Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc logic Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển giao thông thành phố thông minh Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, từ mô hình cấu trúc tổng quát của hệ thống quản lý, điều hành giao thông thành phố, chúng tôi lựa chọn một mô hình đơn giản, khả thi về hệ thống điều khiển giao thông thành phố thông minh sau, cùng các cụm thiết bị nghiên cứu thiết kế chế tạo:
Đặc điểm của mô hình đề ra tạo được chu trình kín về thông tin trong hệ thống. Dòng thông tin được bắt đầu từ việc thu nhập dữ liệu về trạng thái thực hệ thống giao thông bao gồm: thông tin về lưu lượng, vận tốc dòng xe trên đường (thông qua giải pháp đếm xe bằng camera), thông tin về vị trí, vận tốc của xe (trên cơ sở sử dụng cộng nghệ định vị toàn cầu GPS). Các thông tin này được truyền về
23
trung tâm điều hành. Ở đây với sự trợ giúp của một số thiết bị khác như bản đồ điện tử, phần mềm mô phỏng, cơ sở dữ liệu GIS, các thuật toán điều khiển giao thông,… người quản lý, điều hành giao thông có thể đưa ra các phương án điều khiển giao thông tối ưu, như phân luồng, điều khiển chu kỳ đèn tín hiệu,…
2.3 Cơ sở pháp lý nhà nƣớc
- Luật quy hoạch đô thị của Quốc hội khóa XII, kỳ họp thứ 5 số 30/2009/QH12 ngày 17/6/2009.
- Quyết định số 162/2002/QĐ-TTg ngày 15/11/2002 của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành GTVT đường bộ Việt Nam đến năm 2010 và định hướng đến 2020.
- Quyết định số 33/2003/QĐ-TTg ngày 04/3/2003 của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt điều chỉnh quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội Đồng Nai thời kỳ 2001-2010.
- Công văn số 1717/TB-UBT ngày 25/4/2003 của UBND tỉnh Đồng Nai về việc rà soát lại Quy hoạch GTVT Đồng Nai đến năm 2010, lập quy hoạch GTVT có định hướng đến năm 2020.
2.4 Cơ sở thực tiễn
Hệ thống giao thông tại các thành phố lớn hiện nay ngày càng trở nên phức tạp: mạng lưới đường xá rộng, lưu lượng giao thông lớn, thành phần các phương tiện tham gia giao thông hiện đại và nhất là yếu tố phục vụ con người, giữ gìn môi trường ngày càng được quan tâm. Vì vậy vấn đề xây dựng các hệ thống quản lý, điều hành giao thông đô thị trở nên bức xúc hơn bao giờ hết. Trong đó không thể thiếu được vai trò ứng dụng các công nghệ khoa học kỹ thuật tiên tiến.
2.4.1 Ngoài nƣớc
a) Hệ thống giao thông thông minh ở thành phố Luân Đôn
Các giải pháp giao thông thông minh ở thành phố Luân đôn bao gồm: đèn đỏ và tốc độ, ưu tiên phương tiện vận tải công cộng, thông tin cho người tham gia giao thông, quản lý bến đỗ xe, điều khiển nút, trung tâm điều hành và điều khiển
24
giao thông thành phố, quản lý sự cố, trợ giúp người tàn tật, hệ thống thông tin cho người lái xe, mạng các camera giám sát, làn xe riêng cho xe buýt.
Hình 2.4: Hệ thống giao thông thông minh ITS ở Luân Đôn
25
b) Hệ thống giao thông thông minh ở Nhật Bản
Nhật Bản là một trong các nước đầu tiên trên thế giới nghiên cứu và triển khai hệ thông điều khiển giao thông thông minh (ITS), từ năm 1973. Hệ thống ITS là một tổng thể hệ thống lớn bao gồm các thành phần chính như đường, xe, người và các trung tâm điều hành, được liên kết bằng các luồng thông tin xử lý trên nền tảng các công nghệ hiện đại như công nghệ thông tin, công nghệ điện tử, … Qua nhiều giai đoạn hoàn thiện, nâng cấp, bức tranh về cấu trúc tổng quát hệ thống ITS có dạng như sơ đồ sau:
Hình 2.6: Hệ thông giao thông thông minh ở Nhật Bản.
c) Hệ thống điều hành giao thông ở thành phố Munich
Hệ thống điều hành giao thông ở thành phố Munich (CHLB Đức) được triển khai thông qua dự án có tên là MOBINET do Bộ Giáo dục và Nghiên cứu tài trợ. Dự án MOBINET xây dựng một cấu trúc hệ thống mở để điều khiển giao thông đường phố theo chiến lược điều hành sau:
- Ở mức độ cục bộ, sử dụng các phương pháp điều khiển thích nghi đáp ứng với những thay đổi ngắn hạn về lượng các sự kiện giao thông có thể (chẳng hạn, yêu cầu ưu tiên với giao thông công cộng) theo các mục tiêu định trước. Các
26
phản ứng này tiến hành trong khuôn khổ định trước ở mức chiến thuật. Đồng thời các số liệu vi mô thu thập được theo từng giây ở mức này sẽ được truyền lên mức chiến thuật.
- Trên cơ sở các thông tin thu thập được về dòng giao thông các phương pháp điều khiển thích nghi ở mức chiến thuật được sử dụng để đánh giá quan hệ giữa các điểm xuất phát và đến trên mạng giao thông, đưa ra những dự báo ngắn hạn và trung hạn về lưu lượng giao thông. Trên cơ sở đó kết hợp với các mô hình công tác tương ứng xác định phương án tổng quát tối ưu theo mục tiêu đã định.
- Mức chiến lược có nhiệm vụ giám sát việc điều khiển và tình hình giao thông đã thiết lập. Tại đây cần có các công cụ phần mềm trợ giúp cho người quản lý ra các quyết định điều hành. Có thể phân chia ở đây ra các hệ thống con làm từng nhiệm vụ riêng biệt như vận tải công cộng, giao thông thành phố, quản lý đường xá, … Điều quan trọng là phối hợp được hoạt động của các hệ thống này để đạt được hiệu quả của chính sách giao thông tổng quát và tối ưu hoá các khả năng thông qua của toàn bộ hệ thống giao thông.
Hình 2.7: Hệ thống điều hành giao thông ở thành phố Munich
d) Các dự án ITS ở Canada
Các ITS nhận được sự quan tâm rất lớn ở Canada. Từ năm 1999 Bộ giao thông Canada đã hỗ trợ 18 triệu USD cho các dự án và nghiên cứu ITS. Tổng
27
số các dự án được hỗ trợ là 25 và mỗi dự án được hỗ trợ 250.000 USD. Ví dụ, dự án lắp đặt và tích hợp công nghệ video vào hệ thống quản lý giao thông sẵn có ở thành phố Burlington có chi phí là 525.800 USD, được hỗ trợ 246.640 USD, dự án tích hợp hệ thống quản lý bằng video để tự động phát hiện sự cố trên đường vào hệ thống điều hành giao thông hiện tại ở thành phố Toronto có chi phí 325.000 USD được hỗ trợ 150.000 USD, dự án “Societe de transport de Laval” về ứng dụng công nghệ GPS trong tăng cường cung cấp dịch vụ thông tin thời gian thực cho người tham gia giao thông có chi phí 3.500.000 USD được hỗ trợ 250.000 USD …
e) Các hệ thống giao thông thông minh ở Ailen
Nhu cầu đòi hỏi ngày càng tăng về điều khiển giao thông hiệu quả trong các thành phố bắt buộc các cơ quan lãnh đạo nhiều thành phố khác nhau ở Ailen phải sử dụng các ITS để tối đa hoá chất lượng mạng lưới giao thông. Thành phần cơ bản của ITS là hệ thống điều khiển giao thông thích nghi có nhiệm vụ giám sát dòng giao thông suốt 24h/ngày, hiệu chỉnh thời gian và phối hợp các đèn tín hiệu và thông báo các lỗi tín hiệu cho các cán bộ điều hành giao thông.
2.4.2 Trong nƣớc
a) Thành phố Hà Nội
Trong số hơn 400 nút giao thông cần lắp đèn tín hiệu của Hà Nội hiện có 108 nút đã lắp đèn. Hiện nay Hà Nội đang dùng hệ thống trung tâm điều khiển giao thông của Sagem (Pháp) cũng khá hiện đại. Tại đây, ngoài việc quản lý hệ thống đèn tín hiệu tại các nút, còn có hệ thống camera giám sát tình hình giao thông tại một số nút.
Gần đây ở Hà Nội đã triển khai một dự án mới, đó là dự án “Tăng cường năng lực giao thông đô thị Hà Nội” với tổng mức đầu tư là 24,78 tr. USD (trong đó, phần vay của ngân hàng thế giới là 22 tr. USD). Ban Quản lý dự án giao thông đô thị đã hoàn thành hầu hết 16 gói thầu của dự án: thảm đường, vạch sơn, đắp con trạch, thay đèn, … Trong đó, thành phố đã dành khoảng 2,5 tr. USD tiền vay để lắp đặt 78 nút đèn (55 nút lắp đặt mới và 23 nút điều chỉnh lại) và xây dựng trung tâm
28
điều khiển. Hệ thống máy tính trung tâm mới được đưa vào hoạt động song song với hệ thống trung tâm Sagem tại 40 Hàng Bài. Hệ thống máy tính trung tâm điều khiển giao thông rất hiện đại, dựa trên bộ phát hiện lượt phương tiện giao thông đi qua nút, sau đó truyền thẳng về trung tâm điều khiển trên màn hình 125 inch, từ các dữ liệu trên, máy tính sẽ tự xử lý toàn bộ thông tin và tự điều chỉnh khoảng thời gian đèn ở các nút phù hợp với tình hình giao thông.
