3.2.1 Khái niệm hệ thống thu phí điện tử ETC
Hệ thống thu phí điện tử ETC là một trong những hình thức được triển khai ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Nhờ ưu điểm “ thu phí không dừng” nên hệ thống ETC góp phần giảm ùn tắc, giảm chi phí quản lý và hạn chế tiêu cực trong thu phí.
Hệ thống thu phí điện tử là hệ thống thu phí giao thông đường bộ thông qua thẻ điện tử hoặc nhãn điện tử thực hiện tự động hóa thu phí, không sử dụng tiền mặt, không cần người thu phí trực tiếp, thực hiện thu phí không dừng. Hệ thống thu phí điện tử có các ưu điểm nổi bật như: nâng cao hiệu quả của công việc thu phí, nâng cao công tác quản lý tại các trạm thu phí, tăng lưu lượng giao thông, giảm thiểu ùn tắc giao thông tại các trạm thu phí, tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, hạn chế tiêu cực trong thu phí,...ETC sử dụng công nghệ DSRC chủ động.
Hệ thống này hoạt động nhờ phương thức trao đổi thông tin giữa một thiết bị OBU được lắp trên mỗi xe ô tô và một ăng ten của hệ thống ETC được lắp đặt tại trạm thu phí. ETC chủ yếu bao gồm 3 hệ thống chính: hệ thống tự động nhận dạng xe, phân loại xe; hệ thống trung tâm quản lý, điều hành; hệ thống thiết bị hỗ trợ.
Hệ thống giao thông thông minh ITS ra đời là sự ứng dụng công nghệ cao trong các lĩnh vực điện tử, tin học, viễn thông để điều hành và quản lý hệ thống giao thông vận tải nhằm giảm thiểu tai nạn và ùn tắc giao thông.Hệ
thống thu phí điện tử không dừng ETC là một trong những nội dung nghiên cứu quan trọng của ITS.
Vì vậy, trong phát triển ITS, hệ thống ETC được chú trọng, là xu hướng phát triển tất yếu trong giao thông đường bộ hiện đại. Tại một số nước phát triển, hệ thống ETC đã được triển khai hàng chục năm nay và đạt được nhiều thành tựu to lớn.
3.2.2 Phƣơng thức thu phí điện tử ETC 3.2.2.1 Thu phí điện tử trả trƣớc
Thu phí điện tử trả trước cho phép các phương tiện thực hiện giao dịch thanh toán với cơ quan thu phí trước khi xe qua trạm. Người sử dụng dịch vụ phải trả một khoản tiền cho cơ quan thu phí để được phép lưu thông phương tiện qua trạm thu phí theo hai hình thức:
+ Khấu trừ dần số tiền trả tnrớc theo số lượt xe trên thực tế phải trả phí qua trạm. Xe chỉ được phép đi qua trạm khi còn đủ số dư trả tnrớc trong tài khoản.
+ Xe được đi qua trạm thu phí với số lần không hạn chế trong một khoảng thời hạn đã được trả phí trước.
Cơ quan thu phí tổ chức hệ thống thiết bị để quản lý số dư hoặc kỳ hạn cho các phương tiện thực hiện phương thức thu phí điện tử trả tnrớc. Thông tin về số dư/kỳ hạn trong tài khoản trả trước được thông báo thường xuyên cho khách hàng qua bảng điện tử trên làn thu phí điện tử và qua các kênh thông tin hỗ trợ bổ sung khác [3].
Cơ quan thu phí có thể áp dụng các chính sách khuyến mãi như tặng số dư cho khách hàng để khuyến khích các phương tiện tham gia thu phí điện tử trả trước.
3.2.2.2 Thu phí điện tử trả sau
đăng kí mở tài khoản thanh toán phí đường bộ để thực hiện việc chuyển tiền tự động từ tài khoản của chủ phương tiện sang tài khoản của cơ quan thu phí cho các giao dịch trả phí được xác nhận sau khi xe qua trạm.
Quá trình thanh toán bù trừ phải được thực hiện tại trung tâm. Cơ quan thu phí thiết lập hóa đơn điện tử gửi về trung tâm thanh toán bù trù' để thực hiện đối chiểu, quyết toán sau mỗi lượt xe cho qua trạm.
Kết nối thông tin giữa trạm thu phí và trung tâm thanh toán bù trừ phải được duy trì hoạt động ổn định 24/7 để thực hiện đồng bộ thông tin tài khoản thu phí điện tử xuống trạm. Chỉ những xe được nhận diện là có tài khoản thu phí điện tử họp lệ thì mới được mở barie cho qua trạm.
