Kết quả vi phẫu thắt tĩnh mạch tinh và các thông số tinh dịch đồ, nội tiết tố ở bệnh nhân giãn tĩnh mạch tinh phẫu thuật tại bệnh viện trung ương thái nguyên

Dựa trên sự phát triển của các công nghệ này mà hiện tại các mô hình hệ thống bãi đỗ xe thông minh đang được triển khai rộng rãi.. Việc sử dụng tối đa nguồn tài nguyên bãi đỗ xe trong hệ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VŨ THỊ THẮM

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN PHÂN BỐ TẢI LƯU LƯỢNG BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Thái Nguyên - 2021

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó

Thái Nguyên, năm 2021

Học viên

Vũ Thị Thắm

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Vũ Thị Thắm, học viên lớp cao học K18 – Kỹ thuật viễn thông – Trường đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên

Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu một số thuật toán phân bố tải lưu lượng

bãi đỗ xe thông minh dựa trên công nghệ Internet of Things” do Thầy giáo TS Phạm

Thành Nam hướng dẫn, là công trình nghiên cứu do bản thân tôi thực hiện, dựa trên sự hướng dẫn của Thầy giáo hướng dẫn khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn

Tôi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

Thái Nguyên, năm 2021

Học viên

Vũ Thị Thắm

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE 2

1.1 Bãi giữ xe truyền thống 2

1.2 Bãi đỗ xe thông minh 4

1.3 Định hướng phát triển 12

CHƯƠNG 2: BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS VÀ THUẬT TOÁN PHÂN BỐ LƯU LƯỢNG YÊU CẦU ĐỖ XE 14

2.1 Giới thiệu Internet of Things (IoT) 14

2.1.1 Định nghĩa Internet of Things (IoT) 14

2.1.2 Ứng dụng 15

2.2 Bãi đỗ xe thông minh dựa trên công nghệ IoT 17

2.2.1 Mục tiêu 17

2.2.2 Công nghệ RFID 17

2.2.3 Xây dựng ứng dụng Web 19

2.2.4 Arduino IDE 22

2.3 Thuật toán phân bố tải lưu lượng đỗ xe 23

2.3.1 Tổng quan hệ thống 23

2.3.2 Hàm chi phí đỗ xe 24

2.3.3 Mô hình toán học hệ thống 28

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG 34

3.1 Xây dựng kịch bản mô phỏng 34

3.1.1 Mô hình 3 nút mạng 34

3.1.2 Mô hình 4 nút mạng 36

3.2 Phân tích kết quả 37

KẾT LUẬN 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

PHỤ LỤC 47

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: So sánh xây dựng Web site và Web app 20 Bảng 3.1: Bảng cài đặt tham số mô phỏng cho mạng 3 nút 35 Bảng 3.2: Bảng cài đặt tham số mô phỏng cho mạng 4 nút 37

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Hình ảnh về Internet of Things 14

Hình 2.2: Công nghệ RFID 18

Hình 2.3: IC MFRC522 19

Hình 2.4: AWS được bán trên Amazon 20

Hình 2.5: Giao diện Node JS 22

Hình 2.6: Giao diện Arduno IDE 22

Hình 2.7: Kiến trúc hệ thống đề xuất 24

Hình 2.8: Mạng lưới bãi đỗ xe 25

Hình 2.9: Bảng mạng lưới bãi đỗ xe lân cận 26

Hình 2.10: Bảng các nút lân cận được sắp xếp theo chiều giảm dần giá trị hàm F (α, β) 28

Hình 2.11: Thuật toán vận hành hệ thống 29

Hình 2.12: Quy trình đỗ xe 29

Hình 2.13: Thuật toán cập nhật bảng hàng xóm 31

Hình 2.14: Hàng đợi dịch vụ 33

Hình 3.1: Một mô hình mạng gồm 3 nút 35

Hình 3.2: Mô hình mạng 3 nút 36

Hình 3.3: Một mô hình mạng gồm 4 nút 36

Hình 3.4: Mô hình mạng 4 nút 37

Hình 3.5: Thời gian chờ đỗ trung bình (15 phút) mạng 3 nút 38

Hình 3.6: Tổng thời gian đỗ xe trung bình (15 phút) 3 nút 39

Hình 3.7: Thời gian chờ đỗ trung bình (20 phút) 3 nút 40

Hình 3.8: Tổng thời gian đỗ xe trung bình POIS(20) 3 nút 40

Hình 3.9: Thời gian chờ trung bình (15 phút) 4 nút 41

Hình 3.10: Tổng thời gian đỗ xe trung bình (15 phút) 4 nút 42

Hình 3.11: Thời gian chờ đỗ trung bình (20 phút) 4 nút 43

Hình 3.12: Tổng thời gian đỗ xe trung bình POIS(20) 4 nút 43

Đã có nhiều bãi đỗ xe thông minh hiện nay đã được triển khai, tuy nhiên quy

mô còn nhỏ, cục bộ và chưa tận dụng được hết các tài nguyên bãi đỗ Việc sử dụng tối đa nguồn tài nguyên bãi đỗ xe trong hệ thống, cân bằng tải lưu lượng các yêu cầu

đỗ xe trong hệ thống đang là một bài toán quan trọng trong việc lập kế hoạch xây dựng bãi đỗ xe thông minh Do đo, trong luận văn này tôi đi vào nghiên cứu đề tài

“Nghiên cứu một số thuật toán phân bố tải lưu lượng bãi đỗ xe thông minh dựa trên

công nghệ Internet of Things”

