043_Hệ thống sát hạch lái xe tự động

Dựa trên sự tìm hiểu về tiến trình phát triển phần mềm hướng đối tượng với kí pháp UML, tìm hiểu về các hệ thống thời gian thực, các hệ thống nhúng, khóa luận không tập trung chi tiết về

HỆ THỐNG SÁT HẠCH LÁI XE TỰ ĐỘNG

Trần Ngọc Sơn

0320263 supersh88@gmail.com

Ngô Thanh Thế

0320297 ngothanhthe250285@gmail.com

Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Vỵ

Bộ môn CNPM

I Giới thiệu

Khóa luận nghiên cứu phân tích và

thiết kế hệ thống thi sát hạch lái xe ô tô tự

động phần thi thực hành sử dụng các

phương pháp công nghệ hiện đại như công

nghệ cảm biến từ, quang và công nghệ

truyền thông… Dựa trên sự tìm hiểu về

tiến trình phát triển phần mềm hướng đối

tượng với kí pháp UML, tìm hiểu về các

hệ thống thời gian thực, các hệ thống

nhúng, khóa luận không tập trung chi tiết

về phần cứng mà tập trung chủ yếu vào

cấu thành phần mềm, phân tích thiết kế

các quá trình thi sát hạch, các bài thi cụ thể

theo chuẩn của Bộ Giao Thông Vận Tải

dựa trên các mô phỏng phần cứng Khóa

luận được xây dựng dựa trên khảo sát hiện

trạng thi bằng lái xe ô tô theo tiến trình thủ

công truyền thống và một số địa điểm đã

triển khai hệ thống thi bằng lái xe tự động

ở thành phố Hà Nội

II Phát triển phầm mềm

hướng đối tượng

Vòng đời phát triển một phần mềm

thường gồm các giai đoạn sau: xác định

yêu cầu hệ thống, phân tích, thiết kế, triển

khai, vận hành và bảo trì hệ thống Tiến

trình phát triển phần mềm hướng đối

tượng dựa trên công nghệ đối tượng, cụ

thể là dựa trên các thành phần, tức là hệ

thống phần mềm sẽ được xây dựng dựa

trên các thành phần phần mềm kết nối với

nhau qua các giao diện đã được xác định

Vòng đời phát triển phần mềm

được chia thành bốn pha: sơ bộ, soạn thảo,

xây dựng và chuyển đổi Trong mỗi pha lại

chia thành nhiều bước lặp nhỏ Mỗi bước lặp đều gồm một số công việc thực hiện trọn vẹn một sản phẩm phần

mềm có thể vận hành được: lập mô hình

nghiệp vụ ,xác định yêu cầu, phân tích, thiết kế, triển khai và kiểm thử Tuy

nhiên, bước lặp trong mỗi pha khác với bước lặp ở các pha khác về nội dung cũng như khối lượng mỗi loại công việc cần thực hiện

Các vấn đề đặt ra khi phát triển phần mềm hướng đối tượng: Làm thế nào để nhận biết các lớp của đối tượng

từ hệ thống thực, phân công trách nhiệm giữa các lớp sao cho hợp lý, việc phân nhỏ các lớp đến đâu thì vừa phải

III Hệ thống phần mềm

thời gian thực

Hệ thống thời gian thực khác với những hệ thống phần mềm khác Chức năng chính của chúng phụ thuộc vào sự đáp ứng của hệ thống với các sự kiện trong một khoảng thời gian ( thường là ngắn)

Phần mềm điều phối/phân tích/kiểm soát các sự kiện thế giới thực ngay khi chúng xuất hiện được gọi là

phần mềm thời gian thực

Các yếu tố: Một thành phần thu thập dữ liệu bên ngoài, thành phần phân tích dữ liệu, thành phần kiểm soát, thành phần điều phối

Một cách để nhìn nhận các hệ thời gian thực là một hệ kích thích/đáp

ứng Nhận một kích thích nào đó thì hệ

phải xuất ra một đáp ứng thích hợp Dáng

điệu của một hệ thời gian thực có thể được

xác định bởi lập danh sách các kích thích

(định kỳ hay không định kỳ) , các đáp ứng

thích hợp và thời gian các đáp ứng phải

xuất ra

Trong các hệ phần mềm thời gian

thực, hệ thống nhúng chiếm một tỷ lệ rất

lớn (90%) Một hệ thống nhúng gần với

mọi hệ thống tính toán khác với máy tính

để bàn, máy xách tay, hay hệ thống máy

tính lớn Các đặc tính của chúng là: Tính

năng được đơn giản, tính ràng buộc cao và

tính tương tác thời gian thực

Phần mềm nhúng: Là một chương

trình được viết, biên dịch trên máy tính và

nạp vào một hệ thống khác

Trong hệ thống thời gian thực ta

chú ý đến: Các bộ điều phối thời gian

thực, các hệ giám sát và khống chế, các hệ

thu nhận dữ liệu

Các hệ thời gian thực phải đáp ứng

với các sự kiện xuất hiện một cách không

định kỳ Các sự kiện này (các kích thích)

thường là nguyên nhân làm cho hệ thống

chuyển tới trạng thái khác Vì lý do đó nên

việc mô hình hóa máy trạng thái được sử

dụng rộng rãi như một cách biểu thị một

thiết kế hệ thời gian thực ngoài ra còn có

thể sử dụng bảng chuyển trạng thái

IV Bài toán sát hạch lái xe

tự động

Thực trạng:

Thành lập các trung tâm mới tổ

chức thi bằng lái xe cho người điều khiển

phương tiện giao thông là một nhu cầu tất

yếu và gia tăng của xã hội Sự quá tải của

các trung tâm sát hạch lái xe, quá trình

cũng như tính minh bạch của hệ thống thi

bằng lái xe thủ công là một vấn đề lớn

Mô tả bài toán:

Theo chuẩn của Bộ giao thông vận

tải, bài thi sát hạch lái xe ô tô bao gồm 10

bài thi lần lượt là: Bài 1 - Xuất phát; Bài 2

- Dừng đường cho người đi bộ; Bài 3 -

Dừng và khởi hành ngang dốc; Bài 4 – Qua vệt bánh xe, đường hẹp vuông góc; Bài 5 – Qua ngã tư có đèn tín hiệu giao thông; Bài 6 - Đường vòng quanh co; Bài 7 – Ghép xe vào nơi đỗ; Bài 8 - Dừng cho đường sắt chạy qua; Bài 9 – Tăng tốc trên đường thẳng; Bài 10 - Kết thúc Ngoài ra còn có tình huống khẩn cấp ở trên đường thi và các lỗi toàn quá trình thi Ở mỗi tình huống của bài thi khi thực hiện thí sinh có thể bị trừ điểm hoặc bị đánh trượt tùy vào mức độ vi phạm Số điểm trừ tối đa là 10 và tối thiểu là 5 cho mỗi lần vi phạm, trong một bài thi nếu thí sinh bị đánh trượt thì

sẽ không được tham gia các bài thi còn lại Theo phương pháp thi thông thường thì mỗi thí sinh dự thi sẽ kèm theo một giám thị để giám sát quá trình thí sinh thực hiện các bài thi Điều này dẫn đến tốn kém về mặt thời gian và công sức để sát hạch một thí sinh Do đó yêu cầu đặt

ra là hệ thống phải giám sát được trạng thái của xe trên các bài thi và tiến hành chấm điểm đánh giá thí sinh

V Phân tích thiết kế hệ

thống

Hoạt động nghiệp vụ của hệ

thống đó là giúp bộ phận sát hạch giám sát được trạng thái của xe đang thực hiện bài thi Phải nắm bắt được từng bài thi xem thí sinh sẽ bị trừ bao nhiêu điểm của bài đó Theo dõi xem thí sinh có hoàn thành được bài thi hay không để tiến hành các thông báo, các thao tác xử

lý cần thiết khác Cuối cùng tổng hợp đưa ra kết quả của quá trình thi Thí sinh đạt tức là có số điểm >= 80

Thiết lập mô hình ca sử dụng

Qua mô tả hoạt động nghiệp vụ ở trên ta có thể xác định ngay được tác nhân duy nhất của hệ thống là người giám sát – Controller Người giám sát tham gia hệ thống với công việc là cập nhật thông tin về thí sinh, giám sát và điều hành quá trình thi của các thí sinh

Đồng thời cũng xác định được các ca sử

dụng: Ca sử dụng khởi động; Ca sử dụng

dừng đường cho người đi bộ; Ca sử dụng

dừng và khởi hành ngang dốc; Ca sử dụng

vào đường hẹp vuông góc; Ca sử dụng qua

ngã tư có tín hiệu đèn giao thông; Ca sử

dụng vào đường quanh co; Ca sử dụng lái

xe vào nơi đỗ; Ca sử dụng thay đổi sổ trên

đường thẳng; Ca sử dụng kết thúc

Xây dựng biểu đồ trạng thái

Hệ thống của chúng ta là một hệ

giám sát đơn giản, không phải hệ thống

tương tác do vậy ta không đi sâu vào các

ca sử dụng Chúng ta sử dụng biểu đồ máy

trạng thái để mô hình hóa ứng xử của hệ

thống trong quá trình phân tích Điều quan

trọng nhất trong các biểu đồ máy trạng

thái này là ta phải xác định được các trạng

thái tương ứng với quá trình xe thực hiện

bài thi, xác định các dịch chuyển và các

hành động tương ứng từ đó xây dựng được

một bộ các tham số, chính là các dữ liệu

được lấy từ các bộ cảm ứng đặt trên xe và

các mô đun phần cứng Từ đó xây dựng

lên lớp các đối tượng Như vậy mỗi bài thi

tương ứng với 1 biểu đồ máy trạng thái và

một lớp phân tích được lấy tên lần lượt là:

DriverTest1, DriverTest2, DriverTest3, DriverTest10 Trong đó mỗi trạng thái tương ứng với một đối tượng Trong quá trình phân tích ta có thể sơ giản các lớp như sử dụng kế thừa, hoặc giảm thiểu lớp nếu chúng có các thuộc tính và phương thức giống nhau

Thiết kế cơ sở dữ liệu

Từ các biểu đồ máy trạng thái và các lớp tìm được, ta xây dựng được cơ sở dữ liệu cho bài toán Ứng với mỗi lớp là một bảng trong cơ sở dữ liệu, các trường trong bảng tương ứng với các thuộc tính của lớp thiết kế Trong bài toán ta sử dụng hệ cơ sở dữ liệu SQL 2000

VI Triển khai hệ thống

Do đây là một hệ thống đặc biệt,

là sự kết hợp giữa các hệ nhúng và hệ giám sát và truyền thông nên điều kiện triển khai thực tế đòi hỏi hệ thống phần cứng khá phức tạp và tốn kém Cho nên khoá luận chỉ tập trung thiết kế phần mềm dựa trên sự mô phỏng của hệ thống phần cứng với các bộ dữ liệu được tạo ra

từ trước Với một bộ dữ liệu mô phỏng cho bài thi thứ nhất “Xuất phát” thì kết quả xử lý được biểu diễn dưới bảng sau

Tham

số

Trạng thái

Time S kđ rung Xl At Sen

sor1

Sen sor2

Lỗi thực

tế

Hệ thống phản hồi

Chưa khởi

động

muộn

Còn 95đ Khởi động 3 0 1 200 0 1 0 0 Không Còn 100đ Khởi động

sau 20s

lâu

Còn 90đ

Qua vạch

xuất phát

20,5 0,06

(m)

1 300 0 1 1 1 Kô bật

xinhan

Còn 85đ

Đi được

5m

26 5(m) 1 300 0 1 0 0 Không Còn 85đ

Chưa kđ

sau 30s

hơn 30s

Trượt

Tuy nhiên trên thực tế chúng ta có thể

đưa ra một chuỗi các trạng thái chuyển,

như trong mô phỏng này thì chỉ có các chuỗi trạng thái đó là: Nghỉ - Chưa khởi

động - Khởi động sau 20s – Qua vạch

xuất phát – Đi được 5m (Số điểm tối đa

bị trừ trong chuỗi này là 30 điểm); Nghỉ -

Khởi động – Qua vạch xuất phát – Đi

được 5m (Số điểm tối đa bị trừ trong

chuỗi này là 25 điểm); Nghỉ - Chưa khởi

động (sau 20s)– Chưa khởi động sau 30s

và kết quả là trượt Do mỗi trạng thái có

nhiều bộ giá trị cho các tham số khác

nhau nên trong khoá luận sẽ chỉ nêu ra

một vài bộ dữ liệu và chuỗi các trạng thái

để mô phỏng

VII Kết luận

Hệ thống sát hạch lái xe tự động

trong thời điểm hiện tại là đặc biệt quan

trọng và cần thiết trong nhu cầu thi bằng

lái xe ô tô của mọi tỉnh, thành phố trong

cả nước Việc phát triển hệ thống đòi hỏi

phải có sự đầu tư lớn và phân tích kĩ

lưỡng

Sau quá trình tìm hiểu và thực

hiện đề tài chúng em đã đạt được những

kết quả:

- Nghiên cứu, tìm hiểu được về phần

mềm hướng đối tượng, hệ thống thời gian

thực và ứng dụng

- Vận dụng quá trình phân tích trên vào

bài toán cụ thể: Xây dựng hệ thống sát

hạch lái xe tự động

- Thiết kế hệ cơ sở dữ liệu cho bài toán, tiến hành lập trình demo

Hướng phát triển

- Tiếp tục hoàn thiện chương trình

- Tiến tới xây dựng các mô đun phần cứng trong chương trình như các hệ truyền thông, các cảm biến…

- Xây dựng hệ thống sát hạch tự động dành cho xe mô tô

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Văn Ba “Phát triển hệ thống hướng đối tượng với UML 2.0 và C++”

NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2005

[2] Nguyễn Văn Vỵ “Phân tích thiết kế các hệ thống thông tin hiện đại hướng cấu trúc và hướng đối tượng” NXB Thống

Kê, 2002 [3] Đào Kiến Quốc Slides bài giảng UML, Đại học Công Nghệ, ĐHQGHN [4] Ian Sommerville “Software Engineering – Sixth Edition ”

[5] Frank Vahid and Tony Givargis

“Embedded System Design:A Unified Hardware/Software Approach” Department of Computer Science and

Engineering University of California,

1999