CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về hệ thống giao thông thông minh
2.1.1 Hệ thống giao thông thông minh ITS:
ITS (Intelligent Transportation System) là hệ thống giao thông thông minh cải thiện an toàn, linh động và nâng cao hiệu suất giao thông bằng cách sử dụng công nghệ thông tin hiện đại nhằm giảm thiểu ách tắc, cải thiện độ an toàn và nâng cao hiệu quả hoạt động xã hội của giao thông vận tải. Theo định nghĩa của Canada, ITS được hiểu như sau
“Là việc áp dụng những công nghệ mới và cao cấp (bao gồm các máy tính, các cảm biến, điều khiển, kiểm soát, kết nối truyền thông và các thiết bị điện tử) trong lĩnh vực
giao thông nhằm đảm bảo an toàn, tiết kiệm thời gian, tiền bạc, nhiên liệu và bảo vệ môi trường”
Định nghĩa này áp dụng cho tất cả các phương thức giao thông vận tải, bao gồm giao thông mặt đất như phương tiện giao thông cá nhân, phương tiện giao thông công cộng thương mại, cũng như tàu hoả, tàu thuỷ và giao thông hàng không. Thuật ngữ ITS không đơn thuần chỉ các phương tiện tham gia giao thông mà còn bao hàm cả cơ sở hạ tầng, người điều khiển phương tiện hoặc người sử dụng, tham gia trong môi trường tương tác động. Chỉ xét riêng trong lĩnh vực giao thông mặt đất, hiện đang có rất nhiều những phát triển quan trọng liên quan tới ITS, không ít thành quả đã được ứng dụng trong thực tế ở một số phương diện như hệ thống định vị dẫn đường xe ôtô, hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông, giải pháp nhận dạng tự động bằng lái xe, hệ thống hướng dẫn đỗ xe, hệ thống chiếu sáng công cộng trên các tuyến đường.
Một trong những khía cạnh quan trọng của ITS là tạo mối liên lạc trong hoạt động của các phương tiện tham gia giao thông, bao gồm việc truyền số liệu giữa phương tiện đến phương tiện, phương tiện đến hạ tầng quản lý (và ngược lại, thường được biết đến bằng thuật ngữ viết tắt V2X). Số liệu từ các phương tiện có thể được thu nhận và phát truyền tiếp tới các phương tiện khác hoặc tới máy chủ đặt tại trung tâm để xử lý hay điều khiển. Những số liệu này có thể bao gồm toạ độ chính xác của phương tiện trong chế độ thời gian thực, được sử dụng để cải thiện khả năng sẵn sàng tình huống của người điều khiển phương tiện và giám sát dòngphương tiện đang tham gia trên các tuyến đường.
Việc sử dụng V2X được biết đến với tên gọi phối hợp định vị phương tiện giao thông.
Một số dự án ứng dụng ITS tại các thành phố:
Hiện nay, tại các đô thị lớn của Việt Nam (Hà Nội, Đà Nẵng, Tp Hồ Chí Minh), đã và đang triển khai xây dựng hệ thống giám sát, điều hành giao thông. Các dự án này sử dụng hệ thống camera giám sát, trung tâm điều khiển giao thông, hệ thống radio để thu thập thông tin, điều hành giao thông và cung cấp thông tin cho người sử dụng.
Tại Hà Nội, Trung tâm Điều khiển giao thông đã chính thức đưa vào hoạt động từ năm 2000 với hệ thống thiết bị của hãng SAGEM điều khiển đèn tín hiệu giao thông do Chính phủ Pháp tài trợ. Có thể nói đây là ứng dụng đầu tiên của công nghệ ITS trong khu vực đô thị ở Việt Nam. Đến nay, trung tâm này đã được nâng cấp nhiều lần và vẫn đang hoạt động hiệu quả, góp phần giám sát, điều hành giao thông toàn thành phố.
Đề án thí điểm xây dựng mô hình quản lý Đại lộ Thăng Long với sự hình thành của Trung tâm Quản lý đường cao tốc Hà Nội. Trung tâm này sẽ quản lý an toàn giao thông, tiếp cận xử lý tai nạn giao thông và các biện pháp phòng ngừa; quản lý hệ thống thông tin; thực hiện công tác bảo hành, sửa chữa… Trung tâm sẽ ứng dụng các công nghệ thông tin hiện đại trong quản lý như đếm, phân loại phương tiện giao thông tự động; hệ thống camera giám sát; hệ thống bảng thông báo điện tử; kiểm soát xe quá tải, quá khổ…
Dự án REMON được triển khai tại Hà Nội với mục tiêu theo dõi và xác định trực tuyến lưu lượng giao thông đồng thời tạo ra nguồn dữ liệu giao thông cho cả giai đoạn ngắn hạn và dài hạn. Dự án này sử dụng các phương tiện giao thông được giám sát (tốc độ và hướng chuyển động), định vị qua hệ thống GPS để thu thập các số liệu và phản ánh tình trạng dòng giao thông, phát hiện các vị trí ùn tắc qua đó cung cấp thông tin cho người sử dụng. Các thông tin thu thập phục vụ công tác quản lý, điều hành giao thông, đánh giá quy hoạch và các giải pháp tổ chức, điều khiển giao thông, xây dựng quy hoạch, chiến lược phát triển dài hạn để giải quyết các vấn đề giao thông.
Tại Đà Nẵng, Sở GTVT Đà Nẵng phối hợp với IBM xây dựng chương trình ITS cho toàn thành phố. Trung tâm Điều hành đèn tín hiệu giao thông và vận tải công cộng TP.
Đà Nẵng tiến hành lắp đặt hệ thống camera giám sát giao thông, hỗ trợ giám sát, điều hành và giúp lực lượng công an giám sát các vi phạm và tiến tới thực hiện “xử phạt nguội”. Dự án xây dựng và nâng cấp hệ thống tín hiệu và điều khiển giao thông TP. Đà Nẵng, thực hiện từ năm 2004 đến năm 2023 từ nguồn vốn ODA của Tây Ban Nha, tiến hành điều khiển phối hợp các nút giao thông trên một số tuyến đường theo hình thức
“làn sóng xanh”.
Tại Tp Hồ Chí Minh, trung tâm điều khiển giao thông cũng đã được xây dựng. Hệ thống camera giám sát giao thông được lắp đặt. Thành phố đang thực hiện chương trình
đến 2023” nhằm “Nghiên cứu thử nghiệm và đưa vào ứng dụng các giải pháp công nghệ cho ITS nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và pháttriển hệ thông cơ sở hạ tầng giao thông hiện hữu trên địa bàn thành phố, góp phần giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông”.
Trong lĩnh vực giao thông công cộng, việc ứng dụng ITS cũng bắt đầu được nghiên cứu và triển khai thực hiện thông qua hệ thống biển báo điện tử cung cấp thông tin về khoảng cách xe đến trạm dừng cho hành khách (được lắp đặt tại các trạm xe buýt). Sắp tới, tại Hà Nội và Tp. Hồ Chí Minh, một số tuyến đường sắt đô thị sẽ được đưa vào khai thác và dự kiến sẽ sử dụng hệ thống thẻ thanh toán thông minh theo tiêu chuẩn công nghệ của Nhật Bản để phục vụ công tác mua vé. Ngoài ra, Nhật Bản cũng đang giúp hai thành phố này thực hiện dự án “Cải tạo giao thông công cộng” thí điểm sử dụng thẻ thông minh cho xe buýt.
Việc sử dụng hệ thống radio VOV giao thông trong việc thu thập, cung cấp thông tin, điều tiết giao thông đã mang lại nhiều hiệu quả tích cực tại Thủ đô Hà Nội, Hầm đường bộ Hải Vân. Đây là một phương thức đơn giản nhưng hiệu quả, góp phần hạn chế ùn tắc giao thông trong đô thị và các khu vực trọng điểm.
2.1.2 Chuẩn truy cập không dây trong hệ thống giao thông thông minh:
Trong phần này sẽ trình bày một số chuẩn truy cập không dây được sử dụng trong kết nối. Tổng thể, mục đích của các chuẩn truy cập này là để cung cấp cổng giao tiếp trong môi trường không dây và các thông số cho truyền thông xe cộ tốc độ cao bằng cách sử dụng một hoặc nhiều hơn phương tiện truyền thông sẳn có.
Những cải tiến của công nghệ kết nối mạng Ad-hoc đã thúc đẩy sự xuất hiện của mạng VANET. Hiện nay, nó đang được thảo luận về việc sử dụng các công nghệ khác nhau mà không yêu cầu bất kỳ cơ sở hạ tầng cho phát triển mạng lưới giao thông.
2.1.2.1 WiFi (Wireless Fidelity):
Đề cập đến bất kì chuẩn wifi nào trong giao thức họ wifi IEEE 802.11. Cụ thể hơn, WiFi là chuẩn công nghiệp cho các sản phẩm được xác định bởi WiFi Alliance và phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.11. Chuẩn WiFi định nghĩa các giao thức thông qua môi trường không khí cần thiết cho việc hỗ trợ kết nối mạng trong một khu vực và nó chỉ ra cụ thể lớp vật lí (PHY) và lớp MAC.
Tiêu chuẩn IEEE 802.11b và IEEE.11g, cung cấp 11 Mbps và 54 Mbps tốc độ truyền tương ứng trong băng tần 2.4 GHz với tầm phát tối đa là 500m. Hầu hết các thiết bị di động như PDA, điện thoại thông minh hoặc máy tính xách tay, được trang bị phần cứng cần thiết để sử dụng cả 2 tiêu chuẩn này. IEEE 802.11a là một phiên bản mở rộng của
801.11 cung cấp tốc độ lên đến 54 Mbps trong băng tần 5 GHz sử dụng cơ chế OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Tốc độ truyền tải được tăng lên với chuẩn IEEE 802.11n với một băng thông lên đến 500 Mbps. Ngoài ra, còn có các chuẩn trong họ 802.11 như là cải tiến an ninh cho MAC (IEEE 802.11i), cải tiến chất lượng dịch vụ QoS cho MAC (IEEE 802.11e) …
2.1.2.2 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access):
WiMAX là một chuẩn phát triển bởi IEEE 802.16. Nó được định nghĩa như là một phương thức để thay thế cho cáp và xDSL cung cấp truy cập không dây với băng thông rộng với tầm phát với khoảng cách xa. Đây là loại kết nối hoạt động trên băng tần được cấp phép hoặc không có giấy phép. Một quan niệm sai lầm cho rằng WiMAX có thể
cung cấp tốc độ 70 Mbps trên 50 km. Tuy nhiên, WiMAX chỉ có thể lựa chọn là tốc độ cao hơn hoặc là truyền trên một khoảng cách xa hơn chứ không phải là cả hai. Hoạt động ở phạm vi tối đa 50km làm tăng tỉ lệ lỗi bit và do đó làm giảm tốc độ truyền đi. Ngược lại khi giảm phạm vi hoạt động cho phép thiết bị hoạt động ở tốc độ bit cao hơn. Trong nghiên cứu, họ đã đo hiệu suất với các kịch bản khác nhau, nhận được một băng thông
tối đa là 20 Mbps với khoảng cách 6 km. Sau khi công bố các tiêu chuẩn IEEE 802.16 vào năm 2002, một số phiên bản mới xuất hiện như IEEE 802.16e cho các thiết bị di động.
2.1.2.3 Bluetooth
Công nghệ Bluetooth (IEEE 802.15.1) ban đầu được phát triển bởi công ty điện thoại di động Ericsson vào năm 1994. Nó là hệ thống thông tin vô tuyến tầm ngắn được thiết kế như là một giải pháp không dây để giao tiếp nối tiếp như RS232 để truyền thông các
thiết bị như điện thoại di động, PDA, máy tính xách tay, tai nghe… Đặc điểm tiêu thụ năng lượng thấp và chi phí rẻ nên nó được cài đặt vào trong các thiết bị di động. Đây hiện là công nghệ truyền thông phổ biến nhất cho WPAN (Wireless Personal Area Network). Có 3 lớp Bluetooth phần theo phạm vi bao phủ và năng lượng tiêu thụ như bảng 2.2, tốc độ truyền tải lên đến 3 Mbps và phạm vi truyền lên đến 100 m. Chúng đều hoạt động trên băng tần miễn phí với cơ chế bảo mật đủ mạnh.
Bảng 2.1 Các lớp bluetooth
Class Maximum allowable power Coverage(approximate)
Class 1 100 mW (20 dBm) 100m
Class 2 2.4 mW(4 dBm) 10m
Bảng 2.2 So sánh công nghệ mạng không dây dành cho hệ thống giao thông thông
minh
Name Coverage Transfer data rates Power consumption
WiFi 500m 54 Mbps High
WiMax 50000m 70 Mbps High
Blutooth 20m 3 Mbps Medium