Qua đây tôi xin cảm ơn thầy TS Phạm Thành Nam đã tận tình hướng dẫn và có những ý kiến góp ý quý báu giúp tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu trong luận văn này

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE

1.1 Bãi giữ xe truyền thống

Hình 1 1: Bãi giữ xe truyền thống

Một bãi giữ xe truyền thống thường bao gồm các hoạt động sau:

1 Ghi số thẻ/biển số xe

2 Trông coi xe

3 Thu lại số thẻ/biển số xe

4 Thu tiền dựa trên lượt/thời gian giữ xe

5 Tính toán doanh thu

Việc duy trì các hoạt động kể trên cần tối thiểu hai người (trường hợp hoạt động tốt nhất) để hoạt động Từ những hoạt động trên có thể dễ dàng rút ra được các nhược điểm dựa trên các tiêu chí sau:

- Thời gian ghi nhận thông tin người gửi xe

Đối với việc trông xe truyền thống, sẽ mất 10s đến 15s cho quá trình nhân viên nhìn biển số xe và ghi lại vào vé Thời gian cho việc đối chiếu và thu phí gửi cũng làm cho quá trình diễn ra lâu hơn Điều này thể hiện sự bất cập vào những giờ cao điểm, khi các phương tiện ồ ạt vào gửi xe sẽ xảy ra tình trạng ùn tắc nghiêm trọng

- An ninh

Khi ghi vé thủ công tất cả những gì chúng chúng ta có được chính là thông tin

về biển số xe trên vé ngoài ra những thông tin về chủ xe gửi lại không thể nào được ghi lại, như vậy có thể dẫn tới tình trạng kẻ xấu làm giả vé, nhặt được vé và dễ dàng gây ra việc mất cắp xe, nhân viên sẽ không thể có các thông tin đối chiếu

- Nguồn nhân lực

Ngược lại với trông giữ xe truyền thống chúng ta cần ít nhất hai người để có thể kiểm soát lối ra và lối vào Nhân viên trông xe luôn phải căng thẳng vì cần tập trung ghi đúng biển số xe của khách để tránh tình trạng nhầm lẫn Nếu vào giờ cao điểm chắc chắn sẽ không đủ nhân lực để đáp ứng

- Quản lý doanh thu

Với bãi giữ xe truyền thống sẽ xảy ra tình trạng gian lận trong việc thu phí, chủ đầu tư không thể kiểm soát được Báo cáo công việc rất dễ thiếu chính xác Với bãi giữ xe thông minh nhân viên không thể gian lận vì có bảng biểu rõ ràng, chủ đầu tư

dễ dàng quản lý

- Đảo làn giờ cao điểm

Việc này có lẽ vô cùng khó với bãi giữ xe truyền thống, bởi khi thực hiện đảo làn sẽ gây ra tình trạng lộn xộn mất trật tự Với bãi giữ xe thông minh hệ thống được tích hợp chức năng đảo làn hoặc tăng số làn kiểm soát xe ra/vào theo ý muốn với độ

an toàn tuyệt đối

- Yếu tố thẩm mĩ

Ghi vé giấy dẫn đến việc rác thải sẽ bị vất bừa bãi gây ảnh hưởng đến môi trường, tình trạng lộn xộn mất trật tự giờ cao điểm gây mất mĩ quan chung Việc sử dụng thẻ từ hoàn toàn có thể tái sử dụng lần sau, thân thiện với môi trường tự nhiên Những thanh chắn ở lối ra lối vào giúp cho khách gửi xếp hàng theo thứ tự không thể chen lấn đảm bảo yếu tố văn minh đô thị

Hiện nay có một vài bãi đỗ xe đã được cải tiến về độ đảm bảo an toàn cũng như giảm được số lượng người trông coi và giảm độ sai sót nhầm lẫn về các con số trên biển số xe Ví dụ như Siêu thị Lan Chi Thái Nguyên thay vì viết vé ghi số biển xe (xe máy) thì người chúng ta sử dụng một hệ thống quản lý gồm: một phần mềm chuyên dụng được cài sẵn trên máy tính, camera giám sát, thẻ từ (RFID) và đầu đọc thẻ từ,

… để nhận diện và quản lý xe Hệ thống này cho phép ghi vé xe và kiểm soát ra vào một cách tự động, nhanh chóng hơn Các thông tin được ghi lại như biển số xe, số thẻ

xe, ảnh xe, ảnh người gửi xe, thời gian vào, … Khi phương tiện đi vào bãi giữ xe thì camera giám sát sẽ chụp lại hình ảnh biển số xe phân tích thành số ngay lập tức hình ảnh sẽ được tải lên phần mềm được cài sẵn trên máy tính, biển số xe được hiển thị

trên màn hình giao diện phần mềm dưới dạng text được lưu trữ cùng với số thẻ từ, lúc này người kiểm soát sẽ cấp phát cho chúng ta 1 thẻ từ mà trên hệ thống đã lưu trữ cùng hình ảnh xe và chúng ta tiếp tục di chuyển vào bên trong bãi tìm chỗ trống để

xe Khi đi ra chúng ta sẽ đưa thẻ cho người kiểm soát để người chúng ta dùng đầu đọc thẻ từ cho ra hình ảnh đã được lưu trữ cùng số thẻ có đúng là xe chúng ta muốn

đi ra bãi không

Hình 1 2: Hình ảnh xe được ghi lại trên phần mềm (Siêu thị Lan Chi Thái Nguyên)

Khi sử dụng công nghệ này người chúng ta đã giải quyết được vấn đề nhầm lẫn khi ghi lại biển số xe, tốn tiền để in vé và đặc biệt là giảm được số lượng người kiểm soát Nhưng bên cạnh vẫn còn một số nhược điểm còn tồn tại như là dung mắt

để nhận biết chỗ nào trống và nếu có thu phí thì vẫn là bằng cách thu tiền truyền thống

1.2 Bãi đỗ xe thông minh

Ngày nay ở các trung tâm thành phố lớn, các khu đô thị và các trường Đại học với sự phát triển mật độ dân số và phương tiện di chuyển ngày càng nhiều Đặc biệt

là sự gia tăng về số lượng xe ô tô ngày càng nhiều và điều này một phần nào đó phản ánh sự phát triển của một đất nước Bên cạnh với sự phát triển đó, chúng ta đặt vấn

đề là xây dựng những bãi đỗ xe để phục vụ cho người dân trong công việc cũng như việc đi lại, sinh hoạt, mua sắm của họ

Ở các khu đô thị mua sắm đây là nguồn giải trí và vui vẻ cho cộng đồng vào cuối tuần Mọi người tranh giành để đỗ xe của mình tại các bãi đỗ xe của khu mua sắm là một kịch bản thông thường được chứng kiến tại giờ cao điểm ở bãi đỗ xe kiểu truyền thống điều này gây mất thời gian cũng như nhiên liệu và các nhà quản lý rất khó để có thể xử lý tình huống này

Ở một số nơi trên thế giới như tại trường Đại học Hàng không EmbryTHER Riddle, Bãi biển Daytona, trong quận Volusia, Florida, Hoa Kỳ tìm được chỗ đỗ xe quả là một thách thức lớn Tại trường Đại học này, con người chúng ta phát triển tòa nhà và cơ sở mới, nhằm tăng cả chất lượng cuộc sống sinh viên và tuyển sinh, nhưng việc này dường như gây căng thẳng cho các cơ sở đỗ xe hiện tại, dựa trên quan sát của nghiên cứu Brown-West (1996) trích dẫn một số yếu tố (ví dụ: quy định xây dựng địa phương, thiếu ưu tiên chính sách thể chế ảnh hưởng đến việc sử dụng đất) mà các quản trị viên phải đồng thời quản lý trong khi cố gắng cải thiện các cơ sở đỗ xe Một

mô hình tối ưu hóa đã được phát triển để tạo ra sự sắp xếp bãi đậu xe lý tưởng (ví dụ: chiều rộng và góc của bãi đỗ xe, chiều rộng lối đi) dựa trên các yếu tố đầu vào như cung cấp bãi đậu xe hiện tại, nhu cầu đỗ xe dự kiến và các yếu tố tài chính và pháp

lý Mô hình bị hạn chế bởi các loại phương tiện, không gian có sẵn và các quy định địa phương Một trong những phát hiện chính của nghiên cứu là bãi đậu xe góc cạnh (tức là dưới 90 độ) có thể chứa được nhiều phương tiện hơn Những thách thức đỗ xe tại trường Đại học Hàng không EmbryTHER Riddle có thể được nhận ra Số lượng sinh viên theo học lên đến hơn 17.000 sinh viên và 100.000 du khách tham dự các sự kiện thể thao Một vấn đề khác mà các trường đại học này phải đối mặt là xác định cách phân chia tài nguyên đỗ xe có sẵn giữa các giảng viên, nhân viên và sinh viên

Ví dụ tại trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền Thông Thái Nguyên bãi đỗ xe đã được ngăn cách giữa sinh viên và giáo viên nhưng do không gian có sẵn chật hẹp nên việc tìm một chỗ để dựng xe có đủ khoảng cách tránh va chạm 2 chiếc

xe rất khó Vào những ngày trong tuần số lượng xe tăng cao như xe của sinh viên, giáo viên, người lao động, sinh viên Khoa Ngoại ngữ và những người đến liên hệ công tác, việc này dẫn đến 6 dãy để xe của bãi chật trội những chiếc xe được sắp xếp sát nhau Sau mỗi giờ chúng tan học, mọi người quay lại bãi đỗ xe để lấy xe việc này

nghe thì đơn giản nhưng đó lại là cực hình vì mất thời gian tìm xe, dắt xe khác để lấy lối ra cho xe của mình

Nhìn chung, các trường đại học phải đối mặt với các vấn đề cả trong việc lập kế hoạch cho các cơ sở đỗ xe trong tương lai và việc quản lý các cơ sở hiện tại Trong quá trình lập kế hoạch, các trường đại học phải tính đến nhu cầu đỗ xe dự kiến, quy định xây dựng và hạn chế về kinh phí Những điều này ảnh hưởng đến các đặc điểm của cấu trúc bãi đậu xe sẽ được xây dựng Trong việc quản lý các cơ sở hiện tại, các trường đại học phải tìm cách giảm bớt sự chậm trễ, thời gian đi lại và tắc nghẽn cho cả ba kiểu người công việc (tức là giảng viên, người đi làm và sinh viên thường trú)

Vì vậy, hiện nay trên thế giới đặc biệt là các nước tiên tiến trên thế giới như Đức, Mỹ, Brazil, Anh, Ấn độ, Nhật Bản, Hàn Quốc… ở những nơi chật hẹp mà đông đúc dân cư, người chúng ta xây dựng một hệ thống bãi đỗ xe ô tô tự đông được trang

bị những thiết bị nâng để di chuyển ô tô từ mặt đất lên điểm đỗ ở trên cao hoặc xuống những điểm đỗ ở dưới thấp Đây là một trong những giải pháp giúp giảm lượng lưu trữ xe trên một khu vực đỗ xe truyền thống, cho phép giải quyết tình trạng thiếu mặt bằng xây dựng

