Nghiên cứu phát triển các giải pháp giám sát lưu lượng và quản lý phương tiện giao thông qua camera giám sát tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VIỆT HƯNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC GIẢI PHÁP GIÁM SÁT LƯU LƯỢNG VÀ QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG QUA CAMERA GIÁM SÁT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 9520203 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ HÀ NỘI - 2020 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Vào hồi giờ, ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Tạ Quang Bửu, Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Giao thông thông minh Mục tiêu phát triển quốc gia đồng phát triển lực kinh tế, sở hạ tầng mức sống người dân Trong đó, sở hạ tầng giao thông xác định điều kiện quan trọng việc phát triển kinh tế xã hội Giao thông thuận lợi giúp người dân tiết kiệm thời gian di chuyển, nâng cao khả giao thương Tuy nhiên, hạ tầng giao thông chưa thể đáp ứng số lượng lớn phương tiện giao thông ngày tăng nhu cầu lại người dân đặc biệt nước phát triển Việt Nam Tùy vào đặc trưng hạ tầng đường mà việc tùy biến công tác quản lý giao thông quốc gia khác Do đó, việc nghiên cứu hệ thống có chức quản lý phương tiện giao thông giám sát đánh giá lưu lượng phương tiện vùng quan tâm cần thiết Nhằm đạt mục đích việc ứng dụng công nghệ quản lý, điều khiển giúp giao thơng an tồn, thơng suốt thơng minh vấn đề cấp bách quốc gia, đặc biệt quốc gia phát triển Hình 0.1 mơ hình đại diện cho thời đại 4.0 công nghệ cảm biến giao thông thông minh [1] đương nhiên có đầy đủ chức mơ hình hệ thống giao thơng thơng minh Mơ hình gồm nhiều chức cơng nghệ tập trung chủ yếu công nghệ xử lý ảnh truyền trung tâm qua kênh LTE, wifi bluetooth; từ sử dụng chức như: dịch vụ cấp cứu, bảo hiểm, định vị chức cần thiết khác Các vấn đề tồn Từ nghiên cứu có Việt Nam nước ngồi, vấn đề tồn hệ thống giao thông thông minh Việt Nam thống kê sau: Hình 0.1: Mơ hình hệ thống giao thơng thơng minh nghiên cứu Juan [32] • Chưa có giải pháp hoàn chỉnh cho hệ thống phát phương tiện đô thị đặc biệt đường đông vào cao điểm • Chưa có giải pháp quản lý dòng phương tiện giao thông hỗn hợp (giám sát lưu lượng, mật độ phương tiện) • Ngồi ứng dụng cơng nghệ RFID thu phí đường bộ, cơng nghệ sử dụng cảm biến để đo khoảng cách chỗ đỗ xe hầm thơng báo đèn LED để thơng báo tình trạng chỗ đỗ xe công nghệ camera giám sát trạng nút giao thơng Việt Nam chưa ứng dụng công nghệ khác để quản lý giao thơng • Chưa có hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông theo lưu lượng thực tế phương tiện đường Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu • Mục tiêu nghiên cứu dòng giao thơng hỗn hợp có đặc trưng: phương tiện sát vào nhau, không phân loại phương tiện theo làn, phương tiện di chuyển lẫn lộn với • Đối tượng nghiên cứu phương tiện giao thông đường bao gồm: ô-tô, xe máy, xe đạp, phương tiện ba bánh phương tiện thơ sơ khác • Phạm vi nghiên cứu đường đô thị trung tâm Thủ đô Hà Nội, nơi mà tuyến đường xây dựng từ lâu có đặc trưng dòng giao thơng hỗn hợp Ý nghĩa khoa học đóng góp luận án Luận án khai thác chức thực tiễn công giám sát quản lý giao thông nước ta Trong công đại hóa khoa học cơng nghệ nay, ứng dụng kĩ thuật nhằm giảm áp lực quản lý điều tiết giao thông lực lượng chức điều vô cần thiết Mục tiêu Luận án đưa phương pháp xác định lưu lượng phương pháp giám sát phương tiện giao thông dựa công nghệ xử lý ảnh Đây tiền đề cho nghiên cứu khoa học ứng dụng vào giao thông Việt Nam Hệ thống Giao thông thông minh đươc nghiên cứu sinh đề xuất sử dụng công nghệ xử lý ảnh Trên sở giải thuật Bicubic, nghiên cứu sinh tập trung khai thác giải thuật tạo lại độ tương phản cho đường biên để phân biệt đối tượng hình ảnh truyền trung tâm từ camera Bên cạnh đó, nghiên cứu sinh tập trung vào việc mơ hình hóa phương pháp đo tốc độ phương tiện dựa hoàn toàn vào độ phân giải ảnh thông số