Ứng dụng smart city tại thành phố amsterdam (hà lan) và đề xuất giải pháp phân luồng giao thông cho hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGHIÊM VĂN BÌNH ỨNG DỤNG SMARTCITY TẠI THÀNH PHỐ AMSTERDAM (HÀ LAN) VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÂN LUỒNG GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CƠNG NGHỆ THƠNG TIN NGHIÊM VĂN BÌNH ỨNG DỤNG SMARTCITY TẠI THÀNH PHỐ AMSTERDAM (HÀ LAN) VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÂN LUỒNG GIAO THƠNG TẠI HÀ NỘI Ngành: Cơng nghệ thông tin Chuyên ngành: Quản lý hệ thống thông tin Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Quang Minh HÀ NỘI – 2014 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu thực luận văn này, tơi nhận giúp đỡ nhiệt tình tổ chức cá nhân Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới tất tập thể cá nhân tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình thực nghiên cứu luận văn Trước hết xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Đại học quốc gia Hà Nội, Viện cơng nghệ thơng tin Phịng khoa học cơng nghệ thầy cô giáo, người trang bị cung cấp kiến thức giúp đỡ suốt q trình học tập vừa qua Với lịng biết ơn sâu sắc, xin trân trọng cảm ơn thầy giáo – Tiến sỹ Lê Quang Minh, người thầy trực tiếp bảo, hướng dẫn khoa học giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn tất bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ nhiệt tình đóng góp nhiều ý kiến q báu để tơi hồn thành luận văn Do thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn tơi chắn tránh khỏi sơ suất, thiếu sót, tơi mong nhận đóng góp, giúp đỡ q thầy giáo tồn thể bạn đọc Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2014 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nghiêm Văn Bình LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ Thầy hướng dẫn người cảm ơn Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa cơng bố cơng trình Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2014 TÁC GIẢ Nghiêm Văn bình TĨM TẮT Mục tiêu nghiên cứu luận văn tìm hiểu Smart City ứng dụng Smart City thành phố Amsterdam(Hà Lan) ứng dụng Smart City Việt Nam Từ đề xuất giải pháp phân luồng giao thơng Hà Nội Phần mở đầu nói đến tính cấp thiết việc nghiên cứu đề tài mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Chương luận văn trình bày tổng quan Smart City Thế giới Chương trình bày ứng dụng Smart City Thành phố tiếng Thế giới Thành phố Amsterdam (Hà Lan) Nơi ứng dụng thành công Smart City việc quy hoạch phát triển Thành phố Chương cuối trình bày thực trạng giao thông Hà Nội qua đề xuất việc ứng dụng Smart City việc giải vấn đề phân luồng giao thông Hà Nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .3 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ SMART CITY 1.1 TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHỐ THÔNG MINH (SMART CITY) 1.1.1 Các khái niệm 1.1.2 Các thành phần tạo nên Smart City 1.1.3 Lựa chọn công nghệ giải pháp việc xây dựng thành phố thông minh 1.2 LỢI ÍCH CỦA VIỆC XÂY DỰNG THÀNH PHỐ THƠNG MINH: 15 1.2.1 Lợi ích cục bộ: 15 1.2.2 Lợi ích toàn cầu: 17 CHƢƠNG ỨNG DỤNG THÀNH PHỐ THÔNG MINH TẠI THÀNH PHỐ AMSTERDAM (HÀ LAN) 18 2.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN THÀNH PHỐ AMSTERDAM (HÀ LAN) 18 2.2 ỨNG DỤNG SMART CITY TẠI AMSTERDAM 19 2.2.1 Một số thành tựu điển hình 19 2.2.2 Mục tiêu xây dựng thành phố thông minh: .20 2.2.2.1 Đặc điểm: .20 2.2.2.2 Mục tiêu: 21 2.2.2.3 Yêu cầu: 21 2.2.3 Một số dự án tiêu biểu: .22 2.2.3.1 Mục tiêu chính: .22 2.2.3.2 Lựa chọn công nghệ, phương pháp tiếp cận học kinh nghiệm 22 CHƢƠNG ỨNG DỤNG SMART CITY TRONG GIAO THÔNG THÔNG MINH TẠI HÀ NỘI 35 3.1 SMART CITY TẠI VIỆT NAM 35 3.2 THỰC TRẠNG GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI 38 3.2.1 Thực trạng chung: 38 3.2.1.1 Hạ tầng đô thị: 38 3.2.1.2 Môi trường sống tiết kiệm lượng: .38 3.2.2 Giao thông Hà Nội: 39 3.2.3 Đề xuất giải pháp phân luồng giao thông cho Hà Nội ITS 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Smart Thông minh Smart City Thành phố thông minh CNTT Công nghệ thông tin CNTT&TT Công nghệ thông tin truyền thông IT – Information Technology Công nghệ thông tin ITS – Intelligent Transportation System Hệ thống giao thông thông minh GIS - Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý GPS - Global Positioning System Hệ thống định vị tồn cầu CCTV - Closed-Circuit Television Truyền hình mạch kín VOV Kênh VOV Giao thơng Quốc gia Đài Tiếng nói Việt Nam KHCN GTVT QoS: Quality of Service HD: High Definition ONVIF - Open Network Video Interface Forum Khoa học công nghệ Giao thông vận tải Quản lý chất lượng dịch vụ Độ nét cao Tiêu chuẩn kết nối thiết bị an ninh IP DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mối quan hệ Smart City với tính bền vững, cạnh tranh hạ tầng ICT Hình 1.2: Các thành phần nhân tố Smart City Hình 2.1: Cơng nghệ Mạng lưới thông minh Amsterdam 22 Hình 2.2: Hội thảo tư vấn sử dụng lượng cho khu dân cư 23 Hình 2.3: Lợi ích việc sử dụng hệ thống quản lý lượng sáng tạo 24 Hình 2.4: Hệ thống phích cắm thơng minh 25 Hình 2.5: Tịa nhà ITO 27 Hình 2.6: Tủ phát điện Fuell Cell 28 Hình 2.7: Thành phố môi trường xanh Amsterdam 30 Hình 2.8: Trạm điện bờ biển Amsterdam 32 Hình 2.9: Hệ thống sạc điện thông minh cho xe ô tô 33 Hình 2.10: Phân luồng giao thông cho xe ứng cứu 34 Hình 3.1: Tình hình tắc nghẽn giao thông Hà Nội cao điểm 48 Hình 3.2: Hệ thống giám sát hành trình 50 Hình 3.3: Trung tâm điều khiển tín hiệu giao thơng Hà Nội 51 Hình 3.4: Quy trình xử lý thơng tin giao thơng 52 Hình 3.5: Hệ thống thơng tin hành khách tiên tiến(APIS) 59 Hình 3.6: Biển báo giao thông điện tử 61 Hình 3.7: Hệ thống điện thoại khẩn cấp eCall 61 Hình 3.8: Tra cứu tình trạng ùn tắc, chậm phần mềm V.TIS 63 Hình 3.9: Cảnh báo ùn tắc qua phần mềm V.TIS VOV 64 Hình 3.10: Giao diện hiển thị cảnh báo phầ mềm Telematics Car 64 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.2: Công nghệ để xây dựng môi trường bền vững 10 Bảng 1.3: Công nghệ để xây dựng lượng bền vững 11 Bảng 1.4: Công nghệ để xây dựng hạ tầng viễn thông thông minh bền vững12 Bảng 1.5: Công nghệ để xây dựng mạng lưới giao thông thông minh 13 Bảng 1.6: Công nghệ để xây dựng nguồn nước bền vững 14 Bảng 1.7: Các động lực lợi ích Thành phố thông minh mang lại 17 MỞ ĐẦU Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài Ngọn nguồn phát sinh ý tưởng thành phố thông minh khơng khác ngồi tăng trưởng dân số khơng ngừng xu hướng thị hóa mạnh mẽ Hiện giới có khoảng t người dự báo đến năm 2040, dân số khoảng 10 t người Bên cạnh đó, đến năm 2040, 65 dân số sinh sống đô thị Quá trình thị hóa tất yếu làm xuất nhiều thành phố quy mô triệu dân siêu thành phố quy mô 10 triệu dân[4] Các thành phố chiếm diện t ch giới tiêu thụ tới 75 nguồn tài nguyên tự nhiên Áp lực biến đổi kh hậu khơng lắng xuống Vì thế, nhà quản lý bị thúc đẩy phải xây dựng thành phố thông minh việc quản lý, sử dụng hiệu nguồn tài nguyên để phục vụ cho sống người hơng có động lực, người c n có đủ lực để xây dựng thành phố thông minh phát triển phổ cập công nghệ diễn với tốc độ chóng m t kết nối ngày cao, cụ thể thống kê năm 2010 có 10 t thiết bị kết nối với dự báo đến năm 2020 12 t thiết bị Công cụ để điều hành, quản lý l nh vực khác kinh tế, ch nh trị, xã hội, giáo dục, giao thông, môi trường hay y tế ch nh điện toán đám mây Điện toán đám mây tảng liệu cần thiết dự báo đến năm 2020, có khoảng 50 t thiết bị kết nối Internet[4] Trên giới có khoảng 100 thành phố triển khai cấp độ khác thành phố thơng minh Một số hình mẫu thành phố thơng minh đầu kể đến Amsterdam (Hà Lan), Lyon (Pháp), Edinburgh (Scotland) c ng hàng loạt doanh nghiệp viễn thông tiếng tăm tiên phong việc phát triển thành phố thông minh Schneider Electric, Thales Group, IBM, Telefonica hay Telecom Italia Lợi ch thành phố thông minh r ràng Theo t nh toán Telefonica, thành phố thông minh tiết kiệm 15 lượng nước tiêu thụ, giảm 10 lượng điện tiêu thụ, giảm 17 lượng kh thải CO2 giảm gần 25 nhu cầu giao thông vận tải 55 o o o o Có thể quan sát rõ d ng phương tiện giao thông điều kiện ánh sáng ban ngày ban đêm; Thiết kế hệ thống có tính đại, lựa chọn thiết bị công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam đáp ứng chuẩn giới; Hệ thống có tính mở, dễ dàng mở rộng phát triển tích hợp với hệ thống khác; Hệ thống lưu trữ, ghi hình video quản lý lưu trữ tập trung, đảm bảo có dung lượng phù hợp tính sẵn sàng cao để khơng làm hình ảnh thời gian lưu trữ; Hệ thống triển khai phải đảm bảo tính khả thi, phù hợp với điều kiện kinh tế, sở hạ tầng đ c thù giao thông Hà Nội - Thành phần hệ thống: o Hệ thống camera:  Các camera giám sát giao thông lắp đ t điều kiện hoạt động trời;  Các thiết bị camera phải hoạt động 24/7, ngoại trừ thời gian bảo dưỡng hay sửa chữa Hình ảnh thu nhận quan sát rõ thời điểm khác nhau;  Các camera phân làm loại: camera quay quét ho c camera t nh;  Lựa chọn lắp đ t camera k thuật số cho hình ảnh có độ phân giải cao theo chuẩn HD Mỗi camera định danh địa IP mạng kết nối;  Ngày nay, nhiều loại camera đo đếm số người tham gia giao thơng điểm giao cắt ho c t nh vận tốc di chuyển trung bình phương tiện Do vậy, việc lựa chọn camera không đảm bảo chất lượng hình ảnh mà cịn xử lý thông minh, hỗ trợ cho hệ thống khác o Hệ thống lưu trữ, xem hình trung tâm:  Cho phép thực thi toàn quy trình quản lý theo dõi, kiểm tra, tra cứu tìm kiếm hình ảnh lưu trữ camera giám sát giao thông trung tâm Hệ thống thành phần sử dụng thiết bị bao gồm máy chủ, máy lưu trữ hình ảnh, máy tính trạm, hình hiển thị, thiết bị điều khiển camera, phần mềm quản lý video 56  Thiết bị ghi hình video loại sử dụng k thuật số cho phép lưu lại số tệp video tiếp nhận trực tiếp từ camera qua mạng truyền dẫn liệu IP;  Hình ảnh thu từ camera hiển thị theo dõi hình giám sát người vận hành ho c hình khổ lớn Các camera kiểm soát, điều khiển từ xa việc quay qt, thu phóng ống kính camera với bàn phím, chuột ho c thiết bị điều khiển chuyên dụng;  Phần mềm quản lý video cho