân luồng phương tiện giao
thông); nhận biết tai nạn giao thông (nhận biết và dự đoán tai nạn giao
thông trên đường).
• Hệ thống thông tin liên lạc. Các phương tiện di chuyển trên một tuyến giao
thông có khả năng cùng nhận được các bản tin nhắc nhở về tình hình giao
thông trên tuyến để có những sự chuẩn bị cho các kịch bản xảy ra và có khả
năng cung cấp các sự hỗ trợ cần thiết cho người điều khiển phương tiện.
• Hệ thống tìm chỗ đỗ xe. Các công nghệ phát hiện phương tiện đang đỗ và
các vùng trống để đưa ra thông tin trên biển báo hoặc qua điện thoại tới
người lái chỗ đỗ xe nào gần nhất.
Tuy nhiên, do dòng phương tiện giao thông ở các nước đang phát triển khác
hẳn với đặc trưng dòng phương tiện ở Việt Nam mà hầu hết các giải pháp và
công nghệ được sử dụng ở nước ngoài phải thay đổi và tùy biến để phù hợp với
đặc trưng giao thông ở Việt Nam nơi mà hầu hết các tuyến đường có các loại
phương tiện di chung với nhau. Bởi lẽ đó, việc nghiên cứu các công nghệ và giải
pháp có thể ứng dụng để quản lý giao thông ở Việt Nam là một việc làm có tính
cấp bách.
2. Các vấn đề còn tồn tại
Các nghiên cứu chủ yếu được đề xuất bởi các quốc gia phát triển, các hướng
nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hạ tầng giao thông đồng bộ, các phương tiện
giao thông đi theo hàng được phân chia cho từng loại phương tiện và mục đích
di chuyển. Chính bởi vậy, cần thiết tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ
phù hợp để quản lý được phương tiện giao thông rồi có các đánh giá về lưu lượng
phương tiện đang di chuyển.
Tại Việt Nam, trong đô thị các phương tiện di chuyển với ít làn và gồm nhiều
chủng loại phương tiện cùng tham gia giao thông. Các phương tiện chủ yếu gồm
có: ô-tô, xe máy ngoài ra còn có xe đạp, xe lam và xe ba bánh. Các phương tiện
này cùng di chuyển trên một làn đường và cùng đi với các phương tiện khác mà
không có dải phân cách cứng. Từ những đặc tính trên việc nghiên cứu quản lý
hệ thống giao thông ở Việt Nam cần được chú trọng vào các giải pháp phù hợp.
Từ các nghiên cứu đã có tại Việt Nam và nước ngoài, các vấn đề còn tồn tại
đối với hệ thống giao thông thông minh ở Việt Nam được thống kê như sau:
