H thng giao thong thong minh cho dng

Nhằm cố gắng để kết quả nghiên cứu có thể hữu ích nhất, nhóm nghiên cứu định hướng như sau:  Với những vấn đề mới lần đầu được đề cập đến: phân tích lựa chọn khả năng áp dụng trong điều

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GTVT

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GTVT

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2009

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIAO THÔNG THÔNG MINH (ITS) TRONG QUẢN LÝ KHAI THÁC, ĐIỀU HÀNH GIAO THÔNG VÀ THU PHÍ TRÊN HỆ THỐNG ĐƯỜNG Ô TÔ CAO TỐC VIỆT NAM

Mã số đề tài: DT094039

Cơ quan chủ quản Đề tài : Bộ Giao thông Vận tải

Cơ quan chủ trì Đề tài : Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

Nhóm nghiên cứu

Chủ nhiệm đề tài:

TS Nguyễn Hữu Đức

Các thành viên:

ThS Nguyễn Đình Khoa - Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

TS Nguyễn Quang Tuấn - Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

TS Bùi Xuân Ngó - Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

KS Tạ Văn Giang - Chuyên gia Dự án JICA tại trưởng Cao đẳng giao thôngNguyễn Hồng Phượng - ĐH Kinh doanh và Công nghệ Hà Nội

Nguyễn Thiên Hương - ĐH Southampton, UK

Thượng tá ThS Phạm Hồng Sơn - dự án JICA tại Học viện Cảnh sát nhân dânĐại úy TS Nguyễn Thành Trung - dự án JICA tại Học viện Cảnh sát nhân dânĐại tá TS Phạm Trung Hòa - dự án JICA tại Học viện Cảnh sát nhân dân

Cộng tác viên:

GS TS Frank Rudolf - Khoa Toán-Tin, Đại học Kỹ thuật Leipzig, CHLB Đức

TS Saito Takeshi - Viện Nghiên cứu An toàn giao thông Nhật Bản

Takagi Michimasa - Tư vấn trưởng dự án JICA tại Học viện Cảnh sát nhân dân

GS TS Marcus Ingle - Princeton University, Hoa Kỳ

LỜI NÓI ĐẦU

Đề tài cấp Bộ GTVT “Nghiên cứu ứng dụng giao thông thông minh (ITS) trong

quản lý khai thác, điều hành giao thông và thu phí trên hệ thống đường ô tô cao tốcViệt Nam” này lẽ ra đã được thực hiện mấy năm trước Vì những lý do khác nhau, naymới được tiến hành Do vậy, bối cảnh đã thay đổi nhiều so với lúc đặt vấn đề ban đầu:nhiều nghiên cứu và ứng dụng thực tế đã và đang được triển khai

Để thực hiện đề tài, một nhóm nghiên cứu được Viện Khoa học và Công nghệ

GTVT thành lập với sự tham gia tự nguyện của nhiều chuyên gia quốc tế

Nhằm cố gắng để kết quả nghiên cứu có thể hữu ích nhất, nhóm nghiên cứu định

hướng như sau:

 Với những vấn đề mới lần đầu được đề cập đến: phân tích lựa chọn khả năng áp

dụng trong điều kiện Việt Nam,

 Với những ứng dụng đã có: nêu lên các bài học thành công và chưa thành công;

 Với các nghiên cứu khác đã / đang có: tập hợp và đưa ra một số đề xuất riêng;

 Với các thông tin tản mản từ nhiều nguồn: tập hợp hệ thống để bạn đọc có một

cái nhìn tổng quan và có nhiều thông tin tham khảo

Các đóng góp của Đề tài được hệ thống dưới dạng Kết luận / Kiến nghị và Bài học

kinh nghiệm chung

Tuy đã có nỗ lực liên hệ, nhưng nhóm nghiên cứu không thể thu thập hết được các

thông tin về các nghiên cứu / công trình ứng dụng đã / đang có ở Việt Nam n ên có thểcòn sót một số nội dung liên quan

Để có thể trao đổi rộng rãi, bản thảo đã được công bố trên trang học thuậtwww.accademia.edu và cũng đã nhận được nhiều ý kiến/thông tin hữu ích

Nhóm nghiên cứu xin chân thành cám ơn các đồng chí lãnh đạo, cán bộ nghiêncứu, các đơn vị, cá nhân đã quan tâm ủng hộ và giúp đỡ, đặc biệt là Viện Khoa học vàCông nghệ GTVT và Học viện Cảnh sát nhân dân Xin bầy tỏ cám ơn đặc biệt củanhóm tới Trung tâm An toàn giao thông (Viện Khoa học và Công nghệ GTVT ) và cácbạn La Văn Ngọ, Bùi Tiến Mạnh và Nguyễn Kim Bích về những giúp đỡ quý báutrong việc đáp ứng các thủ tục hành chính phức tạp

