Giải pháp giám sát, phát hiện và cảnh báo tai nạn giao thông tại việt nam sử dụng thiết bị giám sát hành trình kết hợp cảm biến quán tính

Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) GIẢI PHÁP GIÁM SÁT, PHÁT HIỆN VÀ CẢNH BÁO TAI NẠN GIAO THÔNG TẠI VIỆT NAM SỬ DỤNG THIẾT BỊ GIÁM SÁT HÀNH TRÌNH KẾT HỢP CẢM BIẾN QN TÍNH Ngơ Văn Cơng1, Đào Tô Hiệu2, Trần Đức Nghĩa3, Trần Đức Tân2,* Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Trường Đại học Phenikaa Viện Công nghệ thông tin (IOIT-VAST) e-mail: ngovancong@tcvn.gov.vn, hieu.daoto@phenikaa-uni.edu.vn, nghiatd@ioit.ac.vn, tan.tranduc@phenikaa-uni.edu.vn Abstract— Hàng năm số vụ tai nạn giao thông xảy ta Việt Nam lên đến mười nghìn vụ, số ca tử vong tai nạn giao thơng lên đến hàng nghìn người Năm 2014, Chỉnh phủ ban hành Nghị định 86/2014/NĐ-CP kinh doanh điều kiện kinh doanh vận tải xe ô tô, theo quy định tất xe kinh doanh vận tải phải bắt buộc lắp đặt thiết bị giám sát hành trình (GSHT), số lượng xe ô tô lắp đặt GSHT quản lý lên đến hàng triệu xe, việc quản lý thiết bị GSHT mang lại hiệu to lớn quản lý nhà nước an tồn giao thơng, nhiên việc quản lý dừng lại thông số thời gian, tọa độ, tốc độ Việc tích hợp cảm biến quán tính vào thiết bị GSHT kết hợp thuật toán xử lý giúp giám sát, phát cảnh báo vụ tai nạn giao thông cách tự động theo thời gian thực địa điểm cách xác nhất, từ giúp quan chức sớm đưa định xử lý, giúp giảm thiểu số ca tử vong việc cấp cứu kịp thời cho nạn nhân bị tai nạn Trong báo này, đề xuất giải pháp sử dụng liệu cảm biến quán tính kết hợp GPS chức thiết bị GSHT để giám sát, phát đưa cảnh báo có tai nạn giao thơng Kết thực nghiệm cho thấy, giải pháp hoạt động tốt với tỷ lệ phát có độ xác cao, cảnh báo hiển thị theo thời gian thực hệ thống đồ số quan quản lý I Ngày 10/09/2014 Chính phủ ban hành Nghị định 86/2014/NĐ-CP kinh doanh điều kiện kinh doanh vận tải xe ô tô, theo quy định tất xe kinh doanh vận tải phải bắt buộc lắp đặt thiết bị giám sát hành trình (GSHT) Chức thiết bị giám sát hành trình quy định Thơng tư 73/2014/TT-BGTVT phải chứng nhận hợp quy theo QCVN 31:2014 Hiện số lượng lắp đặt thiết bị GSHT Tổng cục đường Việt Nam quản lý lên đến hàng triệu xe, việc quản lý thiết bị GSHT năm qua mang lại hiệu to lớn quản lý nhà nước an tồn giao thơng, vụ tai nạn giao thơng xảy quan chức truy xuất ngược liệu (tọa độ, thời gian, tốc độ) để xác định nguyên nhân, nhiên thực sau thông báo tai nạn giao thông, việc chậm trễ thông tin số vụ tai nạn giao thơng gây hậu tử vong việc cấp cứu không kịp thời Trong năm 2021, theo số liệu ủy ban an tồn giao thơng quốc gia, số vụ tai nạn giao thông ca tử vong lên đến hàng nghìn người, hình số vụ tai nạn xảy thông báo cho quan chức có người dân phát Ngày nay, phát triển cơng nghệ vi điện tử, cảm biến qn tính ngày sử dụng nhiều ứng dụng thực tế Việc kích thước nhỏ, điện tiêu thụ thấp chi phí, sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt ứng dụng liên quan đến chuyển động [1,2,3] Từ khóa: Solution, traffic accident, inertial sensor, GPS, accelerometer, velocity, rotation