Bản đồ giao thông và thời tiết ở thành phố hồ chí minh sử dụng google map gps và smartphone nghiên cứu khoa học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN CẤP TRƯỜNG BẢN ĐỒ GIAO THÔNG VÀ THỜI TIẾT Ở TP HCM SỬ DỤNG GOOGLE MAP – GPS VÀ SMARTPHONE Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghệ thơng tin Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN CẤP TRƯỜNG BẢN ĐỒ GIAO THÔNG VÀ THỜI TIẾT Ở TP HCM SỬ DỤNG GOOGLE MAP – GPS VÀ SMARTPHONE Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghệ thông tin Sinh viên thực hiện: TRẦN THANH LONG Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Hoa Lớp, khoa: lớp TH10A3, khoa Công Nghệ Thông Tin Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: Khoa học máy tính Người hướng dẫn: TS LÊ XUÂN TRƯỜNG Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 TÓM TẮT Thành phố Hồ Chí Minh hai thị lớn sầm uất Việt Nam Mặc dù phát triển mạnh kinh tế sở hạ tầng giao thông đường nơi nhiều điều bất cập Hệ thống đường xá phức tạp, chằng chịt rối rắm, gây nhiều khó khăn cho việc lại Do đó, việc tìm kiếm đường nhanh chóng, tiện lợi xác nhu cầu mang tính cấp thiết Trong đó, phương tiện tìm kiếm đồ giấy hay máy tính có nhiều hạn chế Do nóng dần lên Trái đất hiệu ứng nhà kính khiến cho khí hậu Việt Nam nói chung Miền Nam Việt Nam nói riêng có thay đổi rõ rệt Mùa khơ mùa mưa khơng cịn theo trình tự thường niên, thời tiết thay đổi thất thường gây nhiều khó khăn đời sống người dân Vì vậy, việc biết xác tình hình thời tiết khu vực vấn đề cần phải giải Giải pháp đề tài xây dựng hệ thống phần mềm cài đặt nhiều thiết bị, hoạt động đồng với nhau, có nhiệm vụ hiển thị đồ, thực chức tìm đường thơng báo tình trạng thời tiết Thành phố Hồ Chí Minh Hệ thống bao gồm camera có chức thu nhận gửi hình ảnh thời tiết cho Server; gói phần mềm Server thực chức xử lý hình ảnh gửi từ camera, phân tích lưu trữ tình trạng thời tiết khu vực, đồng thời thực nhiệm vụ cầu nối tương tác cung cấp thơng tin thời tiết có u cầu từ ứng dụng phía người dùng; gói phần mềm tương tác với người sử dụng điện thoại di động Gói phần mềm điện thoại di động tích hợp đồ với khả tìm đường dựa sở liệu Google map, đồng thời hỗ trợ chức xem tình trạng thời tiết khu vực Khi thực chức tìm đường, ứng dụng gửi tham số đến service Google map, sau tải kết xử lý để vẽ lộ trình di chuyển, tính khoảng cách đường đồ Nếu người dùng chọn chức xem thời tiết, ứng dụng gửi yêu cầu đến Server, Server thực trả tình hình thời tiết vị trí lắp đặt camera để ứng dụng hiển thị lên đồ Ứng dụng điện thoại di động dành cho người dùng viết hệ điều hành Windows Phone 7, hệ điều hành với nhiều ưu điểm vượt trội Phần giao diện thiết kế Expression Blend đẹp mắt, sinh động, thân thiện với người dùng Nhóm nghiên cứu đề tài thành công việc đưa ứng dụng GoogleMap hoạt động hệ điều hành Windows Phone 7, áp dụng thuật toán xử lý ảnh vào việc phân tích tình hình thời tiết Đồng thời, cải tiến thuật tốn với kỹ thuật khóa điểm ảnh LockBits để nhận dạng xử lý mưa rơi dựa mật độ phân bố điểm ảnh Chương trình có nhiều ưu điểm tiện dụng, chạy nhanh, thao tác mượt, có tính tương tác cao với người sử dụng, có nhiều thuận lợi việc sửa chữa, bảo trì, nâng cấp,… Bên cạnh đó, cịn tồn số hạn chế giao diện cịn đơn giản, chưa có nhiều chức phụ cho người dùng lựa