2.5.Gi iăthi uthu tătoánkh păb năđ 2.5.1.T ng quan v thu t toán kh p b năđ
Thuật toán khớp b n đồ (map matching) th ng đ c dùng để xác định vị trí của ph ơng tiện trên đ ng. Hầu hết các công thức xây dựng thuật toán đều dựa trên cơ s dữ liệu của hệ thống định vị GPS và cơ s dữ liệu về tuyến đ ng từ b n đồ số. Và thuật toán này sẽ chuyển tọa đ m t đối t ng về tọa đ tuyến đ ng gần nhất. Ngoài ra theo các nghiên cứu cho thấy rằng b n đồ kỹ thuật số sử d ng cho phù h p với b n đồ ph i là m t quy mô cao để t o ra các kết qu đầu ra vị trí mà không có l i.
Thuật toán khớp b n đồ đ c thành 3lo i : hình học, hình học tôpô, và cao cấp.
2.5.2.Bài toán đi mătrongăđaăgiác
Bài toán điểm trong đa giác là m t trong những tr ng h p của thuật toán khớp b n đồ. Bài toán điểm trong đa giác (point-in-polygon, viết tắt: PIP) đặt ra câu hỏi xét xem m t điểm trên m t mặt phẳng nằm trong, nằm ngoài hay nằm trên biên của m t đa giác. Đây là tr ng h p đặc biệt của lo t các bài toán hay vấn đề vị trí điểm và có rất nhiều ứng d ng trong việc xử lý dữ liệu hình học nh trongđồ họa
máy tính (Computer Graphics), hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information Systems - GIS), lập trình chuyển định…
Có nhiều ph ơng pháp để gi i bài toán này mà ph ơng pháp th ng dùng nhất là ph ơng pháp Ray Casting. Ph ơng pháp này xác định xem m t điểm P nằm bên trong hay bên ngoài m t đa giác đơn gi n đó là kiểm traxem m t tia (ra) bắt đầu từ điểm P đó giao với các c nh của đa giác bao nhiêu lần. Nếu điểm P không nằm trên biên của đa giác thì:
P nằm ngoài đa giác nếu tổng số giao điểm là số chẵn.
P nằm trong đa giác nếu tổng số giao điểm là số lẻ.
Ph ơng pháp này dựa trên m t quan sát đơn gi n là nếu ta có m t điểm đi dọc theo m t tia từ vô cực đến P thì điểm đó sẽ giao (có thể nhiều lần) với biên của đa giác, điểm này có thể đi từ ngoài vào trong rồi l i từ trong ra ngoài,...Chính vì vậy sau m i hai lần giao với biên của đa giác thì điểm đó sẽ đi ra ngoài đa giác.
Hình 2.4:Số giao điểm của m t tia kể từ điểm bên ngoài đa giác
Ph ơng pháp xác định điểm trong đa giác đ c chọn để ứng d ng vào đề tài xác định vị trí xe có nằm trong vùng giới h n c nh báo. u điểm của ph ơng pháp là đơn gi n phù h p với hình d ng con đ ng Việt Nam và dễ dàng áp d ng để lập trình với phần mềm LaBVIEW.
2.6. Phầnăm măLabVIEW
2.6.1. LabVIEW và ng d ng trong th c t
LabVIEW là m t phần mềm (b n chất là m t môi tr ng để lập trình cho ngôn ngôn ngữ lâp trình đồ họa) sử d ng rất r ng rưi trong khoa học – kỹ thuật – giáo d c nhằm nhanh chóng và dễ dàng t o ra các ứng d ng giao tiếp máy tính, đo l ng, mô phỏng hệ thống, kết nối thiết bị ngo i vi với máy tính theo th i gian thực. Lập trình đồ họa hoàn toàn giống nh các ngôn ngữ khác, điểm khác biệt đây là giao diện, cách thức t o ra ch ơng trình không còn là những dòng lệnh nh trong Pascal, C mà là những biểu t ng (icon), dây nối (wire), LabVIEW có tính chất đặc biệt sau:
LabVIEW có thể học nhanh nhất, và cho ng i ch a có kiến thức lập trình.
Sử d ng nhiều nhất trong việc giao tiếp máy tính và thu thập dữ liệu.
