3.1.1 Định nghĩa Internet of things
Thuật ngữ “Internet of things” hay “IoT” không còn xa lại gì trong thế giới công nghệ. IoT đang ngày càng tác động mạnh mẽ tới cuộc sống, công việc và xã hội loài người. Thực tế, Internet of things đã xuất hiện từ cách đây nhiều thập kỷ trước. Tuy nhiên, mãi đến năm 1999 cụm từ IoT mới được đưa ra bởi Kevin Ashton, ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một số loại cảm biến khác.
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT (tiếng Anh: Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó (Microsoft, Wikipedia, n.d., p. [30]).
Hay hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau. Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác.
35
- Tính kết nối liên thông(interconnectivity): với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể. - Những dịch vụ liên quan đến “Things”: hệ thống IoT có khả năng cung cấp các dịch vụ liên quan đến “Things”, chẳng hạn như bảo vệ sự riêng tư và nhất quán giữa Physical Thing và Virtual Thing. Để cung cấp được dịch vụ này, cả công nghệ phần cứng và công nghệ thông tin (phần mềm) sẽ phải thay đổi.
- Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó có phần cứng khác nhau, và network khác nhau. Các thiết bị giữa các network có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các network.
- Thay đổi linh hoạt: Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ, ngủ và thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay đổi, và tốc độ đã thay đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi.
- Quy mô lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp với nhau. Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện nay. Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được truyền bởi con người.
3.1.2 Xu hướng của Internet of things 3.1.2.1 Toàn cảnh thị trường IoT 3.1.2.1 Toàn cảnh thị trường IoT
Đại dịch COVID-19 toàn cầu đã gây nhiều ảnh hưởng xấu đến thị trường thế giới nói chung và thị trường Internet of Things (IoT) nói riêng. Tuy nhiên, thị trường IoT vẫn đang phát triển bất chấp tác động COVID-19 đối với chuỗi cung ứng.
IoT Analytics dự kiến số lượng thiết bị IoT được kết nối trên toàn cầu sẽ tăng 9%, lên 12,3 tỷ kết nối đang hoạt động vào năm 2021. Đến năm 2025, con số này có thể sẽ đạt hơn 27 tỷ kết nối IoT.
36
Hình 3.1 Dự báo thị trường IoT toàn cầu
Số liệu thực tế về số lượng thiết bị IoT của năm 2020 là 11,3 tỷ thiết bị, giảm 3,4% so với dự báo ở giữa năm 2020 là 11,7 tỷ. Tổng số thiết bị IoT vào năm 2025 cũng đã được dự báo giảm xuống 27,1 tỷ, giảm 12,29% so với dự báo 30,9 tỷ vào năm 2020. Mặc dù số liệu IoT thực tế năm 2020 giảm so với dự báo trước đó, tuy nhiên thị trường IoT toàn cầu vẫn tăng trưởng so với năm 2019.
Từ những số liệu trên có thể thấy được tầm quan trọng và sự phát triển mạnh mẽ của IoT trên tất cả các lĩnh vực trong đời sống.
2.1.2.2 Ứng dụng của Internet of Things:
37
Ngành chế tạo: Các nhà sản xuất có thể đạt được lợi thế cạnh tranh bằng cách sử dụng giám sát dây chuyền sản xuất để cho phép bảo trì chủ động trên thiết bị khi cảm biến phát hiện ra lỗi sắp xảy ra.
Các cảm biến thực sự có thể đo lường khi sản lượng sản xuất bị tổn hại. Với sự trợ giúp của cảnh báo cảm biến, các nhà sản xuất có thể nhanh chóng kiểm tra độ chính xác của thiết bị hoặc loại bỏ nó khỏi sản xuất cho đến khi nó được sửa chữa. Điều này cho phép các công ty giảm chi phí hoạt động, có thời gian hoạt động tốt hơn và cải thiện quản lý hiệu suất tài sản.
Ngành ô tô: Ngành công nghiệp ô tô đã nhận ra những lợi thế đáng kể từ việc sử dụng các ứng dụng IoT. Ngoài những lợi ích của việc áp dụng IoT vào dây chuyền sản xuất, các cảm biến có thể phát hiện lỗi thiết bị sắp xảy ra trên các phương tiện đã đi trên đường và có thể cảnh báo cho người lái xe một cách chi tiết.
