nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hoá trong điều hành và quản lý hệ thống giao thông đô thị

Giải pháp này đòi hỏi vừa mang tính hiện đại, kết hợp được các thành tựu mới của khoa học công nghệ trên thế giới, vừa mang tính khả thi trong điều kiện đặc thù của hệ thống giao thông t

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học giao thông vận tải

3 Thời gian thực hiện: 01/2004 – 12/2005

4 Cơ quan chủ trì: Trờng Đại học Giao thông Vận tải

5 Bộ chủ quản: Bộ Giáo Dục và Đào Tạo

6 Danh sách tác giả:

1 PGS.Ts Lê Hùng Lân Trờng Đại học GTVT

2 Th.S Nguyễn Trung Dũng Trờng Đại học GTVT

3 TS Nguyễn Thanh Hải Trờng Đại học GTVT

4 Th.S Nguyễn Đức Kiên Trờng Đại học GTVT

5 KS Đặng Quang Thạch Trờng Đại học GTVT

6 Th.S Nguyễn Văn Tiềm Trờng Đại học GTVT

7 Th.S Lê Thị Tuyết Nhung Trờng Đại học GTVT

8 KS Lại Mạnh Dũng Trờng Đại học GTVT

9 KS Nguyễn Văn Bình Trờng Đại học GTVT

10 ThS Nguyễn Thanh Chơng Trờng Đại học GTVT

Thủ trởng cơ quan chủ trì đề tài

(Họ, tên, chữ ký và đóng dấu)

K/T hiệu trởng Phó hiệu trởng

Tóm tắt

Vấn đề giao thông đô thị trong nước hiện đang là vấn đề hết sức nhạy cảm và bức xúc của xã hội Để cải thiện được môi trường giao thông có hai nhóm biện pháp chính:

đó là mở rộng cơ sở hạ tầng và tăng cường công tác quản lý, điều hành Mục tiêu của

Đề tài là nghiên cứu ra một giải pháp về hệ thống quản lý, điều hành giao thông thành phố có tính tự động hoá và thông minh cao, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác cơ

sở hạ tầng sẵn có Giải pháp này đòi hỏi vừa mang tính hiện đại, kết hợp được các thành tựu mới của khoa học công nghệ trên thế giới, vừa mang tính khả thi trong điều kiện đặc thù của hệ thống giao thông trong nước

Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:

• Đưa ra cấu trúc hệ thống điều khiển giao thông thông minh;

Tính độc đáo của đề tài là hệ thống có tính đơn giản, khả thi mà đảm bảo được tính

tự động hoá cao, có cấu trúc khép kín và phân cấp

Mục lục

Chương I Lời mở đầu 11

Chương II Hệ thống điều khiển giao thông đô thị 20

II.1_ Tổng quan về các hệ thống quản lý và điều hành giao thông đô thị trên thế giới 20

II.1.1_ Hệ thống điều khiển giao thông thành phố Zurich, Thuỵ sĩ [1] 20

II.1.2_ Các trung tâm điều hành giao thông ở Mỹ (Houston, Los Angeles, Minesota, Chicago, Seattle, Phoenix, Destroit, San Antonio, Atlanta, Milwaukee).[2] 22

II.1.2.1_ Các trung tâm điều hành đường bộ 23

II.1.2.2_ Các trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông 25

II.1.2.3_ Các trung tâm điều hành vận tải transit 26

II.1.3_ Điều khiển và điều hành giao thông thành phố (UTMC) ở Anh [3-7] 28

II.1.4_ Hệ thống giao thông thông minh ở thành phố Luân đôn [4] 30

II.1.5_ Hệ thống điều hành giao thông ở thành phố Munich [8-9] 32

II.1.6_ Các dự án ITS ở Canada [10-11] 35

II.1.7_ Các hệ thống giao thông thông minh ở Ailen [12] 37

II.1.8_ Hệ thống giao thông thông minh ở Nhật bản [13] 37

II.1.9_ Quản lý, điều hành giao thông ở Singapore [14,15] 40

II.1.10_ Hệ thống điều hành giao thông ở Bắc kinh [16] 41

II.2_ Các hệ thống quản lý điều hành giao thông đô thị trong nước 42

II.2.1_ Thành phố Hà nội 42

II.2.2_ Thành phố Hồ Chí Minh 43

II.2.3_ Thành phố Đà nẵng 44

II.3_ Mô hình hệ thống quản lý điều hành giao thông thông minh đô thị việt nam 45

II.3.1_ Sơ đồ cấu trúc tổng thể hệ thống 45

II.3.2_ Các nhóm thiết bị chức năng 51

II.3.2.1_ Hệ thống giám sát dòng xe trên đường bằng camera 51

II.3.2.2_ Thiết bị giám sát hành trình xe 52

II.3.2.3_ Thiết bị hiển thị thông tin trên xe 53

II.3.2.4_ Một số phần mềm trợ giúp công tác điều hành và quản lý thông tin 53 II.3.3_ Lựa chọn phương thức truyền thông 55

