mét sè gi¶i ph¸p øng dông c«ng nghÖ tù ®éng ho¸
trong c«ng t¸c qu¶n lý, ®iÒu hµnh giao th«ng ®« thÞ
pgs. ts lª hïng l©n
Bé m«n §iÒu khiÓn häc
Khoa §iÖn - §iÖn tö
Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i
Tãm t¾t: Bμi b¸o tr×nh bμy tæng quan vÒ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu trong khu«n khæ ®Ò tμi
cÊp Nhμ n−íc KC.03.21 "Nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ Tù ®éng hãa trong c«ng t¸c qu¶n lý,
®iÒu hμnh giao th«ng ®« thÞ". Sau khi ®−a ra m« h×nh cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn giao th«ng
thμnh phè th«ng minh võa ®¶m b¶o ®−îc tÝnh hiÖn ®¹i, võa ®¶m b¶o tÝnh kh¶ thi cao trong ®iÒu
kiÖn hiÖn t¹i cña hÖ thèng giao th«ng trong n−íc, bμi b¸o giíi thiÖu mét sè s¶n phÈm ®· ®−îc
thiÕt kÕ, chÕ t¹o cña ®Ò tμi nh− thiÕt bÞ gi¸m s¸t dßng xe trªn ®−êng, thiÕt bÞ gi¸m s¸t hμnh tr×nh
trªn xe, thiÕt bÞ hiÓn thÞ th«ng tin cho l¸i xe, c¸c phÇn mÒm m« pháng, qu¶n lý ph−¬ng tiÖn vËn
t¶i c«ng céng vμ ®iÒu khiÓn tÝn hiÖu giao th«ng.
Summary: The paper gives an overview on results of the National reseach project
KC.03.21 “Research on automation technology in urban traffic manegement and control”
including designed structure model of intelligent urban traffic control system, which is consistent
with Vietnam transport conditions. Some new products are proposed also such as traffic
monitoring equipment, vehicle monitoring equipment, information supplying equipment for
driver, the softwares for traffic simulation, traffic signal control, public transport means
management.
1. C«ng t¸c qu¶n lý, ®iÒu hμnh giao
th«ng ®« thÞ trªn thÕ giíi vμ trong
n−íc
VÊn ®Ò t¨ng c−êng hiÖu qu¶ qu¶n lý,
®iÒu hµnh giao th«ng ®« thÞ cã vai trß quan
träng kh«ng thÓ phñ nhËn ë bÊt cø n−íc nµo
trªn thÕ giíi, khi ho¹t ®éng cña nã cã ¶nh
h−ëng lín tíi nhiÒu mÆt vÒ x· héi, kinh tÕ, m«i
tr−êng... Tuy nhiªn do ®Æc ®iÓm cña hÖ thèng
giao th«ng thµnh phè lµ cã tÝnh réng lín vÒ
kh«ng gian, tÝnh phøc t¹p vÒ cÊu tróc, sè
l−îng phÇn tö lín, thay ®æi theo thêi gian,
chøa ®ùng nhiÒu yÕu tè ngÉu nhiªn vµ cã con
ng−êi lµ thµnh phÇn chÝnh tham gia nªn viÖc
gi¶i quyÕt bµi to¸n qu¶n lý, ®iÒu hµnh giao
th«ng ®« thÞ hoµn toµn kh«ng ®¬n gi¶n. Nã ®ßi
hái ph¶i cã c¬ së khoa häc v÷ng ch¾c, tin cËy
vµ hÖ thèng thiÕt bÞ thu thËp, truyÒn, xö lý
th«ng tin nhanh, toµn diÖn, chÝnh x¸c, hîp lý,
thuËn tiÖn. §ã lµ lý do v× sao ®Ó ë hÇu hÕt c¸c
®« thÞ lín ë c¸c n−íc ph¸t triÓn ph¶i cã mÆt hÖ
thèng ®iÒu khiÓn giao th«ng thµnh phè. HÖ
thèng nµy lµm nhiÖm vô gi¸m s¸t, trî gióp
®iÒu hµnh, ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña m¹ng
l−íi giao th«ng theo ®óng kÕ ho¹ch, môc tiªu
®Þnh s½n. VÒ cÊu tróc, mét hÖ thèng ®iÒu
khiÓn giao th«ng hiÖn ®¹i nãi chung th−êng
bao gåm mét sè hÖ thèng con nh− hÖ thèng
®iÒu khiÓn tÝn hiÖu giao th«ng, hÖ thèng ®iÒu
hµnh, qu¶n lý ph−¬ng tiÖn giao th«ng c«ng
céng, hÖ thèng th«ng tin cho ng−êi tham gia
giao th«ng, hÖ thèng qu¶n lý c¸c ®iÓm ®ç xe,
hÖ thèng thu phÝ tù ®éng...