Chúng tôi mong tiếp tục nhận được các ý kiến / nhận xét để để tài đạt kết quả tốt

hơn Mọi ý kiến xin gửi về địa chỉ e-mail ducnghuu@vnn.vn hayducnghuu@yahoo.com Xin chân thành cám ơn

TM Nhóm nghiên cứuChủ nhiệm đề tài

TS Nguyễn Hữu Đức

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ITS (HỆ THỐNG GIAO THÔNG

1.1.1 ITS là gì 1

1.1.2 Tiêu thức phân loại cách tiếp cận hệ thống ITS 3

1.1.3 Sơ lược tình hình phát triển ITS ở các nước 15

1.1.4 Tổng quan về lợi thế của ITS 20

1.2 Tình hình ứng dụng ITS nói chung và cho đường ô tô cao tốc nói riêng trên thế giới 21 1.3 Tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Việt Nam và xác định mục tiêu đối với việc ứng dụng ITS 29 1.3.1 Giao thông đường bộ: liên tục phát triển nhưng còn nhiều bất cập 29

1.3.1.1 Liên tục phát triển 29 1.3.1.2 Nhưng còn nhiều bất cập, một các nguyên nhân là do không có thông tin/ dữ liệu thực và kịp thời 33 1.3.1.3 ITS và sức mạnh của thông tin: Giải pháp? 34 1.3.2 Tình hình phát triển ITS tại Việt Nam: xác định mục tiêu ứng dụng 35

1.3.2.1 Tình hình phát triển ITS tại Việt Nam 35 1.3.2.2 Mục tiêu ứng dụng 48 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ KIẾN TRÚC ITS 51 2.1 Những vấn đề chung về kiến trúc ITS 51 2.1.1 Khái niệm 51

2.2.1.1 Thuật ngữ “Kiến trúc” trong Công nghệ 51 2.2.1.2 Kiến trúc của một hệ thống ứng dụng ITS 52 2.1.1.3 Kiến trúc ITS ở tầng quốc gia và tầng địa phương 53 2.1.2 Yêu cầu chung và tầm quan trọng của kiến trúc ITS 54

2.1.2.1 Đặc điểm chung 54 2.1.2.2 Yêu cầu xây dựng kiến trúc 54 2.1.2.3 Tầm quan trọng 55 2.1.3 Mức kiến trúc ITS 56

2.1.4 Các yếu tố cấu thành kiến trúc ITS 57

2.1.5 Việc xây dựng kiến trúc ITS quốc gia 61

2.1.5.2 Cách thức tiếp cận xây dựng “Kiến trúc ITS quốc gia” 62 2.2 Nghiên cứu kiến trúc ITS đã và đang được triển khai tại châu Âu và Hoa Kỳ 62 2.2.1 Kiến trúc ITS tại châu Âu 63 2.2.2 Kiến trúc ITS tại Hoa Kỳ 66

2.3 Nghiên cứu kiến trúc ITS đã và đang được triển khai tại Nhật Bản và Hàn Quốc

69 2.3.1 Kiến trúc ITS tại Nhật Bản 70

2.3.1.3 Quan hệ giữa mức độ phát triển ITS với chất lượng cuộc sống Nhật

2.3.2 Kiến trúc ITS và Quy hoạch tổng thể ITS của Hàn Quốc 75

2.4 Nghiên cứu kiến trúc ITS đã và đang được triển khai tại Trung Quốc và một số

2.4.1 Kiến trúc ITS tại Trung Quốc 78 2.4.1.1 Nguyên tắc cơ bản việc thiết lập kiến trúc hệ thống ITS Trung Quốc 78

2.4.2 Kiến trúc ITS tại một số nước trong khu vực Đông Nam Á 81

2.4.3 So sánh tình hình thực hiện một số nhóm dịch vụ trong Kiến trúc ITS quốc gia ở một số quốc gia / vùng lãnh thổ 91

2.5.1 Tổng hợp và phân tích các bài học kinh nghiệm của thế giới 98 2.5.2 Hướng tới một kiến trúc ITS quốc gia của Việt Nam 103 2.5.2.1 Đề xuất của VITRANSS 2 về Kiến trúc ITS cho mạng đường liên tỉnh

103 2.5.2.2 Kiến trúc hệ thống ITS quốc gia Việt Nam: Một phương thức xây dựng

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT KHUNG CÁC TIÊU CHUẨN CƠ BẢN CỦA

3.1.1 Ý nghĩa của việc tiêu chuẩn hóa ITS 115 3.1.2 Các Cơ quan / Tổ chức tiêu chuẩn hóa ITS 116

3.1.3 Tổng quan về các tiêu chuẩn ITS 120 3.1.3.1 Lĩnh vực tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật của các công nghệ để hình

3.2 Nghiên cứu, đề xuất phương pháp tiếp cận phù hợp đối với công tác tiêu chuẩn

3.2.1 Xác định yêu cầu đối với tiêu chuẩn, quy chuẩn 124

3.2.2 Xây dựng tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật 129 3.2.2.1 Xác định đối tượng tiêu chuẩn hóa: Công việc số 1 trong việc xây dựng

3.3 Nghiên cứu, đề xuất khung các tiêu chuẩn cơ bản của ITS cho đường ô tô cao tốc Việt Nam bao gồm: cấu trúc chung của hệ thống tiêu chuẩn, các yêu cầu đối

3.3.1 Khung tiêu chuẩn kỹ thuật của hệ thống ITS theo VITRANSS2 132 3.3.2 Hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật cơ bản của hệ thống ITS cho đường ô tô cao tốc: Cấu trúc chung 133 3.3.2.1 Tiêu chuẩn hóa lĩnh vực các công nghệ để hình thành dịch vụ ITS 133 3.3.2.2 Tiêu chuẩn hóa trong lĩnh vực các dịch vụ người sử dụng kiến trúc ITS

141 3.3.3 Về một số vấn đề liên quan đến tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật ITS đang được triển khai thực hiện 149

3.4 Phân tích, lựa chọn và chuyển đổi một tiêu chuẩn từ hệ thống tiêu chuẩn quốc

3.4.1 Phân tích, lựa chọn 154

3.4.2 Phần chuyển dịch tiêu chuẩn 154

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ITS TRONG QUẢN LÝ, ĐIỀU HÀNH GIAO THÔNG TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ CAO TỐC VIỆT NAM 182 4.1 Nghiên cứu tổng quan về mô hình quản lý điều hành đường ô tô cao tốc và hệ thống đường cao tốc 182 4.1.1 Mục tiêu của việc quản lý và điều hành đường cao tốc 182

4.1.2 ITS và quản lý, điều hành giao thông trên đường ô tô cao tốc 183

4.1.3 Mô hình quản lý, điều hành 185

4.1.4 Tổng quan về hoạt động quản lý điều hành giao thông 186

4.2 Nghiên cứu ứng dụng ITS trong quản lý điều hành giao thông trên đường tô tô cao tốc Việt Nam 187 4.2.1 Hệ thống theo dõi, giám sát trên đường cao tốc 187

4.2.2 Hệ thống điều tiết dòng xe vào, ra đường cao tốc: điều tiết dòng xe trên làn dẫn đường cao tốc 189

4.2.2.1.Yếu tố kỹ thuật 189 4.2.2.2 Công nghệ 192 4.2.3 Quản lý việc sử dụng làn xe trên đường cao tốc 193

4.2.3.1 Điều hành giao thông ở làn cao tốc chính 193 4.2.3.2 Điều hành giao thông trên làn 194 4.2.4 Quản lý và xử lý các sự cố giao thông 198

4.2.4.1 Tổng quan 198 4.2.4.2 Thiết bị dò (detector) 200 4.2.5 Quản lý và xử lý các tình huống khẩn cấp 203

4.2.6 Hệ thống thông tin cho người lái xe 204

4.2.6.3 Thông tin giao thông cho người đi đường thông qua DMS 207

CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ITS TRONG QUẢN LÝ THU PHÍ ĐIỆN TỬ

208

5.1.1 Văn tắt quá trình lịch sử của việc thu phí đường bộ 208 5.1.2 Tổng quan về các biện pháp thu phí trên đường cao tốc 210 5.1.3 Thu phí tự động: tình hình hiện nay và các đòi hỏi trong tương lai 217 5.2 Nghiên cứu ứng dụng ITS trong quản lý thu phí tự động trên đường cao tốc Việt

5.2.1 Khái quát 222 5.2.2 Những yêu cầu chung đối với hệ thống 224 5.2.3.Lựa chọn công nghệ 225 5.2.3.1 Lựa chọn công nghệ thông tin giữa Xe (thiết bị trên xe) và Đường 225

5.2.3.3 Công nghệ truyền thông tin cự ly ngắn dành riêng DSRC (Dedicated

5.2.3.4 Công nghệ liên lạc không dây GSM (3G, 4G /WiMax) kết hợp công

5.2.4 Những yêu cầu cơ bản đối với thiết bị trên xe (OBU) 251

5.2.5 Những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống thiết bị bên đường (RSU) 259

5.2.6 Những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống xử lý dữ liệu 267 5.2.6.1 Yêu cầu đối với hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu tại Trạm thu phí 267

