Camera IP và giám sát giao thông thông minh qua hình ảnh

Một trong những ứng dụng vô cùng quan trọng của công nghệ thông tin trong giao thông là giám sát giao thông thông minh qua hình ảnh qua Camera IP.. Trong giao thông, Camere IP đã và đang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHẠM TRỌNG CHIỀU

CAM ERA IP VÀ GIÁM SÁT GIAO THÔNG

THÔNG MINH QUA HÌNH ẢNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS TẠ TUẤN ANH

HÀ NỘI – 2010

LỜI CẢM ƠN

Trước khi bắt đầu luận văn này tôi xin được chân thành cảm ơn các thầy cô

giáo trong trường Đại học Bách Khoa HàNội, các thầy cô giáo trong viện Công

nghệ thông tin và truyền thông và viện đào tạo sau đại học đã tận tình hướng

dẫn, truyền đạt cho tôi những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu trong suốt 2

năm học tập và rèn luyện tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đặc biệt tôi xin cảm ơn Tiến sĩ Tạ Tuấn Anh - Giảng viên bộ môn Hệ

thống thông tin, viện Công nghệ Thông tin, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

đã hết lòng giúp đỡ, tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

này

Cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè là

những người đã động viên, chăm sóc, đóng góp ý kiến và giúp đỡ tôi trong quá

trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Hà Nội, ngày 01 tháng 11 năm 2010

Phạm Trọng Chiều

Học viên lớp CH-CNTT 2008-2010 Viện Công nghệ thông tin và truyền thông Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

LỜI CAM ĐOAN

Tôi – Phạm Trọng Chiều - cam kết luận thạc sĩ khoa học này là công trình nghiên cứu

của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của TS Tạ Tuấn Anh

Các kết quả nêu trong luận văn thạc sĩ khao học là trung thực, không phải là sao chép

toàn văn của bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phạm Trọng Chiều

MỤC LỤC Lời cảm ơn -1

Lời cam đoan -2

Mục lục -3

Danh mục từ điển viết tắt và thuật ngữ -5

PHẦN MỞ ĐẦU -7

1 Lý do chọn đề tài -7

2 Mục đích luận văn -8

3 Cấu trúc và nội dung luận văn -8

4 Phương pháp nghiên cứu và hướng tiếp cận -9

PHẦN NỘI DUNG - 10

Chương I Ứng dụng CNTT trong quản lý giao thông thông minh - 10

1.1 Giới thiệu về ITS và bài toán quản lý giao thông .10

1.2 Vai trò của ITS 15

a An toàn giao thông 15

b Giảm ùn tắc giao thông 15

c Tăng khả năng kết nối 15

d Giảm chi phí vận chuyển 15

1.3 Sự phát triển của ITS 16

1.4 Kiến trúc ITS 17

1.5 Một số hệ thống ITS trên thế giới 19

Chương II Giám sát giao thông bằng CAMERA IP - 26

2.1 Giới thiệu về CAMERA IP (Network Camera-Camera Mạng) 26

2.2 Các định dạng Video hỗ trợ 28

2.3 Các kỹ thuật trong CAMERA IP 29

2.4 Bài toán giám sát giao thông thông minh bằng CAMERA IP 31

2.5 Một số hệ thống giám sát giao thông sử dụng CAMERA IP 33

Chương III Xử lý hình ảnh trong giám sát giao thông thông minh - 39

3.1 Các bài toán xử lý hình ảnh trong giám sát giao thông thông minh 39

3.2 Giám sát chuyển động 41

3.3 Đo vận tốc xe 44

3.4 Đếm xe, tính mật độ giao thông .50

3.5 Nhận dạng biển số xe 54

Chương IV Đề xuất ứng dụng CAMERA IP trong giám sát giao thông ở thành phố Hà nội 60

4.1 Thực trạng về giám sát giao thông ở Hà nội 60

4.2 Mục tiêu của giải pháp 61

4.3 Đề xuất phương án lắp đặt CAMERA IP 62

4.4 Giải pháp CAMERA đèn đỏ cho các giao lộ 64

4.5 Phương án xây dựng giao thông “Làn sóng xanh” 68

PHẦN KẾT LUẬN - 79

1 Các kết quả thu được 79

2 Khó khăn và hạn chế - 79

3 Hướng phát triển - 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 80

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ

3D Model based tracking Theo dõi dựa theo mô hình 3D

Active contour based tracking Theo dõi dựa trên đường viền linh hoạt

CCTV : Closed-Circuit TeleVision Truyền hình nội bộ

Feature based tracking Theo dõi dựa theo các điểm nổi bật

HCI : Human-Computer Interaction Tương tác người-máy

HS : Horn-Schunck Giải thuật Horn-Schunck

LK : Lucas-Kanade Giải thuật Lucas-Kanade

MOG : Mixture of Gaussians Trộn Gaussians

Motion-base grouping Nhóm dựa chuyển động

OpenCV : Open Source Computer Vision Thư viện các hàm dùng để xử lý ảnh

và videoPDF : Probability density function Hàm mật độ xác suất

Preprocessing Tiền xử lý

RA:Running Average Trung bình liên tục

Region based tracking Theo dõi dựa theo vùng

SKDA : Sequential KD Approximation Xấp xỉ mật độ nhân liên tục

TMC:Transportation Management Center Trung Tâm Điều Hành Giao Thông

PHẦN MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, với sự bùng nổ mạnh mẽ, ngành công nghệ thông tin đã có những

đóng góp quan trọng trong việc thúc đẩy đất nước phát triển, hòa vào cùng thành

công chung trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Nhờ công nghệ

thông tin, mà xu hướng tin học hóa đã đi sâu vào hầu hết các lĩnh vực kinh tế-xã

hội, đem lại hiệu quả làm việc, năng suất lao động cao, và trình độ quản lý hiệu quả

Công nghệ thông tin đã dần dần khẳng định được vai trò cực kì quan trọng và tất

yếu của mình Sự phát triển toàn diện của một xã hội hiện đại luôn song hành với sự

phát triển của công nghệ thông tin

Giao thông là một vấn đề quan trọng của xã hội và việc giải quyết vấn đề

giao thông là một công việc mà toàn xã hội phải quan tâm Cùng với sự nghiệp công

nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, hạ tầng giao thông đường bộ cũng đang được

phát triển, nâng cấp, mở rộng với hệ thống các xa lộ các đường cao tốc,… nhằm đáp

ứng nhu cầu của xã hội Yêu cầu đặt ra là phải ứng dựng các công nghệ tiên tiến để

tự động hóa việc quản lý, giám sát và điều hành hệ thống giao thông một cách hiệu

quả Một trong những ứng dụng vô cùng quan trọng của công nghệ thông tin trong

giao thông là giám sát giao thông thông minh qua hình ảnh qua Camera IP

Trên thế giới hiện đã nay hệ thống Camera IP đã được triển khai, ứng dụng

trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội Trong giao thông, Camere IP đã và

đang được ứng dụng trong các hệ thống giám sát giao thông bằng hình ảnh (theo dõi

xe lưu thông, điều khiển xe, đo tốc độ, phát hiện xe vi phạm, nhận dạng biển số xe,

định danh phương tiện,…) Trong an ninh, Camera IP giúp phát hiện các chuyển

động và cảnh báo xâm phạm , phát hiện các tình huống bất ngờ như ẩu đả, cướp

ngân hàng,… Trong các hệ thống theo dõi quản lý bằng hình ảnh ở các cửa khẩu,

sân bay, bến cảng,…vvv

Ở nước ta, ở các tuyến, tại nút giao thông quan trọng cũng đã và đang triển khai

hệ thống Camera IP ví dụ trên Quốc lộ 1 đoạn Pháp Vân - Cầu Giẽ, Cầu giẽ - Ninh

Bình,… và đã được Chính Phủ đồng ý mở rộng ra các tuyến quốc lộ khác Đây là

một ứng dụng vô cùng quan trọng, hữu hiệu trong việc giải quyết bài toán giao

thông vốn rất nan giải ở nước ta

Xuất phát từ thực tiễn cùng niềm đam mê nghiên cứu về công nghệ thông tin, tôi

mong muốn có được hiểu biết sâu rộng hơn về hệ thống giao thông thông minh, về

Camera IP và ứng dụng của Camera IP trong giao thông thông minh Chính vì vậy,

tôi quyết định chọn đề tài :

“Camera IP va giám sát giao thông thông minh qua hình ảnh”

2 MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN

Với sự giúp đỡ của các thầy cô, tôi mong muốn tất cả những gì mình tích lũy

được trong thời gian qua sẽ được thể hiện qua luận văn này Vì vậy, mục đích của

luận văn là như sau :

• Thể hiện lượng kiến thức mà tôi tích lũy được trong thời gian vừa

qua

• Tìm hiểu về ứng dụng của công nghệ thông tin trong hệ thống giao

thông thông minh, chi tiết về Camera IP, ứng dụng của Camera IP giám sát và điều hành giao thông thông minh

• Nâng cao khả năng nghiên cứu, khả năng tư duy, khả năng tiếp cận và

giải quyết vấn đề

• Qua đó có được cái nhìn sâu hơn về hệ thống giao thông thông minh

đang được ứng dụng rộng rãi

3 CẤU TRÚC VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN

Từ các nội dung cụ thể của luận văn được trình bày ở phần trên, luận văn tốt

nghiệp của tôi xin được tổ chức như sau Luận văn bao gồm tất cả 3 phần với 5

chương Nội dung cụ thể của mỗi phần như sau :

1 Phần mở đầu

• Chương mở đầu : Trình bày về lý do chọn đề tài, mục đích, nội dung, và cấu

trúc của luận văn

2 Phần nội dung

• Chương I : Ứng dụng CNTT trong quản lý giao thông thông minh

Trình bày các vấn đề ứng dụng, hướng tới một hệ thống giao thông thông minh

• Chương II : Giám sát giao thông bằng camera IP

Giới thiệu về Camera IP là gì, các kĩ thuật trong camera IP, hệ thống giám sát giao

thông sử dụng camera IP (hệ thống NVR, video management, màn hình giám sát),

các lợi ích mang lại.