D−íi gãc ®é ®iÒu khiÓn c¸c hÖ thèng nµy,
ë c¸c thµnh phè, c¸c n−íc kh¸c nhau mÆc dï
cã sù kh¸c nhau vÒ møc ®é, quy m« hiÖn ®¹i,
nh−ng nãi chung chóng th−êng cã cÊu h×nh c¬
b¶n sau [1, 2]:
• c¸c ph−¬ng tiÖn thu thËp th«ng tin vÒ
tr¹ng th¸i dßng giao th«ng trªn ®−êng (l−u
l−îng, mËt ®é xe...), vÒ ph−¬ng tiÖn giao
th«ng (vËn tèc, vÞ trÝ, tr¹ng th¸i kü thuËt...);
• c¸c thiÕt bÞ hiÓn thÞ th«ng tin ®iÒu hµnh:
ë trung t©m (b¶n ®å ®iÖn tö c¸c tuyÕn ®−êng
cïng c¸c th«ng tin cËp nhËt), trªn ph−¬ng tiÖn
giao th«ng (mµn h×nh, ©m thanh...), trªn
®−êng (®Ìn tÝn hiÖu, b¶ng quang b¸o ®iÖn
tö...);
• c¸c ph−¬ng tiÖn truyÒn th«ng: v« tuyÕn
(sãng radio, m¹ng ®iÖn tho¹i di ®éng...), h÷u
tuyÕn (c¸p quang, m¹ng ®iÖn tho¹i cè ®Þnh...);
• trung t©m ®iÒu khiÓn: mµn h×nh gi¸m
s¸t, hÖ thèng thu thËp d÷ liÖu, xö lý trong thêi
gian thùc...
Trong ngµnh GTVT c¸c hÖ thèng nµy cßn
cã tªn gäi lµ hÖ thèng giao th«ng th«ng minh
(ITS), cã nguån gèc tõ ý t−ëng sö dông c¸c
thiÕt bÞ ®iÖn tö dÉn ®−êng trong nh÷ng n¨m
60, nh−ng chØ sau nh÷ng n¨m 80, c¸c cuéc
c¸ch m¹ng vÒ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö, vi xö lý,
m¸y tÝnh míi ®−a c¸c nghiªn cøu dÇn trë
thµnh hiÖn thùc. §Æc biÖt, hiÖn nay c¸c kÕt
qu¶ nghiªn cøu cña mét sè c«ng nghÖ míi
nh− viÔn th«ng, trÝ tuÖ nh©n t¹o, xö lý ¶nh,
®Þnh vÞ toµn cÇu (GPS)... ®ang më ra nhiÒu
triÓn väng ph¸t triÓn cho viÖc nghiªn cøu vµ
øng dông cña c¸c hÖ thèng nµy. HiÖp héi ITS
thÕ giíi còng ®ang khuyÕn c¸o c¸c n−íc
ASEAN so¹n th¶o c¸c dù ¸n tiÒn kh¶ thi vÒ
ITS cña n−íc m×nh, ®¶m b¶o s½n sµng hoµ
nhËp vµo m¹ng ITS trªn toµn thÕ giíi vµ khu
vùc.