camera giám sát Nghiên cứu sinh tập trung khai thác nhằm cải thiện lực điều khiển dòng giao thơng đèn tín hiệu nên đề xuất giải pháp tính tốn mật độ phương tiện luồng giao thông đổ vào nút việc xem xét vùng đích bị chiếm dụng để đưa thời gian hoạt động phù hợp cho đèn tín hiệu Cấu trúc nội dung luận án Luận án trình bày chương chính: Chương nói CÁC VẤN ĐỀ CỦA XỬ LÝ ẢNH TRONG GIAO THÔNG HỖN HỢP, chương tập trung giới thiệu chức hệ thống giao thông thông minh Bên cạnh phân tích cơng nghệ sử dụng nhận diện phương tiện giới Nghiên cứu công nghệ nhận dạng phân loại phương tiện tốt nước ngồi khơng thể đưa ứng dụng nước Do đó, đề xuất đưa vào khai thác vận hành công nghệ giao thông thông minh ứng dụng xử lý ảnh cần thiết Trong Chương QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THƠNG, trình bày chức quản lý phương tiện Đầu tiên giới thiệu bước tiền xử lý ảnh để cải thiện lực nhận dạng đối tượng, luận án đề xuất việc tiền xử lý liệu trước đưa vào để nhận dạng phân loại đối tượng đường Ngồi ra, tác giả đề xuất phương pháp phân loại phương tiện giao thơng dựa hồn tồn theo góc tới phương tiện vị trí đặt camera giám sát Cuối cùng, chương đề xuất mơ hình phương pháp đo tốc độ phương tiện giao thơng Tiếp theo Chương nói LƯU LƯỢNG PHƯƠNG TIỆN GIAO THƠNG, chương trình bày ộ phương tiện giao thơng dựa vào mơ hình hình học camera giám sát 3.2 Hệ thống giám sát lưu lượng phương tiện giao thông 3.2.1 Đề xuất giám sát điều khiển giao thông theo mật độ lưu lượng Việc triển khai hệ thống dựa việc thiết lập mơ hình camera với tham số quan tâm, mơ tả Hình 3.8 Trong mơ hình này, độ cao từ mặt đất tới camera, góc lệch camera với trục đứng, góc khoảng xem camera biểu thị h, δ tương ứng Ngoài ra, k khoảng cách từ máy ảnh hướng hướng tới bề mặt đường Xác định Aoccupied 17 α 2δ k h d Hình 3.1: Mơ hình vị trí lắp đặt camera A D C B Hình 3.2: Mơ hình hệ thống đề xuất Từ nguồn liệu sở hệ thống quản lý giao thông, phương tiện nhận dạng từ phương pháp trừ thích nghi từ liệu vùng chuyển động chuỗi ảnh nghiên cứu [16] Phương pháp đề xuất mơ hình hóa điểm ảnh phương pháp Mixture of Gaussians sử dụng phép xấp trực tiếp để cập nhật mơ hình sau phân loại điểm ảnh dựa phân phối Gaussian tương ứng cách hiệu phần mơ hình Xác định Atraced 18 Nghiên cứu phù hợp ý tưởng đề xuất toán nghiên cứu giám sát luồng lưu lượng phương tiện giao thông, nhiên cần có nhiều thay đổi để hoạt động với nhiều đường đặc tính giao thơng hỗn hợp bối cảnh giao thông Việt Nam Δα∞ Δαm Δα Δαn β L Hình 3.3: Kịch hệ thống giao thông hỗn hợp Việt Nam 3.2.2 Đề xuất giám sát lưu lượng phương tiện theo số lượng chủng loại Nội dung nghiên cứu phần tập trung vào nút giao thông hỗn hợp mà phương tiện đầu vào thống kê phân loại làm điều khiển đèn tín hiệu giao thông Vehicle dimension: Giao thông không đồng có đặc trưng nhiều chủng loại phương tiện có kích thước khác chạy chung luồng đường Do đó, việc thống kê phân loại phương tiện phải với kích thước phương tiện Bảng 3.1 thống kê kích thước chủng loại phương tiện 19 Bảng 3.1: Bảng liệu phân loại phương tiện theo kích thước Chủng loại Chiều dài (m) Chiều rộng (m) Diện tích (m2 ) Ơ-tơ (sedan) Xe buýt Xe tải Xe 16 chỗ Xe tải rơ-moóc Xe ba bánh Xe máy Xe đạp Xe đẩy 3,72 10,1 7,5 6,1 7,4 3,2 1,87 1,9 2,7 1,44 2,43 2,35 2,1 2,2 1,4 0,64 0,45 0,95 5,39 24,74 17,62 12,81 16,28 4,48 1,2 0,85 2,56 Mật độ chiếm dụng đoạn đường A tính độ chiếm dụng mặt đường phương tiện nhân với thời gian chiếm dụng ti thời gian di chuyển A tất pha Dưới mơ hình sa bàn mơ nút giao thơng nhóm nghiên cứu thực Trong đó, tham số kích thước đường đoạn cần giám sát đo đạc khảo sát từ thực tế Theo trạng thực tế nút giao thông mô hoạt động nút giao thơng bao gồm ba pha, thể Hình 3.4 bên dưới: Hình 3.4: Nút giao thơng pha Kịch mơ thể Hình 3.5, sau: 20 d1' B D J C H 41m I d3 d4 G A l AOcc ldensity Classification d1 Hình 3.5: Mơ hình nút giao thơng pha Các nghiên cứu trước chưa xử lý tốn điều khiển