Trung tâm thanh toán bù trừ có thể kết nối với nhiều trạm thu phí khác nhau để tạo thành hệ thống thu phí điện tử liên trạm trên toàn quốc.
3.2.3 Hoạt động của hệ thống ETC
Các cổng thu phí trên toàn bộ tuyến đường sẽ được trung tâm đánh số, thông qua việc:
+ Xác nhận DSRC,
+ Nhận dạng xe, và thông tin thời gian, thông tin địa điểm (cổng vào/ ra), + Trung tâm sẽ xác định mức phí áp dụng, tính toán tổng phí phải trả. Do đó các cổng vào và ra cần được kết nối tập trung tại trung tâm điều hành.
Hình 3.16 Mô hình kết nối thiết bị hệ thống ETC
Khi một xe hơi đi vào làn thu phí điện tử không dừng. Quá trình thu phí bắt đầu được thực hiện bằng cách có những giao dịch giữa 2 thiết bị: OBU được gắn trên xe và Angten thu phát được gắn tại trạm thu phí để nhận biết đối tượng thu phí. Công nghệ sóng được sử dụng trong giao dịch này là công nghệ DSRC gồm có hai loại sau:
+ DSRC – tần số 5,8GHz loại thụ động: Không cần nguồn cho OBU, OBU không có chức năng phát.
Hình 3.17 Giao tiếp gữa ăng-ten và OBU sử dụng DSRC thụ động
+DSRC – tần số 5,8GHz loại chủ động: Cần nguồn cho OBU (thường dùng pin). OBU có chức năng phát
Hình 3.18 Giao tiếp gữa ăng-ten và OBU sử dụng DSRC chủ động
Trong hệ thống thu phí điện tử ETC, công nghệ DSRC đóng vai trò là một công nghệ truyền thông giao tiếp giữa thiết bị gán trên xe OBU và ăng- ten để xác nhận các thông số liên quan tới xe.
3.3 Ứng dụng công nghệ DSRC trong cảnh báo va chạm
Hệ thống cảnh báo va chạm gồm 1RSU được gắn ở trung tâm của ngã tư, các RSU gắn ở bên các làn đường, hệ thống đèn báo giao thông, và các thiết bị gắn trên xe OBU. Trong đó thì các RSU luôn phát ra sóng tạo thành một vùng phủ có bán kính 1000m có thể hỗ trợ cảnh báo sớm cho các xe [6].
Hình 3.19 Cấu trúc hệ thống va chạm sử dụng công nghệ DSRC
Trước tiên vào trường hợp hệ thống giao thống không sử dụng hệ thống cảnh báo va chạm. Khi hệ thống giao thông chỉ sử dụng đèn báo hiệu rất dễ xảy ra va chạm giữa các xe khi một trong các xe không tuân theo tín hiệu đèn giao thông được thể hiện như Hình 3.20.
Hình 3.20 Hệ thống giao thông không dùng cảnh báo va chạm
Tiếp theo là trường hợp hệ thống giao thông có sử dụng cảnh báo va chạm. Giả sử làn của chiếc xe B đang là đèn đỏ, lúc này RSU ở ngã tư phát ra bản tin DSRC ở tất cả làn đường xung quanh ngã tư. Chiếc xe B nhận được cảnh báo từ RSU và phát bản tin trở về RSU và dừng lại trước vạch dừng. RSU nhận được bản tin trở về từ xe B sẽ phát ra bản tin an toàn cho làn xe xe A đi tiếp với đèn tín hiệu làn A xanh, làn B đỏ. Nếu xe B khi nhận được bản tin cảnh báo từ RSU mà không phản hồi lại và đi tiếp thì RSU sẽ phát bản tin cảnh báo cho tất cả các làn xe còn lại để xe A có thể dừng lại, đồng thời đèn tín hiệu các làn xe chuyển sang màu đỏ [5]. Như vậy, xe A và xe B không va chạm với nhau như Hình 3.21.