§èi víi thùc tÕ ViÖt Nam, c¸c s¶n phÈm
nghiªn cøu nãi trªn ë n−íc ngoµi dï rÊt hiÖn
®¹i ®Òu kh«ng phï hîp vµ trùc tiÕp sö dông
®−îc v× ®Æc thï cña hÖ thèng giao th«ng ®« thÞ
trong n−íc hoµn toµn kh¸c, ®Æc biÖt lµ cã
dßng giao th«ng ®a ph−¬ng tiÖn, mËt ®é cao
víi xe m¸y lµ chÝnh, kh«ng cã ph©n lµn râ
rµng, c¬ së h¹ tÇng ch−a ph¸t triÓn, chuÈn
ho¸...
Trong n−íc ta hiÖn nay yªu cÇu c¶i thiÖn
t×nh h×nh giao th«ng t¹i c¸c thµnh phè lín hiÖn
nay ®ang trë nªn bøc xóc h¬n bao giê hÕt.
M¹ng l−íi giao th«ng nhiÒu thµnh phè lín
®ang l©m vµo t×nh tr¹ng: mËt ®é ®−êng thÊp,
sè l−îng ph−¬ng tiÖn giao th«ng c¸ nh©n t¨ng
®ét biÕn, hÖ thèng giao th«ng c«ng céng còng
nh− c¬ së h¹ tÇng ph¸t triÓn ch−a theo kÞp sù
t¨ng nhu cÇu giao th«ng... T×nh tr¹ng ¸ch t¾c
giao th«ng lµ t−¬ng ®èi phæ biÕn, g©y nhiÒu
tæn thÊt cho x· héi, ¶nh h−ëng ®Õn « nhiÔm
m«i tr−êng. Trong hoµn c¶nh ph¸t triÓn cña
n−íc ta, vÒ mÆt KHCN, c¸c gi¶i ph¸p c¶i thiÖn
giao th«ng, phßng chèng ¸ch t¾c ®−îc ®Ò ra
gåm nhiÒu khÝa c¹nh nh− c¶i t¹o nót, më
®−êng, bè trÝ ®Ìn tÝn hiÖu, tæ chøc giao th«ng,
t¨ng c−êng ®Çu t− hÖ thèng giao th«ng c«ng
céng... [4-8, 10] trong nh÷ng n¨m võa qua cã
mang l¹i mét sè kÕt qu¶ nhÊt ®Þnh. Tuy nhiªn
cã thÓ thÊy râ cßn nhiÒu bÊt cËp nh− thiÕu c¸c
gi¶i ph¸p qu¶n lý, ®iÒu hµnh tæng thÓ, viÖc
tÝnh to¸n ph©n luång, ®Þnh tuyÕn, chu kú ®Ìn
tÝn hiÖu nhiÒu n¬i cßn ch−a hîp lý, thËm chÝ
ph¶n t¸c dông, ch−a cã hÖ thèng gi¸m s¸t,
®iÒu hµnh giao th«ng kÞp thêi, thuËn tiÖn, hiÖu
qu¶... C¸c dù ¸n vÒ quy ho¹ch [9] do n−íc
ngoµi tµi trî ®Òu g¸c l¹i nh÷ng vÊn ®Ò gai gãc
cña giao th«ng ®« thÞ. C¸c dù ¸n vÒ hÖ thèng
®Ìn tÝn hiÖu giao th«ng Hµ néi [8], TP Hå ChÝ
Minh... míi chØ dõng ë viÖc l¾p ®Æt ®Ìn vµ
camera gi¸m s¸t, cßn c¸c chÕ ®é ®Ìn cã phï
hîp, tèi −u víi thùc tÕ diÔn biÕn cña dßng giao
th«ng hay kh«ng th× ch−a gi¶i quyÕt ®−îc trän
vÑn. HÖ thèng giao th«ng c«ng céng [5-6] mµ
chñ yÕu lµ xe buýt ph¸t triÓn trong vµi n¨m
gÇn ®©y ®· ®em l¹i lßng tin, thãi quen sö dông
cho ng−êi d©n thµnh phè nh−ng hÖ thèng ®iÒu
hµnh, qu¶n lý ch−a ®−îc hoµn thiÖn, hiÖn ®¹i,
ch−a ®¶m b¶o th«ng tin hai chiÒu gi÷a l¸i xe
vµ trung t©m.