Nhờ thông tin tổng hợp được thu thập bởi các ứng dụng dựa trên IoT, các nhà sản xuất và nhà cung cấp ô tô có thể tìm hiểu thêm về cách giữ cho xe chạy và thông báo cho chủ xe về các thông tin phía trước.
Ngành bán lẻ: Các ứng dụng IoT cho phép các công ty bán lẻ quản lý hàng tồn kho, cải thiện trải nghiệm của khách hàng, tối ưu hóa chuỗi cung ứng và giảm chi phí hoạt động.
Chăm sóc sức khỏe: IoT cung cấp nhiều lợi ích cho ngành chăm sóc sức khỏe. Bác sĩ, y tá thường cần biết chính xác vị trí của các tài sản hỗ trợ bệnh nhân như xe lăn. Khi xe lăn của bệnh viện được trang bị cảm biến IoT, chúng có thể được theo dõi từ ứng dụng giám sát tài sản IoT để bất kỳ ai đang tìm kiếm đều có thể nhanh chóng tìm thấy chiếc xe lăn có sẵn gần nhất.
Nhiều tài sản của bệnh viện có thể được theo dõi theo cách này để đảm bảo sử dụng hợp lý cũng như kế toán tài chính cho các tài sản vật chất trong mỗi khoa.
Giao thông vận tải: Các đội xe ô tô, xe tải và tàu chở hàng tồn kho có thể được định tuyến lại dựa trên điều kiện thời tiết, tính sẵn có của xe hoặc tính khả dụng của tài xế, nhờ dữ liệu cảm biến IoT. Bản thân hàng tồn kho cũng có thể được trang bị các cảm biến để theo dõi và kiểm soát nhiệt độ.
38
Các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, hoa và dược phẩm thường là những mặt hàng tồn kho nhạy cảm với nhiệt độ sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ các ứng dụng giám sát IoT gửi thông báo khi nhiệt độ tăng hoặc giảm có thể ảnh hưởng đến sản phẩm.
3.2Ứng dụng của Internet of things trong lĩnh vực giao thông vận tải:
Ứng dụng IoT để đổi mới công nghiệp giao thông vận tải theo hướng tự động hóa và ngày càng thông minh hơn đã được triển khai nhiều nơi trên thế giới, với phạm vi và mức độ khác nhau tùy theo điều kiện cụ thể, nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu về đi lại, vận chuyển trong cuộc sống hàng ngày của con người.
Hệ thống giao thông kết nối vận hành trên nền tảng IoT phát triển dựa trên sự tiến bộ nhanh chóng của đa dạng công nghệ như công nghệ thông tin, công nghệ truyền thông, công nghệ nhận dạng, công nghệ cảm biến…và các công nghệ mới phát triển sau này như điện toán đám mây, trí tuệ nhân tạo (AI), hứa hẹn rất lớn cho cuộc cách mạng của ngành giao thông vận tải. Một số công nghệ thành phần chủ yếu để kết nối trong giao thông vận tải có thể kể đến như:
- Công nghệ nhận dạngsớm được ứng dụng và có khả năng tạo đột phá trong công
nghiệp giao thông vận tải là công nghệ nhận dạng qua tần số vô tuyến (RFID-Radio Frequency Identification). Công nghệ này dùng sóng vô tuyến để tự động xác định, nhận dạng, theo dõi và cung cấp thông tin theo thời gian thực các đối tượng trong hệ thống giao thông bằng cách gắn thẻ nhận dạng RFID. Các thẻ RFID lưu trữ thông tin của đối tượng cần nhận dạng như các phương tiện vận tải, đèn giao thông, đèn chiếu sáng, hay cả hàng hóa được vận chuyển...