II.3.3.1_ Các đặc điểm chung 55

II.3.3.2_ Phương pháp truyền dữ liệu qua mạng di động 56

II.3.3.3_ ứng dụng của dịch vụ GPRS 57

II.3.4.3_ Xây dựng phần mềm trong hệ thống quản lý giao thông công cộng 61

II.4_ Nhận xét và kết luận 64

Chương III Phần mềm mô phỏng hệ thống Giao thông đô thị 66

III.1_ Khái quát về phần mềm mô phỏng giao thông 66

III.1.1_ Vai trò của mô phỏng trong điều khiển giao thông 66

III.1.2_ Phân loại phần mềm mô phỏng giao thông 66

III.1.3_ Các chức năng cơ bản của một phần mềm mô phỏng giao thông 67

III.1.4_ Các hành vi thường được mô phỏng của phương tiện giao thông 68

III.1.5_ Kết xuất kết quả mô phỏng 69

III.2_ Một số phần mềm mô phỏng giao thông tiêu biểu 72

III.2.1_ CORSIM 72

III.2.2_ SIMTRAFFIC 72

III.2.3_ VISSIM 73

III.2.4_ HUTSIM 74

III.2.5_ Paramics 75

III.2.6_ AIMSUN 75

III.2.7_ WATSIM 77

III.3_ Một số nhận xét 78

III.4_ Phần mềm mô phỏng giaothông thành phố VTSIM 78

III.4.1_ Module xây dựng mô hình mạng giao thông 78

III.4.2_ Module mô phỏng giao thông 79

III.4.3_ Kết quả của chương trình mô phỏng 82

III.4.4_ Ngôn ngữ lập trình và công cụ phát triển 83

III.4.5_ Phương pháp đánh giá độ tin cậy kết quả mô phỏng 83

III.5_ Mô hình phương tiện giao thông trong phần mềm VTSIM 87

III.5.1_ Các chế độ hoạt động của phương tiện GT 87

III.5.2_ Khởi tạo các mô hình 87

III.5.3_ Mô phỏng cơ chế thu thập thông tin của lái xe 87

III.5.4_ Mô phỏng cơ chế ra quyết định “vĩ mô” 91

III.5.4.1_ Quyết định chuyển làn trái 92

III.5.4.2_ Quyết định chuyển làn phải 93

III.5.4.3_ Chuyển làn trái hay bám theo xe phía trước? 94

III.5.5_ Các mục tiêu vi mô 94

III.5.5.1_ Điều khiển đỗ xe 94

III.5.5.2_ Bám xe[38] (Car Flowing) 95

III.5.5.3_ Chuyển làn[38] 95

III.6_ Phương trình động lực và quỹ đạo chuyển động của xe trong phần mềm VTSIM 97

III.7_ Cấu trúc file dữ liệu chương trình VTSIM 100

III.7.1_ Giới thiệu chung 100

III.9.2_ Cấu trúc tổng quát hệ thống 113

III.9.3_ áp dụng trong chương trình mô phỏng VTSIM 115

III.10_ Phần mềm Mô phỏng hệ thống giao thông Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh 117

III.11_ Kết luận 119

Chương IV Trung tâm điều hành giao thông 120

IV.1_ VAI TRò và CHứC NĂNG CủA TRUNG TÂM ĐIềU HàNH GIAO THÔNG 120

IV.2_ CáC KHốI THIếT Bị CƠ BảN 120

IV.2.1_ Thiết bị phần cứng 120

IV.2.2_ Phần mềm ứng dụng 122

IV.2.3_ Phương pháp kết nối phần mềm điều hành với phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông đô thị 122

IV.2.3.1_ Thu thập số liệu về tình trạng giao thông theo thời gian thực 124

IV.2.3.2_ Xử lý số liệu trong chương trình mô phỏng 124

IV.2.3.3_ Kết quả và một số nhận xét 125

IV.3_ Mô hình truyền dữ liệu qua wap tại trung tâm điều khiển 125

IV.4_ Kết luận 128

Chương V Thiết bị thu thập thông tin trên xe sử dụng thông tin định vị toàn cầu gps 129

V.1_ Giới thiệu khái quát về hệ thống định vị toàn cầu 129

V.1.1_ Lịch sử kỹ thuật định hướng 129

V.1.2_ Nguyên lý định vị vệ tinh GPS 129

V.1.3_ Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS 132

V.1.4_ Các thông số cơ bản về hệ GPS 133

V.1.4.1_ Các vệ tinh trong không gian 133

V.1.4.2_ Cấu trúc tín hiệu GPS 135

V.1.4.3_ Máy thu GPS 138

V.1.5_ Một số ưu điểm của hệ GPS 140

V.1.6_ Một số nhà sản xuất máy thu GPS chuyên nghiệp 140

V.1.6.1_ Hãng GARMIN 140

V.1.6.2_ Hãng THALES 141

V.1.6.3_ Hãng INTERSTATE ELECTRONICS CORPORATION 142

V.1.6.4_ Hãng NAVMAN 142

V.1.6.5_ Hãng WHISTLER 142

V.1.6.6_ Hãng HP 143

V.1.6.7_ Hãng ISTAC 143

V.1.7.4_ Các ứng dụng trong phương tiện giao thông đường bộ 144

V.2_ Thiết bị kiểm soát hành trình offline kiểu hộp đen sử dụng gps 145

V.2.1_ Giới thiệu: 145

V.2.2_ Cấu trúc thiết bị hộp đen GPS: 145

V.2.3_ Thiết kế chi tiết thiết bị hộp đen GPS – VeDA1: 146

V.2.4_ So sánh với các thiết bị hộp đen hiện nay: 148

V.3_ Thiết bị giám sát hành trình trực tuyến 151

V.3.1_ Giới thiệu: 151

V.3.2_ Các tính năng của thiết bị giám sát hành trình trực truyến: 152

V.3.3_ Thiết kế các thiết bị trong hệ thống giám sát hành trình trực tuyến: 153

V.3.4_ So sánh với các thiết bị kiểm soát hành trình trực tuyến hiện nay: 158

V.4_ Kết luận 161

Chương VI Mô hình thiết bị thu thập thông tin và đánh giá trạng thái dòng giao thông 162

VI.1_ phân tích các giải pháp đánh giá dòng giao thông và việc sử dụng công nghệ xử lý ảnh trong đánh giá dòng giao thông trên thế giới 162

VI.1.1_ Tổng quan 162

VI.1.2_ Phân tích các giải pháp đánh giá dòng giao thông trên thế giới 163

VI.1.2.1_ Giải pháp sử dụng các chủng loại thiết bị cảm ứng gắn trên từng đối tượng tham gia giao thông 163