LabVIEW có thể đo l ng đ c từ bất kỳ c m biến (tín hiệu d ng điện áp, dòng điện, xung), LabVIEW có thể điều khiển đ c bất kỳ cơ cấu chấp hành (đ ng cơ DC/AC, đ ng cơ xăng, bơm thủy lực, lò nhiệt, pistion thủy khí,...), LabVIEW truyền qua bất kỳ chuẩn giao tiếp máy tính-máy tính, máy tính - thiết bị nh chuẩn RS232, chẩn USB, chuẩn PCI, PXI, Wifi, Bluetooth, TCP/IP,...
LabVIEW h tr đắc lực cho các kỹ s ngành Cơ khí, Cơ điện tử, Robotics, Ôtô, Viễn Thông và Điện tử trong việc: Tính toán và thiết kế s n phẩm, s n xuất mẫu (prototyping), mô phỏng và đánh giá chất l ng s n phẩm,...
Với lịch sử hơn 20 năm, Ngôn ngữ lập trình đồ họa NI LabVIEW đư phát triển và hoàn thiệnđể tr thành m t công c h tr đắc lực cho cáckỹ s , và nhà nghiên cứu trong quá trình kiểm tra, đo l ng, và điều khiển. Với các tính năng đặc biệt nh gi m giá thành, rút ngắn th i gian s n xuất, phân tích dữ liệuthu thập từ thí nghiệm hiệu qu , điều khiển thiết bị trong công nghiệp tối u, NI LabVIEW đư luôn tr thành lựa chọn hàng đầu trong kỹ thuật và khoahọc hầu hết các châu l c.
2.6.2.L pătrìnhăv iăLabVIEW
Ch ơng trình cơ b n của LabVIEW là m t VI, hay là Virtual Instruments (thiết bị o). Để t o 1 ch ơng trình mới, ta ấn vào nút Blank VI. LabVIEW sẽ hiện ra 2 cửa sổ: Front Panel và Block Diagram là 2 thành phần cơ b n của LabVIEW.
Hình 2.5:Mã nguồn ch ơng trình để viết LabVIEW
Front Panel là giao diện của ch ơng trình với ng i dùng. T i đây l u trữ : - Các biến điều khiển nh : nút bấm (Button), thanh g t (Slide), núm vặn (Knob), TextBox để nhậpchu i ký tự… đ c gọi chung là các biến điều khiển, nơi ng i dùng có thể điều chỉnh giá trị của các biến đó bằng t ơng tác trực tiếp với ch ơng trình.
- Các biến hiển thị: đồng hồ (Meter), đồ thị (Chart), biểu đồ (Graph), đèn báo (LED), hình nh (Picture) hay hình nh 3D (3D picture)…gọi chung là các biến hiển thị, nơi ng i dùng có thể quan sát thay đổi của các biến m t cách trực quan.
- Các biến điều khiển và các biến hiển thị không có sự phân biệt rõ ràng trong LabVIEW, ngoài h ớng t ơng tác với ng i dùng và với máy tính. Trong LabVIEW coi 2 lo i biến này đều là các biến, có thể đ c lập trình để thay đổi trực tiếp.
- M i khi t o 1 biến điều khiển hoặc hiển thị trong Front Panel (FP), m t biểu t ng (Icon) sẽ xuất hiện t ơng ứng trong Block Diagram (BD). Kích đúp vào biến trên FP, Icon t ơng ứng trong BD sẽ đ c tự đ ng biểu hiện.
- Mǜi tên đ c đánh dấu là nút RUN, dùng để bắt đầu ch y ch ơng trình. Khi nút RUN đó bị gưy, tức là ch ơng trình đang có l i (Error), không ch y đ c.
Block Diagram: Là nơi ch ơng trình LabVIEW đ c lập trình, chứa n i dung (code) ch ơng trình.
- T ơng tự trong Simulink của Matlab, việc lập trình trong Block Diagram bằng cách nối các biến với nhau và với các khối biểu diễn phép toán giống nh đi dây trong thiết bị điện.
- Trên Block Diagram cǜng biểu diễn các vòng lặp, cấu trúc lập trình, và các thuật toán.
- Khi ch ơng trình VI ch y Block Diagram không hiển thị giao diện t ơng tác với ng i dùng.