Bµi b¸o nµy sÏ tr×nh bµy mét sè gi¶i ph¸p
øng dông c«ng nghÖ tù ®éng ho¸ trong c«ng
t¸c qu¶n lý, ®iÒu hµnh giao th«ng ®« thÞ ®−îc
nghiªn cøu trong khu«n khæ ®Ò tµi KHCN cÊp
Nhµ n−íc KC.03.21.
2. M« h×nh hÖ thèng ®iÒu khiÓn giao
th«ng thμnh phè th«ng minh
Nh− trªn ®· ph©n tÝch, mét hÖ thèng ®iÒu
khiÓn giao th«ng thµnh phè hiÖn ®¹i lµ cÇn
thiÕt nh−ng ph¶i phï hîp víi thùc tÕ ViÖt Nam.
Nãi c¸ch kh¸c, nã ph¶i ®¹t ®−îc nh÷ng yªu
cÇu sau:
• tÝnh hiÖn ®¹i: ¸p dông ®−îc c¸c c«ng
nghÖ míi, phï hîp víi xu h−íng ph¸t triÓn
cña thÕ giíi,
• tÝnh kh¶ thi: phï hîp víi ®iÒu kiÖn kinh
tÕ, c¬ së h¹ tÇng vµ ®Æc thï giao th«ng ViÖt
Nam, cã kh¶ n¨ng triÓn khai ngay hoÆc trong
t−¬ng lai rÊt gÇn.
• ph¸t huy ®−îc hiÖu qu¶ khai th¸c hÖ
thèng ®−êng giao th«ng vµ m¹ng l−íi ph−¬ng
tiÖn vËn t¶i: gi¶m thiÓu ¸ch t¾c, tèi −u hãa kh¶
n¨ng th«ng qua cña m¹ng l−íi giao th«ng (mµ
kh«ng xÐt ®Õn sù c¶i tiÕn c¬ së h¹ tÇng vÒ
®−êng x¸), t¨ng c−êng kh¶ n¨ng gi¸m s¸t,
qu¶n lý, ®iÒu hµnh c¸c ph−¬ng tiÖn vËn t¶i,
• t¨ng tÝnh tiÖn lîi cho ng−êi tham gia
giao th«ng: ®¶m b¶o cung cÊp c¸c th«ng tin
cÇn thiÕt kÞp thêi cho ng−êi tham gia giao
th«ng.
M« h×nh cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn
giao th«ng thµnh phè sau cã thÓ ®¸p øng
®−îc c¸c yªu cÇu trªn (h×nh 1).
§Æc ®iÓm cña m« h×nh ®Ò ra t¹o ®−îc
chu tr×nh kÝn vÒ th«ng tin trong hÖ thèng. Dßng
th«ng tin nµy ®−îc b¾t ®Çu tõ viÖc thu thËp d÷
liÖu vÒ tr¹ng th¸i thùc hÖ thèng giao th«ng,
bao gåm: th«ng tin vÒ l−u l−îng, vËn tèc dßng
xe trªn ®−êng (th«ng qua gi¶i ph¸p ®Õm xe
b»ng camera), th«ng tin vÒ vÞ trÝ, vËn tèc cña
xe (trªn c¬ së sö dông c«ng nghÖ ®Þnh vÞ toµn
cÇu GPS). C¸c th«ng tin nµy ®−îc truyÒn vÒ
trung t©m ®iÒu hµnh. ë ®©y víi sù trî gióp cña
mét sè c¸c thiÕt bÞ kh¸c nh− b¶n ®å ®iÖn tö,
phÇn mÒm m« pháng, c¬ së d÷ liÖu GIS, c¸c
thuËt to¸n ®iÒu khiÓn giao th«ng... ng−êi qu¶n
lý, ®iÒu hµnh giao th«ng cã thÓ nhanh chãng
®−a ra c¸c ph−¬ng ¸n ®iÒu khiÓn giao th«ng
tèi −u nh− ph©n luång, ®iÒu khiÓn chu kú ®Ìn
tÝn hiÖu... Cuèi cïng nh÷ng th«ng tin ®iÒu
khiÓn ®ã ®−îc ®−a ®Õn ng−êi tham gia giao
th«ng d−íi c¸c h×nh thøc nh− th«ng b¸o b»ng
c¸c b¶ng quang b¸o ®iÖn tö ®Æt trªn ®−êng,
®iÖn tho¹i di ®éng, mµn h×nh ®Æt tr−íc ng−êi
l¸i xe, ®Ìn tÝn hiÖu...