VI.1.2.2_ Giải pháp với thiết bị được cài đặt tại đường giao thông 166

VI.1.3_ Sử dụng công nghệ xử lý ảnh trong đánh giá dòng giao thông 168

VI.1.4_ Một số kỹ thuật cơ bản trong việc giám sát giao thông bằng công nghệ xử lý ảnh trên thế giới 169

VI.1.5_ Một số hệ thống giám sát giao thông dựa trên công nghệ xử lý ảnh hiện có trên thế giới 172

VI.2_ phần mềm đánh giá dòng giao thông trên cơ sở công nghệ xử lý ảnh 178

VI.2.1_ Giới thiệu 178

VI.2.2_ Tổng quan hệ thống 178

VI.2.3_ III xây dựng hệ thống 179

VI.2.3.1_ Tiền xử lý ảnh 179

VI.2.3.2_ Phát hiện và tách đối tượng 181

VI.2.3.3_ Nhận dạng và bắt bám đối tượng 184

VI.2.4_ chương trình 185

VI.2.4.1_ Một số yêu cầu kỹ thuật 185

VI.2.4.2_ Hướng dẫn chạy chương trình 185

VI.3_ Kết luận 190

VII.4_ CấU TRúC mạng Dữ LIệU TRUYềN GIữA TRUNG TÂM Và THIếT

Bị TRÊN XE 192

VII.4.1_Các đặc điểm chung 192

VII.4.2_Phương pháp truyền dữ liệu qua mạng di động 194

VII.4.3_ứng dụng của dịch vụ GPRS 194

VII.5_ CáC THIếT Bị THựC HIệN 197

VII.5.1_Máy tính nhúng 197

VII.5.2_Bộ thu tín hiệu GPS 200

VII.5.3_Modem truyền thông GSM 202

VII.5.4_Thiết bị truyền dữ liệu giữa trung tâm và thiết bị trên xe 204

VII.6_ Kết luận 210

Chương VIII MÔ HìNH THIếT Bị CUNG CấP THÔNG TIN CHO NGƯờI THAM GIA GIAO THÔNG 211

VIII.1_ MụC ĐíCH, NHIÊM Vụ CủA THIếT Bị 211

VIII.2_ THIếT Kế CấU TRúC Hệ THốNG 211

VIII.2.1_ Tính năng kỹ thuật bảng thông tin điện tử 211

VIII.2.2_ Thiết kế bên trong bảng thông tin 211

VIII.2.3_ Phần mềm điều khiển bên trong bảng điện tử 217

VIII.2.4_ Kênh truyền dữ liệu giữa trung tâm và bảng thông tin điện tử 217

VIII.2.5_ Chương trình điều khiển 217

VIII.3_ Kết luận 231

Chương IX Kết luận và kiến nghị 232

Danh mục các hình vẽ

Hình1 - Cấu trúc phân cấp hệ thống điều khiển giao thông 20

Hình2 - Trao đổi thông tin trong hệ thống 21

Hình3 - Trung tâm điều hành giao thông 22

Hình4 - Giám sát phương tiện giao thông 23

Hình5 - Một số thiết bị trên đường 24

Hình6 - Trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông 25

Hình7 - Chỉ dẫn bằng biển quang báo 26

Hình8 - Sử dụng thông tin định vị và ảnh vệ tinh 27

Hình9 - Cấu trúc UTMC ở Anh 28

Hình10 - UTMC trên Inernet 29

Hình11 - Hệ thống giao thông thông minh ITS ở Luân Đôn 31

Hình12 - Quản lý thông tin GIS trên Internet 32

Hình13 - Hệ thống điều hành giao thông ở thành phố Munich 34

Hình14 - Các dự án ITS ở Canada 36

Hình15 - Hệ thống giao thông thông minh ở Nhật bản 40

Hình16 - Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều hành và quản lý thông minh giao thông thành phố 46

Hình17 - Các phân hệ của hệ thống 48

Hình18 - Sơ đồ cấu trúc logic 49

Hình19 - Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển giao thông thành phố thông minh 50

Hình20 - Giám sát dòng xe bằng camera 51

Hình21 - Thiết bị giám sát hành trình off-line 53

Hình22 - Kết cấu mạng truyền thông thu thập dữ liệu về trung tâm 55

Hình23 - Dạng dữ liệu truyền về trung tâm 56

Hình24 - Sơ đồ kết nối truyền dữ liệu sử dụng phương pháp CSD 56

Hình25 - Sơ đồ kết nối truyền dữ liệu sử dụng phương pháp GPRS 58

Hình26 - ứng dụng Wap 58

Hình27 - Kiến trúc hệ thống quản lý mạng lưới xe BUS 60

Hình28 - Phân loại phần mềm theo phạm vi mô phỏng 67

Hình29 - Của sổ chính của phần mềm SIMTRAFFIC 72

Hình30 - Của sổ chính của phần mềm VISSIM 73

Hình31 - Các sản phẩm của PTV 74

Hình32 - Của sổ chính của phần mềm HUTSIM 74

Hình33 - Mô phỏng giao thông trên cầu vượt bằng Paramics 75

Hình34 - Mô phỏng giao thông trên đường cao tốc bằng Paramics 75

Hình35 - Mô phỏng giao thông trong đô thị bằng AIMSUN 76

Hình36 - Chế độ đồ họa 2D của AIMSUN 77

Hình37 - Mô phỏng giao thông trong thành phố bằng WATSIM 77

VTSIM(2) 80

Hình42 - Mô phỏng giao thông trên nút Nguyễn Chí Thanh – Đê La Thành bằng VTSIM(3) 81