• Chương III : Xử lý hình ảnh trong giám sát giao thông

Giám sát chuyển động (đếm xe, đo tốc độ, phát hiện vi phạm), các kĩ thuật xử lý

nhận dạng biển số xe: xác định đinh danh xe ứng dụng trong thu phí, quản lý vào ra

bãi đỗ xe, , các kĩ thuật xử lý.

• Chương IV : Đề xuất ứng dụng giám sát giao thông bằng Camera IP trong

thành phố Hà nội

Thực trạng ứng dụng camera trong giám sát giao thông ở Hà nội, đề xuất phương

án lắp đặt camera và phương án xây dựng giao thông “làn sóng xanh”

3 Phần kết luận

• Chương V : Trình bày về các kết quả thu được trong quá trình làm luận văn,

những mặt khó khăn, hạn chế và nêu ra hướng phát triển của luận văn

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ HƯỚNG TIẾP CẬN

Trong khoảng thời gian thực tập và làm luận văn tốt nghiệp tôi đã áp dụng phương

pháp nghiên cứu và hướng tiếp cận sau :

• Tham khảo ý kiến của các chuyên gia qua các bài báo, tài liệu hướng dẫn có

trên mạng Xem và học tập các chương trình hệ thống giám sát chuyển động

bằng hình ảnh qua tài liệu, các bài báo

• Áp dụng phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết trong việc nghiên cứu

và xây dựng cơ sở lý thuyết cho hệ thống

• Nghiên cứu, tìm kiếm tài liệu bằng nhiều cách : Qua thầy giáo hướng dẫn,

qua bạn bè, qua những người có kinh nghiệm, qua mạng internet,…

PHẦN NỘI DUNG

Chương I ỨNG DỤNG CNTT TRONG QUẢN LÝ GIAO THÔNG

THÔNG MINH (ITS) 1.1 GIỚI THIỆU VỀ ITS VÀ BÀI TOÁN QUẢN LÝ GIAO THÔNG

Công nghệ thông tin đã làm biến đổi mọi mặt của đời sống, xã hội : từ giáo dục

cho đến y tế chăm sóc sức khỏe và ngày nay CNTT đang làm thay đổi cả hệ thống

giao thông Trong hiện tại và tương lai, hệ thống giao thông không chỉ bao gồm bê

tông sắt thép mà nó ngày càng tăng cường sử dụng CNTT CNTT cho phép các

thành phần của hệ thống giao thông với khoảng cách không quá xa như các 

phương tiện, đường, đèn giao thông, tín hiệu giao thông trở nên thông minh bằng

cách gắn vào chúng các cái vi mạch hay các bộ cảm biến và cho phép chúng giao

tiếp với nhau qua các công nghệ sóng vô tuyển không dây (wireless) Tại các quốc

gia phát triển trên thế giới, ITS giúp tăng cường hiệu quả của hệ thống giao thông

bao gồm giảm ùn tắc, tăng độ an toàn và thuận tiện di chuyển

ITS đã và đang được triển khai ở hầu khắp các nước trên thế giới đặc biệt là tại

Nhật Bản, Singapore, Hàn Quốc, Mỹ Tuy nhiên việc triển khai ITS tại một nước

phát triển bậc nhất thế giới là Mỹ lại bị chậm chễ, kết quả mang lại không như

mong đợi mà nguyên nhân được chỉ ra là do 2 yếu tố : đó là sự thiếu hụt về đầu tư 

đồng bộ, liên tục cho ITS và thiếu trách nhiệm quyền hạn trong các hệ thống, tổ

chức triển khai ITS đặc biệt là thiếu kết hợp giữa các tổ chức liên bang, mỗi bang

làm theo một phương pháp riêng

Nhiều nước trên thế giới tập trung sự chú ý của họ vào việc di chuyển người dân

từ vị trí A đến vị trí B sao cho an toàn và hiệu quả hơn Đặc biệt là ở Châu Âu cũng

như Hoa Kỳ đã bỏ ra hang triệu đô la cho nghiên cứu, nhưng chính tại Nhật là nơi

hình thành việc ứng dụng thương mại các công nghệ về “Các hệ thống giao thông

thông minh” ITS là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống giao thông đường bộ mới

do các công nghệ truyền thông và thông tin tiên tiến điều khiển Hiện có 9 lĩnh vực

của ITS đang được phát triển nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông, thực hành lái xe

tự động, giảm tắc nghẽn giao thông và cải thiện môi trường sống ITS có khả năng

sẽ tạo ra thị trường mang lại doanh thu cao Một loạt các ngành công nghiệp bao

gồm xe hơi, điện tử, tài chính và công nghiệp xây dựng đang phát triển các sản

phẩm và dịch vụ sử dụng ITS cũng như phát triển cơ sở hạ tầng mới

Sau đây là 9 lĩnh vực ITS được phát triển tại Nhật:

1 Các cải tiến trong các hệ thống điều hướng

2 Thu phí đường điện tử

3 Hỗ trợ lái xe an toàn

4 Tối ưu hóa quản lý giao thông

5 Nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý đường bộ

6 Hỗ trợ giao thông công cộng

7 Tăng cường hiệu quả trong thương mại

người dùng

Các lĩnh vực phát triển

(2) Cung cấp

thông tin liên

quan tới đích

1 Các cải tiến trong các hệ thống điều hướng

Lái xe

Thu được thông tin giao thông từ các

hệ thống điều hướng

Lựa chọn và lấy thông tin

về điểm đến

điện tử thống thu

phí điện tử

Người chuyên chở,

và các cơ quan quản lý

chuyển đổi phí

tại các trạm thu phí

(5) Cảnh báo

nguy hiểm

Nhận biết các tình huống nguy hiểm

(6) Hỗ trợ lái

xe

Hoạt động để tránh các tình huống nguy hiểm

(7) Các hệ

thống đường cao

tốc tự động

3 Hỗ trợ lái xe an toàn

toàn

Lái xe tự động (8) Tối ưu

hóa luồng giao

thông

Tối ưu hóa luồng giao thông (9) Cung cấp

Lái xe và các cơ quan quản lý

Các biện pháp thích hợp

để tránh tai nạn giao thông

Quản lý giao thông

và các cơ quan quản lý

Nhắc nhở

và ban hành đầy đủ các giấy phép cho các phương tiện đặc biệt đi qua

(12) Cung

Lái xe và các cơ quan quản lý

Đáp ứng với các thảm họa từ tự nhiên, v.v

Tối ưu hóa việc sử dụng các phương thức vận chuyển khác nhau

Sử dụng giao thông công cộng

Người chuyên chở

và các hành khách của giao thông công cộng

Giao thông công cộng thuận tiện hơn, quản lý hiệu quả hơn, và vận chuyển an toàn hơn