chọn,… MỤC LỤC Danh mục hình ảnh Danh mục chữ viết tắt Thông tin kết nghiên cứu đề tài Thông tin sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài Mở đầu Tổng quan Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu 10 Đóng góp đề tài 10 a Đóng góp mặt kinh tế - xã hội 10 b Đóng góp mặt khoa học 11 Chương 1: Cơ sở lý thuyết 12 1.1 Sử dụng GPS A-GPS Windows Phone 12 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 Sơ lược Windows Communication Foundation (WCF) 14 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 Khái niệm GPS 12 Khái niệm A-GPS 12 Cách thức sử dụng GPS 13 WCF ? 14 Lý sử dụng WCF 14 Kiến trúc WCF 15 Tổng quan xử lý ảnh 17 Chương : Nội dung nghiên cứu 19 2.1 Thiết kế hoạt động 19 2.1.1 2.1.2 2.1.3 Cách thức tìm đường theo dõi thời tiết 19 Truy cập liệu Google map 20 Xử lý nhận dạng mưa rơi 20 2.2 Giao diện sử dụng 27 2.3 Hiện thực chương trình 29 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7 2.3.8 2.3.9 2.3.10 2.3.11 2.3.12 2.3.13 2.3.14 2.3.15 2.4 Tổ chức liệu 29 Sử dụng đồ Google map 30 Hộp chọn chế độ hiển thị 34 Khởi động GPS thực thi 35 Kiểm tra trạng thái hoạt động GPS 35 Kiểm tra vị trí thiết bị GPS 36 Đánh dấu điểm bắt đầu điểm kết thúc 37 Nút tìm đường 38 Lấy tọa độ từ địa tương ứng 41 Xây dụng lớp hỗ trợ giải mã tọa độ 41 Vẽ đường tính khoảng cách quãng đường di chuyển 43 Vẽ đường đồ 43 Hiển thị icon thời tiết 44 Xử lý nhận dạng mưa rơi server 45 Hiệu ứng chuyển trang 51 Kết 53 Chương : Kết luận 65 Tài liệu tham khảo 66 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 : Cách thức hoạt động GPS 12 Hình 1.2: Kiến trúc WCF 15 Hình 1.3: Các kênh trao đổi tin WCF 16 Hình 2.1: Lưu đồ trình nhận dạng mưa rơi 20 Hình 2.2a: Ảnh chụp từ camera, trạng thái thời tiết không mưa 23 Hình 2.2b: Ảnh chụp từ camera, trạng thái thời tiết có mưa 23 Hình 2.2c: Ảnh mức xám chuyển từ ảnh 5a 23 Hình 2.2d: Ảnh mức xám chuyển từ ảnh 5d 23 Hình 2.3a: Ảnh mức xám trạng thái thời tiết bình thường 24 Hình 2.3b: Ảnh mức xám trạng thái mưa 24 Hình 2.3c: Ảnh nhị phân, kết so sánh khác hai ảnh mức xám trạng thái bình thường mưa 24 Hình 2.4: Phân vùng ảnh nhị phân 25 Hình 2.5: Lưu đồ phân vùng xử lý nhận dạng mưa rơi 26 Hình 2.6: Lưu đồ sử dụng chương trình 27 Hình 2.7: Hộp chọn kiểu hiển thị đồ 28 Hình 2.8: Hộp chọn kiểu hiển thị đồ đầy đủ 28 Hình 2.9: Nút tìm đường 28 Hình 2.10: Thanh công cụ thu gọn 28 Hình 2.11: Thanh công cụ đầy đủ 29 Hình 2.12: Cách thức hoạt động hệ thống camera thời tiết 29 Hình 2.13: Bản đồ Google map 30 Hình 2.14: Điều khiển phóng to thu nhỏ 31 Hình 2.15: Vị trí người dùng 36 Hình 2.16: Đánh dấu vị trí bắt đầu tìm đường 37 Hình 2.17: Lưu đồ hoạt động chức tìm đường 40 Hình 2.18: Lưu đồ hoạt động xử lý ảnh Server 46 Hình 2.19: Hiệu ứng chuyển trang 51 Hình 2.20: Giao diện chương trình 53 Hình 2.21: Hướng dẫn sử dụng chương trình 54 Hình 2.22: Giao diện Tìm đường từ vị trí 55 Hình 2.23: Đánh dấu điểm cần đến 56 Hình 2.24: Kết tìm đường 57 Hình 2.25: Giao diện tìm đường từ vị trí 58 Hình 2.26: Đánh dấu điểm bắt đầu 59 Hình 2.27: Đánh dấu điểm cần đến 60 Hình 2.28: Kết tìm đường 61 Hình 2.29a: Bản đồ hiển thị chế độ Satelite 62 Hình 2.29b: Bản đồ hiển thị chế độ Hybrid 62 Hình 2.30: Hiển thị icon tình trạng thời tiết 63 Hình 2.31: Hình ảnh từ camera thơng báo tình hình thời