Hình43 - Hiển thị kết quả mô phỏng 82

Hình44 - Đồ thị thể hiện số lượng xe đợi trước đèn đỏ 83

Hình45 - Các quá trình chuyển chế độ hoạt động 89

Hình46 - Biến ngôn ngữ D 91

Hình47 - Biến ngôn ngữ DD 91

Hình48 - Biến ngôn ngữ O, B, P 92

Hình49 - Biến ngôn ngữ H 92

Hình50 - Bám xe 95

Hình51 - Chuyển làn trái 96

Hình52 - Quỹ đạo chuyển động của xe 98

Hình53 - Quan hệ giữa các bảng trong CSDL 111

Hình54 - Quan hệ giữa các bảng kết quả 112

Hình55 - Bố trí camera trên nút 113

Hình56 - Lưu đồ hệ thống 114

Hình57 - Các luật cho quá trình điều khiển mờ 116

Hình58 - Bản đồ hệ thống giao thông trong phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông Hà Nội 117

Hình59 - Bản đồ hệ thống giao thông trong phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông TP HCM 118

Hình60 - Mô hình truyền dữ liệu GPRS từ thiết bị gắt trên xe 121

Hình61 - Mô hình nhận dữ liệu tại Wap server đặt tại trường đại học giao thông vận tải và nhận trực tiếp tin nhắn 121

Hình62 - Cấu trúc chức năng hệ thống 123

Hình63 - Giao thức WAP 125

Hình64 - Mô hình Internet với ứng dụng truy nhập từ xa 126

Hình65 - Cấu trúc của mô hình WAP 126

Hình66 - Cấu trúc một WAP Gateway 127

Hình67 - Hệ GPS trong hệ tọa độ địa tâm 130

Hình68 - Cách định vị GPS trong không gian 132

Hình69 - Cấu trúc hệ thống định vị vệ tinh GPS 132

Hình70 - Vệ tinh GPS block II 134

Hình71 - Phân bố vệ tinh GPS trên quĩ đạo 135

Hình72 - Sơ đồ khối máy thu GPS 139

Hình73 - Sơ đồ cấu trúc chung của thiết bị hộp đen GPS 146

Hình74 - Thuật toán xử lý 148

Hình75 - Sơ đồ kiến trúc hệ thống quản lý 153

Hình76 - Sơ đồ mạch điều khiển modem thu thập dữ liệu từ GPS & truyền dữ liệu qua GSM 155

Hình77 - Giao diện quản lí xe BUS Hà Nội 158

Hình83 - Mô hình hệ thống giám sát giao thông dựa trên công nghệ xử lí ảnh 169

Hình84 - Mô hình đặc (rỗng) của một đối tượng xe 171

Hình85 - Hệ thống giám sát giao thông của hãng IBM 172

Hình86 - Sơ đồ mô tả các tiến trình xử lí của hệ thống 176

Hình87 - Kết quả nhận dạng 177

Hình88 - Mô hình hệ thống giám sát giao thông bằng công nghệ xử lý ảnh 178

Hình89 - Sơ đồ dòng mô tả các tiến trình xử lý của hệ thống 179

Hình90 - Phát hiện và tách đối tượng 181

Hình91 - Nhận dạng và bắt bám đối tượng 184

Hình92 - Phương thức truyền dữ liệu 193

Hình93 - Kết cấu mạng truyền thông thu thập dữ liệu về trung tâm 193

Hình94 - Sơ đồ kết nối truyền dữ liệu sử dụng phương pháp CSD 194

Hình95 - Sơ đồ kết nối truyền dữ liệu sử dụng phương pháp GPRS 195

Hình96 - Thiết bị máy tính nhúng 197

Hình97 - Thông tin lái xe nhận được từ trung tâm 199

Hình98 - Biểu đồ tốc độ xe 199

Hình99 - Thông tin ghi trong cơ sở dữ liệu 200

Hình100 - Bộ thu tín hiệu GPS 200

Hình101 - Modem truyền thông GSM 203

Hình102 - Sơ đồ cấu trúc thiết bị modem GMS GM862 204

Hình103 - Cấu trúc Chip điều khiển 205

Hình104 - Sơ đồ các khối Digital 205

Hình105 - Sơ đồ khối Analog 206

Hình106 - Cấu trúc Chip trong thiết bị thu thập và truyền số liệu 207

Hình107 - Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm 215

Hình108 - Cấu trúc phần cứng của Chip 216

danh mục các bảng biểu

mô phỏng 70

Bảng 2- So sánh các phần mềm mô phỏng theo cách kết xuất dữ liệu 71

Bảng 3- So sánh số lượng xe hoạt động trên mỗi tuyến đường (chỉ tiêu 2) 86

Bảng 4- Tính các giá trị Oportunity, Benefit 93

Bảng 5- Tính các giá trị Pressure 94

Bảng 6- So sánh một số loại hộp đen hiện có 150

Bảng 7- So sánh một số loại thiết bị định vị online trên thị trường 160

Bảng 8- Đặc điểm kỹ thuật máy tính nhúng LE 364 198

Bảng 9- Đặc tính kĩ thuật đầu thu tín hiệu GPS 201

Bảng 10- Dữ liệu về toạ độ, tốc độ và số vê tinh thu nhận được 202

Bảng 11- Sơ đồ cấu trúc của Chip điều khiển CY8C29443 208

Điện thoại: 04.7661127 (CQ), 04.7845767 (NR)Fax: 04.8342413

Mobile: 0913588873 Email.: lehunglan@fpt.vn

Địa chỉ cơ quan: Trường đại học GTVT Láng thượng, Đống đa, Hà nội

Địa chỉ nhà riêng: Số 6, tổ 7, Yên hoà, Cầu giấy, Hà nội

8 Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Giao thông vận tải

Điện thoại: 04.7663311 Fax: 04.8342413

Email.: utc@hn.vnn.vn

Địa chỉ: Phường Láng thượng, quận Đống Đa, Hà nội

9 Mục tiêu của đề tài:

- Xây dựng phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông đô thị Việt nam, ứng dụng cho t/p Hà nội và t/p Hồ Chí Minh

- Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển giao thông thông minh tích hợp các thiết bị đo lường, điều khiển và phần mềm hệ thống

- Thiết kế, chế tạo, thử nghiệm một số phân hệ trong hệ thống điều khiển giao thông đô thị

10 Nội dung nghiên cứu:

Nghiên cứu đánh giá thực trạng giao thông 2 thành phố lớn: Hà nội và Hồ Chí Minh (kết cấu hạ tầng, tình trạng giao thông) bằng cách điều tra khảo sát thực tế và thu thập số liệu cụ thể trên các nút giao thông, các điểm xuất phát và kết thúc quan trọng, các tuyến xe buýt, … (quay phim, chụp ảnh, ghi hình, phỏng vấn) Chú ý thành lập quy luật thống kê trong dữ liệu thu thập được Phân tích quan hệ cung cầu trong hệ thống giao thông

giao thông Việt nam, … Đây là những yếu tố cơ bản làm cho kết quả nghiên cứu mang tính thực tế và khác với các nước

- Nghiên cứu xây dựng phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông thành phố bằng các kỹ thuật lập trình tiên tiến, có cấu trúc mô đun, mở, phân cấp, có khả năng ghép nối với cơ sở dữ liệu GIS và cập nhật số liệu thực

- Xây dựng phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông cho thành phố Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh

- Đưa ra các giải pháp kỹ thuật góp phần phòng chống, giải toả ách tắc giao thông

và quy hoạch đô thị dựa trên kết quả mô phỏng thực trạng giao thông ở 2 thành phố

- Nghiên cứu xây dựng cấu trúc mô hình trung tâm giám sát, điều hành, quản lý giao thông thành phố trên cơ sở tích hợp chương trình mô phỏng và các thiết bị đo lường, điều khiển, xử lý, truyền thông tin khác

- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thử nghiệm thiết bị đánh giá thông tin về dòng giao thông (lưu lượng, mật độ, tốc độ, …) bằng công nghệ xử lý ảnh và trí tuệ nhân tạo

- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thử nghiệm thiết bị thu thập thông tin về xe (vị trí, tốc độ, …) trên cơ sở công nghệ GPS

- Nghiên cứu thiết kế các phần mềm thu thập, xử lý số liệu tại các cơ sở và trung tâm điều khiển như dự báo, tính toán chu kỳ đèn tín hiệu, chọn lựa phương án điều hành và tuyến đường thích hợp, …

- Nghiên cứu, chọn lựa các phương thức truyền thông và hiển thị thông tin trên

đường (biển báo, đèn tín hiệu, …) và tới người lái xe (âm thanh, hình ảnh, )

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm thiết bị cung cấp thông tin cho người lái xe về tình hình giao thông và lựa chọn tuyến tối ưu

Tổ đề tài, cơ quan chủ trì đề tài dự kiến sẽ phối hợp chặt chẽ với các đối tác là các

Sở GTCC, Sở KH&CN và các công ty, trung tâm có chức năng kinh doanh vận tải,

điều hành, quản lý giao thông để có thể đưa nhanh các kết quả của đề tài vào áp dụng trong thực tế Trong số các cơ quan có nhu cầu sử dụng kết quả nghiên cứu của đề tài,

2 địa bàn được chọn lựa dự kiến phối hợp nghiên cứu thử nghiệm là Hà nội và t/p Hồ Chí Minh

Thời gian (BĐ-KT)

điều tra xã hội học (mật

độ dân cư, phương tiện, nhu cầu giao thông, …), lịch trình các tuyến giao thông công cộng

1/2004 - 2/2004

Trường Đại học GTVT, Viện KHCN GTVT, Trường Đại học Bách khoa t/p HCM

2/2004 - 3/2004

6/2004

4/2004-Trường Đại GTVT, trường Đại học Bách khoa t/p HCM

có khả năng giao tiếp với các cơ sở dữ liệu

8/2004

2/2004-Như trên

12/2004 Tr−êng §¹i häc

GTVT, ViÖn KHCN GTVT, Së GTCC Hµ néi, tr−êng §¹i häc B¸ch khoa vµ Së GTCC t/p HCM

pháng vµ c¸c thiÕt bÞ kh¸c

8/2004

4/2004-Tr−êng §¹i häc GTVT

®−îc môc tiªu ®iÒu khiÓn vµ cã kh¶ n¨ng truyÒn th«ng

10/2004

3/2004-Tr−êng §¹i häc GTVT

n¨ng truyÒn th«ng

10/2004

3/2004-Tr−êng §¹i häc GTVT

bÞ ngo¹i vi vµ trung t©m

6/2004

3/2004-Tr−êng §¹i häc GTVT

…

3/2005

9/2004-Trường Đại học GTVT

12 Dạng kết quả dự kiến của đề tài:

I II III

♦ Mẫu (model,

maket)

♦ Quy trình công nghệ

♦ Giống cây

trồng

♦ Luận chứng kinh tế-kỹ thuật, nghiên cứu khả thi

máy tính ⌧

T phẩm

2 3 4 Phần mềm

được các số liệu theo thời gian thực từ các thiết

bị giám sát giao thông, phản ánh được đúng điều kiện thực tế về dòng giao thông đa phương tiện trong nước (gồm ôtô các loại và xe máy)

- Bộ khung cơ sở dữ liệu có khả năng lưu trữ

các thông tin về:

+ Cơ sở hạ tầng hệ thống giao thông (hình dáng, kích thước, khả năng đáp ứng các yêu cầu

về lưu lượng, tốc độ, các công trình phụ trợ,…)

- Các quy định mang tính pháp lý đối với các

đối tượng tham gia giao thông (tốc đọ cho phép, khoảng cách an toàn, thời gian được phép hoạt

động)

- Trạng thái hoạt động theo quá trình của hệ thống giao thông (lưu lượng tại các thời điểm, các tình huống giao thông…), Các luồng giao thông chính, thông tin vầ lịch trình hoạt động của

xử lý, dự báo, đưa ra các quyết định tối ưu gửi

đến người sử dụng qua hệ thống mạng chuyên dụng và mạng viễn thông công cộng

đến năm 2010, cập nhật được các số liệu theo thời gian thực về lưu lượng, mật độ dòng phương tiện

Có phần mềm mô

phỏng GTĐT và hỗ trợ ra quyết định

Có các chương trình

dự báo lưu lượng, khả năng ách tắc giao thông

Có khả năng thu

Chưa

có

thiết như: đèn, biển báo, người tham gia giao thông

Có phần mềm tính toán chu kỳ đèn tín hiệu tối ưu

Có khả năng tự động thu thập dữ liệu về vị trí, tốc độ và gửi về trung tâm qua mạng viễn thông công cộng

điều hành quyết định trên cơ sở có sự trợ giúp của hệ thống

Chưa

có

quyết định trên cơ sở

có sự trợ giúp của hệ thống

15 Kinh phí thực hiện đề tài:

Đơn vị tính: Triệu đồng

Kinh phí thực hiện đề tài phân theo các khoản chi

khoán chuyên môn

Nguyên,vật liệu, năng l−ợng

Thiết bị, máy móc

Xây dựng, sửa chữa nhỏ

Chương II Hệ thống điều khiển giao thông

II.1.1_ Hệ thống điều khiển giao thông thành phố Zurich, Thuỵ sĩ [1]

Trong thành phố Zurich việc áp dụng máy tính để điều khiển giao thông đã được

áp dụng từ những năm 70 Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin gần đây trong các năm 1991-1995 hệ thống điều khiển giao thông (với hơn

200 nút) đã được nâng cấp, phát triển Hệ thống điều khiển giao thông được xây dựng bởi Viện công nghệ liên bang Thuỵ sĩ và các công ty công nghiệp trong nước Mục tiêu của giải pháp kỹ thuật xây dựng hệ thống là:

• Hệ thống có khả năng trao đổi thông tin qua mạng nội tuyến giữa các nút và ngoại tuyến với các ứng dụng khác

• Hệ thống cung cấp giao diện thân thiện với người sử dụng trong việc xây dựng

và bảo trì

• Hệ thống được mô đun hóa

Cấu trúc phân cấp hệ thống điều khiển giao thông được mô tả qua hình dưới đây

Minesota, Chicago, Seattle, Phoenix, Destroit, San Antonio, Atlanta, Milwaukee).[2]

ý tưởng về trung tâm điều hành giao thông ở Mỹ đã nảy sinh từ những năm 60 và

70 khi lượng giao thông tăng nhảy vọt và việc xây dựng các đường giao thông mới chậm lại, không còn đáp ứng được nhu cầu giao thông nữa Khi đó bắt buộc phải tìm kiếm các giải pháp nâng cao hiệu quả giao thông mà không cần đến sự mở rộng của cơ

sở hạ tầng Việc thành lập các trung tâm điều hành giao thông (Traffic Management Centers – TMC) như hạt nhân cơ bản trong các hệ thống quản lý, điều hành giao thông

là một trong các giải pháp quan trọng đó

TMC là công cụ để tiến hành việc quản lý và phối hợp các chủ thể tham gia giao thông Có thể coi đó là nơi thu thập, xử lý các thông tin về mạng lưới giao thông, kết hợp với các thông tin điều hành, điều khiển khác để đưa ra các thông tin trợ giúp cho người quản lý, điều hành hệ thống giám sát hoạt động hệ thống GTVT và quyết định các chiến lược điều khiển thích hợp

Các TMC khác nhau bởi quy mô và chức năng Nó có thể là các trung tâm điều hành đường bộ, trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông và trung tâm điều hành vận tải transit tuỳ theo chức năng riêng

Hình3 - Trung tâm điều hành giao thông

II.1.2.1_ Các trung tâm điều hành đường bộ

Trung tâm điều hành đường bộ chịu trách nhiệm giám sát và điều khiển giao thông trên các xa lộ liên tỉnh Các hoạt động của nó tập trung vào việc phát hiện, kiểm tra và giải quyết các tai nạn xảy ra, gây cản trở giao thông; cung cấp thông tin cho người tham gia giao thông; tối ưu hoá khả năng thông qua của đường bằng các biện pháp tích cực như điều khiển các nút nhập, tách dòng

Trung tâm nhận các thông báo về tai nạn qua mạng các cảm biến (các vòng cảm ứng- loop detetor, radar, …) liên tục giám sát dòng giao thông (tốc độ, mật độ, …), các cuộc gọi khẩn cấp, các hệ thống thông tin trên xe và các camera giám sát Các thông báo nhận được được kiểm tra lại qua hệ thống camera giám sát

Sau đó, trung tâm đưa ra các biện pháp giải quyết tình huống bao gồm việc lập biên bản, cấp cứu, sửa chữa phương tiện, đặt biển báo hiệu, thông báo qua sóng radio

II.1.2.2_ Các trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông

Trung tâm giám sát dòng giao thông trên các đường phố và can thiệp vào việc hiệu chỉnh thời gian đặt tín hiệu đèn giao thông cần thiết Giống như các trung tâm điều hành đường bộ, trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông có trách nhiệm giám sát, phát hiện và giải quyết các tình huống tai nạn giao thông Nó cũng có thể phối hợp với trung tâm điều hành đường bộ để phân luồng các tuyến ra vào thành phố hợp lý khi có

sự cố xảy ra

Hình6 - Trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông

II.1.2.3_ Các trung tâm điều hành vận tải transit

Nhiệm vụ của chúng là điều hành các đội xe buýt hoặc xe bánh sắt làm chức năng vận chuyển transit sao cho tối ưu hoá thời gian cho hành khách và hiệu quả kinh tế việc phối hợp các phương tiện vận chuyển trong hệ thống

Các chức năng chính của các trung tâm điều hành giao thông bao gồm:

* Quản lý đường bộ: giám sát và điều khiển dòng giao thông Nó bao gồm các việc cân bằng tích cực các tuyến, đặt tốc độ thích hợp cho các tuyến và điều khiển việc tách nhập dòng

* Quản lý sự cố: báo hiệu cho người giao thông về các tình huống nguy hiểm, không an toàn, tuần tra, phát hiện các sự cố, giải quyết sự cố, vận chuyển phương tiện

ra khỏi địa điểm xảy ra tai nạn, …

* Quản lý phương tiện: giám sát và điều hành các đoàn xe đang hoạt động trên

đường Điểm mấu chốt là giám sát được vị trí phương tiện giao thông (tự động hoặc không tự động qua đường thông báo radio), từ đó xác định xem phương tiện có bám sát đúng hành trình và giãn cách quy định hay không

* Điều khiển tín hiệu giao thông: giám sát dòng giao thông ra vào các nút có đặt

đèn tín hiệu và điều chỉnh thời gian chu kỳ đèn thích hợp cho mạng các đèn tín hiệu

* Thông tin và điều khiển hệ thống (SCADA): chức năng này được thực hiện bởi nhiều TMC khác nhau, ví dụ ở các hầm tunel, đó là các hệ thống thông gió, giám sát

an toàn, chống cháy, …

* Quảng bá thông tin: cung cấp các thông tin cần thiết đến người tham gia giao thông thông qua các phương tiện như biển báo điện tử (variable message signs), phát thanh trên đường, báo chí, internet, điện thoại, …

Hình8 - Sử dụng thông tin định vị và ảnh vệ tinh

• Giảm thời gian giải quyết sự cố, giảm tỷ lệ tai nạn giao thông Các kết quả điều tra cho thấy tỷ lệ tai nạn giảm 25%, tốc độ giao thông trung bình trong giờ cao điểm tăng 35% và khả năng thông qua tăng 22% sau khi các trung tâm điều hành giao thông

được đưa vào sử dụng

• Tăng an toàn

• Giảm ách tắc

• Tăng lượng thông tin cho các bài toán quản lý giao thông (lập kế hoạch, thiết

kế, xây dựng, vận hành, bảo dưỡng)

• Tiết kiệm chi phí cho đội ngũ nhân viên

II.1.3_ Điều khiển và điều hành giao thông thành phố (UTMC) ở Anh [3-7]

Các thành phần chính của các hệ thống UTMC bao gồm:

• Cổng giao tiếp với các hệ thống ngoài, chẳng hạn các UTMC khác, các hệ thống đếm xe và giám sát xe khác

• Tuyển chọn các giải pháp giám sát, phân tích, điều khiển giao thông

• Cơ sở dữ liệu chung: lưu trữ thông tin và sẵn sàng cung cấp cho các thành phần khác của hệ thống, cho các hệ thống khác và cho người điều hành

• Các cổng giao tiếp với các trạm ngoại tuyến và từ các trạm ngoại tuyến đến các thiết bị điều khiển

Hình9 - Cấu trúc UTMC ở Anh

• Nút B: trung tâm điều hành giao thông Về mặt logic có một trung tâm nh−ng

nó có thể phân bố trên các toà nhà hoặc máy tính khác nhau;

• Nút C: trạm ngoại tuyến thông minh, có thể điều khiển một số thiết bị điều khiển và trao đổi thông tin với các nút C khác;

• Nút D: các thiết bị điều khiển, chẳng hạn bảng quang báo điện tử, bộ điều khiển

đèn tín hiệu, …

• Nút C: các thiết bị di động (trên xe)

Hình10 - UTMC trên Inernet

II.1.4_ Hệ thống giao thông thông minh ở thành phố Luân đôn [4]

Các giải pháp giao thông thông minh ở thành phố Luân đôn bao gồm: đèn đỏ và tốc độ, ưu tiên phương tiện vận tải công cộng, thông tin cho người tham gia giao thông, quản lý bến đỗ xe, điều khiển nút, trung tâm điều hành và điều khiển giao thông thành phố, quản lý sự cố, trợ giúp ngưòi tàn tật, hệ thống thông tin cho người lái

xe, mạng các camera giám sát, làn xe riêng cho xe buýt

H×nh11 - HÖ thèng giao th«ng th«ng minh ITS ë Lu©n §«n

MOBINET xây dựng một cấu trúc hệ thống mở để điều khiển giao thông đường phố theo chiến lược điều hành sau:

1 ở mức độ cục bộ, sử dụng các phương pháp điều khiển thích nghi đáp ứng với những thay đổi ngắn hạn về lượng các sự kiện giao thông có thể (chẳng hạn, yêu cầu

ưu tiên với giao thông công cộng) theo các mục tiêu định trước Các phản ứng này tiến hành trong khuôn khổ định trước ở mức chiến thuật Đồng thời các số liệu vi mô thu thập được theo từng giây ở mức này sẽ được truyền lên mức chiến thuật

2 Trên cơ sở các thông tin thu thập được về dòng giao thông các phương pháp

điều khiển thích nghi ở mức chiến thuật được sử dụng để đánh giá quan hệ giữa các

điểm xuất phát và đến trên mạng giao thông, đưa ra những dự báo ngắn hạn và trung hạn về lưu lượng giao thông Trên cơ sở đó kết hợp với các mô hình công tác tương ứng xác định phương án tổng quát tối ưu theo mục tiêu đã định

3 Mức chiến lược có nhiệm vụ giám sát việc điều khiển và tình hình giao thông

đã thiết lập Tại đây cần có các công cụ phần mềm trợ giúp cho người quản lý ra các quyết định điều hành Có thể phân chia ở đây ra các hệ thống con làm từng nhiệm vụ riêng biệt như vận tải công cộng, giao thông thành phố, quản lý đường xá, … Điều quan trọng là phối hợp được hoạt động của các hệ thống này để đạt được hiệu quả của chính sách giao thông tổng quát và tối ưu hoá các khả năng thông qua của toàn bộ hệ thống giao thông

Dự án dự kiến hoàn thành vào giữa năm 2003

Cấu trúc hệ thống điều hành giao thông mới ở CHLB Đức được mô tả trên hình vẽ sau [10]

H×nh13 - HÖ thèng ®iÒu hµnh giao th«ng ë thµnh phè Munich

II.1.6_ Các dự án ITS ở Canada [10-11]

Các ITS nhận được sự quan tâm rất lớn ở Canada Từ năm 1999 Bộ giao thông Canada đã hỗ trợ 18 triệu USD cho các dự án và nghiên cứu ITS Tổng số các dự án

được hỗ trợ là 25 và mỗi dự án được hỗ trợ 250.000 USD Ví dụ, dự án lắp đặt và tích hợp công nghệ video vào hệ thống quản lý giao thông sẵn có ở thành phố Burlington

có chi phí là 525.800 USD, được hỗ trợ 246.640 USD, dự án tích hợp hệ thống quản lý bằng video để tự động phát hiện sự cố trên đường vào hệ thống điều hành giao thông hiện tại ở thành phố Toronto có chi phí 325.000 USD được hỗ trợ 150.000 USD, dự án

“Societe de transport de Laval” về ứng dụng công nghệ GPS trong tăng cường cung cấp dịch vụ thông tin thời gian thực cho người tham gia giao thông có chi phí 3.500.000 USD được hỗ trợ 250.000 USD …

H×nh14 - C¸c dù ¸n ITS ë Canada

II.1.7_ Các hệ thống giao thông thông minh ở Ailen [12]

Nhu cầu đòi hỏi ngày càng tăng về điều khiển giao thông hiệu quả trong các thành phố bắt buộc các cơ quan lãnh đạo nhiều thành phố khác nhau ở Ailen phải sử dụng các ITS để tối đa hoá chất lượng mạng lưới giao thông Thành phần cơ bản của ITS là

hệ thống điều khiển giao thông thích nghi có nhiệm vụ giám sát dòng giao thông suốt 24h/ngày, hiệu chỉnh thời gian và phối hợp các đèn tín hiệu và thông báo các lỗi tín hiệu cho các cán bộ điều hành giao thông ở thành phố Dublin hệ thống thích nghi có tên SCATS không đòi hỏi việc định trước các thời gian đèn tín hiệu Các bộ cảm biến thu thập thông tin về dòng giao thông và truyền về các phần mềm SCATS Máy tính và các thuật toán cài đặt trong các tủ điều khiển ở các nút phân tích, tính toán trong thời gian thực các thời gian tín hiệu đèn giao thông phù hợp với điều kiện giao thông thực

tế Ban đầu SCATS được lắp đặt ở Dublin cho 32 nút Sau đó, dần dần hệ thống được

mở rộng và hiện nay đã điều khiển cho hơn 400 nút trong khu vực Dublin Hệ thống

điều khiển giao thông thích nghi là công cụ hữu hiệu để giảm ách tắc và điều hành giao thông Hệ thống SCATS cũng được lắp đặt ở thành phố Waterford và một hệ thống tương tự, có tên SCOOT, hiện được triển khai ở các thành phố Cork và Limerick

II.1.8_ Hệ thống giao thông thông minh ở Nhật bản [13]

Nhật bản là một trong các nước đầu tiên trên thế giới nghiên cứu và triển khai hệ thông điều khiển giao thông thông minh (ITS), từ năm 1973 Hệ thống ITS là một tổng thể hệ thống lớn bao gồm các thành phần chính như đường, xe, người và các trung tâm

điều hành, được liên kết bằng các luồng thông tin xử lý trên nền tảng các công nghệ hiện đại như công nghệ thông tin, công nghệ điện tử, … Qua nhiều giai đoạn hoàn thiện, nâng cấp, bức tranh về cấu trúc tổng quát hệ thống ITS có dạng như sơ đồ sau (Hình15 - )

Trên cơ sở hệ thống ITS, phục vụ công tác điều hành và kiểm soát giao thông Nhật bản đã xây dựng hệ thống quản lý giao thông tổng thể (Universal Traffic Management System – UTMS) Đây là một hệ thống tích hợp các hệ thống quản lý giao thông: hệ thống giao thông thông minh ITS, hệ thống điều khiển giao thông tích hợp (ITCS – Integrated Traffic Control Systems), hệ thống thiết bị thu nhận tín hiệu bằng hồng ngoại (Infrated Beacon system), hệ thống thông tin di động nâng cao (AMIS – Advanced Mobile Information System), hệ thống ưu tiên giao thông công cộng (PTPS – Public Transportation Priority System), hệ thống kiểm soát tác nghiệp di động (MOCS – Mobile Operation Control System), hệ thống chỉ dẫn đường linh hoạt (DRGS – Dynamic Route Guidance System), hệ thống quản lý bảo vệ môi trường (EPMS – Environment Protection Management System), hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn (DSSS – Driving Safety Support System), hệ thống hỗ trợ các trường hợp khẩn cấp (HELP – Help system for Emergency Life saving and Public safety), hệ thống thông tin dành cho người đi bộ (PICS – Pedestrian Information and Communication System),

hệ thống dành cho xe có độ ưu tiên cao (FEVPS – Fast Emergency Vehicle Preemtion System)