5.2.7 Những yêu cầu cơ bản đối Trung tâm kiểm soát thu phí 269

5.3 Nghiên cứu sơ đồ bố trí lắp đặt hệ thống thu phí tự động dùng ITS trên đường

5.3.1 Công nghệ thu phí qua điện thoại di động (ý tường đề xuất cho áp dụng thí điểm)271

5.3.2 Công nghệ RFID / DSRC 274

6.1.1 Kết luận 1: Các nhóm dịch vụ ưu tiên cho người sử dụng của ITS 282 6.1.2 Kết luận 2: Hệ thống theo dõi, giám sát trên đường cao tốc 282 6.1.3 Kết luận 3: ITS và việc quản lý điều hành đường cao tốc 283 6.1.3.1 Hệ thống điều tiết dòng xe vào, ra đường cao tốc: điều tiết dòng xe

6.2.5 Kiến nghị 5: Phương thức thông tin Đường -Xe (V2I) trong thu phí điện tử 287

6.3.1 Bài học 1: Kinh nghiệm từ các ứng dụng ITS chưa hiệu quả 288 6.3.2 Bài học 2: Tổng hợp và phân tích các bài học kinh nghiệm của thế giới về Kiến trúc ITS 289

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 300

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1.1 Các miền dịch vụ / nhóm dịch vụ ITS theo Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế

(ISO) 5

Bảng 1.3.1 Hạ tầng đường bộ 30

Bảng 1.3.2 Số lượng phương tiện cơ giới đường bộ đã đăng ký 31

Bảng 1.3.3 Vận tải đường bộ 32

Bảng 1.3.4 Tai nạn giao thông đường bộ 33

Bảng 2.1.1 Mô hình 4 cấp để phân tích kiến trúc ITS 57

Bảng 2.1.2 Yếu tố cấu thành kiến trúc hệ thống ITS 57

Bảng 2.2.1 Kiến trúc khung ITS ở Châu Âu (FRAME) 65

Bảng 2.3.1 Kiến trúc hệ thống dịch vụ người dùng của ITS Nhật Bản 73

Bảng 2.4.1 Tình hình thực hiện một số dịch vụ người sử dụng trong kiến trúc ITS quốc gia của Trung Quốc 80

Bảng 2.4.2 Dịch vụ người sử dụng ITS ở Malaysia 82

Bảng 2.4.3 Xây dựng kiến trúc ITS trong nghiên cứu kế hoạch tổng thể 83

Bảng 2.4.4 Đề xuất về dịch vụ và nhóm dịch vụ cho người sử dụng ITS ở Thái Lan 86 Bảng 2.4.5 Điểm mạnh và điểm yếu của Thái Lan trong phát triển ITS 87

Bảng 2.4.6 Cơ hội và thách thức của Thái Lan trong phát triển ITS 88

Bảng 2.4.7 Tình hình thực hiện một số dịch vụ người sử dụng trong kiến trúc ITS quốc gia của Singapore 90

Bảng 2.4.8 So sánh tình hình thực hiện một số nhóm dịch vụ trong Kiến trúc ITS quốc gia ở một số quốc gia / vùng lãnh thổ 92

Bảng 2.5.1 Các dịch vụ ITS và quy mô thành phố 102

Bảng 2.5.2 Kết quả thử nghiệm đánh giá lựa chọn các dịch vụ cho Kiến trúc tổng thể quốc gia về ITS Việt Nam 108

Bảng 3.1.1 Các tổ công tác của ISO/TC204 117

Bảng 3.1.2 Quan hệ tương ứng các tổ công tác CEN/TC278 và ISO/TC204 119

Bảng 3.1.3 Các tổ công tác Tiêu chuẩn hóa ITS Nhật Bản 120

Bảng 3.3.1 Loại tiêu chuẩn công nghệ thông tin để hình thành dịch vụ ITS hiện hành 133

Bảng 4.2.1 Phạm vi ứng dụng của 7 nhóm thiết bị dò 202

Bảng 5.2.1 Ký hiệu một vài loại thiết bị của các hãng sản xuất đã có ở Việt Nam 232

Bảng 5.2.2 So sánh công nghệ thu phí 237

Bảng 5.2.3 So sánh công nghệ DSRC, RFID và một số công nghệ khác 239

Bảng 5.2.4 Kinh nghiệm Sử dụng của Active RF-Tag cho Thu phí tại Mỹ 242

Bảng 5.2.5 Áp dụng Passive RF-Tag biểu phí tương ứng chiều dài quãng đường ở Mỹ 242

Bảng 5.2.6 So sánh các phương pháp vận hành làn thu phí ETC tại trạm thu phí 246

Bảng 5.2.7 Giới hạn độ nhạy của OBU 252

Bảng 5.2.8 Các mức và tần số của tín hiệu nhiễu 252

Bảng 5.2.9 Giới hạn phát xạ giả của OBU 253

Bảng 5.2.10 Điều kiện môi trường xung quanh đối với thiết bị trên xe (OBU) 255

Bảng 5.2.11 Điều kiện môi trường xung quanh đối với máy chủ quản lý OBU 258

Bảng 5.2.12 Các giới hạn mặt nạ phổ 260

Bảng 5.2.13 Giới hạn cho phát xạ giả dẫn và phát xạ giả bức xạ 260

Bảng 5.2.14 Các giới hạn mức loại bỏ cùng kênh 261

Bảng 5.2.15 Giới hạn độ chọn lọc kênh kề 262

Bảng 5.2.16 Điều kiện môi trường xung quanh đối với thiết bị bên đường (RSU) 266

Bảng 5.3.1 Danh mục các thiết bị chính ở khu vực thu phí 276

Bảng 5.3.2 So sánh các phương thức trả phí khác nhau đối với ETC 281

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1.1 ITS với 16 lĩnh vực ứng dụng chính 10

Hình 1.1.2 Lịch sử phát triển của ITS 11

Hình 1.2.1 Thông tin đa chức năng 22

Hình 1.2.2 Thông tin thời gian thực 22

Hình 1.2.3 Hệ thống thông tin hành khách tiên tiến 23

Hình 1.2.4 Thu phí ùn tắc (giao thông đô thị) 24

Hình 1.2.5 Trung tâm kiểm soát phương tiện 24

Hình 1.2.6 Quản lý vận tải hàng hóa 25

Hình 1.2.7 Thanh toán điện tử 26

Hình 1.2.8 Trạm thu phí 26

Hình 1.2.9 Hệ thống kiểm soát an toàn 27

Hình 1.2.10 Hệ thống Camera giám sát (CCTV) 28

Hình 1.2.11 Hệ thống điện thoại khẩn cấp – eCall trên xe ô tô 28

Hình 1.3.1 Đề tài cấp bộ năm 1999 về Giao thông trí tuệ (ITS) 36

Hình 1.3.2 Hệ thống giám sát giao thông bằng hình ảnh trên tuyến Pháp Vân- Cầu Giẽ 38

Hình 2.1.1 Lưu đồ kiến trúc Logic 59

Hình 2.1.2 Chuyển đổi từ kiến trúc logic sang kiến trúc vật lý 60

Hình 2.2.1 Tiến trình nghiên cứu Kiến trúc ITS ở Châu Âu 64

Hình 2.2.2 Ứng dụng Kiến trúc FRAME trong quá trình quy hoạch ITS 64

Hình 2.2.3 Phát triển ITS trên cơ sở Kiến trúc tổng thể ở Hoa Kỳ 67

Hình 2.2.4 Sơ đồ kiến trúc Vật lý cấp cao của ITS Hoa Kỳ, phiên bản 7.0 (2012) 69

Hình 2.3.1 Quá trình phát triển Kiến trúc ITS của Hàn Quốc 77

Hình 2.4.1 Thiết lập kiến trúc hệ thống ITS củaMalaysia 85

Hình 2.5.1 Gói công việc của VITRANSS 2 103

Hình 2.5.2 Ba dịch vụ và các gói công việc do VITRANSS2 đề xuất 104

Hình 2.5.3 Kiến trúc ITS tổng thể do VITRANSS2 đề xuất cho mạng đường liên tỉnh 106

Hình 3.1.1 Sản phẩm ITS cần được tiêu chuẩn hóa 115

Hình 3.2.1 Tính tương hợp (Khả năng cộng tác) 128

Hình 3.2.2 Giải thích nghĩa hẹp của “Tính tương thích” 129

Hình 3.3.1 Khung tiêu chuẩn kỹ thuật của hệ thống ITS theo VITRANSS2 133

Hình 3.3.2 Sơ đồ kiến trúc Vật lý cấp cao của ITS Hoa Kỳ (2012) 142

Hình 4.1.1 Các lĩnh vực và dịch vụ người dùng trong quản lý, điều hành đường cao tốc 184

Hình 4.1.2 Sơ đồ khối quá trình quản lý, điều hành đường cao tốc 186

Hình 4.2.1 Tín hiệu tại làn dẫn vào đường cao tốc 189

Hình 4.2.2 Bảng phản xạ 197

Hình 4.2.3 Các nhóm dịch vụ và dịch vụ người dùng “Quản lý và xử lý các tình huống khẩn cấp” 203

Hình 5.1.1 Bốn thành phần chính của hệ thống thu phí 210

Hình 5.2.1 Dịch vụ thu phí không dừng 224

Hình 5.2.2 Biểu đồ áp dụng công nghệ DSRC tại 3 khu vực chính trên thế giới 231

Hình 5.2.3 Thiết bị thu phí tự động ETC 232

Hình 5.2.4 Sơ đồ thu phí theo công nghệ RFID hay DSRC 233

Hình 5.2.5 Việc sử dụng chung hệ thống giữa các ĐVVH đường khác nhau tại Nhật 241

Hình 5.2.6 Cải thiện độ chính xác bằng cách lặp lại thông tin liên lạc dữ liệu 243

Hình 5.2.7 Tính năng bổ sung của DSRC (5.8GHz) và tần số vô tuyến (865 MHz) 244 Hình 5.2.8 Kết hợp sử dụng ETC với Chạm & Đi 245

Hình 5.2.9 Cách sử dụng kết hợp áp dụng cho mạng đường cao tốc 245

Hình 5.2.10 Vận hành làn thu phí linh hoạt 245

Hình 5.2.11 Thế hệ ETC kế tiếp dựa trên công nghệ GPS và DSRC (hoặc IR) 247

Hình 5.2.12 Nâng cấp thế hệ ETC kế tiếp 248

Hình 5.2.13 Các phương pháp kiểm tra tài khoản trả trước 249

Hình 5.2.14 Phân bổ tài khoản trả trước đến tất cả các làn thu phí 249

Hình 5.2.15 Vấn đề do khoảng thời gian cập nhật tài khoản trả trước 250

Hình 5.2.16 Các vấn đề gây ra do chất lượng viễn thông thấp 250

Hình 5.2.17 Khe thời gian đo sai số tần số 253

Hình 5.3.1 Quá trình thu phí qua điện thoại di động 272

Hình 5.3.2 Công thu phí ETC và OBU 274

Hình 5.3.4 Sơ đồ bố trí lắp đặt hệ thống ETC 275

Hình 5.3.5 Sơ đồ bố trí antenna ở hai đầu trạm 278

Hình 5.3.6 Nguyên lí làm việc của RFID 279

Hình 5.3.7 Cấu tạo của modul reader 279

Hình 5.3.8 Sơ đồ kết nối thiết bị ngoại vi với modul reader 279

Hình 5.3.9 Module ASM 279

DANH MỤC CÁC HỘP

Hộp 1.1.1 Quy mô và tăng trưởng của công nghệ thông tin 2

Hộp 1.1.2 Các định nghĩa khác nhau về Giao thông thông minh (ITS) 2

Hộp 1.3.1 Trung tâm Điều khiển giao thông Hà Nội: Ứng dụng ITS đầu tiên 37

Hộp 1.3.2 Giám sát trật tự an toàn giao thông bằng hình ảnh của Hải Châu 38

Hộp 1.3.3 Hệ thống Điều khiển giao thông tại Thành phố Hồ Chí Minh 40

Hộp 1.3.4 Dự án thí điểm thẻ thông minh do Nhật Bản tài trợ ở Hà Nội 42

Hộp 1.3.5 Đề tài cấp nhà nước KC.01.14/11-15 về giao thông thông minh 47

Hộp 2.1.1 Định nghĩa kiến trúc hệ thống 51

Hộp 2.1.2 Kiến trúc máy tính 52

Hộp 2.1.3 Kiến trúc của một hệ thống ứng dụng ITS 53

Hộp 2.1.4 Vì sao cần có kiến trúc ITS quốc gia 53

Hộp 2.1.5 Ví dụ về gói dịch vụ 61

Hộp 2.2.1 Kiến trúc và đặc điểm của FRAME 64

Hộp 2.3.1 Mục tiêu cho từng lĩnh vực ITS trong kiến trúc ITS quốc gia Nhật Bản 72

Hộp 2.4.1 Một số ưu tiên trong phát triển ITS Trung Quốc 79

Hộp 2.4.2 “i-Transport” Hệ thống giao thông tich hợp - một ví dụ trong thực hiện kiến trúc ITS của Singapore 89

Hộp 3.1.1 Ý nghĩa của việc tiêu chuẩn hóa ITS 116

Hộp 3.2.1 Những nguyên tắc chung trong tiêu chuẩn hoá 125

Hộp 3.2.2 Yêu cầu đối với sản phẩm của Công nghệ thông tin trong hệ thống ITS 127 Hộp 3.2.3 Đối tượng tiêu chuẩn hóa đối với dịch vụ Thông tin / kiểm soát giao thông 132

Hộp 3.3.1 Các Giao thức truyền thông tiêu biểu 146

Hộp 4.1.1 Dịch vụ ITS cho người sử dụng ưu tiên thực hiện theo VITRANSS2 183

Hộp 4.2.1 Các dạng sự cố 199

Hộp 5.1.1 Văn bản pháp luật về chế độ thu, nộp và quản lý sử dụng phí sử dụng đường bộ 208

Hộp 5.1.2 Ứng dụng hệ thống ETC ở các nước 210

Hộp 5.1.3 Điện thoại di động để thanh toán phí đường bộ: Một số thí điểm đầu tiên 213

Hộp 5.1.4 Biểu khung mức thu phí 213

Hộp 5.2.1 Những bất cập trong công tác thu phí hiện nay 223

Hộp 5.2.2 Các yêu cầu chung đối với hệ thống thu phí 224

Hộp 5.2.3 Quy định về điều kiện kỹ thuật và khai thác đối với thiết bị nhận dạng vô tuyến điện (RFID) được sử dụng có điều kiện 233

Hộp 5.2.4 Phân tích so sánh các công nghệ thông tin Đường-Xe trong ETC 241

Hộp 5.2.5 Yêu cầu kỹ thuật của Công nghệ Thông tin đối với khối OBU 252

Hộp 5.2.6 Các yêu cầu kỹ thuật đối với khối phát RSU 259

Hộp 5.2.7 Các yêu cầu kỹ thuật đối với khối thu RSU 261

Hộp 5.2.8 Một sô tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật áp dụng cho Trung tâm dữ liệu269 Hộp 5.3.1 Thẻ RFID 279

Hộp 5.3.2 Phần mềm cho hệ thống ETC 280

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ KIẾN TRÚC ITS

Chương này sẽ bàn về kiến trúc của hệ thống ITS, một vấn đề “cốt tử’ của bất cứmột quốc gia nào khi muốn phát triển công nghệ giao thông thông minh Lần lượt,những nội dung liên quan về khái niệm chung, tầm quan trọng, cơ cấu và các mức kiếntrúc ITS sẽ được đề cập Tiếp theo là tổng quan về kiến trúc ITS ở một số Quốc gia,vùng lãnh thổ và một số đề xuất hiện nay về kiến trúc ITS cho Việt Nam

2.1 Những vấn đề chung về kiến trúc ITS

Cuối thế kỷ 20, thế giới bắt đầu thực hiện các dự án quy mô lớn với mục đích tiêntiến và đa dạng Đồng thời , bắt đầu có những cải thiện đáng kể trong các công nghệthành phần thiết yếu để thực hiện các dự án đó Quan trọng nhất là các công nghệ xử

lý thông tin bao gồm kỹ thuật máy tính, kỹ thuật thông tin và công nghệ viễn thông đã

đạt tới trình độ kỹ thuật số Bằng cách kết hợp công nghệ xử lý thông tin và công nghệ

viễn thông, người ta đã xây dựng được các hệ thống quy mô lớn với các mục đích tiêntiến và đa dạng

Những hệ thống quy mô lớn như vậy có thể được thực hiện do kết hợp các côngnghệ khác nhau, tạo nên các hệ thống theo nhiều cách.Vì vậy , khi xây dựng một hệ

thống, điều quan trọng là tạo ra một nhận thức chung về ý tưởng tổng thể giữa các bênliên quan, và thúc đẩy việc thực hiện hiệu quả một hệ thống tích hợp Khi xây dựngmột hệ thống quy mô lớn bao gồm các công nghệ đa dạng, việc đầu tiên là chuẩn bị

trước một kiến trúc cho toàn bộ hệ thống, và sau đó phát triển các hệ thống cụ thể phù

hợp với kiến trúc này

Hộp 2.1.1 Định nghĩa kiến trúc hệ thống Định nghĩa: Kiến trúc hệ thống là một cơ c ấu cho toàn bộ hệ thống trong đó nêu rõ các phần tử

thành phần (công nghệ và hệ thống cụ thể) và mối quan hệ của chúng với nhau.

Đây là điều chủ chốt để thiết kế và phát triển một hệ thống sao cho nó làm việc như một thể thống

nhất7.

Nguồn: “Worldbank, 2004

2.1.1 Khái niệm

2.2.1.1 Thuật ngữ “Kiến trúc” trong Công nghệ

Theo lịch sử, thuật ngữ “kiến trúc” (Architecture) được dùng trong công nghệ

cùng với tên tuổi của nhà toán học Von Neumann (xem Riley H N, 1987) Chính VonNeumann đã trả lời câu hỏi: “máy tính và hệ thống máy tính cần được tổ chức, thiết kế

và hoạt động như thế nào” Kiến trúc máy tính của ông đã đặt nền tảng cho lịch sửphát triển hơn 60 năm của công nghệ thông tin Hộp 2.1.2 nêu thêm các thông tin vềkiến trúc máy tính

7

Definition: System Architecture is a structure for the entire system that illustrates component elements (technologies and specific systems) and their relation to each other It is essential for designing and developing a system that works as a whole.

Nguồn: “Worldbank, 2004”

Hộp 2.1.2 Kiến trúc máy tính

Kiến trúc máy tính là gì?

Trong kỹ thuật máy tính, kiến trúc máy tính là các quy định chung về khái niệm và cấu trúc hoạt động căn bản của một hệ thống máy tính Nó là một bản mô tả về các yêu cầu chức năng (đặc biệt là tốc

độ và các kết nối tương hỗ) và yêu cầu thiết kế các hoạt động cho những bộ phận khác nhau của một

máy tính - tập trung chủ yếu vào việc CPU hoạt động nội tại như thế nào và tru y cập các địa chỉ trong bộ nhớ bằng cách nào.