Ph−¬ng ¸n truyÒn th«ng sö dông ë ®©y
®−îc lùa chän trªn c¬ së tËn dông tèi ®a c¸c
c¬ së h¹ tÇng truyÒn th«ng ®· cã trong n−íc
nh− m¹ng ®iÖn tho¹i di ®éng vµ cè ®Þnh, hÖ
thèng c¸p quang... nh»m gi¶m thiÓu chi phÝ
®Çu t− x©y dùng.
3. ThiÕt kÕ, chÕ t¹o mét sè c¸c côm
thiÕt bÞ trong hÖ thèng
3.1. HÖ thèng gi¸m s¸t dßng xe trªn
®−êng b»ng camera
Thu thËp c¸c th«ng tin vÒ dßng xe trªn
®−êng (l−u l−îng, vËn tèc...) lµ yªu cÇu quan
träng ®Çu tiªn ®Ó qu¶n lý vµ ®iÒu hµnh giao
th«ng. Trªn thÕ giíi vÊn ®Ò nµy ®· ®−îc quan
t©m tõ rÊt l©u vµ cã nhiÒu h−íng gi¶i quyÕt
nh− sö dông ra da, sãng vi ba (cùc ng¾n),
thiÕt bÞ èng c¶m øng, c¶m øng vßng d©y...
trong ®ã hiÖn ®¹i nhÊt lµ sö dông c«ng nghÖ
xö lý ¶nh camera [3, 14-18]. Tuy nhiªn, tÊt c¶
c¸c ph−¬ng ¸n s½n cã trªn ®Òu kh«ng cã tÝnh
kh¶ thi ë ViÖt Nam do thùc tÕ kh«ng ph©n lµn
®−êng (trõ mét sè ®iÓm ®Æc biÖt nh− tr¹m thu
phÝ...) vµ dßng xe ®a ph−¬ng tiÖn cña chóng
ta.
H×nh 1. S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn giao th«ng thμnh phè th«ng minh
ChÝnh v× vËy
trong n−íc cã thÓ
coi nh− ch−a cã
thiÕt bÞ gi¸m s¸t
dßng xe trªn ®−êng,
c¸c camera gi¸m
s¸t l¾p ®Æt t¹i mét
sè nót giao th«ng
míi chØ ®¬n thuÇn
cung cÊp cho ng−êi
®iÒu hµnh bøc tranh
vÒ tr¹ng th¸i giao
th«ng mµ ch−a thÓ
cho biÕt th«ng tin vÒ
l−u l−îng, tèc ®é
dßng xe. HËu qu¶ lµ
kh«ng thÓ ®−a ra
®−îc c¸c biÖn ph¸p
®iÒu khiÓn giao
th«ng chÝnh x¸c, kÞp thêi, ch¼ng h¹n nh− viÖc
®Æt chu kú ®Ìn tÝn hiÖu lµ hoµn toµn c−ìng
bøc, kh«ng phï hîp víi tr¹ng th¸i thùc cña hÖ
thèng giao th«ng.