Trong năm 2020, quá trình số hóa và tự động hóa được triển khai mạnh mẽ trên toàn thế giới nhằm đáp ứng được cuộc cách mạng lần thứ tư đang bùng nổ Thiết bị máy móc hiện đại với khả năng thông minh hơn dần thay thế lao động bằng tay chân của con người IoT (Internet of Thing) là một thuật ngữ đang trở thành xu thế với các doanh nghiệp và công ty công nghệ Nền tảng IoT đóng vai trò quan trọng đối với các nhà cung cấp thiết bị thông minh và các công ty khởi nghiệp, những người có thể

sử dụng nó để trang bị cho sản phẩm của họ chức năng điều khiển từ xa, chức năng quản lý thời gian thực, các thông báo có thể cấu hình và khả năng tích hợp với điện thoại thông minh và các thiết bị khác của người tiêu dùng

Các hệ thống giữ xe truyền thống hiện nay tốn khá nhiều tài nguyên (con người

và thiết bị) tuy nhiên đôi khi lại không hoạt động hiệu quả đặc biệt trong công tác quản lý hay sự tiện lơi khi sử dụng Việc ra đời một hệ thống bãi giữ xe IOT là nhu cầu thiết yếu

Một số mô hình bãi đỗ xe thông minh ở các nước quốc tế:

- Đầu tiên ấn tượng nhất phải kể đến bãi đỗ xe tại tỉnh Wolfsburg của Đức: Đây là bãi đỗ xe hình trụ cao 20 tầng, được thiết kế với sức chứa 800 xe nằm trong công viên Autostadt – một công viên Bãi đỗ xe thông minh này được đầu tư lên đến

533 triệu USD Không những khách hàng có thể đỗ xe tại đây, mà với những khách hàng mới mua xe của Volkswage có thể đến nhận chiếc xe tại đây, hệ thống tự động này sẽ đảm bảo cho khách hàng nhận được xe với đồng hồ công tơ mét vẫn ở 0 km Sau khi khách hàng chọn xe, các robot sẽ đưa xe xuống từ bãi Hệ thống tự động này

sẽ giúp tiết kiệm chi phí lớn lao dành cho sức lao động của con người

Hình 1 3: Bãi đỗ xe ở Đức

- Bãi đỗ xe trên đường Lincoln, Florida, Mỹ: Bãi đỗ xe với chi phí xây dựng 70 triệu USD này là sản phẩm của hãng Herzog & de Meuron Bãi đỗ xe được thiết kế cô cùng độc đáo, nhà để xe gần như không có tường bao quanh, với sức chứa 300 xe, trên nóc bãi đỗ xe là khu mua sắm, nhà hàng và một số căn hộ cao cấp, khách hàng có thể vừa thưởng thức ấm thực vừa ngắm nhìn quang cảnh kì diệu bên dưới

Hình 1 4: Bãi đỗ xe ở Florida, Mỹ

- Bãi đỗ xe trên phố Charles, Anh: Q-Park là tòa nhà với thiết kế vô cùng lạ và độc đáo, với đặc trưng là những mảng tường hình khối nằm lệch nhau ở các góc khác nhau Bãi đỗ xe được xây dựng 10 tầng, với sức chứa 520 xe

Hình 1 5: Bãi đỗ xe tại Anh

- Bãi đỗ xe thẳng đứng ở Brazil: Các kĩ sư đã nghĩ đến những bãi đỗ xe sử dụng năng lượng sạch để làm giảm thiếu các vấn đề về môi trường Bãi đõ xe này được trang

bị những tấm Pin sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp điện và hoạt động máy chiếu sáng Ý tưởng của công ty thiết kế Baita Bueno độc đáo nhất khi họ thiết kế để cho những chiếc xe được đỗ dựng theo chiều thẳng đứng Đầu tiên những chiếc xe sẽ chạy đến một khung kim loại, sau khi tắt máy, đóng kín các cửa xe, lái xe ra khỏi xe hệ thống sẽ tự động dựng chiếc xe lên để tiết kiệm diện tích Tuy nhiên trước khi đỗ các vật dụng trong

xe phải được sắp xếp hợp lí để không bị đảo lộn

Hình 1 6: Bãi đỗ xe ở Brazil

- Bãi đỗ xe đôi Marina City ở Chicago, Mỹ: Bãi đỗ xe được thiết kế là hai tòa nhà sinh đôi, tổng kinh phí xây dựng lên đến 36 triệu USD với phần bên dưới chứa

896 chỗ để xe Khi tìm chỗ đỗ lái xe sẽ phải lái theo hình xoắn ốc để lên trên Đây là bãi đỗ xe đã được xuất hiện trong các bộ phim lớn, tiêu biểu có thể kể đến The Hunter năm 1979

Hình 1 7: Bãi đỗ xe ở Chicago, Mỹ

- Bãi đỗ xe tại Mumbai, Ấn Độ: Tòa tháp có tên Tata, được thiết kế gồm 930 khu nhà ở cho nhân viên tập đoàn này và là bãi đỗ xe với sức chứa 4050 xe Các tòa nhà được áp dụng hệ thống năng lượng tái tạo: quang điện, tua bin gió, để cung cấp điện năng cho các hoạt động của tháp

Hình 1 8: Bãi đỗ xe ở Ấn Độ

- Bãi đỗ xe trên đảo Umihotaru ở Tokyo, Nhật Bản: Bãi đỗ xe nằm trên một hòn đảo nhân tạo Đây không chỉ là nơi chứa xe thông thường mà còn trở thành điểm

thu hút rất nhiều khách du lịch Trong bãi đỗ xe còn có nhiều cửa hàng, quán café và các khu trưng bày tác phẩm nghệ thuật

Những bãi đỗ xe hiện đại ngày càng được phát triển với thiết kế độc đáo và tính năng ưu việt Là một nước đang phát triển, Việt Nam có thể coi đây là những công trình mang tính chất tham khảo và học tập để phát triển hệ thống giao thông nước nhà

Ở Việt Nam, như Hà Nội, Đà Nẵng, đã triển khai được một số mô hình bãi

đỗ xe thông minh với dung lượng nhỏ Tại Đà Nẵng dịch vụ này được thực hiện đối

với ô tô từ 4 đến 7 chỗ, đây là bãi đỗ xe thông minh đầu tiên được xuất hiện trên địa bàn được thiết kế dạng block thép cao 6 tầng với khoảng diện tích 1000m2 với sức chứa 50 chỗ, chi phí xây dựng lên tới 28 tỷ đồng Bãi đỗ xe này được vân hành theo công nghệ của Nhật Bản

Hình 1 11: Bãi giữ xe ở số 255, đường Phan Châu Trinh, quận Hải Châu, Đà Nẵng

Bên cạch sự phát triển ở Đà Nẵng, Hà Nội cũng đã xây dựng và đi vào hoạt động với một bãi đỗ xe với dung lượng 221 chỗ đỗ với 4 tầng tại phố Nguyễn Công Hoan, quận Ba Đình Giống như bãi đỗ xe Nguyễn Công Hoan, bãi đỗ xe Trần Nhật Duật cũng là hệ thống giàn thép cao tầng có cơ cấu nâng và dịch chuyển ngang bằng dây cáp, tấm pallet chuyên dụng Với hệ thống điều khiển thông minh, thời gian lấy

và gửi xe chỉ khoảng 2 phút/xe

Bãi đỗ xe dạng quay vòng tại đường Lê Văn Lương có kiến trúc độc đáo, mới

mẻ Hệ thống bãi đỗ xe quay vòng có sức chứa gấp 6-7 lần khi được lắp đặt trên một diện tích mà chỉ để được từ 2-3 xe

Hình 1 12: Bãi đỗ xe ở đường Lê Văn Lương, Hà Nội

1.3 Định hướng phát triển

Hiện nay, tại các thành phố đông dân cư, vấn đề quản lý các chỗ đỗ xe, hay quản

lý các bãi đỗ xe sao cho hiệu quả, kinh tế và tiện ích cho người dùng đang là một bài toán khó với các nhà quản lý đô thị nói chung, và chủ các bãi đỗ/trông giữ xe và các bác tài xế nói riêng

Với cơ quan quản lý nhà nước, hiện nay mới chỉ dừng lại việc giao cho các công

ty quản lý thu phí các điểm dừng/đỗ ô tô trên các tuyến phố Việc giao quản lý như thế này vẫn còn xảy ra tình trạng giá niêm yết và giá thu khác nhau Chưa có cách thức thu thập số liệu, nhu cầu chỗ đỗ theo các thời điểm, khu vực một cách chính xác để phục vụ bài toán quy hoạch thành phố

Các chủ bãi trông giữ xe gặp nhiều khó khăn trong việc kiểm soát xe, kiểm soát

vé nên chưa được hiệu quả và năng suất Nếu tối ưu được những khó khăn này, chủ các bãi giữ xe sẽ tính toán hiệu quả sử dụng và đầu tư xây dụng để nâng cấp và mở rộng

hệ thống để giảm giá vé đồng thời giúp tăng số lượng chỗ đỗ cho người dùng

Còn các tài xế, khi đi xe vào phố làm việc, thì việc tìm địa điểm trông giữ xe gặp rất nhiều khó khăn Nhiều khi đi lòng vòng các nơi cũng không tìm được bãi giữ

xe, nếu có tìm được thì nhiều khi cũng hết chỗ đỗ Việc này gây ra rất nhiều ảnh hưởng đến xa hội như: làm tắc đường, tốn thêm chi phí xăng xe, gây ô nhiễm môi trường Như vậy, nếu có một phần mềm trợ giúp đỗ xe thông minh giúp các lái xe định vị được các điểm trông giữ xe gần đó, và trạng thái còn bao nhiêu điểm đỗ còn trống, cho phép đặt chỗ online

Từ các nhu cầu trên, với yêu cầu cấp thiết cần xây dựng một giải pháp tổng thể toàn diện: hệ thống giám sát và quản lý bãi đỗ xe thông minh trong các thành phố đông dân cư và phân bổ đều tải lưu lượng yêu cầu đỗ xe Hệ thống này liên kết cả cơ quan quản lý nhà nước, các bãi đỗ xe, và người dùng là các chủ xe và người điều khiển xe Giải pháp này là một trong các giải pháp tổng thể để xây dựng một thành phố thông minh - Smart City

Ý tưởng xây dựng bãi đỗ xe thông minh:

Diện tích tài nguyên đất quy hoạch không đổi, nhưng lượng phương tiện giao thông tăng: Các đô thị với diện tích có giới hạn (không phải là vô hạn), nhưng nhu

cầu sử dụng xe ô tô cá nhân là luôn có, dẫn đến lượng xe cá nhân sẽ tăng Kéo theo nhu cầu các chỗ đỗ xe trong thành phố phải có và được quản lý một cách hợp lí, logic việc quản lý này