angle, car ISBN 978-604-80-7468-5 ĐẶT VẤN ĐỀ 324 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) tai nạn giao thông, việc sử dụng liệu tốc độ làm giảm xác cảnh báo Việt Nam thực quy định bắt buộc lắp đặt thiết bị giám sát hành trình tất loại xe kinh doanh vận tải, việc thực giải pháp nhờ tích hợp thêm cảm biến quán tính vào thiết bị có giảm chi phí đầu tư mặt thiết bị, hệ thống II GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Server Vệ tinh Trạm BTS Thiết bị GSHT Thiết bị GSHT Máy tính/ thiết bị di động Thiết bị GSHT Hình Sơ đồ khối hệ thống giải pháp Hệ thống mô tả hình 2, bao gồm thiết bị giám sát hành trình lắp đặt xe tơ, thiết bị giám sát hành trình tiến hành thu thập liệu từ hệ thống định vị vệ tinh để lấy thông tin tọa độ, thời gian, tốc độ kết hợp với liệu từ cảm biến quán tính truyền liệu server (hệ thống máy chủ đơn vị cung cấp dịch vụ giám sát hành trình hệ thống máy chủ Tổng cục Đường Việt Nam) thông qua kết nối 3G/ 4G [11] với trạm BTS Máy tính/ thiết bị di động sử dụng để theo dõi tình hình xe di chuyển đồ số (hình 3) cảnh báo (tai nạn, tốc độ, thời gian lái xe, dừng đỗ…) Dữ liệu truyền máy chủ theo tần suất 10 giây đến 30 giây, việc liệu truyền liên tục giúp việc giám sát gần đạt theo thời gian thực, qua giúp cải thiện thơng tin chậm trễ có tai nạn giao thơng cố bất ngờ Hình Một số hình ảnh tai nạn giao thông [19] Một số giải pháp sử dụng phương pháp phân tích hình ảnh để thực phát tai nạn giao thông [4,5], nhiên giải pháp tương đối tốn mặt chi phí phải lắp đặt đủ số lượng camera cung đường cần giám sát Các nghiên cứu khác sử dụng cảm biến gia tốc để thực phát có tai nạn [6,7,8], việc sử dụng cảm biến gia tốc hạn chế khả phát trường hợp xe tai nạn, sử dụng liệu cảm biến gia tốc làm việc phát trở nên thiếu xác Trong nghiên cứu [9] nhóm tác giả sử dụng liệu từ cổng ODB xe ô tơ để phát tai nạn, có tai nạn túi khí nổ, từ điều khiển trung tâm tiến hành gửi thông báo server, giải pháp thực xe mà có túi khí ghế lái túi khí phải hoạt động, trường hợp số loại xe khơng có túi khí khơng phát tai nạn giao thơng Nhóm tác giả khác [10] sử dụng vận tốc thu từ hệ thống GPS để định cảnh báo Hình Hệ thống đồ số theo dõi trực tuyến ISBN 978-604-80-7468-5 325 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Trong hình thể sơ đồ khối thiết bị giám sát hành trình tích hợp thêm cảm biến qn tính III MƠ PHỎNG, THỰC NGHIỆM Bộ thiết bị lắp đặt xe tương ứng với trục cảm biến quán tính hình Thiết bị hoạt động truyền liệu hệ thống máy chủ đơn vị cung cấp dịch vụ Tổng cục đường Việt Nam (hiện QCVN 31:2014 chưa quy định cảm biến quán tính liệu nó) Phương pháp mơ báo nhóm tác giả thực với hai tình kết hợp vận tốc xe di chuyển tác động đồng thời có chủ đích vào thiết bị có gắn cảm biến quán tính để thu liệu giả cho tình xe đâm trực diện xe bị lật, xoay Đối với giải pháp thực độc lập thiết bị máy chủ phân tích dựa liệu nhận từ thiết bị lắp đặt ô tô truyền kết hợp phương pháp, báo nhóm tác giả sử dụng phương pháp phân tích liệu máy chủ, việc phân tích liệu máy