Thực hiện việc quản lý hoạt động giao thông và kiểm soát quyền ưu tiên

(16) Tự động

Người chuyên chở

Vận chuyển an toàn hơn

Thực hiện việc quản lý các hoạt động của xe vận chuyển

(18) Tránh tai

Người đi

bộ và đi xe đạp

toàn hơn

Di chuyển bằng chân, bằng

xe đạp, v.v Du lịch bằng cách đi bộ

Yêu cầu cứu trợ khẩn cấp

Dẫn đường đầy đủ và nhanh chóng tới nơi xảy ra thảm họa

Các hoạt động cứu trợ và phục hồi

Hệ thống giao thông là các mạng lưới chứa rất nhiều thông tin Ví dụ tín hiệu

giao thông cho biết lưu lượng xe đang chờ để qua ngã tư đường, cho biết phuong

tiện có đi ra khỏi làn đường của nó hay không, cho biết 2 phương tiện có khả năng

va chạm tại ngã tư hay không hoặc cho biết khả năng ách tắc của một đoạn đường

Hệ thống giao thông thông minh cho phép các thành phần trong hệ thống giao thông

hoạt động đúng luật một cách tự động từ máy tính, đường xá

1.2 VAI TRÒ CỦA ITS

Hệ thống giao thông thông minh chiếm một vị trí quan trọng trong kế hoạch phát

triển giao thông vận tải của mỗi quốc gia hiện nay ITS được coi là một hệ thống

lớn, trong đó con người, phương tiện giao thông, mạng lưới đường giao thông là các

thành phần của hệ thống, liên kết chặt chẽ với nhau nhằm bảo đảm cho hệ thống

giao thông vận tải đạt các mục tiêu: an toàn, giảm tai nạn giao thông, giảm ùn tắc

giao thông, giảm ô nhiễm môi trường, hạ giá thành vận chuyển; tăng hiệu quả vận

chuyển, tạo điều kiện thuận lợi tối đa cho việc đi lại…

a An toàn giao thông

b Giảm ùn tắc giao thông

c Tăng khả năng kết nối

d Giảm chi phí vận chuyển

So với các nước công nghiệp khác trên thế giới, Nhật Bản đã và đang được xem

là dẫn đầu trong việc ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông tiên tiến để

giảm thiểu vấn đề hóc búa về tắc nghẽn giao thông Nguyên nhân tắc nghẽn là do sự

gia tăng lưu lượng các phương tiện giao thông khiến cho nước Nhật hàng năm lãng

phí mất 5.3 tỉ giờ, tương ứng với số tiền 12 nghìn tỉ yên Thêm vào đó mỗi năm có

đến gần 10.000 người chết do tai nạn giao thông Xe cộ lưu thông nhiều cũng ảnh

hưởng đến môi trường xung quanh

ITS được xúc tiến bởi bốn cơ quan chính phủ Nhật bản (cơ quan công an

quốc gia, Bộ Thương mại quốc tế và công nghiệp, Bộ Bưu chính viễn thông, Bộ

Giao thông vận tải và xây dựng) và các công ty tư nhân tập trung nghiên cứu phát

triển các hệ thống ITS quan trọng Nhóm bốn cơ quan chính phủ đã thiết lập một

hội đồng liên bộ ngành và làm việc cùng nhau trong mối quan hệ hợp tác lẫn nhau

Hiệp hội xe cộ, đường bộ và giao thông thông minh (ITS Nhật bản trước đây là

VERTIS) là một tổ chức hàn lâm hoạt động nhằm cải tiến ITS ITS Nhật bản làm

việc với các cơ quan chính phủ Hiệp hội này cũng tham gia vào việc chuyển giao

kỹ thuật và thông tin quốc tế Các chuyên gia nhận định đến cuối năm 2015 công

nghệ ITS sẽ có giá trị trên thị trường khoảng 500 tỉ đô la (60 nghìn tỉ yên) theo tỉ giá

hiện hành Họ cũng dự báo Nhật bản sẽ tiết kiệm được 25 tỉ đô la (3 nghìn tỉ yên)

mỗi năm chỉ bằng cách loại bỏ tai nạn và ùn tắc giao thông Ngoài ra, các chuyên

gia cho rằng nếu ITS được sử dụng phổ biến thì mức tiêu thụ nhiên liệu sẽ giảm 15

phần trăm trong vòng 30 năm tới và lượng phát thải khí thải cũng giảm 30 phần

trăm ở các khu vực thành thị

Ở Việt Nam xe gắn máy (là loại xe mô tô 2 bánh) vẫn là phương tiện di chuyển

chủ yếu của người dân Hiện nay cả nước có khoảng 21 triệu chiếc đang được phép

lưu hành, trung bình 4 người dân/ chiếc Riêng tại hai thành phố lớn là Thành phố

Hồ Chí Minh và Hà Nội tổng số xe đăng ký đã là 7 triệu chiếc chiếm khoảng 1/3

lượng xe lưu hành tại Việt Nam, đáp ứng đến 90% nhu cầu đi lại của người dân

Phần lớn xe gắn máy do các công ty của Nhật Bản, Đài Loan sản xuất tại Việt Nam

cung cấp và một phần các loại xe rẻ tiền chủ yếu sử dụng tại các vùng nông thôn

nhập khẩu từ Trung Quốc Theo Bộ Giao thông Vận tải thì tính trung bình mỗi ngày

ở Việt Nam có 35 người chết và 70 người bị thương vì tai nạn giao thông Tổng kết

sáu tháng đầu năm 2007 là khoảng 7669 vụ với 6910 người thiệt mạng và khoảng

6000 người bị thương Theo những dữ kiện này của Ủy ban Giao thông Quốc gia thì

con số tử thương trung bình đã là 38 người mỗi ngày vào giữa năm 2007 Tại Việt

Nam, việc triển khai và áp dụng ITS có chọn lọc cho từng lĩnh vực sẽ tạo nên những

kết quả khả quan trong việc theo dõi, quản lý, bảo đảm an toàn, góp phần hạn chế

TNGT và ngăn chặn tình trạng ùn tắc giao thông trên mạng lưới giao thông đường

bộ, đặc biệt là đường đô thị

1.3 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ITS

Giai đoạn 1 (khoảng năm 1995)

Ước tính giai đoạn đầu của ITS diễn ra vào khoảng năm 1995 Vào khoảng thời

gian đó, các hệ thống hàng đầu được biết đến là Hệ thống dẫn đường Giai đoạn này

được gọi là thời kỳ ban đầu của ITS Kể từ năm 1996, thông tin giao thông và các

hệ thống tương tự nó đã bắt đầu được đưa vào phục vụ Thêm vào đó, thông tin về

ùn tắc giao thông và tuyến đường đi tốt nhất cũng được hiển thị trên hệ thống dẫn

đường gắn trong xe để lái xe có thể quản lý và giảm thiểu thời gian đi lại

Hệ thống thu phí đường điện tử để giảm tắc nghẽn giao thông tại các trạm thu

phí cũng được giới thiệu trong giai đoạn này

Giai đoạn hai (khoảng năm 2005)

Bộ Đất đai, cơ sở hạ tầng và giao thông (MLIT) (2002) cho rằng trong giai đoạn

hai các thông tin tới người dùng bao gồm thông tin giao thông công cộng và thông

tin dịch vụ về điểm đến sẽ được cải tiến về nội dung để tiếp tục cải thiện dịch vụ

người dùng

ITS sẽ được dùng để giảm thiểu tai nạn giao thông trên xa lộ và trên các đường

thường bằng cách hỗ trợ lái xe an toàn và nâng cao sự an toàn cho khách bộ hành

Nhanh chóng đưa ra các thông báo và các hạn chế trong lưu thông sau khi xảy ra tai

nạn, đồng thời thực hiện các hoạt động cứu hộ khẩn cấp

Giai đoạn 3 (khoảng 2010)

Trong giai đoạn 3, ITS được phát triển lên một mức độ cao hơn MLIT (2003)

cho biết sự gia tăng về cơ sở hạ tầng và các thiết bị gắn trong phương tiện sẽ biến

ITS thành một hệ thống xã hội Quá trình này cũng kéo theo các hệ thống xã hội và

pháp luật khác dẫn đến ảnh hưởng trong toàn quốc

Giai đoạn 4 (sau 2010)

Trong giai đoạn bốn – là giai đoạn cuối của dự án, tất cả các hệ thống ITS đã sẵn

sàng được triển khai, tạo ra xã hội viễn thông và thông tin hiện đại trên quy mô lớn

cùng với mạng cáp quang toàn quốc và các hệ thống xã hội mới Trong giai đoạn

này, số lượng người sử dụng lái xe tự động sẽ bắt đầu tăng cao

1.4 KIẾN TRÚC ITS

Xác định thượng tầng kiến trúc ITS của quốc gia sẽ là khung xác định việc phát

triển hệ thống giao thông thông minh ở nước đó trong tương lai Đối với các nước

đã phát triển ITS, việc xây dựng thiết kế kiến trúc thượng tầng của hệ thống là một

quá trình đầu tư lâu dài, tốn kém Từ tháng 9 năm 1993, Bộ Giao thông Mỹ đã bắt

đầu một chương trình kéo dài 33 tháng để xây dựng kiến trúc hệ thống Kiến trúc hệ

thống Quốc gia Mỹ được công bố mùa hè năm 1996 với hơn 5000 trang mô tả Vào

tháng sáu năm 1996, họ đã công bố một dự án chuẩn hóa ITS kéo dài 5 năm với

danh sách hơn 44 hạng mục ưu tiên chuẩn hóa, bao gồm cả các luật thông tin giữa

các hệ thống

Ở Châu Âu năm 1994-1996 người ta đã xây dựng SATIN (Kiến trúc hệ thống và

tích hợp điều khiển giao thông) để kiểm định các phương pháp xây dựng kiến trúc

hệ thống liên quan đến giao thông đường bộ Năm 1996-1997 họ thực hiện chương

trình CONVERGE, xây dựng lại các phương thức đã kiểm định trong SATIN, và

phát triển các phương thức của kiến trúc hệ thống cho đường sắt, đường thủy,

đường không và các hệ thống giao thông khác ngoài đường bộ Từ năm 1998 đến

nay, ở Châu Âu họ liên tục phát triển Kiến trúc hệ thống liên mạng Châu Âu

Nhật bản cũng có một chương trình quốc gia khổng lồ tương tự để xây dựng

kiến trúc hệ thống ITS quốc gia Họ xây dựng những quy trình quy chuẩn để xây

dựng kiến trúc hệ thống, gồm :