b) Thành phố Hồ Chí Minh
Thành phố Hồ Chí Minh có trên 1300 giao lộ và một hệ thống đèn tín hiệu cũ (có những đèn có trước ngày giải phóng, có đèn mới lắp đặt gần đây nhưng không đồng bộ về mặt hình thức hoặc không còn phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật trong Luật Giao thông đường bộ hiện hành …) đã được lắp đặt ở hơn 200 giao lộ. Tất cả các chốt đèn cũ đều là những đèn hoạt động độc lập, không có sự nối kết với nhau.
Trong Dự án tăng cường năng lực quản lý giao thông đô thị có thực hiện lắp đặt hệ thống đèn tín hiệu giao thông mới tại 120 giao lộ thuộc khu vực trung tâm thành phố, kinh phí khoảng 3,5 tr. USD. Đây là hệ thống đèn tín hiệu của hãng Itaka (Tây Ban Nha), gồm 4 cấu phần: bộ phận đèn tín hiệu, thiết bị cảm ứng cảm ứng để đếm mật độ xe đặt ngầm dưới lòng đường, tủ điều khiển tại mỗi giao lộ cho chốt đèn đó, hệ thống cáp truyền tín hiệu từ các giao lộ nối kết về Trung tâm điều khiển giao thông đặt tại Phòng CSGT Đường bộ (số 341 Trần Hưng Đạo, Quận 1).
Gần đây thành phố Hồ Chí Minh đã đưa vào hoạt động xe buýt 2 tầng. Tuy nhiên một mặt tỷ lệ vận tải hành khách bằng xe buýt vẫn còn thấp, mặt khác, theo chủ trương xã hội hoá hoạt động khai thác, nhiều đơn vị tư nhân tham gia đã làm nảy sinh một số bất cập trong quản lý, phục vụ hành khách.
c) Thành phố Đà Nẵng
Nằm trong kế hoạch giảm thiểu tai nạn giao thông (đặc biệt trong khu vực nội thành), UBND thành phố Đà Nẵng đã quyết định đầu tư xây dựng hệ thống tín hiệu và điều khiển giao thông với tổng số vốn lên đến 3,552 tr. EUR từ nguồn vốn
29
ODA của Tây Ban Nha (2,5 tr. EUR) và vốn đối ứng của ngân sách địa phương. Trong đó, riêng chi phí cho hệ thống thiết bị lên đến trên 2 tr. EUR.
Theo đó, sẽ xây dựng một hệ thống điều khiển và theo dõi giao thông bao gồm: nhà điều khiển, camera quan sát, hệ thống theo dõi, truyền dẫn, xử lý, giải quyết giao thông, các phần mềm, chương trình quản lý và công tác đào tạo, chuyển giao công nghệ.
Theo dự án này, trên toàn địa bàn thành phố sẽ có 77 vị trí đặt chốt đèn và 20 vị trí đặt camera quan sát. Các vị trí này sẽ được liên kết với trung tâm điều khiển thông qua hệ thống cáp quang. Từ các dữ liệu thu thập được ở các chốt, các phần mềm chuyên ngành sẽ tiến hành tính toán và cung cấp cho trung tâm các số liệu cần thiết để can thiệp và điều khiển kịp thời.
30
CHƢƠNG 3
HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH (ITS) VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG QUẢN LÝ ĐIỀU HÀNH GIAO THÔNG Ở BIÊN HÒA 3.1 Khái niệm về hệ thống giao thông thông minh (ITS)
Về cở bản thì ITS là sự kết hợp giữa tính toán, công nghệ thông tin và viễn thông- có liên quan tới chuyên ngành giao thông vận tải. Các công nghệ ITS nổi bật được đưa ra từ những xu hướng phát triển chủ đạo của những ngành này. ITS, vì vậy, có thể định nghĩa là ứng dụng của những công nghệ tính toán, thông tin và liên lạc trong việc quản lí xe cộ và các mạng lưới có liên quan đến sự di chuyển của người và hàng hóa trong thời gian thực.
ITS được coi là một hệ thống lớn, trong đó con người, phương tiện giao thông, mạng lưới đường giao thông là các thành phần của hệ thống, liên kết chặt chẽ với nhau. ITS được hoạch định để giảm bớt tắc nghẽn giao thông, bảo đảm an toàn, giảm nhẹ những tác động xấu tới môi trường, tăng cường năng lực vận tải hành khách. Không những trong lĩnh vực giao thông đường bộ, ITS còn được áp dụng với hàng không, đường sắt, đường sông và cả trong đường biển; song đa dạng và hiệu quả hơn cả vẫn là trong giao thông vận tải đô thị.
Giao thông, và các hệ thống liên kết ITS, bao gồm 3 bộ phận hợp thành sau: - Cơ sở hạ tầng – cả trên và dưới bề mặt (như là hệ thống tín hiệu giao thông, liên lạc, điện toán, trạm thu phí, cảm biến);
- Phương tiện – các loại phương tiện, đặc trưng an toàn, mức độ sử dụng điện tử và điện toán tiên tiến;
- Yếu tố con người – các hành vi, sở thích và việc sử dụng các loại hình giao thông, và những quy tắc bắt buộc.
3.2 Cấu trúc hệ thống giao thông thông minh (ITS)
Hệ thống giao thông thông minh là một hệ thống lớn trong đó bao gồm hạ tầng giao thông và phương tiện được kết hợp chặt chẽ với nhau. Cấu trúc của hệ thống được minh họa như sau:
31
“Chi tiết từng hệ thống xem phụ lục 1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống giao thông thông minh”
Hạ tầng giao thông thông minh
Quản lý trục đường chính An toàn và ngăn ngừa tại nạn Quản lý đường trong các điều kiện thời tiết
Vận hành và bảo trì đường bộ Quản lý vận tải hành khách Quản lý sự cố giao thông Quản lý khẩn cấp Trả tiền và thanh toán điện tử Quản lý vận tải đa phương thức Hệ thống điều hành xe chở container
Phương tiện thông minh
Hệ thống ngăn ngừa va chạm Hệ thống hỗ trợ người lái Hệ thống cảnh báo va chạm
32
3.2.1 Hạ tầng giao thông thông minh (Intelligent infrastructure)
- Hệ thống quản lý trục giao thông chính (Arterial Management); - Hệ thống an toàn và ngăn ngừa tai nạn (Crash Prevention and Safety); - Hệ thống quản lý đường trong các điều kiện thời tiết (Road Weather Management);
- Hệ thống vận hành và bảo trì đường bộ (Roadway Operation and Maintenance);
- Hệ thống quản lý vận tải hành khách (Transit Management);
- Hệ thống quản lý sự cố giao thông (Traffic Inciddent Management); - Hệ thống quản lý khẩn cấp. (Emergency Management);
- Hệ thống trả tiền, thanh toán điện tử (Electronic Payment & Pricing); - Hệ thống quản lý vận tải đa phương thức (Intermodal Freight);
- Hệ thống điều hành xe chở container (Commercial Vehicle Operations).
3.2.1.1 Hệ thống quản lý trục giao thông chính (Arterial Management)
Các hệ thống này bố trí dọc các trục đường chính, sử dụng đèn báo hiệu và sử dụng thông tin thu thập bởi các thiết bị giám sát lưu lượng để truyền những thông tin quan trọng về điều kiện đi lại cho người tham gia giao thông, thông qua công nghệ như những dấu hiệu thông báo động hoặc tin nhắn.
3.2.1.2 Hệ thống an toàn và ngăn ngừa tai nạn (Crash Prevention and Safety)
Hệ thống này nhận diện những điều kiện không an toàn cung cấp cho người tham gia giao thông để tránh những sự cố, các đường cong nguy hiểm, đường cao tốc giao cắt đường sắt, nút giao thông lưu lượng cao, và cũng cung cấp các cảnh báo về sự hiện diện của người đi bộ và đi xe đạp, và thậm chí cả những động vật trên đường bộ.
3.2.1.3 Hệ thống quản lý đƣờng trong các điều kiện thời tiết (Road Weather Management)
33
Hoạt động quản lý bao gồm hệ thống quản lý thông tin về thời tiết, công nghệ bảo trì con đường khi bị ảnh hưởng bởi thời tiết xấu, và điều phối các hoạt động, ứng dụng của nó giúp đỡ trong việc giám sát và dự báo của các con đường và điều kiện khí quyển.
3.2.1.4 Hệ thống vận hành và bảo trì đƣờng bộ (Roadway Operation and Maintenance)
Những ứng dụng theo dõi, phân tích, và phổ biến các dữ liệu cơ sở hạ tầng cho các hoạt động, bảo trì, quản lý và sử dụng. Nó có thể giúp bảo đảm sự an toàn