Hình 3.21 Hệ thống giao thông sử dụng cảnh báo va chạm
Các xe ô tô được gắn thiết bị OBU sử dụng công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC để có thể giao tiếp giữa các xe với nhau. Khi xe đứng yên thiết bị gán trên xe ở chế độ chờ. Khi xe bắt đầu chuyển động thiết bị OBU cũng sẽ được kích hoạt và tạo ra khu vực sóng vô tuyến với phạm vi tối đa 300m và tối thiểu là 110m, lúc này thông tin về xe như tốc độ, hướng di chuyển của xe…thông tin định vị xe được cập nhật liên tục và phát ra không gian. Cứ như vậy nhiều thông tin định vị ở các xe khác nhau tạo ra một hệ thống sóng vô tuyến bao phủ toàn tuyến đi ngay cả khi một chiếc xe nào đó trong vùng phủ bị che khuất nhưng những xe khác vẫn có thể biết được thông tin của chiếc xe đó giúp tránh được va chạm xe khi khuất tầm nhìn [5].
Hình 3.22 Mô hình cảnh báo va chạm các xe
Các thiết bị RSU được gán bên lề đường hoặc được gán ở các giao lộ cũng luôn thu phát thông tin của những xe, để đảm bảo giao tiếp giữa các xe và đường tốt hơn. Khi có nguy cơ xảy ra tai nạn hay trong phạm vi thuật toán cảnh báo tai nạn thì các thiết bị OBU tạo ra cảnh báo lặp đi lặp lại bằng âm thanh, và hiển thị biểu tượng cảnh báo trên kính chắn gió của xe để người điều khiển phương tiện có hành động xử lý kịp thời.
3.4 Ứng dụng công nghệ DSRC trong liên lạc cảnh báo thông qua Smartphone. Smartphone.
Điện thoại đi động Smartphone được gắn một thiết bị DSRC bên trong. DSRC là những thông tin vô tuyến tiêu chuẩn, đã được phát triển ở công nghiệp ô tô. Ban đầu hoạt động dựa trên cơ chế rung chuông điện tử, tính năng của DSRC bao gồm những hệ thống tránh né va chạm. Chính vì vậy, điện thoại di động có thể cảnh báo người lái xe và người đi bộ khỏi sự va chạm nguy hiểm. Người đi bộ dùng điện thoại di động được gắn thiết bị DSRC có thể tạo khu vực sóng DSRC trong vòng bán kính vài trăm mét, cũng như với những xe được trang bị thiết bị liên lạc với nhau. Ứng dụng công nghệ DSRC trong liên lạc cảnh báo thông qua Smartphone gồm hai kịch bản chính là: kịch bản xe trực diện với người đi bộ và xe và người đi bộ bị khuất tầm nhìn bởi một vật cản.
a. Kịch bản trực diện xe và ngƣời đi bộ
Ban đầu người đi bộ đứng ở ven đường và sau đó bắt đầu đi về phía ngã tư, xe hơi cũng chạy tới ngã tư với vận tốc bình thường.
Hình 3.23 Kịch bản nhìn trực diện xe và người đi bộ
Sau khi tầm và phạm vi va chạm rơi vào thuật toán cảnh báo thì một cảnh báo được hiển thị trên màn hình hends-up trên xe một cảnh báo tương tự cũng hiển thị trên Smart phone của người đi bộ. Chiếc điện thoại ban đầu ở chế độ chờ khi người đi bộ đang ở trong nhà hoặc ở im một chỗ. Nhưng khi người đi bộ bắt đầu di chuyển và bước ra ngoài trời con chíp DSRC sẽ được kích hoạt sẵn sàng, chức năng này sẽ làm giảm điện năng của điện thoại khi sẻ dụng chip DSRC. Tiếp sau đó, người đi bộ tiếp tục bước đi chiếc điện thoại sẽ gửi tin nhắn DSRC đến cũng như nhận lại từ xe [10].
Hình 3.24 Giao tiếp giữa người và xe trong kịch bản nhìn trực diện
Ngoài nội dung cơ bản của tin nhắn cảnh báo an toàn chiếc xe cũng có thể nhận được thông tin của người đi bộ như là nhắn tin, gọi điện hay không.
b. Kịch bản khuất tầm nhìn
Hình 3.25 Kịch bản khất tầm nhìn
Trong kịch bản này cảnh báo sẽ gửi tới cả người lái xe và người đi bộ khi người đi bộ bị khuất khỏi tầm nhìn của người lái xe bởi một vật thể gì đó
ví dụ như một chiếc xe đang đỗ ở ven đường. Điểm quan trọng ở đây, mặc dù người đi bộ không trực diện đối với người lái xe nhưng cảnh báo được truyền đến cho cả điện thoại và xe.