+ Định nghĩa những chi tiết của các dịch vụ người dùng

+ Xây dựng các kiến trúc lô gích

+ Xây dựng kiến trúc vật lý

+ Xây dựng những vùng tiêu chuẩn hóa

Mô hình kiến trúc thượng tầng ITS quốc gia Mỹ

Hình 2.1 Mô hình kiến trúc thượng tầng ITS tại Mỹ

Sơ đồ trên biểu hiện trong 4 khung vuông màu biểu hiện các lớp ứng dụng và

các khung vuông trắng nằm trong biểu hiện các hệ thống nhỏ nằm trong:

- Lớp Lữ hành (màu vàng - Travelers): Hỗ trợ người dùng từ xa và truy cập

thông tin cá nhân

- Lớp trung tâm điều hành (màu xanh lá cây– Centers): Cung cấp dịch vụ thông

tin, điều hành giao thông, điều tiết khí thải, Điều khiển sự cố khẩn cấp, điều khiển

trung chuyển, Quản trị thu phí, điều hành đoàn xe và vận chuyển hàng hóa, quản trị

xe thương mại, điều hành dữ liệu lưu trữ, điều hành công việc xây dựng và bảo trì

bảo dưỡng

- Lớp phương tiện (Màu nước biển – Vehicles): Bao gồm các xe xây dựng và

bảo trì, các xe trung chuyển, các xe thương mại, các xe khẩn cấp và các xe thông

thường

- Lớp hiện trường (Màu cam – Field): Các làn đường, giám sát an ninh, thu phí,

điều hành dừng đỗ xe, kiểm tra xe thương mại

Các hệ thống này được nối kết bởi các đường thẳng biểu hiện các liên kết thông

tin qua một trong 4 ô van màu hồng biểu hiện phương thức giao tiếp thông tin bao

gồm:

+ Vô tuyến vùng phủ sóng rộng (thông tin di động)

+ Giao tiếp điểm cố định đến điểm cố định

+ Xe đến xe

+ Thông tin vô tuyến sóng ngắn đặc dụng (DSRC)

1.5 MỘT SỐ HỆ THỐNG ITS TRÊN THẾ GIỚI

Trong những năm gần đây, thế giới nói nhiều đến sự cần thiết phải có một Hệ

thống giao thông thông minh (lntelligent Transport System - ITS) Về thực chất,

ITS là ứng dụng công nghệ cao điện tử, tin học và viễn thông để điều hành và quản

lý hệ thống giao thông vận tải Tại một số nước phát triển, tự động hoá truyền tin

trong giao thông vận tải đã được triển khai hàng chục năm nay

Nhật Bản là một điển hình thực hiện ITS

Bước khởi đầu để triển khai ITS tại Nhật Bản, các thông tin về giao thông được

cung cấp qua Hệ thống thông tin liên lạc 1 phương tiện giao thông (VICS) Đây là

một 1 hệ thống dữ liệu số nhằm cung cấp cho các lái xe thông tin cập nhật về giao

thông đường bộ Sử dụng hệ thống này, thông tin chi tiết về đường bộ cần thiết cho

lái xe được truyền đi từ cột tín hiệu đặt trên đường tới hệ thống thiết bị định vị đặt

trên xe Thông tin truyền diện rộng được thông qua đài phát sóng FM Từ

1996-1998, số lượng hệ thống VICS bán ra đã đến 600.000 chiếc Nơi được trang bị đầu

tiên là các đường phố của thủ đô Tôkyô Hệ thống hỗ trợ lái xe tự động trên đường

cao tốc (AHS) để được nghiên cứu và phát triển từ năm 1991 Mục tiêu nghiên cứu

là cảnh báo những nguy hiểm phiá trước trên đường, xác định vị trí của các phương

tiện giao thông khác, ngăn ngừa va đập đằng sau AHS được nghiên cứu trên 3 lĩnh

vực chủ yếu: Thông tin: nghiên cứu việc cung cấp thông tin cho lái xe; Điều khiển:

nghiên cứu hỗ trợ điều khiển xe; Dẫn đường tự động: nghiên cữu hỗ trợ lái xe hoàn

toàn tự động Sự an toàn của lái xe là trách nhiệm của hệ thống này Dự án Phương

tiện giao thông an toàn cao (ASV) cũng đã bắt đầu được nghiên cứu từ 1991 bao

gồm 6 lĩnh vực và 32 hệ thống Nhiều kết quả đã đạt được trong phát triển công

nghệ tự động Một số nhà sản xuất ô tô đã bán ra các hệ thống điều khiển dẫn đường

thích ứng Hệ thống thu phí đường điện tử để chống ùn tắc giao thông (ETS) đã

được nghiên cứu từ 1990 và triển khai từ tháng 3-1997 Hệ thống này của Nhật Bản

phù hợp với tất cả các kiểu thu phí đường trong khi sử dụng cùng một thiết bị trên

xe Giai đoạn từ 2000 đến nay thực sự là một cuộc cách mạng trong hệ thống giao

thông với các dịch vụ của ITS cho người sử dụng ở Nhật Từ năm 2005-2010, theo

chương trình đã xây dựng, ITS sẽ kết hợp công nghệ mới với nâng cấp cơ sở hạ

tầng, hoàn thiện pháp chế và thể chế xã hội, lái xe tự động sê trở thành hiện thực,

hạn chế tối đa ùn tắc giao thông Nhật Bản đất hẹp người đông nhưng rất tự hào vì

đã áp dụng công nghệ phát triển các dữ liệu điều khiển bằng máy tính cho hàng

triệu ô tô, tạo nên một phương tiện đi lại thông minh nhất thế giới

Hình 2.2 Hệ thống ITS ở Nhật Bản

Hệ thống điều hướng ô tô ở Nhật Bản có thể nhanh chóng báo cho người lái xe

đường nào đang bị tắc Sử dụng một hệ thống phát thanh radio FM điều khiển bằng

máy tính để thu thập và gửi thông tin từ hơn 18.000 đèn hiệu tia hồng ngoại và sóng

radio cài đặt dọc theo đường phố, các hệ thống nói trên có thể tính toán được thời

gian để vượt qua các vụ tắc nghẽn giao thông ở các thành phố rồi tìm ra đường đi

nhanh nhất Tuy nhiên chỉ có khoảng một triệu xe rong số 70 triệu ô tô trên đường

phố Nhật hiện nay có khả năng này Nguyên nhân là do đa số các hệ thống điều

hướng được bán ở Nhật chỉ mang lại cho người điều khiển xe một phần thông tin về

tình hình giao thông hiện tại Hơn nữa, thiết bị do người buôn bán cung cấp có chất

lượng thấp và các hệ thống điều hướng cao cấp chưa được quảng cáo nhiêu ở Nhật

Các sản phẩm chất lượng khá lại quá đắt Giá mỗi hệ thống từ 950 đến 1.900 USD

cộng với 240 USD cho khả năng thu thập thông tin kịp thời và các khoản khác

Các máy thu phí điện tử các con đường được gắn nhưng con chíp máy tính và

những chiếc ô tô thông minh chưa liên quan nhiều đến công nghệ tiên tiến song sự

đan xen giữa các hệ thống này lại khá phức tạp Nhưng trở ngại lớn vẫn còn tồn tại

trước khi Chính phủ, các cơ quan và ngành giao thông công cộng có thể thoả thuận

về các tiêu chuẩn, phương thức và các khoản phí để tạo nên hệ thống lưu thông

thông mình

Để có toàn bộ hệ thống nói trên, mọi người phải cùng nhất trí về cách thức tiến

hành, lựa chọn loại công nghệ, các tiêu chuẩn cần sử dụng và đối tượng chi trả cho

hệ thống Đó là những vấn đề thực sự phức tạp Tuy nhiên trên thực tế, không cần

có bất cứ sự nỗ lực kết hợp nào, các hệ thống vận tải thông minh vẫn đang tiến

những bước chậm nhưng chắc Sở dĩ Nhật Bản đang dẫn đầu về công nghệ định vị

từ xa (công nghệ kết nối các xe ô tô với các máy tính và viễn thông) là do cả Chính

phủ và các nhà sản xuất ô tô như Toyota Motor Corp đều đồng lòng nỗ lực triển

khai rộng rãi công nghệ trên

Thế hệ kế tiếp của hệ thống định vị từ xa có thể kết nối ô tô với các phương tiện

giao thông khác Trong các cuộc thử nghiệm của Viện công nghệ thông tin và

truyền thông quốc gia Nhật, các ô tô kết nối không dây với nhau để lấy thông tin về

các vụ tai nạn giao thông hoặc vị trí của xe cứu thương Hình ảnh một xe cứu

thương hoặc một chiếc ô tô bị đâm sẽ hiển thị trên màn hình khi các tín hiệu được

nhận từ các phương tiện giao thông khác và thông tin sẽ được truyền từ ô tô này đến