tiết 64 Trang DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT A-GPS Assisted - Global Positioning System CLR Common Language Runtime GPRS General Packet Radio Service GPS Global Positioning System PDA Persional Digital Assistant SOAP Simple Object Access Protocol WAS Windows Activation Services WCF Windows Communication Foundation XAML Extensible Application Markup Language XML Extensible Markup Language XSD XML Schema Definition Trang BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: BẢN ĐỒ GIAO THÔNG VÀ THỜI TIẾT Ở TP.HCM SỬ DỤNG GOOGLE MAP – GPS VÀ SMARTPHONE 1) Sinh viên thực hiện: TRẦN THANH LONG Lớp: TH10A3 Khoa: Công Nghệ Thông Tin Năm thứ: Số năm đào tạo:4 2) Sinh viên thực hiện: ĐOÀN NGUYỄN ĐĂNG KHOA Lớp: TH10A3 Khoa: Công Nghệ Thông Tin Năm thứ: Số năm đào tạo:4 3) Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ THÙY DƯƠNG Lớp: TH10A3 Khoa: Công Nghệ Thông Tin Năm thứ: Số năm đào tạo:4 - Người hướng dẫn: TS LÊ XUÂN TRƯỜNG Mục tiêu đề tài:  Xây dựng hệ thống phần mềm dạng client – server cung cấp cho người dùng ứng dụng với chức tìm đường theo dõi thời tiết  Chức tìm đường có độ xác cao, dễ sử dụng, hoạt động phạm vi toàn cầu, giúp người dùng có lộ trình di chuyển ngắn đến điểm  Xây dựng hệ thống camera theo dõi thời tiết Thành phố Hồ Chí Minh  Xây dựng Server làm nhiệm vụ nhận hình ảnh từ camera, tích hợp thuật tốn xử lý ảnh lưu trữ thơng tin thời tiết  Ứng dụng cập nhật thơng tin thời tiết khu vực cách truy cập đến Server Tính sáng tạo:  Xứ lý đồ Google map hiển thị Windows Phone - hệ điều hành hỗ trợ đồ Bing map  Ứng dụng truy cập đến dịch vụ Google map để thực việc tìm đường  Xây dựng hệ thống camera theo dõi thời tiết Thành phố Hồ Chí Minh Trang  Áp dụng giải thuật xử lý ảnh thực thi server giúp cho ứng dụng có dung lượng nhẹ chạy nhanh  Phát triển, cải tiến thuật toán xử lý ảnh dùng kỹ thuật khóa điểm ảnh LockBits để nhận dạng mưa rơi dựa mật độ phân bố điểm ảnh Kết nghiên cứu:  Xây dựng thành cơng ứng dụng tìm đường đồ Google map  Xây dựng hệ thống Server – Client cung cấp cho người dùng chức theo dõi thời tiết tích hợp vào ứng dụng  Cải tiến thành cơng thuật tốn xử lý ảnh dùng kỹ thuật LockBits để nhận dạng mưa rơi dựa mật độ phân bố điểm ảnh Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài:  Ứng dụng dành cho dòng điện thoại thơng minh nên người sử dụng xem đồ, tìm đường địa điểm lúc, nơi  Việc tìm kiếm đem đến kết nhanh chóng, tiết kiệm nhiều thời gian cho người dùng  Tiết kiệm chi phí nhiên liệu cho quãng đường di chuyển ngắn  Góp phần hạn chế tình trạng kẹt xe thời tiết gây nên, qua làm giảm thiệt hại cho kinh tế đất nước  Đảm bảo lưu thơng an tồn điều kiện thời thiết thích hợp, tránh bất tiện thời tiết gây tham gia giao thông  Hệ thống phần mềm theo dõi thời tiết có khả phát triển để triển khai rộng khắp khu vực thành thị, ứng dụng điện thoại di động cung cấp cho người dùng miễn phí chợ ứng dụng mạng, phục vụ cho nhu cầu tìm đường theo dõi thời tiết để người tham gia giao thơng có lộ trình di chuyển thích hợp Cơng bố khoa học sinh viên từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Trang Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Xác nhận đơn vị (ký tên đóng dấu) Ngày tháng Người hướng dẫn (ký, họ tên) năm Trang Để tạo hiệu ứng vậy, cần thực qua bước:  