Giúp giảm lượng ô nhiễm tại các thành phố, lượng xăng dầu tiêu thụ vô ích cho tìm kiếm bãi đỗ xe: Các bạn tưởng tượng xem, mỗi xe chỉ cần mất 10 phút mỗi ngày

để đi tìm chỗ đỗ xe, tức là 240 giờ mỗi năm, tức trung bình tầm 700 ngày trong cuộc đời của bạn chỉ để tìm chỗ đỗ xe Hơn nữa, trong thời gian đó, lượng khí thải ra môi trường góp phần gây ô nhiễm, lượng xăng dầu tiêu thụ là hao phí vô ích

Ngoài ra việc ứng dụng khoa học công nghệ, được áp dụng ở đây là IoT, để tối

ưu hóa các nguồn lực đang hao phí, nâng cao chất lượng cuộc sống

Lợi ích đạt được của việc xây dựng bãi đỗ xe thông minh:

a Đối với cơ quan quản lý

- Niêm yết được giá thành

- Thu thập được các số liệu, nhu cầu tìm chỗ đỗ ở các thời điểm, khu vực

b Đối với chủ bãi đỗ xe

- Quản lý được số lượng xe vào / ra

- Sử dụng tối đa tài nguyên bãi đỗ xe

- Nâng cao kinh tế

c Đối với người dùng

- Tìm được bãi đỗ xe ưng ý

- Giảm được các chi phí như xăng xe, tiền phí gửi xe

- Đảm bảo an toàn tài sản của mình

CHƯƠNG 2: BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS VÀ THUẬT TOÁN PHÂN BỐ LƯU LƯỢNG YÊU

CẦU ĐỖ XE 2.1 Giới thiệu Internet of Things (IoT)

2.1.1 Định nghĩa Internet of Things (IoT)

IoT là một thuật ngữ được đưa ra bởi Kevin Ashton (nhà khoa học đồng sáng lập kiêm giám đốc điều hành của Auto-ID Center, Đại học MIT) vào năm 1999 Tuy vậy, ngay từ đầu những năm 1980 đã có thiết bị kết nối Internet đầu tiên là máy bán nước giải khát Coke ở Carnegie Melon University Thuật ngữ IoT thực sự phổ biến sau hội nghị thế giới về công nghệ thông tin (Internet Protocol version 6 - Giao thức mạng Internet thế hệ 6) lần thứ 4 diễn ra tại Pháp năm 2014 Theo wikipedia.org, IoT

là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó

Hình 2 1: Hình ảnh về Internet of Things

Vạn vật kết nối Internet cung cấp kết nối chuyên sâu cho các thiết bị, hệ thống

và dịch vụ, kết nối này mang hiệu quả vượt trội so với kiểu truyền tải máy-máy (M2M), đồng thời hỗ trợ da dạng giao thức, miền (domain), và ứng dụng Kết nối các thiết bị nhúng này (luôn cả các vật dụng thông minh), được kỳ vọng sẽ mở ra kỷ nguyên tự động hóa trong hầu hết các ngành, từ những ứng dụng chuyên sâu như điện lưới thông minh, mở rộng tới những lĩnh vực khác như thành phố thông minh

- Đo lường thông minh

Đo lường thông minh là một trong những trường hợp sử dụng ứng dụng IoT tạo

ra một lượng lớn dữ liệu từ các nguồn khác nhau, chẳng hạn như lưới thông minh, mực nước và lưu lượng nước, trong đó việc xử lý mất nhiều thời gian ngay cả trên một thiết bị chuyên dụng Đồng hồ thông minh là một thiết bị điện tử ghi lại dữ liệu tiêu thụ năng lượng điện giữa đồng hồ và hệ thống điều khiển Thu thập và phân tích

dữ liệu đồng hồ thông minh trong môi trường IoT hỗ trợ người ra quyết định dự đoán mức tiêu thụ điện Hơn nữa, các phân tích của một đồng hồ thông minh cũng có thể được sử dụng để dự báo nhu cầu để ngăn chặn khủng hoảng và đáp ứng các mục tiêu chiến lược thông qua các kế hoạch giá cụ thể Do đó, các công ty tiện ích phải có khả năng quản lý dữ liệu khối lượng lớn và phân tích nâng cao được thiết kế để chuyển đổi dữ liệu thành thông tin chi tiết có thể hành động

- Giao thông vận tải thông minh

Một hệ thống giao thông thông minh là trường hợp sử dụng dựa trên IoT nhằm

hỗ trợ khái niệm thành phố thông minh Một hệ thống giao thông thông minh dự định triển khai các công nghệ truyền thông mạnh mẽ và tiên tiến để quản lý các thành phố thông minh Các hệ thống giao thông truyền thống, dựa trên xử lý hình ảnh, bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết, như mưa lớn và sương mù dày đặc Do đó, hình ảnh được chụp có thể không rõ ràng Thiết kế hệ thống biển điện tử sử dụng công nghệ RFID cung cấp một giải pháp tốt để giám sát, theo dõi và nhận dạng phương tiện thông minh Hơn nữa, việc giới thiệu IoT vào các công nghệ mạnh mẽ sẽ cho phép quản lý tắc nghẽn giao thông để thể hiện hiệu suất tốt hơn đáng kể so với cơ sở hạ tầng hiện có Công nghệ này có thể cải thiện các hệ thống giao thông hiện có, trong

đó các phương tiện có thể giao tiếp hiệu quả với nhau một cách có hệ thống mà không cần sự can thiệp của con người

Hệ thống định vị vệ tinh và cảm biến cũng có thể được áp dụng trong xe tải, tàu

và máy bay trong thời gian thực Việc định tuyến của các phương tiện này có thể được tối ưu hóa bằng cách sử dụng phần lớn dữ liệu công khai có sẵn, chẳng hạn như kẹt

xe, điều kiện đường xá, địa chỉ giao hàng, điều kiện thời tiết và vị trí của các trạm nạp Ví dụ, trong trường hợp thay đổi địa chỉ thời gian chạy, thông tin cập nhật (tuyến đường, chi phí) có thể được tối ưu hóa, tính toán lại và chuyển cho các trình điều khiển trong thời gian thực Các cảm biến được tích hợp vào các phương tiện này cũng

có thể cung cấp thông tin theo thời gian thực để đo sức khỏe động cơ, xác định xem thiết bị có cần bảo trì hay không và dự đoán lỗi

- Chuỗi cung ứng thông minh

Các công nghệ cảm biến nhúng có thể giao tiếp hai chiều và cung cấp khả năng truy cập từ xa tới hơn 1 triệu thang máy trên toàn thế giới Dữ liệu thu được được sử dụng bởi các kỹ thuật viên tại chỗ và chạy các tùy chọn chẩn đoán và sửa chữa để đưa ra quyết định phù hợp, giúp tăng thời gian hoạt động của máy và tăng cường dịch

vụ khách hàng Cuối cùng, phân tích dữ liệu IoT lớn cho phép chuỗi cung ứng thực hiện các quyết định và kiểm soát môi trường bên ngoài Thiết bị nhà máy hỗ trợ IoT

sẽ có thể giao tiếp trong các tham số dữ liệu (nghĩa là sử dụng máy, nhiệt độ) và tối

ưu hóa hiệu suất bằng cách thay đổi cài đặt thiết bị hoặc quy trình xử lý công việc Khả năng hiển thị quá cảnh là một trường hợp sử dụng khác sẽ đóng vai trò quan trọng trong chuỗi cung ứng trong tương lai với sự hiện diện của cơ sở hạ tầng IoT Các công nghệ chính được sử dụng bởi khả năng hiển thị nội bộ là RFID và Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) dựa trên đám mây, cung cấp vị trí, danh tính và thông tin theo dõi khác Những dữ liệu này sẽ là xương sống của chuỗi cung ứng được hỗ trợ bởi các công nghệ IoT Thông tin được thu thập bởi thiết bị sẽ cung cấp khả năng hiển thị chi tiết của một mặt hàng được vận chuyển từ nhà sản xuất đến nhà bán lẻ Dữ liệu được thu thập thông qua công nghệ RFID và GPS sẽ cho phép các nhà quản lý chuỗi cung ứng tăng cường giao hàng tự động và thông tin giao hàng chính xác bằng cách dự đoán thời gian đến Tương tự, các nhà quản lý sẽ có thể theo dõi các thông tin khác, chẳng hạn như kiểm soát nhiệt độ, có thể ảnh hưởng đến chất lượng của các sản phẩm quá cảnh

2.2 Bãi đỗ xe thông minh dựa trên công nghệ IoT

2.2.1 Mục tiêu

Bãi giữ xe IoT ra đời phải giải quyết được những nhược điểm của bãi đỗ xe truyền thống Hơn thế nữa, việc mang lại sự thoải mái cho khách hàng là ưu tiên số một trong kinh doanh dịch vụ Vì vậy, các ứng dụng bãi đỗ xe ra đời cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

1 Tự động hóa hầu hết các quy trình: Việc này có thể thực hiện được bằng công nghệ nhận diện hiện đại Công nghệ RFID được giới thiệu như một phương pháp đảm bảo được các tiêu chí: rẻ-bền-an toàn RFID đóng vai trò như một bộ nhận diện khách hàng (xe ô tô) Sau khi có được bộ nhận diện khách hàng, vấn đề tiếp cần được giải quyết là hệ thống quản lý Có rất nhiều phương pháp xây dựng hệ thống quản lý khác nhau, tuy nhiên, đề tài đề xuất một phương pháp quản lý thông qua điện toán đám mây, nơi lưu trữ toàn bộ thông tin, dữ liệu hoạt động của hệ thống

2 Thuật toán tối ưu đường đi: Việc lựa chọn đường tới bãi đỗ xe ngắn nhất là trọng tâm để làm hài lòng khách hàng cũng như nhà quản lý trong việc dễ dàng tính toán dư lượng chỗ đậu xe

3 Tối ưu cho quản lý: Quản lý toàn bộ hệ thống thông qua ứng dụng web

2.2.2 Công nghệ RFID

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến Công nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng Một

hệ thống RFID thường bao gồm 2 thành phần chính là thẻ tag (chip RFID chứa thông tin) và đầu đọc (reader) đọc các thông tin trên chip

Ban đầu, RFID được ứng dụng trong lĩnh vực quân sự Trong thế chiến thứ II, quân đội các nước Mỹ, Nga, Đức,… đã ứng dụng công nghệ RFID để xác định máy bay trên không phận mình là của địch hay của kẻ thù vì vậy nó còn có tên là IFF (Identify Friend or Foe) Tuy nhiên, mãi đến những năm 80 nó mới được bắt đầu ứng dụng trong lĩnh vực thương mại Từ năm 1990 đến nay, RFID vẫn là mục tiêu được chú trọng phát triển trong nhiều lĩnh vực như hàng không, quốc phòng cho đến lĩnh vực kiểm kê, kiểm soát hàng hóa, kiểm soát động vật, giao thông (thẻ trả tiền tàu xe, hoặc gắn vào lốp xe để đánh giá điều kiện đường xá), quản lý việc truy cập hệ thống

và bảo mật, quản lý nhân viên, dược phẩm, siêu thị, và đặc biệt là trong lĩnh vực quản

 Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Мbps

 Kích thước: 40мм х 60мм

 Có khả năng đọc và ghi

Hình 2 3: IC MFRC522 2.2.3 Xây dựng ứng dụng Web

lý nguồn nhân lực và nhiều chức năng khác

Việc xây dựng một ứng dụng web có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí so sánh với xây dựng ứng dụng Android hay IOS Ưu điểm lớn nhất của ứng dụng Web là bất kì thiết bị nào có trình duyệt đều có thể sử dụng được Ứng dụng Web rất khác so với một website truyền thống Cụ thể sự khác nhau được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.1: So sánh xây dựng Web site và Web app

Tính tương tác thấp, ít chức năng (Xem,

đọc, click qua lại giữa các link )

Tính tương tác cao, nhiều chức năng (Đăng thông tin, upload file, xuất báo cáo…)

Được tạo thành từ các trang html tĩnh và

một số tài nguyên (hình ảnh, âm thanh,

video)

Được tạo bởi html và code ở back en (PHP, C#, Java, …)

Được dùng để lưu trữ hiển thị thông tin Được dùng để “thực hiện một công

việc”, thực hiện các chức năng của một ứng dụng

Hình 2 4: AWS được bán trên Amazon

- Thiết kế giao diện

Giao diện web đẹp là một điểm cộng lớn trong ngành dịch vụ Có nhiều phương pháp để thiết kế một giao diện, tuy nhiên, cốt lõi của giao diện phải thể hiện được các yếu tố như:

- Đầy đủ thông tin

- Dễ dàng sử dụng

- Đẹp, bắt mắt

Để thiết kế giao diện cần sử dụng tối thiểu hai ngôn ngữ chính là HTML và CSS Trong một vài trường hợp, Javascript cũng được sử dụng để tạo ra các hiệu ứng đẹp mắt

- HTML

HTML (viết tắt cho HyperText Markup Language, hay là ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản) là một ngôn ngữ đánh dấu được thiết kế ra để tạo nên các trang Web với các mẩu thông tin được trình bày trên World Wide Web Cùng với CSS và JavaScript, HTML tạo ra bộ 3 nền tảng kỹ thuật cho World Wide Web HTML được định nghĩa như là một ứng dụng đơn giản SGML và được sử dụng trong các tổ chức cần đến các yêu cầu xuất bản phức tạp HTML đã trở thành một chuẩn internet do tổ chức World Wide Web Consortium(W3C) duy trì Phiên bản chính thức mới nhất của HTML là HTML 4.01(1999) Sau đó, các nhà phát triển đã thay thế nó bằng XHTML Hiện nay, HTML đang được phát triển tiếp với phiên bản HTML5 hứa hẹn mang lại diện mạo mới cho Web

- Node JS

Node.js là một hệ thống phần mềm được thiết kế để viết các ứng dụng internet

có khả năng mở rộng, đặc biệt là máy chủ web Chương trình được viết bằng JavaScript, sử dụng kỹ thuật điều khiển theo sự kiện, nhập/xuất không đồng bộ để tối tiểu tổng chi phí và tối đại khả năng mở rộng Node.js bao gồm có V8 JavaScript engine của Google, libUV, và vài thư viện khác.Node.js được tạo bởi Ryan Dahl từ

năm 2009, và phát triển dưới sự bảo trợ của Joyent Mục tiêu ban đầu của Dahl là làm cho trang web có khả năng push như trong một số ứng dụng web như Gmail Sau khi thử với vài ngôn ngữ Dahl chọn Javascript vì một API Nhập/Xuất không đầy đủ Điều này cho phép anh có thể định nghĩa một quy ước Nhập/Xuất điểu khiển theo sự kiện, non-blocking

Hình 2 5: Giao diện Node JS

Bản thân arduino là một một nền tảng mã nguồn mở bao gồm phần cứng và phần mềm Phần cứng bao gồm các board mạch được thiết kế sẵn với các cảm biến, linh kiện (hiện nay đã có đến hơn 300000 bo mạch khác nhau được sản xuất và bán

ra thị trường) Còn phần mềm của arduino có thể sử dụng các cảm biến, linh kiện của arduino một các linh hoạt tùy thuộc vào mục đích sử dụng

Bước 1: Mã hóa nhị phân

Bước 2: Tạo tập hợp giải pháp trong đó mỗi cá thể trong tập hợp là một giải pháp được mã hóa nhị phân

Bước 3: Phương pháp Roulette là sự lựa chọn cá thể tốt nhất để liên kết và tạo

Bước 6: Áp dụng đột biến điểm đơn với xác suất đột biến 0,12 cho con cái được tạo sau khi trao đổi chéo

Bước 7: Tính tổng giá trị thể lực và trung bình của con cái

Bước 8: Tạo thế hệ tiếp theo dựa trên giá trị thể lực

Bước 9: Lặp lại bước 3 đến Bước 7 cho đến khi đạt được số lần lặp tối đa Bước 10: Trả về giải pháp tối ưu

2.3 Thuật toán phân bố tải lưu lượng đỗ xe

2.3.1 Tổng quan hệ thống

Hệ thống này bắt nguồn từ ý tưởng về IoT Hệ thống sử dụng WSN bao gồm công nghệ RFID để giám sát bãi đỗ xe Một đầu đọc RFID đếm phần trăm chỗ đậu