ô tô kia

Tại Nhật, thậm chí người đi bộ cũng dùng máy định vị từ xa Trong các dự án

nghiên cứu gần đây, công nghệ giọng nói kết hợp mắt kính và tai nghe cho người

mù để thu nhận các tín hiệu tia hồng ngoại Khi nhận được các tín hiệu giao thông,

hệ thống sẽ phát ra âm thanh "đỏ, đỏ, đỏ" hoặc "xanh, xanh, xanh" để cảnh báo

người sử dụng khi qua đường Nhật Bản không phải là quốc gia duy nhất áp dụng

hệ thống vận tải thông minh trên đường phố Tại Mỹ, cơ quan nghiên cứu ITS đã

được thành lập từ năm 1990 với tên gọi "Hiệp hội phương tiện giao thông thông

minh đường bộ Mỹ" Người lái xe Mỹ sẽ được giảm một số lệ phí nếu thanh toán

bằng điện từ Từ năm 1992, Liên minh châu Âu (EU) đã có nhiêu chương trình, dự

án nghiên cứu, ứng dụng công nghệ thông tin trong giao thông vận tải Năm 1998,

Hàn Quốc là nước chủ nhà tổ chức Hội nghị quốc tế về ITS và công bố chương

trình tổng thể quốc gia về ITS do – Bộ Giao thông vận tải và Xây dựng chủ trì Năm

1996, Bộ Giao thông vận tải Trung Quốc đã thành lập Trung tâm nghiên cứu về ITS

và hệ thống quản lý giao thông tự động đã được triển khai ở Bắc Kinh Malaixia

đang đẩy mạnh phát triển ITS và đã có dự án tổng thể về ITS Hệ thống ITS đã

được lắp đặt ở một số tuyến đường thu phí Năm 1996, các cơ quan của Chính phủ

Nhật Bản đã phối hợp soạn thảo "Chương trình tổng thể về ITS của Nhật Bản"

Tại Xingapo, chính phủ buộc người lái xe phải sử dụng máy thanh toán lệ phí

cầu đường số

Tại HongKong

Một hệ thống giao thông thông minh 423 triệu USD đang được phát triển để

nâng cao các hệ thống quản lý và kiểm tra giao thông trên mạng lưới đường bộ toàn

lãnh thổ Hồng Kông Chính quyền Hồng Kông đang đầu tư Hệ thống giao thông

thông minh (ITS) nhiều giai đoạn và năm 2001 đã bắt đầu phát triển dự án Dự án

ITS Hồng Kông sẽ bảo đảm an toàn và hiệu quả trong hệ thống giao thông của

Hồng Kông khi dự án hoàn thành vào năm 2010 Dự án ITS sẽ cải thiện hiệu quả

vận hành giao thông trên những đường lớn, tunnen đường bộ và đường đô thị

Mạng lưới đường bộ Hồng Kông là một trong những mạng lưới đường bộ nhộn

nhịp nhất thế giới và đối với chính quyền thành phố, việc làm đường mới trên

những địa hình đồi núi không phải dễ dàng Hệ thống giao thông công cộng ở Hồng

Kông gánh 7.7 triệu hành khách/ ngày trên hệ thống đường bộ hiện có và điều đó

dẫn đến ùn tắc

Năm 2006, Chính quuyền Hồng Kông đã xem xét lại các hệ thống giao thông

thông minh ở Hồng Kông và quyết định thiết lập một hệ thống thông tin giao thông

tổng hợp và chấp nhận một Khung Quản lý giao thông mới để làm cho hệ thống

giao thông của thành phố thông minh hơn Theo các báo cáo năm 2006, Chính

quyền Hồng Kông sẽ đầu tư hơn 3 tỉ USD cho các hệ thống kiểm tra giao thông

trong 10 năm tới, theo đó sẽ tài trợ cho các dự án để hòa nhập các hệ thống kiểm

tra, thông tin và thu phí riêng rẽ hiện nay vào trong một hệ thống Ngoài ra, Chính

quyền thành phố còn thông qua một hệ thống thông tin giao thông chung và giao

thông công cộng để chấm dứt ùn tắc và cắt bỏ những đoạn đường không cần thiết

Mục tiêu của dự án

Dự án ITS bao gồm 4 thành phần chủ yếu để giải quyết vấn đề ùn tắc giao

thông Các chức năng của dự án bao gồm quản lý giao thông, giám sát giao thông,

phân tích số liệu giao thông và các hoạt động kiểm tra giao thông Dự án sẽ đem lại

hiệu quả trong quản lý giao thông thông qua một hệ thống kiểm tra và kiểm soát

giao thông (Traffic Control and Surveillance System – TCSS) theo dõi tất cả các

đại lộ, tunnen đường bộ và các đường lớn được chọn lựa

Hệ thống Kiểm tra Giao thông Khu vực (Area Traffic Control – ATC) sẽ được

dùng để giám sát đường bộ đô thị; hệ thống CCTVvà các máy cảm ứng sẽ được

dùng để thu thập thông tin giao thông và các thông tin hữu ích về đi lại và đường sá

để phổ biến cho các đối tượng tham gia giao thông qua các phương tiện thông tin

công cộng, tín hiệu giao thông và kiểm tra viên đường bộ

Các giải pháp ITS quan trọng bao gồm thực hiện Hệ thống Thông tin Giao thông

(Traffic Information System – TIS), mở rộng ATC, lắp đặt TCSS và thành lập

Trung tâm Quản lý và Thông tin Giao thông (Traffic Management and Information

Centre – TMIC) Những điểm nổi bặt khác của dự án bao gồm hệ thống chỉ định

thời gian và các camera đèn đỏ, tốc độ bắt buộc Theo kế hoạch, ATC và TMIC

hoàn thành năm 2006 và TCSS hoàn thành năm 2010

Các công trình mở rộng các hệ thống ATC/CCTV ở Taipo, North District, Tuen

Mun và Yuen Long đã hoàn thành Việc đổi mới hệ thống ACT/CCTV cho Đảo

Hồng Kông cũng được thực hiện theo kế hoạch Trung tâm kiểm tra ATC kết hợp

đang được hòa nhập với TMIC

Trung tâm Quản lý và Thông tin Giao thông trung ương

Một Trung tâm Quản lý và Thông tin Giao thông (TMIC) trung ương được thiết

lập để thu nhận và phổ biến thông tin cho những đối tượng tham gia giao thông

TMIC hy vọng đưa kiểm soát và quản lý giao thông, quản lý sự cố và cung cấp

thông tin đối tượng tham gia giao thông vào trong một nền tảng

Việc thiết lập một Hệ thống Quản lý Sự cố (Incident Management System –

IMS) cũng đang được xem xét IMS sẽ liên kết hệ thống điều tra sự cố tự động,

khuyến khích thông báo sự cố và tuần tra phục vụ

TMIC bao gồm một hệ thống thông tin giao thông gửi thông tin bằng vô tuyến

điện đến các tín hiệu điện tử trên đường, các bảng trưng bày, điện thoại di động, các

máy nhắn tin và các hệ thống điều khiển trong xe Một hệ thống theo dõi xe và quản

lý đoàn xe dựa trên GPS (hệ thống định vị toàn cầu) đã được triển khai trên những

tuyến đường xe buýt lựa chọn trên nền tảng thử nghiệm và đã được thực hiện hoàn

toàn trên mọi tuyến đường năm 2004

Bối cảnh

Mặc dầu ITS đã xuất hiện ở Hồng Kông hai thập kỷ qua, nhưng dự án đã không

thể đem lại những kết quả mong muốn vì hầu hết những cố gắng đều là những hệ

thống có mục đích riêng rẽ và bị hạn chế chỉ trong những vận hành quy mô nhỏ

Mạng lưới TCSS Khu vực Kiểm tra giao thông Tsing Ma được giới thiệu ở Hồng

Kông tháng 5/1997

Hệ thống có hai loại công nghệ ATC khác nhau: Split, Kỹ thuật tối ưu hóa

offset tuần hoàn (SCOOT), một hệ thống công nghệ thông tin để kiểm tra các tín

hiệu giao thông trong các khu vực đô thị hiện nay trong ấn bản MC3 ( quản lý, giao

thông ùn tắc và kiểm tra) do Siemens, PEEK và TRL phát triển và Hệ thống Giao

thông Điều phối thích nghi Sydney (SCATS) kết nối các hệ thống kiểm tra nhiều tín

hiệu giao thông

Đầu tư

Trong tổng đầu tư 423 triệu USD, phát triển dự án ITS sẽ chi 8.2 triệu USD,

ATC 78 triệu USD, TCSS 284.5 triệu USD và TMIC 26.9 triệu và 17.5 triệu USD

cho chi phí khác

Các nhà cung cấp

Một tổ hợp các công ty quốc tế cung cấp thiết bị cần thiết cho dự án ITS Hồng

Kông Delcan International Corp đang cung cấp cho TCS thông qua hệ thống

COMPASS Canada trong khi Champion Technology và Univision Engineering chịu

trách nhiệm cung cấp thẻ thông minh và sản xuất CCTV.Philips của Hà Lan, TEC

và NEC của Nhật Bản và Abacus của Singapore là những nhà cung cấp thiết bị ITS

cho dự án Tháng 8/2004, Imtech NV, nhà cung cấp dịch vụ kỹ thuật ở châu Âu

được giao một hợp đồng chung để phát triển một hệ thống quản lý giao thông cho

tuyến đường 8 ở Hồng Kông Dự án tổng trị giá 27,5 triệu Euro Ngoài Imtech

Infra của Hà Lan còn có liên doanh bao gồm Delcan của Canada và GEC Services

của Hồng Kông

Imtech cũng đi vào một liên minh chiến lược với Delcan Liên doanh có tên là

DIG bao gồm Delcan, Canada 30%, Imtech Infra, Hà Lan 35% và GEC Services,

Hồng Kông 35% và sẽ chịu trách nhiệm về công nghệ, quản lý dự án và xây dựng

hoàn toàn hệ thống TCSS Delcan sẽ lo về hệ thống công nghệ giao thông và trung

tâm kiểm tra giao thông; Imtech chịu trách nhiệm hòa nhập công nghệ giao thông

được áp dụng và hệ thống giao thông, còn GEC chịu trách nhiệm quản lý dự án và

lắp đặt ở hiện trường

TCSS sẽ được hình thành từ sự kết hợp của :

- Hệ thống giao thông dọc tuyến số 8, bao gồm các camera (để giám sát, kiểm

tra tốc độ và điều tra xe), bảng thông tin giao thông năng động (để cung cấp cho

người dùng thông tin cập nhật và thông tin hạn chế tốc độ)

- Một trung tâm quản lý kiểm tra giao thông từ đó tình hình giao thông được

giám sát Mọi chi tiết giao thông sẽ được xử lý ở trung tâm và được chiếu lên màn

hình cùng với hình ảnh camera Những kiểm tra đối với tất cả hệ thống giao thông

cũng sẽ được sắp xếp ở đây

- Một mạng lưới liên lạc giữa hệ thống giao thông dọc tuyến 8 với trung tâm

quản lý và kiểm tra giao thông

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng ITS là cần thiết, và phải làm từng

bước cho phù hợp với điều kiện Việt Nam, để đến năm 2020 có cơ sở hạ tầng cho

ITS như một số nước trong khu vực hiện nay

Chương II GIÁM SÁT GIAO THÔNG BẰNG CAMERA IP

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CAMERA IP (Network Camera-Camera Mạng)

Camera IP hay được gọi là Internet Camera là một thiết bị truyền tải hình ảnh

qua mạng nội bộ hoặc Internet băng thông rộng, được ứng dụng rộng rãi trong việc

giám sát/quan sát, hội họp công ty, tào đạo từ xa, hội nghị từ xa… Công nghệ mã

hóa của Camera IP giúp bạn dễ dàng xem, điều khiển và quản lý tất cả Camera qua

trình duyệt web hoặc qua phần mềm quản lý từ bất kỳ máy tính có nối mạng nào

Nhờ sử dụng công nghệ Interner nên xu hướng sử dụng các thiết bị theo dõi

camera dựa trên giải pháp IP ngày càng trở nên phổ biến Hiện tại, trên thị trường

đã xuất hiện rất nhiều hãng sản xuất các thiết bị IP camera và video servers (Axis,

Panasonic, StartDot, PiXORD…) Những công ty này không chỉ cung cấp các phần

cứng mà còn cung cấp các phần mềm, các nền tảng cho việc phát triển phần mềm

client cho phép truy suất tới các thiết bị IP Camera

Tính năng cơ bản:

¾ Cho phép nhiều người truy cập cùng lúc và xem camera với thời gian thực từ

bất kỳ ở đâu, khi nào qua trình duyệt web

¾ Công nghệ số cung cấp độ phân giải cao hơn so với dòng analog truyền

thống

¾ Hỗ trợ nhiều kiểu truyền dữ liệu theo luồng và nhiều chuẩn nén để phù hợp

với các loại băng thông khác nhau và những yêu cầu hệ thống lưu trữ

¾ Tích hợp nhiều tính năng thông minh vào hệ thống giám sát giúp giảm thiểu

giám sát, cảnh báo sai

¾ Cài đặt đơn giản, tiết kiệm chi phí so với hệ thống camera truyền thống

¾ Giảm thiểu chi phí đi dây với hệ thống camera không dây trong khi vẫn đảm

bảo truy cập hệ thống tốt

¾ Kết nối mạng di động 3G cho phép giám sát hệ thống camera qua điện thoại

di động

Camera thông thường và IP :

Điểm khác biệt và ưu thế của IP camera so với các thiết bị camera đời cũ

(CCTV) là dữ liệu đầu ra là dữ liệu số, do đó các thiết bị IP camera dễ dàng kết nối

vào Ethernet switch và có thể truy nhập qua địa chỉ IP Camera IP có khả năng chạy

trực tiếp trên mạng (chuẩn giao diện cứng RJ45 ) còn camera thông thường thì

không thực hiện được việc này, nếu một camera thông thường muốn đưa lên mạng

thì phải kết nối thông qua thiết bị trung gian là Video Server, đầu DVR độc lập hoặc

máy tính có gắn card DVR

Khác với các camera thông thường, IP camera hỗ trợ video, hình ảnh có độ nét

cao (HD), lưu trữ dữ liệu địa phương, phân tích video và có khả năng điều khiển từ

xa Hình ảnh thông qua IP Camera có thể được lưu lại dưới dạng video hoặc định

dạng file ảnh và ghi trực tiếp vào ổ cứng máy PC theo cơ chế tự động hoặc lệnh yêu

cầu của người dùng trong mạng Việc nén video được thực hiện trong camera IP

cùng với các chức năng phân tích, mã hóa video (để ngăn chặn tin tặc), và đóng gói

dữ liệu video thành các gói Ethernet Các dòng video nén thường được gửi tới một

máy ghi hình kỹ thuật số hybrid (DVR) hoặc máy ghi hình mạng (NVR) để lưu trữ,

phát lại, và hiển thị

Hình 2.3 Hình ảnh một số IP Camera thông dụng

2.2 CÁC ĐỊNH DẠNG VIDEO HỖ TRỢ

¾ Chuẩn cổ nhất mà hiện nay vẫn sử dụng là MJPEG (Motion JPEG)

• Định dạng này cho phép download stream of JPEG Với định dạng này

camera sẽ gửi về client không phải là 1 ảnh JPEG mà là stream of JPEG

ngăn cách nhau bởi ký hiệu phân tách đặc biệt Khi client application

không muốn nhận video nữa nó sẽ đóng kết nối lại

• MJPEG có ưu điểm hơn hẳn so với định dạng JPEG Client Application

chỉ cần request 1 lần và nhận ảnh JPEG liên tục Tuy nhiên, với cách tiếp

cận này, việc điều khiển frame rate là khó khăn hơn Để điều khiển frame

rate thì URL chứa tham số về frame rate Tuy nhiên số lượng frame rate

nhân được còn tùy thuộc rất nhiều vào đường truyền

¾ Các định dạng MPEG-2, MPEG-4

¾ H.264 ( MPEG-4 AVC hay MPEG-4 part 10), hiện đang là phương án tốt

nhất khi có cùng dung lượng so với các chuẩn nén khác Thiết bị tích hợp

chuẩn hình ảnh H.264 có thể nén hình ảnh xuống kích cỡ nhỏ nhất để truyền

hình ảnh chất lượng HD qua mạng Internet dễ dàng nhanh chóng H.264

cũng được ứng dụng như thuật nén chính trong video độ phân giải cao (HD)

Các định dạng video H.264 có một phạm vi ứng dụng rất rộng bao gồm tất cả

các hình thức nén video kĩ thuật số từ Internet bit-rate thấp streaming các

ứng dụng để phát sóng HDTV và Điện ảnh kĩ thuật số ứng dụng với gần

lossless mã hóa

2.3 KỸ THUẬT TRONG CAMERA IP

2.3.1 Mô hình kết nối Camera IP

Hình 2.4 Mô hình kết nối IP Camera

2.3.2 Tổ chức mạng và đường truyền

¾ Các dữ liệu hình ảnh thu được từ Camera Ip được truyền tổ chức xử lý và khai

thác qua các mạng cục bộ LAN (Local Area Network), mạng diện rộng WAN

(Wide Area Network), Intranet và Internet

¾ Các tín hiệu truyền hình có thể được truyền theo ba cách:

+ Truyền bằng sóng vô tuyến

+ Truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV (Community Antenna TV)

bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua vệ tinh, còn gọi là hệ thống truyền hình trực

tiếp DBS (Direct Broadcast System)