đèn tín hiệu giao thơng hỗn hợp mơ hình tốn học chưa phù hợp với điều kiện giao thông nước phát triển Nghiên cứu triển khai ứng dụng rộng rãi quốc gia Phương án nghiên cứu dành cho nút giao thơng thống kê phân loại phương tiện chuẩn bị vào nút giao thông từ pha nút Các số liệu thực tế dự đốn tình hình khả chứa pha đích Từ ước lượng thời gian hoạt động phù hợp đèn tín hiệu theo thời gian thực nâng cao khả điều khiển đèn tín hiệu giao thơng 21 phương tiện cho dòng phương tiện giao thơng hỗn hợp dựa vào camera giám sát theo kịch đề xuất Phương pháp thực cách xác định vùng di chuyển phương tiện phần đường xe chạy Tiếp xác định mật độ phương tiện chiếm dụng đường nhằm mục đích xác định mật độ vùng trống với phần bị chiếm dụng để xác định vùng giám sát đầy phương tiện hay chưa Các tham số đề xuất để đánh giá là: ∆α (∆α∞ , ∆αm ∆αn ), β L tương ứng với vùng phương tiện dừng chờ đèn đỏ, phần đường giao nút giao thông vùng luồng phương tiện di chuyển vào Từ việc giám sát tham số tính tốn thời gian đèn giao thơng hoạt động cho phù hợp Luận án đề xuất hướng phát triển sau: • Nghiên cứu tính tốn đề xuất phương pháp nâng cao chất lượng nội suy ảnh theo hướng Super-Resoulution để cải thiện chất lượng ảnh thu từ camera giao thơng • Nghiên cứu tính tốn đo tốc độ phương tiện từ xa đường cao tốc, xác định thời gian bắt hình (shutter time) camera ảnh hưởng tới thời gian khung hình nhằm mục đích xác định thời gian bắt hình thời gian lại khung hình • Phát triển giải pháp quản lý xử lý liệu hệ thống camera nhằm mục đích đồng hố liệu đồng điều khiển dòng phương tiện 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN I CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐĂNG Conferences: [C1 ] Nguyen Viet Hung, Nguyen Hoang Dung, Le Chung Tran, Thang Manh Hoang & Nguyen Tien Dzung (2016) Vehicle Classification by Estimation of the Direction Angle in a Mixed Traffic Flow, IEEE International Conference on Communications and Electronics (IEEE - ICCE), pp 365 - 368 [C2 ] Nguyen Viet Hung, Nguyen Hoang Dung, Le Chung Tran, Thang Manh Hoang & Nguyen Tien Dzung (2016) A Traffic Monitoring System for a Mixed Traffic Flow Via Road Estimation and Analysis, IEEE International Conference on Communications and Electronics (IEEE - ICCE), pp 375 - 378 [C3 ] Nguyen Viet Hung, Nguyen Thi Thu Hien, Phan Thanh Vinh, Nguyen Thi Thao & Nguyen Tien Dzung (2017) An Utilization of Edge Detection in a Modified Bicubic Interpolation Used for Frame Enhancement in a Camera-based Traffic Monitoring, IEEE International Conference on Information and Communications (IEEE - ICIC), pp 316 - 319 Journals: [J1 ] Nguyen Viet Hung, Nguyen Tien Dzung (2017) A Traffic Monitoring based on Vehicle Density Estimation and Analysis for a Mixed Traffic Flow in a Transport Cross-road, Journal of Science & Technolgoy - Technical Universities, No 120, 6/2017, pp 92 - 98 [J2 ] Nguyễn Việt Hưng, Nguyễn Thị Thảo, Đỗ Huy Khơi, Nguyễn Tiến Dũng (2017) Mơ Hình Hóa Phương Pháp Đo Tốc Độ Ơ Tơ Dựa Trên Xử Lý Ảnh, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Thái Nguyên, ISSN 1859 - 2171, Tập 169 số 09 năm 2017, pp 39 - 44 II: CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN LUẬN ÁN ĐANG CHỜ KẾT QUẢ PHẢN BIỆN [J3 ] Nguyen Viet Hung, Nguyen Tien Dzung (2019); Traffic Density Based Modeling According to Vehicle Sizes ... ộ phương tiện giao thơng dựa vào mơ hình hình học camera giám sát 3.2 Hệ thống giám sát lưu lượng phương tiện giao thông 3.2.1 Đề xuất giám sát điều khiển giao thông theo mật độ lưu lượng. .. việc tùy biến công tác quản lý giao thông quốc gia khác Do đó, việc nghiên cứu hệ thống có chức quản lý phương tiện giao thông giám sát đánh giá lưu lượng phương tiện vùng quan tâm cần thiết Nhằm... giảm áp lực quản lý điều tiết giao thông lực lượng chức điều vô cần thiết Mục tiêu Luận án đưa phương pháp xác định lưu lượng phương pháp giám sát phương tiện giao thông dựa công nghệ xử lý ảnh Đây