Vào file App.xaml.cs thay đổi phương thức InitializePhoneApplication(), khởi tạo RootFrame TransitionFrame đoạn mã sau : RootFrame = new TransitionFrame(); Khai báo đoạn mã sau phần XAML trang cần tạo hiệu ứng để sử dụng hiệu ứng Transition: xmlns:toolkit="clr-namespace:Microsoft.Phone.Controls; assembly=Microsoft.Phone.Controls.Toolkit"  Thêm hiệu ứng transition XAML: Trang 52 2.4 KẾT QUẢ: Chương trình thực hồn tất sau tháng, đáp ứng nhu cầu mục tiêu xác định lúc bắt đầu nghiên cứu Ứng dụng kiểm tra chạy thử phần mềm giả lập Windows Phone Emulator Microsoft Sau kiểm tra nhận thấy ổn định, chương trình cài đặt vào smartphone HTC Surround sử dụng hệ điều hành Windows Phone 7, ứng dụng chạy thành công với thao tác mượt, tốc độ nhanh, kết thực thi xác Giao diện mở đầu chương trình gọn gàng, phù hợp với điện thoại, bắt mắt, trực quan dễ sử dụng Gồm nút chức năng: o Tìm đường từ vị trí tại: thực việc tìm đường từ vị trí đứng đến điểm o Tìm đường từ vị trí bất kỳ: thực việc tìm đường từ vị trí o Hướng dẫn: tìm hiểu cách sử dụng ứng dụng Hình 2.20: Giao diện chương trình Trang 53 Giao diện phần hướng dẫn:  Phần hướng dẫn chứa nhiều thơng tin hình ảnh Để thuận tiện cho người dùng, chương trình cần xếp cách hợp lý khoa học Một lựa chọn thích hợp sử dụng Pivot Control  Pivot Control Control sử dụng để hiển thị liệu nhiều trang, Pivot Control sử dụng chuyển trang theo kiểu tab trang, bao gồm nhiều tab item, item hiển thị trang tương ứng Hình 2.21: Hướng dẫn sử dụng chương trình Trang 54  Quy trình Tìm đường từ vị trí tại: Điểm bắt đầu (Vị trí người dùng) Hình 2.22: Giao diện Tìm đường từ vị trí Trang 55 Bước 1: đánh dấu điểm cần đến - Chương trình tải địa điểm cần đến Điểm kết thúc Hình 2.23: Đánh dấu điểm cần đến Trang 56 Bước 2: Thực tìm đường - Chương trình vẽ đường từ vị trí đến điểm cần đến - Cung cấp độ dài quãng cần đường di chuyển Đường từ vị trí đến điểm kết thúc Độ dài đường Hình 2.24: Kết tìm đường Trang 57  Quy trình Tìm đường từ vị trí bất kỳ: Vị trí người dùng Hình 2.25: Giao diện tìm đường từ vị trí Trang 58 Bước 1: Đánh dấu điểm bắt đầu - Khi đánh dấu điểm bắt đầu, chương trình tải địa điểm nhằm giùm cho người dùng biết họ xuất phát từ đâu Điểm bắt đầu Hình 2.26: Đánh dấu điểm bắt đầu Trang 59 Bước 2: đánh dấu điểm kết thúc - Khi đánh dấu điểm kết thúc, chương trình thay đổi địa điểm bắt đầu thành “Start here” tải địa điểm kết thúc Việc giúp cho người dùng tránh khỏi bối rối không điểm bắt đầu, điểm kết thúc Điểm kết thúc Hình 2.27: Đánh dấu điểm cần đến Trang 60 Bước 3: Thực tìm đường: - Chương trình vẽ đường từ vị trí bắt đầu đến vị trí cần đến - Cung cấp độ dài quãng cần đường di chuyển Đường từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc Độ dài đường Hình 2.28: Kết tìm đường Trang 61 -  Xem đồ kiểu hiển thị khác: Người dùng chọn năm kiểu hiển thị đồ khác tùy theo mục đích sử dụng Hình 2.29b: Bản đồ hiển thị chế độ Hybrid Hộp chọn kiểu hiển thị đồ Hình 2.29a: Bản đồ hiển thị chế độ Satelite Trang 62  Xem tình hình thời tiết cung cấp từ camera thời tiết: - Hiển thị tình trạng thời tiết khu vực lắp đặt camera - Các icon hiển thị theo tình trạng thời tiết xử lý ảnh từ camera Icon thơng báo tình trạng thời tiết Hình 2.30: Hiển thị icon tình trạng thời tiết Trang 63 - Khi chạm hai lần liên tiếp vào (Double Tap) vào icon thời tiết, chương trình hiển thị trạng thái thời tiết vị trí Tình trạng thời tiết vị trí icon vừa chọn Icon thời tiết người dùng vừa chọn Hình 2.31: Hình ảnh từ camera thơng báo tình hình thời tiết Trang 64 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN Nhóm nghiên cứu xây dựng thành công ứng dụng client chạy smartphone sử dụng hệ điều hành Windows Phone với chức tìm đường xem thơng tin thời tiết Bản đồ Google xử lý để hiển thị Windows Phone, cung cấp cho người dùng thông tin chi tiết đường phố, nhà cửa …Thành công việc truy cập liệu google map, kết trả giải mã phục vụ cho việc vẽ lộ trình di chuyển, đồng thời cung cấp cho người dùng khoảng cách ước lượng quãng đường Ứng dụng sử dụng đồ online, nên dễ dàng cập nhật lại thông tin từ đồ giao thông, sử dụng lượng sở liệu lớn mà không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hoạt động Xây dựng thành công hệ thống client – server cung cấp thông tin thời tiết cho người dùng, xử lý chương trình thực Server, câu lệnh tối ưu hóa, giúp giảm bớt thao tác xử lý ứng dụng Client, làm cho chương trình chạy nhanh, mượt xác Ứng dụng kỹ thuật LockBits vào việc xử lý ảnh, làm tăng tốc độ thực thi, góp phần làm server phản hồi kết cho client nhanh Cải tiến thành công thuật toán xử lý ảnh dựa phân bố mật độ điểm ảnh, nhận dạng thời tiết mưa mức độ mưa, cho kết thực tế tương đối xác Các thiết kế phần giao diện đồ họa thực cách hiệu với công cụ Expression Blend, giúp chương trình trở nên tiện lợi, dễ sử dụng Giao diện đẹp mắt, trực quan nhiều hiệu ứng sinh động, có độ tương tác với người sử dụng cao Dù vậy, chương trình thực thi khơng thể tránh khỏi sai sót như: thiếu sót sở liệu hình ảnh, chương trình chưa cung cấp phương án tìm đường người dùng nhập địa vào, chưa có thông tin đường qua lộ trình di chuyển Hướng phát triển: Ứng dụng có khả triển khai lĩnh vực quản lý giao thông kênh truyển thông giao thông nhằm cung cấp thông tin thời tiết, đường cho người tham gia giao thông Cần triển khai lắp đặt hệ thống camera phạm vi rộng Ứng dụng có thêm nhiều chức ưu việt tìm kiếm theo địa cụ thể, đưa gợi ý hướng di chuyển thích hợp khu vực có mưa Trang 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo: [1] Charles Petzold, “Programming Windows Phone 7”, 2010 [2] Gabriel Svennerberg, “Begining Google Maps API 3”, 2010 [3] Harley R.Mayler – Arthur R.Weeks, “The pocket handbook of Image Processing Algorithms in C”, University of Central Florida [4] PGS.TS Nguyễn Quang Hoan, “Giáo trình xử lý ảnh”, Học viện cơng nghệ bưu viễn thơng, 2006 [5] TS.Đỗ Năng Tồn-TS.Phạm Việt Bình, “Giáo trình xử lý ảnh”, Đại học Thái Nguyên, 2007 Trang web tham khảo: [6] http://www.windowsphonegeek.com/ [7] http://www.tinhte.vn/threads/830617/ [8] www.msdn.microsoft.com [9] www.mobiforge.com [10] www.geekchamp.com [11] www.en.wikipedia.org Trang 66 ... ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN CẤP TRƯỜNG BẢN ĐỒ GIAO THÔNG VÀ THỜI TIẾT Ở TP... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: BẢN ĐỒ GIAO THÔNG VÀ THỜI TIẾT Ở TP.HCM SỬ DỤNG GOOGLE MAP – GPS VÀ SMARTPHONE. .. tên) Trang MỞ ĐẦU TỔNG QUAN Thành phố Hồ Chí Minh trung tâm kinh tế - thương mại, văn hoá – khoa học lớn nước Tuy nhiên ảnh hưởng hai chiến tranh với Pháp Mỹ, sở hạ tầng Thành phố Hồ Chí Minh phát