phép kiểm soát việc ghi hình, lưu trữ hiển thị hình ảnh hình giám sát Phần mềm cung cấp giao diện trực quan, dễ sử dụng cho người quản trị o Hệ thống truyền dẫn hình ảnh tín hiệu điều khiển:  Mạng truyền dẫn kết nối trực tuyến camera giám sát với hệ thống thiết bị trung tâm quản lý điều hành để đảm bảo yêu cầutruyền tải liệu hình ảnh thời gian thực;  Mạng truyền dẫn xây dựng tảng công nghệ mạng IP với phương thức truyền dẫn hữu tuyến ho c vô tuyến - Yêu cầu kỹ thuật: Thiết bị camera IP: Các camera IP sử dụng cho mục đ ch giám sát giao thông cần đạt thông số kỹ thuật chung tối thiểu như: o Khả quan sát ngày lẫn đêm với độ nhạy sáng tối thiểu 0,5 lux; o Hình ảnh cung cấp có độ phân giải tối thiểu chuẩn HD 720p (1280x720) với 25 khung hình/giây; o Cung cấp luồng video quan sát đầu quang mạng IP; o Sử dụng ống kính có tiêu cự phù hợp với góc quan sát camera; o Có thể tự động điều chỉnh lấy nét hình ảnh; o Có khả điều chỉnh tay tự động mở ống k nh để phù hợp với độ sáng; o Có khả xử lý tự động hình ảnh thu nhận được; o Có hộp bảo vệ tránh mưa, nắng chống bụi; o Hoạt động ổn định điều kiện thời tiết mơi trường Việt Nam; o Các camera có khả quay quét cần quay 350 độ quay 100 độ quét; o Thu phóng quang học tối thiểu x10 lần; 57 o Có thể phóng to để nhìn r phương tiện cách xa 1000m o Phải hỗ trợ t nh thông minh tự động phát chuyển động, cảnh báo hình ảnh bị mờ ho c che khuất, có khả đo đếm phương tiện chuyển động o Thiết bị phải có t nh tiết kiệm lượng với công suất không vượt 50W với camera t nh, 100W với camera quay quét; o Các camera phải cung cấp giao diện cho phép cấu hình xem hình ảnh trực tuyến Web Các thiết bị trung tâm giao tiếp điều khiển camera qua mạng IP theo chuẩn ONVIF; Thiết bị ghi hình mạng: Hình ảnh video mà camera IP thu truyền tải thiết bị ghi hình mạng để lưu trữ xử lý nên cần có chức tối thiểu sau: o Ghi hình tệp liệu video; o Cho phép ghi hình lúc luồng video nhiều camera IP khác nhau; o Quản lý việc ghi hình liên tục, ghi theo thời gian đ t lịch trước ho c ghi theo kích hoạt kiện bên ngoài; o Cho phép thực tìm nhanh hình ảnh; o Quản lý hạn mức dung lượng lưu trữ cho camera IP tự động dọn d p liệu cũ để thay liệu mới; o Tự động kiểm soát đưa cảnh báo lỗi trình ghi hình, tín hiệu hình ảnh từ camera, ổ lưu trữ bị đầy o Có thể tích hợp t nh xử lý hình ảnh thơng minh dùng vào mục đ ch quan sát giao thông d đếm lưu lượng, phát kiện, nhận dạng phương tiện qua video Thiết bị hiển thị hình ảnh video: Hình ảnh thu tất camera giám sát giao thơng theo d i trung tâm quản lý điều hành hình giám sát nhân viên vận hành hình khổ lớn Các thiết bị hiển thị cho phép: o Chia nhỏ cửa sổ hình dạng ma trận để hiển thị hình ảnh nhiều camera khác nhau; o Hiển thị luân phiên hình ảnh camera theo nhóm cửa sổ hình quan sát 58  Hệ thống kiểm tra lưu lượng xe tính vận tốc trung bình: - Hệ thống xây dựng để thu thập liệu tự động phương tiện lưu thơng đường nhằm đưa cảnh báo tình trạng ùn tắc hay tắc nghẽn tuyến đường Hệ thống tập trung phân tích, xử lý liệu về: o Lưu lượng xe: thông qua hệ thống camera giám sát đ t tuyến đường hệ thống định vị gắn phương tiện, hệ thống phân t ch đưa nhận định lưu lượng xe lưu thông đường; o Tốc độ lưu thơng: Được tính theo vận tốc trung bình phương tiện công cộng thời gian thực như: xe bus, xe taxi, xe ôm  Vận tốc trung bình