- Công nghệ cảm biến:rất nhiều loại cảm biến khác nhau đã được nghiên cứu chế tạo
để thu thập, cung cấp thông tin đa dạng của các đối tượng trong hệ thống giao thông theo thời gian thực như về nhiệt độ/ánh sáng môi trường, kích thước/tốc độ/màu sắc phương tiện, hay về sức khỏe của người lái xe…
- Hệ thống camera giám sát (CCTV-Closed Circuit Televison): sử dụng các camera
39
hoặc nhiều trung tâm. Một hệ thống CCTV thường bao gồm liên kết các camera đặt ở các nơi cần quan sát để cung cấp hình ảnh, các video nhằm giám sát tình trạng lưu thông trên đường theo thời gian thực, tốc độ xe, báo động xe sai đường, phát hiện vi phạm,…
- Hệ thống liên lạc: được sử dụng phổ biến là các hệ thống liên lạc toàn cầu không dây
như: Wi-Fi, mạng viễn thông (3G, 4G, LTE), GSM; truyền thông tần số vô tuyến (UHF, VHF).
- Hệ thống định vị toàn cầu (GPS- Global Positioning System), hệ thống thông tin
địa lý (GIS- Geographic Information System): để xác định vị trí hay hành trình một
chiếc xe, theo dõi tốc độ giao thông, mật độ trên một con đường cụ thể, tìm đường đi với bản đồ, đo quãng đường đã di chuyển, vị trí hàng hóa được vận chuyển…hệ thống thông tin địa lý (GPS- Global Positioning System), Hệ thống định vị toàn cầu
Từ những công nghệ trên chúng ta có thể áp dụng vào các vấn đề như: quản lý phương tiện giao thông công cộng, quản lý phương tiện vận tải doanh nghiệp, quản lý giao nhận hàng hóa,… đặc biệt trong lĩnh vực quản lý phương tiện vận tải ta có thể áp dụng IoT vào việc giám sát, điều phối phương tiện, đưa ra những cảnh báo về các thông số của xe như mức độ nhiên liệu, áp suất lốp, thời gian dừng đỗ của xe,… Từ những ứng dụng của IoT trong việc quản lý phương tiện vận tải và trong phạm vi đề tài nhóm chúng em sẽ tập trung nghiên cứu về hộp đen, cách thức kết nối, giao tiếp với hộp đen từ đó ứng dụng vào việc quản lý, giám sát phương tiện vận tải doanh nghiệp.
3.3Ứng dụng hộp đen trong hệ thống quản lý phương tiện giao thông vận tải 3.3.1 Tổng quan hộp đen 3.3.1 Tổng quan hộp đen
Hộp đen (hay còn được gọi là hộp đen GPS) là một thiết bị được lắp đặt trên xe, nhằm giám sát toàn bộ hành trình di chuyển của xe. Bên cạnh đó, hộp đen còn có thể lưu trữ toàn bộ dữ liệu trong quá trình vận hành và được trang bị trên nhiều loại phương tiện giao thông hiện nay.
40
Hiện nay, hộp đen được thiết kế khá hợp lý, phù hợp với hầu hết mọi loại phương tiện giao thông khác nhau. Kích thước hộp đen khá nhỏ gọn, chỉ khoảng 4 x 10cm, được thiết kế rất chắc chắn với lớp vỏ làm từ chất liệu kim loại. Chính vì thế mà hộp đen thường được bảo toàn hầu như nguyên vẹn trong các vụ tai nạn bởi khả năng chống lực va đập mạnh và chống sốc. Bên cạnh đó, nhiều loại hộp đen ô tô còn có thể hoạt động trong các môi trường khắc nghiệt như áp suất cao (227 kg/6,5 cm2) hay nhiệt độ lên đến 80 độ C.
Hình 3.3 Hình ảnh hộp đen Cấu tạo của hộp đen gồm:
- Chíp định vị GPS: Đây là một bộ phận rất quan trọng trong hộp đen ô tô, cung cấp khả năng theo dõi và định vị chiếc xe. Với công nghệ định vị toàn cầu hiện đại, chip GPS sẽ ghi nhận chính xác tọa độ của chiếc xe trên bản đồ vệ tinh. - Ăng-ten GSM: Trong tất cả các thiết bị có chức năng định vị và giám sát, ăng-
ten GSM là một bộ phận không thể thiếu. Ăng-ten GSM giúp kết nối hộp đen ô tô với sóng GPS, duy trì ổn định đường truyền với máy chủ, qua đó dữ liệu từ các hoạt động giám sát diễn ra thường xuyên và liên tục.
41
- Bộ phận vi xử lý (CPU): Bộ phận vi xử lý (CPU) là một thành phần đặc biệt quan trọng trong các thiết bị điện tử, đặc biệt là hộp đen ô tô. Nó giúp thu thập đầy đủ những dữ liệu trong quá trình vận hành của chiếc xe thông qua các cảm biến tích hợp.