Hình 3.26 Giao tiếp người xe trong kịch bản khuất tầm nhìn
Người đi bộ ban đầu ở phía sau chiếc xe đang đỗ bên đường và bắt đầu đi về phía ngã tư trong khi chiếc xe cũng đang đến gần ngã tư với vận tốc bình thường, một lần nữa thuật toán an toàn đưa ra một cảnh báo nếu quỹ đạo va chạm rơi vào phạm vi của thuật toán [10].
3.5 Kết luận chƣơng
Chương 3 đã chỉ ra một số những ứng dụng cụ thể của hệ thống ITS trong đời sống hiện nay đồng thời cũng giúp hiểu rõ hơn những lợi ích về công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC mang lại.
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
A. Kết luận
Trong phạm vi nghiên cứu đề tài này đã đạt được những kết quả sau: Hiểu được khái niệm của công nghệ, lịch sử hình thành công nghệ và tình hình sử dụng cộng nghệ DSRC trong các hệ thống trên thế giới.
Nắm rõ được cấu trúc ngăn xếp, các phương pháp điều chế và các công nghệ dùng trong các phân lớp trong giao thức ngăn xếp của công nghệ DSRC. Đồng thời, nắm rõ được các quy chuẩn của quốc tế, trong nước dành cho công nghệ DSRC. Hiểu và so sánh được công nghệ DSRC và các công nghệ truyền thông khác.
Đề tài cũng trình bày nó đang được ứng dụng ở đâu, hệ thống nào. Đồng thời, biết được nó đang được sử dụng rộng rãi trong hệ thống giao thông thông minh ITS.
B. Hƣớng phát triển của đề tài
Đề tài này tuy đã được chọn lọc kỹ lưỡng những tài liệu nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu xót, hạn chế đặc biệt về các phương pháp điều chế tín hiệu, các phương pháp thu phát, sơ đồ lắp đặt của một hệ thống sử dụng công nghệ, các thiết bị sử dụng trong công nghệ. Do vậy, để đề tài này hoàn thiện hơn trong thời gian tới và có thế áp dụng thực tiễn tại Việt Nam tôi sẽ bổ tìm hiểu, bổ xung những thiếu xót hạn chế vừa nêu.
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ... ... ... ... ... ĐIỂM ĐÁNH GIÁ: ... Ngày … tháng ... năm 2015 Giáo viên hƣớng dẫn Ts. Phạm Việt Hà NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT ... ... ... ... ... ĐIỂM ĐÁNH GIÁ: ... Ngày … tháng … năm 2015 Giáo viên đọc duyệt
LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin gửi lời cám ơn tới các thầy cô giáo trong Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã tận tình chỉ bảo tôi trong suốt khóa học, cám ơn tập thể lớp K52 và đặc biệt là tới thầy giáo TS. Phạm Việt Hà, người đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong công việc nghiên cứu và học tập. Sau cùng tôi muốn gửi lời cám ơn tới gia đình và người thân của tôi, những người đã luôn khuyến khích và động viên tôi trong suốt khóa học.
Do thời gian và điều kiện có hạn nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong sự góp ý của bạn bè, thầy cô và những người quan tâm đến đề tài này để đề tài hoàn thiện hơn, có tính liên hệ thực tiễn cao hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày ... tháng 05 năm 2015
Sinh viên
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:
[1] Bộ TTTT, “Xây dựng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về thiết bị truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao và tốc độ thấp dải tần 5,8 GHz”, Hà Nội, 2011.
[2] Bộ TTTT, “Thuyết minh dự thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về tốc độ truyền dẫn dữ liệu tốc độ trung bình dải tần 5,8 GHz ”, Hà Nội, 2012.
[3] TS.Nguyễn Hữu Đức, “Nghiên cứu ứng dụng giao thông thông minh (ITS) trong quản lý khai thác, điều hành giao thông và thu phí trên hệ thống đường ô tô cao tốc Việt Nam”, 2014.
Tiếng Anh:
[4] Yasuto Kudoh, “DSRC Standards for Multiple Applications”, 2004. [5] Jinhua Guo, “Vehicle Safety Communications in DSRC”, 2006. [6] Jonh Kenne, “Dedicated Short Range Communication (DSRC) Applications Tutorial”, 2013. Website: [7] http://www.etsi.org/technologies-clusters/technologies/intelligent- transport/dsrc [8] http://www.itsmassachusetts.org/pdfs/04mtg/GHz.pdf [9] http://wenku.baidu.com/view/48ce8ac0aa00b52acfc7ca0d [10] http://kienthuc.net.vn/xe/canh-bao-xe-hoi-va-cham-nguoi-di-bo-va-xe- may-426684.html