- Có thể ch y chế đ Debug trên Block Diagram bằng cách ấn vào biểu t ng bóng đèn trong Highlight Execution. Các dòng dữ liệu sẽ đ c biểu diễn ch y tuần tự để biểu thị sự thay đổi chi tiết các biến trong ch ơng trình
- Để t o ra m t ch ơng trình sáng sủa, gọn gàng nhằm đơn gi n hóa việc kiểm tra, kiểm soát ch ơng trình, m t ch ơng trình LabVIEW thông th ng đ c lập trình theo trình tự, từ trên xuống d ới, trái sang ph i.
CH NGă3
THI T K H TH NG AN TOÀN CH Đ NG
CHO XE MÁY
3.1. H ăth ngăc nhăbáoăt căđ ăanătoƠnă ngăd ngăh ăth ngăđ nhăv ăGPS 3.1.1. Ch cănĕng
C nh báo tốc đ của ph ơng tiện khi đi vào vùng quy định tốc đ giới h n. Để đ m b o cho ng i điều khiển ph ơng tiện chủ đ ng về tốc đ qua đó đ m b o an toàn cho b n thân cǜng nh những ng i khác cùng tham gia giao thông.
3.1.2. Cấu trúc và nguyên lý ho tăđ ng
Hệ thống c nh báo tốc đ an toàn chủ đ ng trên xe sử d ng công nghệ GPS có cấu trúc gồm: Khối máy client thu nhậntín hiệu GPS,hiển thị c nh báo và khối máy tr m điều khiển ghi nhận thông tin.
Hình 3.1:Cấu trúc mô hình hệ thống c nh báo tốc đ an toàn chủ đ ng ứng d ng GPS
- Ho t đ ng của hệ thống dựa trên cơ s truyền nhận thông tin hai chiều và đồng b giữa các thành phần trong hệ thống
M ngă 3G
KH IăMỄYăSERVER KH IăMỄYăCLIENT
Máy tính,
LabVIEW LabVIEW Máy tính,
Giao di nă c nhăbáo Còi,ăđèn USB 3G B ă3G Card NI 6008 B ăthuătínă hi uăGPS
- Khi xe đi vào vùng giới h n tốc đ , thiết bị GPS sẽ gửi tín hiệu đến vệ tinh và nhận tín hiệu ph n hồi về vị trí hiện t i của xe. Vị trí này sẽ đ c so với vị trí vùng giới h n tốc đ trên b n đồ đ c l u trong b nhớ của khối điều khiển. Lúc này khối điều khiển sẽ nhận biết đ c tốc đ của vùng quy định sau đó so sánh tốc đ của xe để so sánh đ a ra tín hiệu c nh báo bằng hình nh cǜng nh âm thanh.
- Hệ thống này đồng th i cung cấp thông tin, vị trí tốc đ hiện t i của xe cho máy server để giám xác và nhận dữ liệu b n đồ vị trí tuyến đ ng giới h n thông qua m ng 3G.
Hình 3.2:Sơ đồ nguyên lý hệ thống c nh báo tốc đ an toàn
OK OK NO NO CLIENT SERVER So sánh vị trí xe và vị trí vùng giới h n tốc đ So sánh tốc đ xe và tốc đ giới h n Tín hiệu GPS Gửi lên máy
server thông qua TCP/IP Gửi vị trí, tốc đ xe Gửi về máy client thông qua TCP/IP Tọa đ vị trí vùng giới h n tốc đ Hiển thị vị trí xe, tốc đ , tốc đ giới h n
Card giao tiếp LabVIEW
Hiển thị âm thanh, hình nh
3.1.3. Phần c ng h th ng
- Thiết bị định vị Microsoft Pheros GPS-360:
Hình 3.4:Thiết bị định vị Microsoft Pharos GPS-360
Pharos GPS-360 tích h p chip định vị SIRFII, là m t trong những chip định vị phổ biến nhất cho các thiết bị nh c m biến, điện tho i thông minh, thiết bị xây dựng b n đồ…B thu giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB với chuẩn RS232, t ơng thích với phần mềm LabVIEW, thu đ c 12 kênh vệ tinh thu đ c các chuẩn mư dữ liệu NMEA. Tốc đ truyền dẫnlà 4800 tín hiệu trên 1 giây.
- Máy Client : Cấu hình gồm
chip intel ®Core i5-2430M CPU@2.40 GHz, Ram 4GB -Máy Server : Cấu hình gồm
chip intel ®Core i5-3370U CPU@1.80 GHz, Ram 4GB - Màn hình hiển thị, USB Dcom 3G.
- Card giao tiếp NI 6008 thông số nh sau: