Nghiên cứu ứng dụng giao thông thông minh (its) trong quản lý khai thác, điều hành giao thông và thu phí trên hệ thông đường ô tô cao tốc việt nam

MỤC LỤC I.GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ ITS .3 1.Giới thiệu về hệ thống giao thông thông minh 3 2.Các thành phần của hệ thống ITS .3 3 Mục tiêu của hệ thống ITS .5 II: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ITS TRONG QUẢN LÝ ĐƯỜNG CAO TỐC Ở VIỆT NAM 6 1 Thực trạng đường cao tốc ở Việt Nam .6 2 Phương thức vận hành 7 2.1 Thu thập thông tin .8 2.2 Xử lý thông tin 13 2.3 Đưa thông tin đến người tham gia giao thông 14 III Khảo sát cao tốc Hà nội- Lào cai .17 1.Khảo sát 17 2 Tìm hiểu hệ thống 18 IV.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .22 1.KẾT LUẬN .22 2.KIẾN NGHỊ 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO .25 1 LỜI NÓI ĐẦU Đề tài cấp bộ GTVT “Nghiên cứu ứng dụng giao thông thông minh (ITS) trong quản lý khai thác, điều hành giao thông và thu phí trên hệ thông đường ô tô cao tốc Việt Nam” này lẽ ra được thực hiện mấy năm trước Vì những lý do khác nhau, này mới được tiến hành Do vậy, bối cảnh đã thanh đổi nhiều so với lúc đặt vấn đề ban đầu: nhiều nghiên cứu và ứng dụng thực tế đã và đang được triển khai Để thực hiện đề tài, một nhóm nghiên cứu được Viện Khoa học và Công Nghệ GTVT thành lập với sự tham gia tự nguyện của nhiều chuyên gia quốc tế Nhằm cố gắng để kết quả nghiên cứu có thể hữu ích nhất, nhóm nghiên cứu định hướng như sau  Với những vấn đề mới lần đầu được đề cập đến: phân tích lựa chọn khả năng áp dụng điều kiện Việt Nam,  Với những ứng dụng đã có: nêu lên các bài học thành công và chưa thành công;  Với các nghiên cứu khác đã / đang có: tập hợp và đưa ra một số đề xuất riêng;  Với các thông tin tản mản từ nhiều nguồn: tập hợp hệ thống để bạn đọc có một cái nhìn tổng quan và có nhiều thông tin tham khảo Các đóng góp của Đề tài được kệ tống dưới dạng Kết luận / Kiến nghị và bài học kinh nghiệm chung Tuy đã có nỗ lực liên hệ, những nhóm nghiên cứu không thể thu thập hết được các thông tin về các nghiên cứu / công trình ứng dụng đã / đang có ở Việt Nam nên có thể còn sót một số nội dung liên quan I.GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ ITS 1.Giới thiệu về hệ thống giao thông thông minh Hệ thống Giao thông Thông minh (lntelligent Transport System - ITS) là việc ứng dụng kỹ thuật công nghệ, bao gồm các thiết bị cảm biến, điều khiển, điện tử, tin học và viễn thông trong lĩnh vực giao thông để điều hành và quản lý hệ thống giao thông vận tải một cách hiệu quả, bảo đảm an toàn giao thông, giảm thời gian, chi phí đi lại và bảo vệ môi trường ITS là công nghệ mới phát triển trên thế giới, được sử dụng để giải quyết các vấn đề của giao thông đường bộ, bao gồm tai nạn và ùn tắc giao thông ITS sử dụng các tiến bộ của công nghệ thông tin và viễn thông để liên kết giữa con người, hệ thống đường giao thông và phương tiện giao thông lưu thông trên đường thành một 2 mạng lưới thông tin và viễn thông phục vụ cho việc lưu thông tối ưu trên đường cao tốc 2.Các thành phần của hệ thống ITS  ITS bao gồm: Con người, phương tiện tham gia giao thông, cơ sở hạ tầng giao thông, công nghệ thông tin là các thành phần chính của hệ thống, được liên kết chặt chẽ với nhau  Con người : Người tham gia giao thông, người giám sát trật tự an toàn giao thông  Phương tiện tham gia giao thông : xe ô tô, máy kéo, xe mô tô 2 bánh, xe mô tô 3 bánh, xe gắn máy, xe máy điện và các loại xe tương tự  Cơ sở hạ tầng giao thông : cầu, đường, đèn tín hiệu giao thông,…  Công nghệ thông tin : camera, điều khiển tự động, phần mềm,… 3 3 Mục tiêu của hệ thống ITS Mục tiêu của ITS giúp hoàn thiện kết cấu hạ tầng đường bộ, hiện đại hóa các trạm thu phí và trạm cân điện tử, giảm tai nạn, giảm ùn tắc giao thông, giảm ô nhiễm môi trường, quản lý các đường giao thông chính và điều tiết các luồng giao thông, tạo ra hệ thống thông tin cho người đi đường, phổ cập văn hóa giao thông, hỗ trợ điều hành giao thông, góp phần sản xuất các thiết bị giao thông thông minh, giảm ô nhiễm môi trường, hỗ trợ người tham gia giao thông 4 4 Một số hệ thống ITS  Trung tâm Điều hành giao thông thông minh ( Integrated Command and Control Centre – ICCC )  Trung tâm Điều hành giao thông thông minh là nơi hỗ trợ công tác giám sát, điều hành hoạt động giao thông trên đường quốc lộ, đường cao tốc, hệ thống mạng lưới giao thông đô thị bằng việc ứng dụng đồng bộ các công nghệ điều khiển hiện đại và giải pháp công nghệ thông tin, tích hợp toàn bộ các hệ thống thành phần ngay tại Trung tâm Điều hành  Quản lý thông tin & điều hành VTHKCC Bus Management System – BMS  Giải pháp quản lý thông tin và điều hành vận tải hành khách công cộng bằng xe buýt là giải pháp tổng thể phục vụ quản lý kết cấu hạ 5 tầng tuyến xe buýt, giám sát và điều hành hoạt động xe buýt, cung cấp thông tin hành khách theo thời gian thực  Giám sát giao thông ( Closed Circuit Television Video – CCTV )  Hệ thống camera giám sát giao thông sử dụng các camera quay, quét, phóng to/thu nhỏ (PTZ) cho khả năng quan sát toàn cảnh và chi tiết tình trạng giao thông trong khu vực xung quanh vị trí lắp đặt camera Bên cạnh đó, hệ thống có chức năng quản lý tập trung phục vụ việc giám sát và phân tích hình ảnh hỗ trợ điều phối giao thông và tăng cường khả năng đảm bảo an ninh các khu vực trọng yếu  Hình ảnh từ các camera sẽ được truyền về trung tâm theo thời gian thực và được lưu trữ tại đây Tình trạng giao thông tại các vị trí cụ thể sẽ được hiển thị trực quan trên màn hình tại các điểm kết nối với trung tâm, nhân viên trực điều hành sẽ chịu trách nhiệm giám sát và xử lý các tình huống giao thông xảy ra  Đo đếm lưu lượng phương tiện (Vehicle Detection System – VDS ) 6  Hệ thống đo đếm lưu lượng phương tiện được lắp đặt để phát hiện phương tiện và xử lý hình ảnh nhận được từ camera để thu được các thông tin về lưu lượng giao thông, tỷ lệ thời gian chiếm dụng đường, tốc độ phương tiện trung bình tại vị trí lắp đặt camera nhằm phục vụ cho các hoạt động kiểm tra, phân tích, đánh giá, cung cấp dữ liệu cho hệ thống tại trung tâm  Quản lý thông tin & điều khiển đèn THGT ( Smart Traffic Controller – THGT )  Giải pháp mà có thể được tích hợp với hệ thống giao thông hiện hữu Một công cụ đơn giản và thân thiện với người dùng được cài đặt ở tủ điều khiển – sử dụng thuật toán điều khiển làm cốt lõi của của phần mềm điều khiển lưu lượng Giao diện web thân thiện với người dùng, tạo khả năng giám sát và tối ưu hóa lưu lượng 7 II: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ITS TRONG QUẢN LÝ ĐƯỜNG CAO TỐC Ở VIỆT NAM 1 Thực trạng đường cao tốc ở Việt Nam Hệ thống đường cao tốc ở nước ta là hệ thống mới được đưa vào sử dụng , ứng dụng nhiều công nghệ tiên tiến hiện đại, với mục tiêu Nhanh chóng hình thành mạng đường bộ cao tốc quốc gia, bảo đảm kết nối các trung tâm kinh tế trọng điểm, các cửa khẩu chính, các đầu mối giao thông quan trọng có nhu cầu vận tải lớn, tốc độ cao Do vậy việc quản lý, giám sát hệ thống đường cao tốc ở nước ta đang là một trong những vấn đề được đặt ra 22àn thiện kết cấu hạ tầng đường b Hiện đại hóa các trạm thu phí và trạm cân điện tử 8 2 Phương thức vận hành Các cảm biến sẽ được lắp đặt trên mặt đường để thu thập các thông tin về luồng giao thông, khí hậu, thời tiết,…các thông tin này được hệ thống máy tính phân tích và xử lý, sau đó cung cấp trở lại cho tài xế về tình hình giao thông trên đường (tai nạn, ùn tắc giao thông, thời tiết…) để tài xế chọn giải pháp giao thông tối ưu, giúp hạn chế tối đa tai nạn và ùn tắc giao thông, đảm bảo thời gian đi lại ngắn nhất và an toàn nhất cho các phương tiện đang lưu thông trên đường 9 Hệ thống quản lý giao thông thông minh ITS gồm 3 giai đoạn chính là thu thông tin, xử lý thông tin, đưa thông tin đến người tham gia giao thông 2.1 Thu thập thông tin Các cảm biến sẽ được lắp đặt trên mặt đường, xe cộ, các nút giao thông, công trình phụ trợ để thu thập các thông tin về luồng giao thông, xe cộ ,tình trạng tuyến đường, khí hậu, thời tiết,…các thông tin này được hệ thống máy tính phân tích và xử lý, và đưa thông tin đến người tham gia giao thông, nhằm đảm bảo tính trung thực, nhanh gon, chính xác , khi thu thập thông tin trên đường cao tốc, các cảm biến được liên kêt với nhau thông qua hệ thống mạng cap quang và hệ thống thông tin vệ tinh - Có 8 phương thức thu thập thông tin chính trên đường cao tốc bao gồm:  Hệ thống camera  Hệ thống thu phí tự động  Hệ thống GPS  Hệ thống kiểm soát an toàn  Hệ thống theo dõi thời tiết  Hệ thống đếm xe tự động  Hệ thống cân tải trọng  Hệ thống biển báo và thông báo trên đường 10 Thứ nhất: Hệ thống camera giám sát Các camera được lắp đặt trên các tuyến đường cao tốc để theo dõi tuyến đường, các phương tiện lưu thông, các điểm ùn tắc, tai nạn giao thông, tại các trạm thu phí, trạm cân điện tử, các nối vào ra của đường cao tốc Các camera được thiết kế chịu được điều kiện thời tiết khắc nhiệt, có thể hoạt động liên tục 24/24 trong mọi điều kiện thời tiết, các camera có thể nhận biết phương tiện, theo dõi và giám sát phương tiện lưu thông trên đường Mỗi camera được lắp đặt cách nhau từ 1 đến 2 km để đảm bảo khả năng nhận biết và theo dõi phương tiện giao thông, các hệ thống camera có hệ thống điện dự phòng nếu hệ thống cung cấp chính bị hư hại, hệ thống truyền dẫn thông tin bằng cáp quang đảm bảo thông tin luôn được thông suốt Thứ 2: hệ thống thu phí tự động Dịch vụ thu phí tự động đường bộ được áp dụng công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) sử dụng sóng radio để nhận diện tự động phương tiện xe cơ giới Công nghệ RFID là công nghệ mới nhất được sử dụng phổ biến trên thế giới trong lĩnh vực nhận diện điện tử và đã khẳng định được vị thế số 1 trong lĩnh vực thu phí tự động -Mô hình hoạt động 1 Phương tiện cần được gắn thẻ thu phí và một tài khoản kích hoạt 2 Khi phương tiện di chuyển vào làn thu phí, hệ thống tại trạm phát ra tín hiệu rađio để anten trên thẻ nhận và phản hồi, từ đó xác định tình trạng phương tiện 3 Nếu thẻ không hợp lệ, sẽ không áp dụng cho thu phí