+ Mạng dịch vụ tích hợp kỹ thuật số ISDN (Integrated Services Digital

Network) có tốc độ cao

+ Các công nghệ kết nối Internet truyền thống như Dial-up, ADSL…

+ Công nghệ kết nối bằng kết nối cáp quang (Fiber)

2.3.3 Một số đặc điểm của Camera IP hiện nay

¾ Camera IP có kích thước nhỏ gọn, có 1 cổng RJ-45 để kết nối đến hub/switch,

hoặc được tích hợp chuẩn WiFi để truy cập không dây thông qua Access Point

¾ Mỗi thiết bị đều có 1 địa chỉ IP xác định , người sử dụng có thể truy cập trực tiếp

đến thiết bị qua giao diện web bằng cách nhập địa chỉ IP của Internet Camera

¾ Camera IP có khả năng hoạt động độc lập, không cần PC, không cần bất kỳ phần

mềm điều khiển nào

¾ Camera IP dùng cảm biến ảnh CMOS cho chất lượng hình ảnh có độ phân giải

cao (640x480 pixels)

¾ Ngoài ra, thiết bị có kèm theo các tiện ích cho phép người sử dụng quan sát

nhiều camera cùng một lúc , quản lý từ xa, điều khiển hoặc lưu lại hình ảnh dạng

tĩnh (image) hay động (video)

¾ Internet Camera có thể quay được ban ngày và ban đêm

¾ Hệ thống Internet Camera được giám sát từ xa có khả năng

¾ Truy nhập từ xa qua mạng WAN (ADSL, Lease line, Frame relay…) hoặc mạng

hỗ trợ các thủ tục IPX và TCP/IP cho mạng LAN

¾ Các kiểu ghi hình

+ Xuyên suốt 24/24

+ Chỉ ghi khi cảm biến được sự di chuyển trong vùng quan sát

+ Ghi theo lịch hẹn trước

¾ Tự động gửi e-mail chứa hình ảnh trong một khoảng thời gian định trước

¾ Cấu hình các thông số hình ảnh/video linh hoạt

¾ Chỉnh kích thước hình ảnh/video

¾ Độ nén ảnh/video :

Số khung hình/giây : 30 khung hình/giây (Có thể đạt được hàng trăm khung

hình/giây), độ tương phản, độ nhạy khi phát hiện di chuyển

2.4 BÀI TOÁN GIÁM SÁT GIAO THÔNG THÔNG MINH BẰNG

CAMERA IP

Hệ thống giám sát giao thông thông minh sử dụng Camera IP đang là bài toán

thu hút nhiều sự quan tâm và nghiên cứu trong những năm gần đây Phát hiện, phân

loại và theo dõi đối tượng chuyển động là các quá trình cơ bản trong quá trình xử lý

hình ảnh – cốt lõi của hệ thống giám sát thông minh bằng hình ảnh Các quá trình

này có quan hệ mật thiết với nhau, quyết định hiệu quả, tính chính xáccủa hệ thống

giám sát thông minh

Mô hình của hệ thống giám sát như hình 3.1 mô tả như hình vẽ sau

Hình 2.5 Mô hình hệ thống giám sát giao thông

Ý tưởng của bài toán là có các camera IP trên cao nhìn xuống dòng xe phía dưới

Phim quay sẽ được ghi lại, số hóa và được xử lý bởi máy tính, sau đó dữ liệu sẽ

được tính toán và hiển thị trên màn hình tổng hợp Trung Tâm Điều Hành Giao

Thông (TMC - Transportation Management Center)

Một hệ thống giám sát thông minh bằng hình ảnh là một tập hợp các bài toán

nhỏ Nhìn một cách tổng quan:

¾ Đầu vào của hệ thống sẽ là hình ảnh thu được tại các điểm quan sát

¾ Đầu ra của hệ thống sẽ là các thông tin về chuyển động, hành vi, lớp… của

các đối tượng được giám sát

Quá trình xử lý bao gồm 3 giai đoạn:

1 Tập trung xử lý hình ảnh của các phương tiện và theo dõi từng phương tiện

một để cập nhật liên tục vị trí và tốc độ cho đến khi phương tiện ra khỏi vùng theo

dõi

2 Từ các dữ liệu theo dõi đó, ta tính toán được các thông số như: số phương tiện

trên 1 làn xe, tốc độ trung bình, tai nạn, tần suất chuyển làn v.v…Các thông số này

cùng với các thông tin như loại phương tiện, mầu, hình dáng, tọa độ X-Y… được

chuyển tới Trung tâm TMC một cách liên tục

3 Tại trung tâm TMC, các thông số giao thông từ các nguồn khác nhau sẽ được

tập hợp và hiển thị theo nhu cầu mong muốn, hoặc để hỗ trợ điều khiển đèn tín hiệu,

hiển thị các thông báo và điều khiển các thiết bị giao thông khác Những máy tính ở

trung tâm TCM cũng xử lý thông tin từ các camera lân cận khác để tính toán quãng

đường, thời gian

Việc xử lý của hệ thống giám sát thông minh bằng hình ảnh tóm lại có thể hiểu

là việc phân tích và xử lý hình ảnh video qua việc giải quyết các bài toán sau:

Bài toán 1: Phát hiện các đối tượng chuyển động là bước cơ bản đầu tiên trong

bài toán phân tích hình ảnh video, công việc này khái quát lại đó là việc tách các các

đối tượng chuyển động trong từ các hình ảnh nền của các đối tượng đó Phương

pháp thường được sử dụng trong bài toán này đó là: phương pháp trừ ảnh nền, các

phương pháp dựa trên thống kê, phương pháp chênh lệch tạm thời, và các phương

pháp dựa trên luồng thị giác

Bài toán 2: Phân lớp, đối tượng là công việc phân loại ra các lớp đối tượng đã

được tìm ra theo các lớp đã được định nghĩa trước như: Lớp người, lớp phương tiện,

lớp động vật, … Đây là bước cần thiết để có thể tiếp tục phân tích các hoạt động

của chúng Hiện tại có hai hướng chính tiếp cận để giải quyết bài toán này đó là:

Hướng tiếp cận dựa trên hình dáng của các vết và hướng tiếp cận dựa trên chuyển

động của các đối tượng Hướng tiếp cận dựa trên hình dáng của đối tượng hoàn

toàn dựa vào các tính chất 2D của các vết tìm được, trong khi đó hương tiếp cận dựa

trên chuyển động của đối tượng dựa trên các tính chất chuyển động của đối tượng

theo thời gian.

Bài toán 3: Theo dõi đối tượng đó là công việc đưa ra một chuỗi các hành vi của

đối tượng chuyểng động trong một thời gian từ các khung hình thu được Thủ tục

này đưa ra các thông tin về đối tượng được theo dõi như đường đi của đối tượng,

tốc độ hay hướng chuyển động của đối tượng Từ đó có thể dự đoán được hành

động của các đối tượng và mô tả được hành động của chúng Đầu vào của quá trình

này đó là các đầu ra các quá trình tìm và phân lớp đối tượng chuyển động

2.5 MỘT SỐ HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG SỬ DỤNG CAMERA

IP

2.5.1 Hệ thống NVR - Network Video Recording

Các hệ thống bao gồm các giải pháp phần mềm và phần ứng mới được thiết kế

cho các dòng Camera Ip mạnh giúp cho việc quản lý, lưu trữ, tổ chức, điều khiển và

tìm kiếm video được gọi là Network Video Recorders hay NVRs Một Network

Video Recorder (NVR) là một giải pháp tập trung, kết nối mạng ghi nhiều IP

camera cùng một lúc Bản chất của nó là một máy chủ mạng và các giải pháp lưu

trữ đó là thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng video và mạng IP camera (mặc dù máy

ảnh analog có thể được bao gồm) Công nghệ này sử dụng các chuẩn IP mở, vì vậy

nó dễ dàng kết nối, tương thích và linh hoạt hơn Đây là những thiết bị kết nối IP

dùng để kết hợp các Camera IP

NVRs cho phép xem, kiểm soát, và ghi lại video từ tất cả các Camera IP của bạn

thông qua một giao diện tập trung - giao diện web kết nối, vì vậy bạn có thể xem,

thao tác và quản lý các video từ bất kỳ thiết bị kết nối IP, bao gồm máy tính để bàn,

PDA không dây, điện thoại di động và vv

NVR vừa khắc phục được các hạn chế của DVR vừa cho ta nhiều thuận lợi trong

việc quản lý Camera IP Bạn có thể ghi âm và truy cập video trực tiếp từ xa và lưu

trữ video files từ hàng chục (thậm chí hàng trăm) của camera IP Kể từ khi NVRs là

nền tảng của camera IP, chúng có thể được quản lý từ xa thông qua mạng LAN,

VPN hoặc kết nối Internet một cách an toàn Với các thiết bị được cung cấp đủ

mạnh, NVR có khả năng mở rộng thay thế an toàn, đáng tin cậy và linh hoạt cho

công nghệ tích hợp DVR Ngày nay hàng loạt các IP camera và các phần cứng

tương thích NVR tồn tại, các tổ chức, doanh nghiệp lớn cũng như doanh nghiệp vừa

và nhỏ có thể dễ dàng sử dụng giải pháp này

Ưu điểm của NVR

• Khả năng mở rộng – Với kiến trúc IP và cơ sở hạ tầng đúng, NVR có thể hỗ trợ một

số lượng không hạn chế các Camera IP và người dùng

• Khả năng tương thích – Camera IP sử dụng mạng mở và hình ảnh chuẩn, làm cho

chúng tương thích với tất cả các loại Camera khác nhau và thiết bị mạng khác nhau Không

có hệ thống sở hữu độc quyền Người mua có thể trộn và kết hợp thiết bị do các nhà sản

xuất khác nhau và có thể sử thiết bị IP sẵn có

• Độ tin cậy - IP camera và máy chủ NVR đã được chứng minh trong vô số các trường

hợp trên toàn thế giới (cả trong nhà và ra ngoài, và ở vùng khí hậu khắc nghiệt và ôn đới)

• Truy cập từ xa linh hoạt - công nghệ NVR cho phép người dùng truy cập video từ bất

kỳ vị trí bất kỳ lúc nào với một trình duyệt Web đơn giản, máy tính xách tay, PDA hay

điện thoại di động

• Tối đa khả năng sử dụng ổ đĩa - cài đặt phát hiện chuyển động, phát hiện sự kiện, và

lịch trình cho phép ghi, sử dụng đĩa cách tiết kiệm nhất

• Linh hoạt Add-on - Khi nhu cầu mở rộng hệ thống tăng, người từng bước có thể thêm

Camera, máy khách và máy chủ NVR

• Tương lai - thiết bị IP, các Camera IP và hệ thống NVR sẽ được sử dụng rộng rãi

trong nhiều thập kỷ tới

Một số ứng dụng thường gặp của NVR và Camera IP

Công nghệ NVR có thể được sử dụng cho một loạt các ứng dụng giám sát video, bao

• Các trung tâm buôn bán, siêu thị

• Trường học và đại học cơ sở

• Địa điểm máy ATM

Các tính năng tiêu biểu của NVR

Các phần mềm NVR thường có tính năng: ghi video linh hoạt và khả năng phát lại,

giao diện thân thiện cho việc quản lý và cấu hình, phần mềm chuyển động phát hiện, báo

thức và chức năng cảnh báo, điều khiển Camera

Phần cứng của máy chỉ video cho phép nhiều người dùng từ xa truy cập an toàn tất cả

các máy ảnh thông qua một địa chỉ IP Điều này đơn giản hoá việc truy cập, cho phép

người dùng kết nối với Camera IP sử dụng bất kỳ thiết bị hỗ trợ HTTP nào (sử dụng một

trình duyệt Web tiêu chuẩn mà không có plug-in) Các máy chủ video cho phép nhân viên

CNTT tập trung để kiểm soát người sử dụng truy cập và phần quyền truy cập Trong khi

tốc độ ghi âm thường được đặt ở 30 khung hình/giây, một số nhà cung cấp NVR 480

khung hình/giây cho video chất lượng cao siêu Hình ảnh độ phân giải và khung hình /giây

tùy thuộc vào CameraIP được sử dụng

Các tính năng khác điển hình bao gồm:

• Báo động và thông báo (qua điện thoại di động, máy nhắn tin, trình duyệt, máy tính để

àn pop-up)

• Lên lịch ghi

• Hoàn thành hệ thống và cơ sở dữ liệu bản ghi sự kiện

• 3GPP hỗ trợ (điện thoại di động truy cập)

• Nhiều giám sát hỗ trợ

• Truy cập từ xa để cấu hình, người sử dụng quản lý, sao lưu video, xem trực tiếp và tập

tin tìm kiếm

• Hỗ trợ cho các nhà sản xuất khác nhau camera IP

NVRs cũng tăng cường tính năng tích hợp video kỹ thuật số cho phép thao tác trên các

camera IP kết nối với hệ thống Người dùng cũng có thể điều chỉnh cài đặt để phát hiện

chuyển động hoặc khung sự kiện và lưu lại chỉ khi cần thiết Điều này tiết kiệm không gian

lưu trữ

Truy cập di động

Các ứng dụng NVR di động cho phép người dùng xem và điều khiển trực tiếp Camera

IP từ mạng điện thoại di động, Pocket PC, điện thoại thông minh và thiết bị kích hoạt từ

Web Người dùng có thể truy cập trực tiếp hoặc ghi nguồn cấp dữ liệu, tìm kiếm lưu trữ

cho các file video đặc biệt, kiểm PTZ, lưu ảnh chụp nhanh, zoom kỹ thuật số ở trên các đối

tượng, tăng cường video, và nhận được thông báo khi phát hiện chuyển động cụ thể hoặc

các khung sự kiện xảy ra Tất cả các thao tác này thực hiện qua một kết nối không dây

Hình 2.6: Giải pháp NVR

2.5.2 Hệ thống Video Management (VMS)

Hệ thống quản lý video là trung tâm của các giải pháp giám sát video, thu nhận video

từ Camera, lưu trữ các video và quản lý phân phối video đến người xem

Có bốn lựa chọn cơ bản trong hệ thống quản lý video Hầu hết các tổ chức đều chọn một

trong bốn Tuy nhiên, một số công ty có thể có nhiều loại khác nữa khi họ chuyển đổi từ

một hay nhiều trong bốn loại này thành loại khác của họ Bốn loại hệ thống quản lý video

là :

• DVRs : có mục đích xây dựng các máy tính kết hợp phần mềm, phần cứng và lưu trữ

video tất cả trong một Theo thiết kế ban đầu, DVRs chỉ chấp nhận nguồn cấp dữ liệu từ

camera tín hiệu tương tự Ngày nay, hầu như tất cả các DVR đều hỗ trợ từ xa, xem qua

Internet DVR là rất đơn giản để cài đặt nhưng chúng hạn chế đáng kể tính linh hoạt của

người dùng trong việc mở rộng và thay đổi phần cứng DVRs ngày nay vẫn còn là lựa chọn

phổ biến nhất với những người mua chuyên nghiệp Tuy nhiên, sự ưa chuộng DVR đang

có xu hướng giảm để di chuyển đến một trong ba loại dưới đây

• HDVRs (hoặc DVRs lai) : là DVRs có hỗ trợ IP camera Họ có tất cả các chức năng

của một DVR liệt kê ở trên cộng với họ có thêm hỗ trợ IP và các Camera có độ phân giải

cao (megapixel) Hầu hết các phần mềm DVR có thể được nâng cấp để trở thành HDVRs

nâng cấp như vậy chắc chắn là một xu hướng đáng kể và hấp dẫn vì những chi phí di

chuyển thấp (hỗ trợ cả camera tương tự và IP camera )

• NVRs : giống như DVRs trong tất cả các cách trừ hỗ trợ Camera Trong khi đó,

DVR một chỉ hỗ trợ máy ảnh có tín hiệu tương tự, một NVR chỉ hỗ trợ IP camera Để hỗ

trợ máy ảnh tương tự với một NVR, cần một bộ mã hóa để chuyển đổi

• Phần mềm giám sát IP Video : là một phần mềm ứng dụng, giống như Word hoặc

Excel Không giống như DVRs hoặc NVRs, IP video giám sát phần mềm không đi kèm

với bất kỳ phần cứng hoặc ổ đĩa lưu trữ nào Người dùng phải tải và cài đặt PC / Server

cho phần mềm Phần mềm này cung cấp nhiều lựa chọn hơn và chi phí thấp hơn so với

cách sử dụng giải pháp DVR /NVR Tuy nhiên, nó đi kèm với ý nghĩa phức tạp hơn và tốn

thời gian để thiết lập và tối ưu hóa hệ thống Phần mềm giám sát IP video là xu hướng mới

nhất trong các hệ thống quản lý video hiện nay và là sự lựa chọn thường xuyên nhất cho

các giải pháp có số lượng camera rất lớn (hàng trăm hoặc nhiều hơn)

Chương III XỬ LÝ HÌNH ẢNH TRONG GIÁM SÁT GIAO THÔNG

THÔNG MINH

Giám sát chuyển động (đếm xe, đo tốc độ, phát hiện vi phạm), các kĩ thuật xử lý nhận

dạng biển số xe: xác định đinh danh xe ứng dụng trong thu phí, quản lý vào ra bãi đỗ xe, ,

các kĩ thuật xử lý

3.1 CÁC DẠNG BÀI TOÁN XỬ LÝ HÌNH ẢNH TRONG GIÁM SÁT GIAO

THÔNG

¾ Phát hiện và bắt đối tượng chuyển động :

Các đối tượng chuyển động (ở bài toán giám sát giao thông là các phương tiện

xe cộ tham gia giao thông) sẽ được phát hiện và đánh dấu bởi các hình tròn hoặc