3.3.1.1 Hệ thống giám sát dòng xe trên đƣờng bằng camera
Thu thập các thông tin về dòng xe trên đường (lưu lượng, vận tốc,…) là yêu cầu quan trọng đầu tiên để quản lý và điều hành giao thông. Trên thế giới vấn đề này đã được quan tâm từ rất lâu và có nhiều hướng giải quyết như sử dụng ra da, sóng vi ba (cực ngắn), thiết bị ống cảm ứng, cảm ứng vòng dây, …, trong đó hiện đại nhất là sử dụng công nghệ xử lý ảnh camera. Tuy nhiên, tất cả các phương án sẵn có trên đều không có tính khả thi ở Việt nam do thực tế không phân làn đường (trừ một số điểm đặc biệt như trạm thu phí, …) và dòng xe đa phương tiện của chúng ta.
Hình 3.6: Giám sát dòng xe bằng camera
Chính vì vậy trong nước có thể coi như chưa có thiết bị giám sát dòng xe trên đường, các camera giám sát lắp đặt tại một số nút giao thông mới chỉ đơn thuần cung cấp cho người điều hành bức tranh về trạng thái giao thông mà chưa thể cho biết thông tin về lưu lượng, tốc độ dòng xe. Hậu quả là không thể đưa ra ra được các biện pháp điều khiển giao thông chính xác, kịp thời, chẳng hạn như việc đặt chu
39
kỳ đèn tín hiệu là hoàn toàn cưỡng bức, không phù hợp với trạng thái thực của hệ thống giao thông.
Giải pháp hợp lý đề ra ở đây là khai thác công nghệ xử lý ảnh camera để chế tạo thiết bị giám sát dòng xe. Về mặt cấu trúc thiết bị gồm: camera công nghiệp để thu hình và một máy tính nhúng tốc độ cao làm nhiệm vụ xử lý ảnh, truyền các thông tin kết quả (lưu lượng từng loại xe, vận tốc dòng xe,…) về trung tâm qua hệ thống cáp quang. Thiết bị được đặt trên đường, ở độ cao 15-25m, vuông góc với mặt đường.
Hạt nhân của hệ thống là phần mềm xử lý ảnh. Phần mềm này cho phép đếm và phân loại các xe (xe buýt, xe tải, ô tô con, xe máy), tính toán vận tốc trung bình của dòng xe dù các xe chạy không theo làn cố định. Ngoài ưu điểm chính này, so với các phương thức đếm xe phổ biến khác như cảm ứng vòng từ, phương án sử dụng camera còn có một số các ưu điểm khác như: rẻ, ít bị hỏng hóc, dễ lắp đặt và bảo dưỡng,…
3.3.1.2 Thiết bị giám sát hành trình xe
Đây là thiết bị đặt trên xe nhằm mục đích thu thập các thông tin về vị trí và tốc độ xe sử dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS. Những thông tin này cho phép người quản lý giám sát được chính xác hành trình xe để có thể đề ra các biện pháp quản lý, điều hành hợp lý. Thiết bị gồm các phần chính là ăng ten GPS (có thể đặt trong xe hoặc trên nóc xe), các mạch điện tử và phần mềm thu thập, xử lý, truyền thông tin. Nguồn điện cho thiết bị đặt trên xe được lấy từ nguồn điện sẵn có trên xe thông qua phích cắm.
Tùy theo phương thức truyền thông tin thiết bị được chế tạo dưới 2 dạng: off-line (không trực tuyến) và on line (trực tuyến).
a) Thiết bị giám sát hành trình off-line (kiểu hộp đen)
Thiết bị thu thập các thông tin nói trên với chu kỳ lấy mẫu mặc định là 10s (hoặc có thể lựa chọn từ 1 đến 300s) và lưu trữ được 6144 lần (có thể mở rộng đến 12288 lần). Sau khi kết thúc hành trình các thông tin này được đổ ra máy tính qua
40
cổng COM hoặc thiết bị truyền vô tuyến (trong phạm vi 50-60m) nhờ phần mềm đi kèm. Nhờ đó, người sử dụng có thể dễ dàng ra lệnh đọc dữ liệu, phân tích các trạng thái hoạt động của xe trong suốt hành trình, ghi lại những trạng thái vượt quá mức độ cho phép. Ngoài ra, phần mềm này còn có một số chức năng khác tạo sự thân thiện với người sử dụng như cho phép đặt lại các định dạng thời gian lưu, xóa các thông tin không cần thiết.
Hình 3.7: Thiết bị giám sát hành trình off-line
b) Thiết bị giám sát hành trình on-line (trực tuyến)
Thiết bị cho phép truyền các thông tin về vị trí và tốc độ xe trực tiếp về trung tâm điều hành thông qua mạng điện thoại di động. Thiết bị có 2 phần: trên xe và tại trung tâm. Thông tin được truyền dưới dạng tin nhắn SMS hoặc chuyển mạch gói GPRS. Chế độ truyền là liên tục với chu kỳ đặt trước hoặc theo chỉ thị từ trung tâm. Tại trung tâm người quản lý có thể giám sát hành trình xe trực tiếp trên bản đồ số.
Các thiết bị giám sát hành trình nói trên đã được lắp đặt thử nghiệm trên tuyến xe buýt số 7 (xe số 29N-2332) của Tổng công ty vận tải Hà nội từ ngày 22/6/2005 đến ngày 28/7/2005 và được đánh giá tốt, đạt các yêu cầu đề ra.
41
3.3.1.3 Thiết bị hiển thị thông tin trên xe.
Thiết bị hiển thị thông tin trên xe nhằm nhiệm vụ thể hiện các thông tin điều hành cần thiết được gửi tới từ trung tâm cho người lái xe. Thiết bị gồm màn hình tinh thể lỏng, bản đồ số, thiết bị thu thập thông tin qua mạng điện thoại di động và một máy tính nhúng thực hiện các thao tác xử lý cần thiết. Từ trung tâm người điều hành có thể chuyển các thông tin cần thiết cho người lái xe như tuyến đường đi đến đích nhanh nhất, các nút giao thông, các tuyến đường bị ách tắc, tai nạn, … Thông tin được hiển thị trên bản đồ số hoặc tin nhắn truyền qua mạng điện thoại di động.
3.3.1.4 Một số phần mềm trợ giúp công tác điều hành và quản lý thông tin
Trong khuôn khổ đề tài, các cụm thiết bị ngoại vi nói trên, đưa ra một số phần mềm trợ giúp công tác quản lý, điều hành giao thông ở trung tâm nhằm minh họa hoạt động của hệ thống. Đó là:
a) Phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông đô thị VTSIM
Để phân tích, đánh giá, lựa chọn các phương án điều hành giao thông như phân luồng, tổ chức nút, đặt chu kỳ đèn tín hiệu, …một cách khoa học trước khi đưa ra áp dụng thực tế không thể không sử dụng các công cụ mô phỏng. Phần mềm mô phỏng VTSIM được thiết kế gồm 2 module có khả năng hoạt động độc lập: thiết kế mô hình mạng giao thông và mô phỏng quá trình giao thông.
Module mô phỏng quá trình giao thông nhằm tạo ra một quá trình giao thông ảo trên mô hình mạng giao thông được thiết kế trước đó. Quá trình giao thông ảo này cần được đảm bảo sao cho sát thực nhất với thực tế. Để đạt được điều này, phần mềm đã sử dụng một số công cụ toán học sau:
- Lý thuyết xác suất thống kê trong việc tạo ra số lượng và thời điểm xuất hiện xe trong mạng,
- Các phương trình động lực học xe trong việc xác định quỹ đạo chuyển động xe,
42
- Lý thuyết logic mờ để mô phỏng quá trình suy diễn, ra quyết định (bám xe, vượt trái, tránh phải, …) của người lái xe.
b) Phần mềm quản lý phƣơng tiện giao thông công cộng Traffman
Traffman là phần mềm được thiết kế theo mô hình Client/Server. Thành phần Server là giao diện kết nối hệ thông mạng máy tính tại trung tâm điều hành với các thiết bị gắn trên xe. Chức năng chính của phần này là thu thập, lưu trữ dữ liệu nhận từ các xe. Kết nối giửa hệ thống máy tính và xe được thực hiện trên cơ sở khai thác các dịch vụ truyền số liệu SMS/GPRS, đây là các dịch vụ được cung cấp bởi mạng thông tin di động GSM. Thành phần Client cung cấp giao diện đồ hoạ hỗ trợ người điều hành thực hiện các tác vụ quản lý. Trong quá trình hoạt động Client sẽ thông qua Server để nhận dữ liệu gửi về từ xe. Dử liệu này bao gồm vị trí và trạng thái hoạt động của xe. Thông tin về vị trí của xe được Client cập nhật liên tục và hiển thị trên nền bản đồ số đảm tính trực quan đối với người điều hành. Các lệnh điều hành đuợc người sử dụng nhập vào Client sau đó thông qua Server sẽ đựợc gửi tới xe hỗ trợ kịp thời lái xe giải quyết các tình huống giao thông.
c) Phần mềm điều khiển tín hiệu nút giao thông trên cơ sở lôgic mờ
Có nhiều thuật toán khác nhau để tính toán các chu kỳ tối ưu cưỡng bức cho đèn tín hiệu dựa trên các kết quả thống kê về dòng xe vào nút. Tuy nhiên khi có được các số liệu về dòng xe vào nút trong thời gian thực cần áp dụng các thuật toán điều khiển thích nghi. Một trong các thuật toán như vậy là dựa trên cơ sở logic mờ, mô phỏng quá trình điều khiển giao thông tương tự như người cảnh sát giao thông đang làm nhiệm vụ. Các thông tin về lượng xe vào nút từ các hướng được mờ hóa, và trên cơ sở suy diễn theo logic so sánh hiệu quả giữa 2 khả năng chính: kéo dài thời gian tín hiệu xanh để dòng xe hiện tại tiếp tục hay chuyển sang tín hiệu đỏ cho phép dòng xe hướng khác chuyển động, cho ra quyết định hiệu chỉnh chu kỳ đèn tín hiệu phù hợp với thực tế.
43
Việc áp dụng thuật toán này cùng thiết bị giám sát dòng xe bằng camera mở ra một triển vọng mới trong nâng cao hiệu quả điều khiển nút giao thông bằng đèn tín hiệu, tối ưu hóa khả năng thông qua của các nút.
3.3.2 Lựa chọn phƣơng thức truyền thông 3.3.2.1 Các đặc điểm chung
Các phương pháp truyền thông trong giao thông đô thị có những đặc điểm sau:
- Dung lượng dữ liệu rất lớn.
- Phân bố dàn trải rộng trên khắp thành phố. - Loại hình đa dạng bao gồm :
+ Các thông tin thu thập dữ liệu từ các cảm biến xác định lưu lượng và loại hình vận chuyển trên đường; Các thông tin điều khiển chu kỳ đèn tín hiệu
+ Các thông báo cho người tham gia giao thông trên đường như các nguy cơ ùn tắc tại các nút giao thông, chỉ dẫn …
Nguyên tắc chung thiết kế các phương pháp truyền thông thực hiện trên mô hình mạng quản lý nhiều cấp dạng cấu hình Server – Clien.
Việc truyền thông tin có thể thực hiện bởi các hình thức như: Các kênh điện thoại cố định như sẵn có như PSTN, ISDN hoặc mạng điện thoại di động GSM, mạng Internet hay truyền hình.
Hình 3.8: Kết cấu mạng truyền thông thu thập dữ liệu về trung tâm
Hình 3.9: Dạng dữ liệu truyền về trung tâm
44
3.3.2.2 Phƣơng pháp truyền dữ liệu qua mạng di động
CSD (Circuit Switch Data) cho phép một modem điện thoại di động kết nối với một modem khác theo các kênh được qui định ở mạng di động, sau khi kết nối có thể trao đổi dữ liệu theo phương pháp điểm – điểm (point to point). Với kiểu kết nối này thời gian kết nối lâu (có thể lên đến 1 phút), giá cước điện thoại tính theo thời gian kết nối và tốc độ truyền tối đa đạt 14400 bps.
Hình 3.10: Sơ đồ kết nối truyền dữ liệu sử dụng phương pháp CSD
Để tiến tới công nghệ thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) cũng như tiến vào kỷ nguyên Internet di động, các nhà khai thác GSM ở Việt nam cũng như trên thế giới đều mong muốn giữ lại mạng lõi của mình trong khi tiến hành chuyển đổi, nâng cấp lên mạng 3G và vẫn duy trì được các dịch vụ hiện đang cung cấp. Vấn đề cần cân nhắc chính là các khía cạnh kinh tế và kỹ thuật cho việc nâng cấp, điều này buộc các nhà khai thác phải suy tính. Chính vì vậy, dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GPRS (General Packet Radio Service) là sự lựa chọn cho các nhà khai thác GSM như một bước chuẩn bị về cơ sở hạ tầng kỹ thuật cho thông tin di động.
Dịch vụ GPRS đem lại cho khách hàng một khái niệm mới về việc truy nhập mạng Internet mọi lúc, mọi nơi. Dịch vụ này cho phép tính cước thuê bao theo số lượng các gói thông tin nhận và gửi đi chứ không phải tính cước bằng số thời gian kết nối mạng như trước đó. GPRS là bước đầu tiên IP hoá cho mạng GSM. Ngoài ra các thuê bao di động cũng có thể sử dụng dịch vụ WAP thông qua GPRS, nhờ có GPRS thời gian truy nhập WAP sẽ giảm xuống, tốc độ gửi và nhận thông tin thông qua giao thức ứng dụng không dây WAP cũng sẽ được cải thiện rất nhiều.
45
a) Ứng dụng của dịch vụ GPRS
- Chỉ với một máy tính xách tay hoặc các thiết bị khác như Palm, PDA, Pocket PC và một máy di động GPRS có thể truy cập Internet (WEB, WAP) để xem tin tức mọi lúc, mọi nơi trong phạm vi phủ sóng GPRS của Vinaphone với tốc độ đường truyền xấp xỉ 56Kbps; Dễ dàng gửi, nhận thư điện tử: bằng cách sử dụng các phần mềm phổ biến như Microsoft Outlook/Netscape Messenger để gửi, nhận thư điện tử trên máy PC kết nối mạng GPRS.
- Nhắn tin đa phương tiện MMS; Dịch vụ truyền số liệu (FTP): cho phép khách hàng có thể gửi các tệp dữ liệu quan trọng từ máy laptop lên máy chủ của mình thông qua máy laptop kết nối Mobile GPRS chỉ với vài thao tác đơn giản. Dữ liệu này cũng có thể được lấy về máy xách tay thông qua truy cập mạng GPRS. - Với tốc độ truyền dữ liệu cao của dịch vụ GPRS cho phép khách hàng tải các hình ảnh màu tĩnh hoặc động đặc sắc; nhạc chuông đa âm điệu (Polyphonic, SP MIDI, X-MIDI, MP3, AMR...); các trò chơi và các ứng dụng giải trí khác về máy di động của mình.
- Trong tương lai thuê bao còn được cung cấp dịch vụ truy cập GPRS khi chuyển vùng Quốc tế
GPRS là một chuẩn truyền dữ liệu thông qua mạng di động theo một phương pháp khác với CSD. Bản chất của phương pháp sử dụng chuẩn GPRS là thực hiện một kết nối vào Internet và dữ liệu truyền đi từ thuê bao di động là gói dữ liệu dạng UPD/TCP/IP. Tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 171,2 kbps, tức là nhanh gấp 10 lần so với phương pháp CSD. Việc tính cước của thuê bao di động dựa trên cơ sở dung lượng truyền đi, với giá hiện tại của Việt nam khoảng 45 đồng/kbyte.
46
Để có thể tiến hành việc truyền dữ liệu, trước tiên phải khai báo cấu hình kết nối của nhà cung cấp dịch vụ mạng bao gồm các thông tin như tên nhà cung cấp (APN), tên người sử dụng (username), mật khẩu truy nhập mạng (Password) sau khi đã truy nhập vào mạng việc trao đổi dữ liệu sẽ được tiến hành thông qua một web server có địa chỉ IP tĩnh. Do khả năng của mạng internet nên ta có thể trao đổi dữ liệu từ bất kỳ nơi nào với giá thành khi truy nhập internet thông thường.
b) Ứng dụng truyền dữ liệu sử dụng phƣơng pháp GPRS
Trong mô hình dưới đây thể hiện việc trao đổi dữ liệu giữa một thiết bị của người sử dụng (LocalHost) và một trạm chủ đặt tại trung tâm. Các lớp truyền thông theo mô hình ISO bao gồm lớp ứng dụng, UDP/TCP/IP và giao thức truyền điểm điểm (PPP).
Hình 3.12: Ứng dụng Wap
Để tiến hành ghép nối và truyền dữ liệu ta tiến hành theo các bước sau: - Sử dụng lệnh AT để thiết lập thuộc tính nhận dạng cho thiết bị GPRS; Với lệnh AT thiết lập đăng ký kết nối vào mạng (IDUser và Password)
- Sử dụng lệnh AT khai báo cổng truy nhập tại Web chủ bao gồm (lớp giao thức truyền thông UDP hoặc TCP, địa chỉ IP của server chủ hoặc tên miền, cổng của server để kết nối); Bắt đầu thực hiện việc kết nối vào mạng internet.
Khi đã thực hiện thành công việc kết nối có thể tiến hành trao đổi dữ liệu tùy theo ứng dụng của người sử dụng.
47
3.3.3.1 Bài toán quản lý mạng lƣới các phƣơng tiện giao thông công cộng
Hiện tại trong các đô thị lớn số lượng phương tiện tham gia giao thông ngày càng lớn dẫn đến vấn đề nan giải trong công tác quản lý giao thông đô thị, việc phát triển giao thông công cộng tại khu vực này là xu hướng tất yếu. Tuy nhiên với sự phát triển của loại hình phương tiện này trong nhiều trường hợp lại tác động tiêu cực tới hệ thống giao thông thành phố như gây ác tắc cục bộ, dãn cách giữa các xe không hợp lý. Vì vậy phát sinh vấn đề làm cách nào để nâng cao chất lượng