tự động mà chuyển sang thu phí thủ công Nếu thẻ hợp lệ thông tin sẽ được gửi đến để kiểm tra số dư trong tài khoản và tiến hành trừ thanh toán 11 Thứ 3: Hệ thống GPS Phương tiện được trang bị GPS và đồng hồ công tơ mét để xác định vị trí theo thời gian thực và truyền trở lại một hệ thống xử lí trung tâm thôngqua GPRS/3G/ Wifi –Hệ thống trung tâm dựa vào vị trí hiện tại của xe sẽ tính toán xem thời gian xe đến bến nhanh hay chậm Thời gian tới nơi được hiển thị trên các bảng thông báo ở các trạm dừng, hoặc gửi trực tiếp tới hành khách thông qua SMS hoặc mạng Internet Thứ 4: hệ thống kiểm soát an toàn Bao gồm hệ thống cảm biến, hệ thống CCTV để xác định điều kiện môi trường cũng như tình trạng giao thông Các dữ liệu cảm biến được thông tin tới thiết bị xử lí trung tâm qua mạng không dây –Hệ thống trung tâm sẽ quyết định việc gửi cảnh báo, làn xe nào tiếp tục được sử dụng hay tốc độ giới hạn là bao nhiêu qua tin nhắn hoặc thông báo FM hoặc các biển báo Thứ 5: Hệ thống theo dõi thời tiết Bao gồm các cảm biến thời tiết nhằm theo dõi tình trạng thời tiết gần đường hoặc khu vực xung quanh, đánh giá môi trường giao thông trên đường cao tốc • Nếu phát hiện điều kiện thời tiết nguy hiểm, cảnh báo được phát đến trung tâm điều hành, và thông báo tới tài xế qua hệ thống VMS • Chức năng chính: đo nhiệt độ, hướng gió, tốc độ gió, lượng mưa Thứ 6: Hệ thống đếm xe tự động 12 Có nhiều phương pháp khác nhau để phát hiện một đối tượng chuyển động trong file video Đơn giản nhất là trừ nền giữa các frame ảnh Mặc dù phương pháp này thực hiện nhanh nhưng độ chính xác không cao do không có khả năng phân biệt các loại đối tượng chuyển động khác nhau để nhận biết đâu là đối tượng thật sự cần xử lý Việc thống kê được số lượng xe ô tô từ dữ liệu video trên đường cao tốc là một điều cần thiết cho các cấp quản lý có chiến lược phân luồng giao thông và mở rộng đường thích hợp sử dụng một phương pháp được gọi là “bộ dò ảo” để thực hiện chức năng này Phương pháp này dựa trên bộ lọc Kalman để dò vết đối tượng chuyển động là xe ôtô được phát hiện ở bước trước Tiếp theo, chọn một khu vực hình chữ nhật được gọi là bộ dò ảo trên mỗi làn đường Vị trí của đặt bộ dò ảo trên khung nhìn sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác việc đếm số lượng xe Vì vậy, để đếm được số lượng xe, phải chọn vị trí thích hợp cho việc đặt bộ dò ảo Sau đó tính toán tỉ số giữa số pixel của xe chiếm trong vùng phạm vi của mỗi bộ dò ảo và tổng số pixel của bộ dò ảo cho từng frame ảnh Thứ 7: Hệ thống cân tải trọng Hệ thống cân tự động là một giải pháp tiên tiến cho nhiều ứng dụng tốc độ cao và tốc độ thấp theo các tiêu chuẩn quốc tế Nó đo lường và ghi lại trọng lượng của bánh xe, trục và phương tiện (tổng) đi qua các cảm biến cân được nhúng trong vỉa hè đường Tất cả các phép đo được thực hiện ở tốc độ giao thông bình thường, vì vậy cân xe hoàn chỉnh (bánh xe, trục, tổng) có thể được thực hiện mà không có bất kỳ sự xáo trộn dòng giao thông nào Khi xe có trọng tải vượt quá mức cho phép sẽ bị đuổi khỏi tuyến đường đang lưu thông,hoặc tạm giữ, sử lý vi phạm, nhằm đảm bảo chất lượng tuyến đường được lâu dài Thứ 8: Hệ thống biển báo và thông báo trên đường Các hệ thống biển báo được lắp đặt dọc theo bên đường cao tốc, nhằm cung cấp cho người tham gia giao thông thông tin cần thiết như, số cứu hộ, hướng đi, lộ trình , ngã tư, ngã dẽ, điểm hay sảy ra tai nạn giao thông, tình trạng thời tiết trên tuyến đường các hệ thống biển báo được kết nối với trung tâm điều hành thông qua hệ thống thông tin, cáp quang 13 2.2 Xử lý thông tin Thông tin sau khi được thu thập sẽ được gửi đến các trung tâm điều hành giao thông, để phân tích đánh giá về tình trạng đườg, tình trạng thời tiết , mật độ phương tiện, lưu lượng xe, sự cố giao thông , các trạm thu phí, trạm cân điện tử, từ đó có cái nhìn tổng quan về tuyến đường đang theo dõi , giám sát Tại trung tâm nhân viên điều hành có thể theo dõi trực tiếp từ hiện trường nhờ hệ thống camera theo dõi 2.3 Đưa thông tin đến người tham gia giao thông Thông tin sau khi được xử lý sẽ được phân loại, đánh giá mức độ ưu tiên, như tai nạn giao thông , sự cố trên đường hay tình trạng phương tiện, vi phạm giao thông, 14 đường xá, thời tiết vv từ đó thông tin sẽ được gửi đến người tham gia giao thông, và các nhân viên có liên quan để xử lý vd: thông báo tình trạng thời tiết thông qua hệ thống biển báo kỹ thuật số - Yêu cầu kĩ thuật khi đưa thông tin đến người tham gia giao thông • Nhanh chóng, chính xác, nhằm xử lý sự cố hoặc thông báo kịp thời cho người tham gia, cũng như nhân viên điều hành, xử lý sự cố giao thông • Đưa thông tin bằng nhiều kênh và phương thức truyền tin đa dạng :vd như thông báo qua radio, email, điện thoại, biển báo điện tử ; • Thông tin cần được phân loại trước khi đưa đến với người tham gia giao thông, hoặc nhân viên sử lý sự cố , giám sát trên đường cao tốc • Ngắn gọn và dễ hiểu - Yêu cầu kĩ thuật với trung tâm điều hành giao thông TTDHGT là nơi tiếp nhận và xử lý thông tin từ các hệ thống cảm biến và các hệ thống thu thập thông tin trải khắp các tuyến đường, nhằm kiểm soát,phối hợp và xử lý dữ liệu giao thông 15 Một trung tâm kiểm soát hợp nhất sẽ chia sẻ dữ liệu thông tin và kiểm soát •Kiểm soát phương tiện thôngqua hệ thống GPS •Hệ thống CCTV, kiểm soát sự cố •Thông tin được nhận từ hànhkháchtrongcác sự cố •Hệ thống thông tin hành khách thời gian thực (RTPI), •Kiểm soát thông tin từ các hệ thống cảm biến •Hiển thị và điểu khiển hệ thống giao thông(đèn tín hiệu, biển báo…) III Khảo sát cao tốc Hà nội- Lào cai 1.Khảo sát Đường cao tốc Hà Nội – Lào Cai dài 265 km có điểm đầu là nút giao thông giữa quốc lộ 2 và đường cao tốc Bắc Thăng Long - Nội Bài (Hà Nội) và điểm cuối là xã Quang Kim (huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai) Phần lớn đường cao tốc sẽ đi ven theo bờ sông Hồng Tuyến này đi qua địa bàn 5 tỉnh, thành phố là Hà Nội, Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Yên Bái và Lào Cai, nối với đường cao tốc Côn Minh - Hà Khẩu của Trung Quốc và là một hợp phần trong dự án phát triển cơ sở hạ tầng giao thông của Hành lang kinh tế Côn Minh - Hà Nội - Hải Phòng Điểm đầu tại nút giao thông quốc lộ 18A với quốc lộ 2 tại xã Thanh Xuân, huyện Sóc Sơn, thành phố Hà Nội 16 2 Tìm hiểu hệ thống 17 Hệ thống camera đã được lắp đặt và sẵn sàng để "phạt nguội" vi phạm ATGT trên tuyến cao tốc Nội Bài - Lào Cai (đoạn Nội Bài - Phú Thọ) - Ảnh: Trần Du Trạm thu phí nút giao IC7 của cao tốc Nội Bài-Lào Cai 18 Hệ thống cân tải trọng trên cao tốc Nội bài-Lào cai Hệ thống biển báo an toàn trên cao tốc Hà nội -lào cai 19 Trung tâm điều khiển giao thông hà nội Trường hợp vi phạm bị hệ thống xử lý vi phạm phát hiện 20