- Bộ phận hiển thị và cảnh cáo: Bộ phận này gồm một màn hình hiển thị, trong đó cập nhật mọi tình trạng của xe như vận tốc, mức nhiên liệu, quãng đường di chuyển... một cách chi tiết. Ngoài ra, trong trường hợp xe di chuyển quá tốc độ đã được cài sẵn, bộ phận này sẽ phát ra tiếng kêu từ còi nhằm cảnh báo người lái. Hộp đen có tác dụng lưu trữ, giám sát mọi thông báo hành trình của xe khi tham gia giao thông, cụ thể:
- Thông tin của xe và lái xe như: biển số xe, trọng tải, giấy phép lái xe… - Định vị vị trí của xe.
- Xác định được vận tốc, quãng đường đi lại của xe. - Hiển thị thông tin về địa điểm, vị trí dừng, đỗ xe. - Quản lý lượng tiêu thụ nhiên liệu.
- Kết nối qua camera giám sát để quản lý số hành khách trên xe, quản lý tài xế. Ngày nay, việc lắp đặt hộp đen cho các phương tiện giao thông ngày càng trở nên phổ biến và cần thiết đặc biết là các đơn vị vận tải. Và để thực hiện được đề tài này, nhóm quyết định sử dụng hộp đen AT38-4G của công Ty Cổ Phần Ứng Dụng Bản Đồ Việt (VIETMAP JSC) với thông số kỹ thuật của thiết bị như hình.
42
43
3.3.2 Thông tin truy xuất hộp đen AT38-4G
Để truy xuất được các thông tin lưu trữ trong hộp đen, VIETMAP đã cung cấp các API hỗ trợ giao tiếp với hộp đen như sau:
- API lấy danh sách xe của user: API lấy thông tin của xe được lưu trữ trong hộp đen. Tham số Request https://client- api.quanlyxe.vn/v3/tracking/getvehicles?apikey=[a pi-key] Apikey Respons e { "Data": [ { "Id": 1939, "Plate": "29LD-000.00", "ActualPlate": "29LD-00000", "GroupId": 527, "GroupName": "YLC", "VehicleTypeId": 4,
"VehicleTypeName": "Xe container", "Capacity": 36.0, "Vin": "SDFSDFSDF-13042", "BrandName": "HINO", "ProductYear": "2011", "RegisterDate": "2012-07-29T11:56:51.647", "MaxSpeed": 60.0, "FuelPer100km": 0.0, "FuelPerIdleHour": 0.0, "FuelPerIgnitionHour": 0.0, "EmissionsHour": 0 } ] } Id Plate ActualPlate GroupId GroupName VehicleTypeId VehicleTypeName Vin BrandName ProductYear MaxSpeed FuelPer100km FuelPerIdleHour FuelPerIgnitionHou r EmissionsHour
44
- API lấy thông tin GPS hiện tại của xe: API cho phép truy xuất vào hộp đen để lấy vị trí tại thời điểm tức thời của xe
Tham số Request https://client-api.quanlyxe.vn/v3/tracking/ GetVehicleStatus?plate=[plate]&apikey=[api-key] plate apikey Response { "Data": [ { "Id": 0, "GpsTime": "2016-07-18T18:00:57+07:00", "SysTime": "2016-07-18T18:00:57.3886513+07:00", "X": 105.793121, "Y": 21.011786999999998, "Status": 2, "Speed": 0, "Heading": 24, "EventId": 41, "Distance": 100075,
"Driver": "Nguyen Van A", "LicenseNo": "012345678912", "Sensors": [ { "SensorTypeId": 10, "Value": 27.93 } ],
"Address": "P.Trung Hòa, Q.Cầu Giấy, TP.Hà Nội", "Url": "http://quanlyxe.vn/Online?id=0&token=test" } ] } GpsTime SysTime X Y Status Speed Heading EventId Distance Driver LicenseNo Sensors Address Url
45
- API lấy thông tin GPS của xe trong một đoạn thời gian: API cho phép truy xuất vào hộp đen để lấy thông tin lưu trữ của xe trong một đoạn thời gian