chủ đơn giản việc tính tốn, xử lý liệu nhanh giảm bước làm việc vi điều khiển Nhóm tác giả đề xuất phương pháp định cảnh báo việc phân tích liệu cảm biến quán tính liệu vận tốc di chuyển xe Việc kết hợp hai loại liệu đem lại độ xác tin cậy cao so với việc sử dụng liệu cảm biến gia tốc, sử dụng liệu gia tốc gây tượng cảnh báo giả xe thực phanh gấp qua vị trí xóc Hình Sơ đồ khối thiết bị giám sát hành trình thực tế - Khối nguồn: Sử dụng IC ổn áp để chuyển đổi điện áp từ 12VDC (ắc quy ô tô) nguồn điệp áp ổn định VDC, 3.3 VDC cung cấp cho module thiết bị giám sát hành trình hoạt động - Khối nhớ: Sử dụng IC nhớ thẻ nhớ giúp lưu lại thông tin liệu hoạt động tối thiểu 30 ngày để phù hợp theo QCVN 31: 2014 - Khối GPS [12]: Thu thông tin liệu thời gian, tọa độ, tốc độ Bản tin thu theo định dạng GPRMC sử dụng để xử lý đầy đủ thông tin cần thiết - Khối GSM [13]: Khối đảm nhiệm vai trị truyền thơng với máy chủ nhận tín hiệu điều khiển thông qua mạng di động - Cảm biến quán tính [14-18]: sử dụng cảm biến quán tính bậc tự do, liệu cảm biến kết hợp với vận tốc di chuyển để đưa thông báo tai nạn giao thông Bảng thể liệu thu từ module GPS cảm biến quán tính, liệu sử dụng phân tích để đưa cảnh báo tai nạn giao thơng Dịng liệu thời gian, dòng (2,3,4) liệu gia tốc, dòng (5,6,7) liệu góc quay, dịng (8,9) liệu định vị, dòng 10 liệu tốc độ di chuyển xe Bảng DỮ LIỆU SỬ DỤNG TRONG GIẢI PHÁP Thời gian 1.01 1.02 1.03 acc_x (m/s2) acc_y (m/s2) 0.330 0.200 0.708 0.035 0.715 1.986 10 acc_z (m/s2) gyro_x (độ/s) gyro_y (độ/s) gyro_z (độ/s) Vĩ độ Kinh độ Tốc độ (km/h) 10.962 3.146 -3.818 -0.395 21.024 105.546 17.148 9.459 3.116 -2.383 -0.548 21.024 105.546 17.148 12.845 2.383 -3.696 -1.006 21.024 105.546 17.148 ISBN 978-604-80-7468-5 Hình Cảm biến qn tính lắp đặt xe 326 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) A Phát tai nạn xe đâm trực diện Hình Đồ thị vận tốc va chạm B Phát tai nạn xe bị trượt, xoay Hình Xe đâm trực diện [20] Đối với tình xe tơ đâm trực diện (Hình 6) ta cần xác định giá trị gia tốc trục Z thay đổi bất thường tương ứng với vận tốc giảm tương ứng, hình 7, hình ta thấy liệu mơ giây thứ 19 giá trị gia tốc vượt ngưỡng bất thường kèm theo giá trị vận tốc giảm đột ngột Một hàm thể mối quan hệ gia tốc trục vận tốc thiết lập để đưa định vụ tai nạn giao thơng: 𝐻(𝑔, 𝑣) = 𝐹 𝐴𝑁𝐷𝑣 (1) Hình Xe bị tai nạn lái Trong đó: Đối với tình xe tơ bị lái (Hình 9), gây trượt bánh xe xe xoay nhiều vòng, xe va chạm mà bị lộn nhiều vòng ta cần xác định giá trị góc quay trục tương ứng đưa định, trường hợp giá trị vận tốc không tạo giảm đột ngột trường hợp xe đâm trực diện (Hình 10, 11) Hàm thể giá trị góc quay vận tốc: H(g,v): Hàm quan hệ giá trị gia tốc vận tốc 𝐹 : Biến thể thay đổi giá trị gia tốc theo trục Z 𝑣 : Biến thể thay đổi giá trị vận tốc 𝐻(𝑟, 𝑣) = 𝑅 , , 𝐴𝑁𝐷𝑣 Trong đó: H(r,v): Hàm quan hệ giá trị góc quay vận tốc 𝑅 , : Biến thể thay đổi giá trị góc quay theo trục x,y,z : Biến thể thay đổi 𝑣 giá trị vận tốc Hình Đồ thị gia tốc xảy va chạm ISBN 978-604-80-7468-5 327 (2) Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) sử dụng thiết bị giám sát hành trình tích hợp cảm biến qn tính Việc tích hợp cảm biến quán tính vào hệ thống giám sát hành trình có giúp giảm thiểu việc đầu tư trang thiết bị, hệ thống máy móc Kết thực nghiệm liệu mô cho thấy việc cảnh báo hệ thống đồ số hoạt động tốt, hệ thống cảnh báo trường hợp mô báo đạt tỷ lệ xác đến 99% Thơng qua việc phát cảnh báo hệ thống trực tuyến nhiều biện pháp, quan quản lý xác định mức độ tai nạn Phát sớm tai nạn giảm thiểu ca tử vong việc cấp cứu kịp thời cho nạn nhân, xử lý cố giúp đảm bảo việc di chuyển giao thông cho người dân cách thuận lợi Trong tương lai, liệu từ thiết bị có cảm biến quán tính sử dụng cho phân tích, đánh giá tình trạng mặt đường, từ đưa cảnh báo trạng đường giao thông để lái xe cách an tồn Hình 10 Đồ thị vận tốc xe bị xoay, lật TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Collin, J., Davidson, P., Kirkko-Jaakkola, M., Leppäkoski, H (2019) “Inertial Sensors and Their Applications.” In: Bhattacharyya, S., Deprettere, E., Leupers, R., Takala, J (eds) Handbook of Signal Processing Systems Springer, Cham https://doi.org/10.1007/978-3319-91734-4_2, pp 51–85 [2].N T Thu, T Dao, B Q Bao, D Tran, and P Van Thanh, “Real-Time Wearable-Device Based Activity recognition Using Machine Learning Methods,” Int J Comput Digit Syst., vol 11, no 1, pp 321–323, 2022 [3].N C Minh, T H Dao, D N Tran, Q H Nguyen, T T Nguyen, and D T Tran, “Evaluation of Smartphone and Smartwatch Accelerometer Data in Activity Classification,” 2021 8th NAFOSTED Conf Inf Comput Sci., pp 33–38, 2021 [4] I J Lee, "An accident detection system on highway using vehicle tracking trace," ICTC 2011, 2011, doi: 10.1109/ICTC.2011.6082684, pp 716-721 [5] B Maaloul, A Taleb-Ahmed, S Niar, N Harb and C Valderrama, "Adaptive video-based algorithm for accident detection on highways," 2017 12th IEEE International Symposium on Industrial Embedded Systems (SIES), 2017, doi: 10.1109/SIES.2017.7993382, pp 1-6 [6] R Rishi, S Yede, K Kunal and N V Bansode, "Automatic Messaging System for Vehicle Hình 11 Đồ thị giá trị góc quay trục xe bị xoay, lật Tại máy chủ nhận liệu từ giám sát hành trình tiến hành phân tích, xử lý cập nhật trạng thái di chuyển lên đồ số, giúp người dùng theo dõi cách dễ dàng (Hình 12) Hình 12 Hình ảnh cảnh báo hệ thống đồ số IV KẾT LUẬN Trong báo nhóm tác giả trình bày giải pháp phát hiện, cảnh báo tai nạn giao thông ISBN 978-604-80-7468-5 328 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Tracking and Accident Detection," 2020 International Conference on Electronics and Sustainable Communication Systems (ICESC), 2020, doi: 10.1109/ICESC48915.2020.9155836, pp 831834 [7] Rani, B & Sam, R & Kamatam, Govardhan (2018), "A Review on Vehicle Tracking and Accident Detection System using Accelerometer," International Journal of Applied Engineering Research 13 9215 10.37622/IJAER/13.11.2018, pp 9215-9217 [8] Routh, Jayati & das, Arshiya & Kundu, Piyashi & Thakur, Madhubarsha (2019), "Automatic Vehicle Accident Detection and