Sử dụng thực tại ảo mô phỏng điểm đen giao thông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Lê Hữu Nhân SỬ DỤNG THỰC TẠI ẢO MÔ PHỎNG ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên, năm 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Lê Hữu Nhân SỬ DỤNG THỰC TẠI ẢO MÔ PHỎNG ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đỗ Năng Toàn Thái Nguyên, năm 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn tự tìm hiểu, sưu tầm, tra cứu xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu đề tài hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Đỗ Năng Toàn Nội dung luận văn chưa công bố hay xuất hình thức chép từ công trình nghiên cứu Tất phần mã nguồn chương trình tự thiết kế xây dựng, có sử dụng số thư viện chuẩn thuật toán tác giả xuất công khai miễn phí mạng Internet Nếu sai xin xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày 15 tháng năm 2012 Người cam đoan Lê Hữu Nhân Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC TT 10 NỘI DUNG Mục lục nội dung Luận văn Các hình vẽ Bảng từ viết tắt bảng biêu Đặt vấn đề Chương Khái quát mô điểm đen giao thông 1.1 Khái quát mô 1.1.1 Mô gì? 1.1.2 Mô máy tính 1.1.3 Thực ảo mô máy tính 1.1.4 Ứng dụng thực ảo mô máy tính 1.2 Điểm đen tai nạn va chạm giao thông 1.2.1 Điểm đen giao thông 1.2.2 Tai nạn, va chạm giao thông điểm đen 1.2.3 Mô giao thông 1.2.4 Các hệ thống phần mềm quản lý an toàn giao thông Chương Một số kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm mô điểm đen giao thông 2.1 Mô điểm đen giao thông 2.2 Phát va chạm 2.2.1 Kỹ thuật dùng Hộp Bao AABB 2.2.2 Kỹ thuật dùng Hộp Bao OBB 2.2.3 Kỹ thuật sử dụng phương pháp Elipsoid 2.2.4 Phát va chạm đối tượng di chuyển 2.3 Xử lý hiệu ứu méo mó, biến dạng sau va chạm Chương Ứng dụng mô tai nạn va chạm điểm đen giao thông 3.1 Tổng quan kết cấu hạ tầng an toàn giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên 3.2 Hiện trạng an toàn giao thông điểm đen giao thông 3.3 Bài toán ứng dụng mô tình va chạm giao thông 3.4 Một số kiến nghị đề xuất giải pháp kìm chế tai nạn giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2011-2015 3.5 Đề xuất Mô hình kiến trúc ứng dụng quản lý mô điểm đen giao thông địa bàn tỉnh KẾT LUẬN: 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trang i ii iii 2 6 7 11 11 17 18 19 32 41 42 49 49 53 56 60 62 63 64 http://www.lrc-tnu.edu.vn ii BẢNG CÁC HÌNH VẼ Hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Hình 2.21 Hình 2.22 Hình 2.23 Hình 2.24 Hình 2.25 Hình 2.26 Hình 3.1 Hình 3.2, 3.3, 3.4 Tên hình Mô 3D máy bay Mig21 Mô 3D tim người Mô 3D đen điều khiển tín hiệu giao thông Mô 3D va chạm giao thông Một điểm đen giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên Tai nạn, van chạm giao thông tần nhìn bị che khuất Mô hình quy hoạch phân luồng giao thông 3D Mô hình quy hoạch phân luồng oto 3D hệ thống Carsim Cửa sổ thiết kế quy hoạch tuyến, luồng phương tiện giao thông Hộp bao AABB, 2D Hộp bao AABB, 3D Hộp bao AABB Chiếu đối tượng lên trục tọa độ Hộp bao hướng OBB Hình chiếu P lên đường thẳng d Chiếu đỉnh hình hộp lên trục d Kết hai hình hộp lên trục cô lập d Tìm điểm va chạm hai điểm tiếp xúc Tìm mặt phẳng chứa tam giác Tìm điểm va chạm giả định Tìm điểm va chạm giả định nằm mặt phẳng Điểm va chạm tập điểm Tính điểm giao thực Kiểm tra điểm nằm tam giác Kiểm tra va chạm xác nhận điểm va chạm Xử lý trượt va chạm với tam giác Khái niệm mặt phẳng trượt Tiếp diện mặt cầu Tiếp tuyến đường cong (2D) Đường cong bề mặt xác định tiếp diện với mặt cầu Tất pháp tuyến tiếp diện mặt cầu có hướng vào tâm cầu Độ lớn hướng vector vận tốc va chạm với mặt phẳng Hỉnh ảnh méo mó, biến dạng sau va chạm Đường cong B-Spline Mặt cong B-Spline Sơ đồ xây dựng hệ thống mô va cham giao thông Các kết thực nghiệm mô phỏng, mà mô hình kiến trúc Phần mềm quản lý mô điểm đen giao thông Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang 3 6 8 10 16 16 16 17 18 19 20 21 25 30 33 33 33 34 34 35 35 35 35 36 36 37 39 40 44 46 54 56 58, 59 iii BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ BẢNG BIỂU Bảng từ viết tắt luận văn TT Từ viết tắt Ý nghĩa CNTT Công nghệ thông tin TNGT Tai nạn giao thông ATGT An toàn giao thông UBND Ủy ban nhân dân GTVT Giao thông vận tải CNTT&TT Công nghệ thông tin Truyền thông UBND Ủy ban nhân dân Bảng bảng biểu TT Tên bảng Bảng Bảng giá trị R, R0, R1 tính toán trước 24 Bảng Tính toán sẵn toạ độ tiếp điểm trường hợp 29 Bảng Số liệu tai nạn giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên từ năm 2006 đến 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trang 53 http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ thông tin năm vừa qua phát triển vô mạnh mẽ, tác động trực tiếp, gián tiếp đến tất ngành lĩnh vực đời sống kinh tế, xã hội loài người Trở thành công cụ thiếu kinh tế, sống người đại ngày Mặt khác Công nghệ thông tin tác động mạnh mẽ, nguyên nhân bản, làm giới ngày phẳng Cùng với phát triển đó, thân nội chuyên ngành hẹp CNTT không ngừng vận động thay đổi phát triển mạnh mẽ để đáp ứng yêu cầu Một chuyên nganh hẹp có lĩnh vực nghiên cứu: xử lý ảnh, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, công nghệ thực ảo Thái Nguyên trung tâm giáo dục đào tạo, y tế, kinh tế trị vùng Đông Bắc Bộ theo Nghị Quyết 37 Bộ Chính trị Thái Nguyên có 4.500 km đường giao thông Hàng năm địa bàn tỉnh có khoảng 1000 vụ tai nạn va chạm giao thông xảy Nếu tính bình quân tháng Thái Nguyên có 19 người chết 100 người bị thương tai nạn giao thông (TNGT) Theo số liệu phân tích Ban An toàn giao thông tỉnh Thái Nguyên, nguyên nhân xảy tai nạn va chạm giao thông nêu nhiều nguyên nhân khách quan, chủ quan khác nhau, có nhiều nguyên nhân tồn điểm đen giao thông (Trên địa bàn tỉnh có 64 điểm đen giao thông) Nhiều “Điểm đen” giao thông xuất xuống cấp hạ tầng giao thông phát triển nhanh kinh tế xã hội…Do vậy, để đảm bảo an toàn giao thông , việc tiếp tục đầu tư nâng cấp, cải tạo tuyến đường, nâng cao nhận thức chấp hành pháp luật giao thông đường bộ, phải đẩy mạnh tăng cường công tác quản lý, phát xử lý kịp thời điểm đen TNGT cần thiết quan trọng góp phần giảm thiểu tối đa tai nan giao thông địa bàn Xuất phát từ tình hình thực tiễn nêu trên, luận văn tốt nghiệp nhằm mục đích tìm hiều công nghệ thực ảo, tìm hiểu va chạm đối tượng tai nạn giao thông thực tế để mô vào máy tính Luận văn gồm chương: - Chƣơng 1: Khái quát mô điểm đen giao thông Chƣơng 2: Một số kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm mô điểm đen giao thông Chƣơng 3: Ứng dụng mô tai nạn va chạm phương tiện Ôtô điểm đen giao thông Trong trình thực luận văn này, nhận nhiều giúp đỡ thầy cô giáo trường Đại học CNTT&TT, Viên CNTT – Viện KHCN Việt Nam, bạn bè đồng nghiệp gia đình Tôi xin cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy giáo PGS.TS Đỗ Năng Toàn người trực tiếp hướng dẫn khoa học luận văn Tôi xin trân thành cảm ơn Ban An toàn giao thông, sở Giao thông vân tải tỉnh Thái Nguyên cung cấp số liệu liên quan đến luận văn Cùng anh chị, bạn đồng nghiệp, người thân gia đình tạo điều kiện, động viên trình làm luận văn Vì điều kiện thời gian nhiều, kinh nghiệm hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô giáo đồng nghiệp Trân trọng! Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG VÀ ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG 1.1 Khái quát mô 1.1.1 Mô gì? Hiện nay, có nhiều khái niệm, cách giải thích mô phỏng, theo từ điển từ điển Oxford, 1976, mô hiểu sau: "To simulate is to feign, , to pretend to be, , toact like, to resemble, towear the guise of, mimic, , imitate conditions of (situation etc.) with models, for convenience or training purposes" Có thể dịch là: "Mô có nghĩa làm giả, cố tình bắt chước giống như, hành động như, mang hình thức của, mang mặt nạ , mô điều kiện mô hình (hay tình huống) với mục đích huấn luyện tiện lợi" Hay theo, số viết, tài liệu Việt Nam thì, mô hiểu là: - Mô trình "bắt chước” hệ thống có thực; - Hoặc trình tạo mô hình hệ thống có sẵn để xác định hiểu rõ nhân tố điều khiển hệ thống, hay dự đoán/dự báo hành vi hoạt động hệ thống tương lai; - Hoặc mô việc nghiên cứu trạng thái mô hình để qua hiểu hệ thống thực, mô tiến hành thử nghiệm mô hình Đó trình tiến hành nghiên cứu vật thật nhân tạo, tái tạo tượng mà người nghiên cứu cần để quan sát làm thực nghiệm, từ rút kết luận tương tự vật thật Tóm lại để hiểu mô gì? ta hiểu cách đơn giản sau “Mô trình “bắng chước” hệ thống (mô hình, trạng thái, đối tượng) có thực Để thực việc mô phỏng, ta thực từ phương tiện đơn giản giấy, bút, phấn, bảng…hay sử dụng vật liệu như: gỗ, gạch, sắt…hiện đại dùng máy tính điện tử Mô công cụ hiệu quan trọng giúp người sử dụng phương thức thiết kế lựa chọn đánh giá xác kết mà không cần phải thực nghiệm hệ thống thực, giúp ta trả lời như: nào? điều xảy ? qua đó, cho thấy mô ứng dụng rộng rãi kinh tế, kỹ thuật, an ninh quốc phòng, văn hóa xã hội…rất cần thiết cho sống phát triển loài người Đối với lĩnh vực an toàn giao thông, mô công cụ hữu hiệu công tác quản lý, quy hoạch giao thông; đảm bảo an toàn, cảnh báo, dự báo phòng trách tai nạn giao thông… Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.1.2 Mô máy tính a) Mô máy tính Mô máy tính việc sử dụng chương trình máy tính (hoặc phần mềm) để mô tả trình tập hợp trạng thái hệ thống thực theo mô tả toán học mô hình cho trước Ví dụ: - Mô chuyển động phân tử hệ khí, lỏng, rắn dùng phương trình học cổ điển Newton; Hình 1.1 Mô 3D máy bay Mig21 - - Mô y học như: cấu tạo quan, phận thể người; Mô an ninh quốc phòng….; Hình 1.2 Mô 3D tim người - Mô hoạt động đèn tín hiệu giao thông; mạng lưới giao thông; quy hoạch đô thị; quy hoạch giao thông; va Hình 1.3 Mô 3D điểu kiển đèn tín hiệu giao thông chạm phương tiện tham gia giao thông, vụ tai nạn giao thông…; - Mô lĩnh vực vui chơi, giải trí, truyền hình… b) Các phương pháp mô máy tính Có hai phương pháp mô sử dụng nay: - Mô hay mô nhân-quả (sequential, causal simulation); Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Mô vật lý hay mô phi nhân-quả (physical, non-causal simulation) Hai phương pháp thể hai hướng tiếp cận khác mô hình hóa hệ thống thể xu hướng phát triển đại lĩnh vực mô hình hóa mô Mô nhân-quả: dựa cách tiếp cận nhân-quả mô hình hóa hệ thống Theo đó, hệ thống phân tích thành hay nhiều hệ thống với đầu vào, đầu trạng thái Đầu ("kết quả”) hệ thống phụ thuộc vào trạng thái đầu vào ("nguyên nhân”) Mỗi hệ thống thường mô tả hệ phương trình vi phân thường (ODE – Ordinary Differential Equation) Để tạo thành hệ thống lớn, hệ thống nối với theo nguyên tắc nhân quả: đầu vào hệ thống nhận kết từ đầu hệ thống khác mà phụ thuộc Như vậy, hệ thống tập hợp hệ ODE, xếp theo thứ tự xác định (thể quan hệ nhân-quả hệ thống) Về bản, việc mô hệ thống giải hệ ODE theo thứ tự, hệ sau sử dụng kết hệ trước Mô phi nhân-quả: dựa việc mô hình hóa hệ thống theo hệ xác định hành vi hệ thống điểm nối chúng Thông thường, hệ đại diện cho thiết bị hay thành phần hệ thống, ví dụ thiết bị, phận, động cơ, nhiên liệu,… Mỗi hệ mô tả phương trình cân khối lượng, lượng, công vật chất Tại điểm nối hai hệ tồn quan hệ xác định, ví dụ số đạn xe hay lượng dầu dự trữ, hay tổng thông số kỹ thuật thời điểm Mô hình hệ thống kết hợp mô hình hệ quan hệ điểm nối; nói cách khác, ràng buộc lẫn đại lượng theo quy luật vật lý xác định Như vậy, cách tổng quát hệ thống mô tả phương trình đại số vi phân (DAE – Differential Algebraic Equation) thay ODE Điểm khác biệt so với mô nhân hệ thống kết nối với cách tự nhiên giống quan hệ đối tượng thực tế, không đơn quan hệ tín hiệu vào/ra 1.1.3 Thực ảo mô máy tính Thực ảo đời phát triển từ năm thập niên 90, chủ yếu quốc gia phát triển phương tây Mỹ Thực ảo hệ thống sử dụng đồ họa máy tính để mô giới thật Hơn nữa, giới "nhân tạo" không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tức tín hiệu vào) người sử dụng (nhờ hành động, lời nói, ) Điều xác định đặc tính Thực ảo, khả tương tác với thời gian thực (real-time interactivity) Thời gian thực hiểu máy tính có khả nhận biết tín hiệu vào người sử dụng thay đổi giới ảo Người sử dụng nhìn thấy vật thay đổi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ...2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Lê Hữu Nhân SỬ DỤNG THỰC TẠI ẢO MÔ PHỎNG ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Khoa... quát mô 1.1.1 Mô gì? 1.1.2 Mô máy tính 1.1.3 Thực ảo mô máy tính 1.1.4 Ứng dụng thực ảo mô máy tính 1.2 Điểm đen tai nạn va chạm giao thông 1.2.1 Điểm đen giao thông 1.2.2 Tai nạn, va chạm giao thông. .. Tên hình Mô 3D máy bay Mig21 Mô 3D tim người Mô 3D đen điều khiển tín hiệu giao thông Mô 3D va chạm giao thông Một điểm đen giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên Tai nạn, van chạm giao thông tần