H×nh 2. Gi¸m s¸t dßng xe b»ng camera
Gi¶i ph¸p hîp lý ®Ò ra ë ®©y lµ khai th¸c
c«ng nghÖ xö lý ¶nh camera ®Ó chÕ t¹o thiÕt
bÞ gi¸m s¸t dßng xe. VÒ mÆt cÊu tróc thiÕt bÞ
gåm: camera c«ng nghiÖp ®Ó thu h×nh vµ mét
m¸y tÝnh nhóng tèc ®é cao lµm nhiÖm vô xö lý
¶nh, truyÒn c¸c th«ng tin kÕt qu¶ (l−u l−îng
tõng lo¹i xe, vËn tèc dßng xe...) vÒ trung t©m
qua hÖ thèng c¸p quang. ThiÕt bÞ ®−îc ®Æt
trªn ®−êng, ë ®é cao 10 – 15 m, vu«ng gãc
víi mÆt ®−êng.
H¹t nh©n cña hÖ thèng lµ phÇn mÒm xö
lý ¶nh [11]. PhÇn mÒm nµy cho phÐp ®Õm vµ
ph©n lo¹i c¸c xe (xe buýt, xe t¶i, « t« con, xe
m¸y), tÝnh to¸n vËn tèc trung b×nh cña dßng
xe dï c¸c xe ch¹y kh«ng theo lµn cè ®Þnh
(h×nh 2). Ngoµi −u ®iÓm chÝnh nµy, so víi c¸c
ph−¬ng thøc ®Õm xe phæ biÕn kh¸c nh− c¶m
øng vßng tõ, ph−¬ng ¸n sö dông camera cßn
cã mét sè c¸c −u ®iÓm kh¸c nh−: rÎ, Ýt bÞ háng
hãc, dÔ l¾p ®Æt vµ b¶o d−ìng...
3.2. ThiÕt bÞ gi¸m s¸t hµnh tr×nh xe [12]
§©y lµ thiÕt bÞ ®Æt trªn xe nh»m môc ®Ých
thu thËp c¸c th«ng tin vÒ vÞ trÝ vµ tèc ®é xe sö
dông c«ng nghÖ ®Þnh vÞ toµn cÇu GPS. Nh÷ng
th«ng tin nµy cho phÐp ng−êi qu¶n lý gi¸m s¸t
®−îc chÝnh x¸c hµnh tr×nh xe ®Ó cã thÓ ®Ò ra
c¸c biÖn ph¸p qu¶n lý, ®iÒu hµnh hîp lý. ThiÕt
bÞ gåm c¸c phÇn chÝnh lµ ¨ng ten GPS (cã thÓ
®Æt trong xe hoÆc trªn nãc xe), c¸c m¹ch ®iÖn
tö vµ phÇn mÒm thu thËp, xö lý, truyÒn th«ng
tin. Nguån ®iÖn cho thiÕt bÞ ®Æt trªn xe ®−îc
lÊy tõ nguån ®iÖn s½n cã trªn xe th«ng qua
phÝch c¾m.
Tïy theo ph−¬ng thøc truyÒn th«ng tin
thiÕt bÞ ®−îc chÕ t¹o d−íi 2 d¹ng: off-line
(kh«ng trùc tuyÕn) vµ on line (trùc tuyÕn).
a) ThiÕt bÞ gi¸m s¸t hμnh tr×nh off-line
(kiÓu hép ®en)
ThiÕt bÞ thu thËp c¸c th«ng tin nãi trªn víi
chu kú lÊy mÉu mÆc ®Þnh lµ 10s (hoÆc cã thÓ
lùa chän tõ 1 ®Õn 300 s) vµ l−u tr÷ ®−îc 6144
lÇn (cã thÓ më réng ®Õn 12288 lÇn). Sau khi
kÕt thóc hµnh tr×nh c¸c th«ng tin nµy ®−îc ®æ
ra m¸y tÝnh qua cæng COM hoÆc thiÕt bÞ