Messaging System Using GPS and GSM Module," International Journal of Engineering Trends and Technology 67 69-72 10.14445/22315381/IJETT-V67I8P211 [9] Najim Al-Din, Munaf & AL-Baimani, Mahmood, “Vehicle Tracking and Accident Warning System,” Conference: 5th National Symposium on Engineering Final Year Projects, University of Nizwa, Oman (2015) [10] M Syedul Amin, J Jalil and M B I Reaz, "Accident detection and reporting system using GPS, GPRS and GSM technology," 2012 International Conference on Informatics, Electronics & Vision (ICIEV), 2012, doi: 10.1109/ICIEV.2012.6317382, pp 640-643 [11] E Ezhilarasan and M Dinakaran, "A Review on Mobile Technologies: 3G, 4G and 5G," 2017 Second International Conference on Recent Trends and Challenges in Computational Models (ICRTCCM), 2017, doi: 10.1109/ICRTCCM.2017.90, pp 369-373 [12] Dana, P.H “Global Positioning System (GPS) Time Dissemination for Real-Time Applications.” Real-Time Systems 12 https://doi.org/10.1023/A:1007906014916, pp 9–40 (1997) [13] M Rahnema, "Overview of the GSM system and protocol architecture," in IEEE Communications Magazine, vol 31, no 4, April 1993, doi: 10.1109/35.210402, pp 92-100 [14] D K Shaeffer, "MEMS inertial sensors: A tutorial overview," in IEEE Communications Magazine, vol 51, no 4, April 2013, doi: 10.1109/MCOM.2013.6495768, pp 100-109 [15] Pham, V T., Le, Q B., Nguyen, D A., Dang, N D., Huynh, H T., & Tran, D T (2019) Multi-sensor data fusion in a real-time support ISBN 978-604-80-7468-5 system for on-duty firefighters Sensors, 19(21), 4746 [16] Van, T N., Duc, T C., & Duc-Tan, T (2015) Application of street tracking algorithm in an INS/GPS integrated navigation system IETE Journal of Research, 61(3), 251258 [17] Luu, M H., Tran, D T., Nguyen, T L., Nguyen, D D., & Nguyen, P T (2006) Errors determination of the MEMS IMU, Journal of Science, Vietnam National University, Hanoi [18] Tan, T D., Anh, N T., & Anh, G Q (2011, January) Low-cost Structural Health Monitoring scheme using MEMS-based accelerometers In 2011 Second International Conference on Intelligent Systems, Modelling and Simulation (pp 217-220) [19] Uỷ ban an tồn giao thơng quốc gia, http://antoangiaothong.gov.vn/uy-ban-atgt-quocgia/79-nguoi-tu-vong-vi-tngt-trong-4-ngay-nghile-304-15-227920.html [20] Howstuffworks, https://auto.howstuffworks.com/car-drivingsafety/safety-regulatory-devices/car-testing.htm 329 ... Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) sử dụng thiết bị giám sát hành trình tích hợp cảm biến quán tính Việc tích hợp cảm biến quán tính vào hệ thống giám sát hành trình có giúp... [14-18]: sử dụng cảm biến quán tính bậc tự do, liệu cảm biến kết hợp với vận tốc di chuyển để đưa thông báo tai nạn giao thông Bảng thể liệu thu từ module GPS cảm biến quán tính, liệu sử dụng phân tích... thực giải pháp nhờ tích hợp thêm cảm biến qn tính vào thiết bị có giảm chi phí đầu tư mặt thiết bị, hệ thống II GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Server Vệ tinh Trạm BTS Thiết bị GSHT Thiết bị GSHT Máy tính/ thiết