Kiến trúc máy tính cũng có thể được định nghĩa như là khoa học và nghệ thuật lựa chọn và kết nối

các thành phần phần cứng để tạo thành các máy tính đáp ứng được các mục đích về tính năng, hiệu suất

và giá cả.

Ba bộ phận chủ yếu cấu thành kiến trúc máy tính:

1 Kiến trúc tập lệnh (Instruction set architecture, ISA), là hình ảnh trừu tượng của một hệ thống

tính toán được nhìn từ góc độ của một lập trình viên sử dụng ngôn ngữ máy (hay hợp ngữ), bao gồm t ập

lệnh, cách đánh địa chỉ bộ nhớ (memory address modes), các thanh ghi, và các định dạng địa chỉ và dữ liệu.

2 Vi kiến trúc (Microarchitecture), còn gọi là Tổ chức máy tính (Computer organization) là một mô

tả bậc thấp, cụ thể hơn về hệ thống Mô tả này nói về các bộ phận cấu thành của hệ thống được kết nối với nhau như thế nào và chúng hoạt động tương hỗ như thế nào để t hực hiện kiến trúc tập lệnh Ví dụ,

kích thước bộ đệm cache của một máy tính là một đặc điểm về tổ chức máy tính mà thường không liên quan đến kiến trúc tập lệnh.

3 Thiết kế hệ thống (System Design) bao gồm tất cả các thành phần phần cứng khác bên trong m ột

hệ thống tính toán chẳng hạn:

 Các đường kết nối hệ thống như bus (máy tính) và switch;

 Các bộ điều khiển bộ nhớ (memory controller) và các cây phả hệ bộ nhớ;

 Các cơ chế CPU off-load như Direct memory access (truy nhập bộ nhớ trực tiếp);

 Các vấn đề như đa xử lý (multi-processing).

Trong các bộ phận trên, “kiến trúc tập lệnh” thường ít thay đổi trong khi các nhà sản xuất thi nhau cải tiến các bộ phận còn lại Kiến trúc máy tính dĩ nhiên có thể có thêm các bộ phận khác.

2.2.1.2 Kiến trúc của một hệ thống ứng dụng ITS

Như đã nêu, khái niệm “kiến trúc” đã đóng vai trò quan trọng trong lịch sử pháttriển máy tính Vì vậy, không có gì ngạc nhiên, với ITS ta cũng có khái niệm “kiếntrúc của ITS” Với một loại hệ thống ứng dụng ITS, kiến trúc của nó được hiểu làkhuôn khổ quy định chung xem hệ thống ấy sẽ được tổ chức, thiết kế và hoạt động nhưthế nào (Xem Hộp 2.1.3) Ví dụ, kiến trúc chung của Hệ thống điều khiển giao thông

(TMC-Traffic Management Center) nêu rõ hệ này sẽ cung cấp những dịch vụ gì, có

chức năng gì, luồng thông tin thế nào

Khác với “kiến trúc máy tính”, vốn ra đời nhờ thiên tài của một cá nhân (Von

Neumann), kiến trúc của hệ thống ứng dụng ITS thường là do nhiều bên liên quan baogồm bên chuyên gia, bên sản xuất và bên sử dụng cùng nhau thảo ra và thống nhất

dưới một dạng nào đó

Hộp 2.1.3 Kiến trúc của một hệ thống ứng dụng ITS

Kiến trúc hệ thống ITS là một "khuôn khổ tổng thể của ITS", nó cho thấy hệ thống có những

bộ phận cấu thành chính gì và hoạt động tương hỗ giữa những bộ phận này Một phần rất quan

trọng của kiến trúc hệ thống là việc xác định và mô tả các giao diện giữa các cấu thành chính của ITS Các giao diện này cho phép các bộ phận cấu thành chính của một hệ thống giao thông thông minh tổng thể giao tiếp với nhau và làm việc cùng nhau Nhiều tiêu chuẩn kỹ thuật ITS quan trọng

được xây dựng để điều khiển các giao diện này phù hợp.

Kiến trúc hệ thống ITS cung cấp một khuôn khổ cho việc lập kế hoạch, xác định, triển khai

và tích hợp các hệ thống giao thông thông minh bằng việc xác định

- Những dịch vụ mà hệ thống ITS và các ứng dụng của nó dự kiến thực hiện.

- Những thực thể vật lý mang các chức năng này.

- Dòng thông tin và luồng dữ liệu kết nối các chức năng và các thực thể.

Điều này nghe có vẻ hơi phức tạp, nhưng nói một cách không chính thức, kiến trúc hệ thống ITS mô

tả những gì mà ITS thực hiện (dịch vụ cho người sử dụng), thực thể mà điều này xảy ra (vật lý), và thông tin di chuyển giữa các bộ phận thành phần này (luồng thông tin/dữ liệu).

Nguồn: “Worldbank, 2004”.

2.1.1.3 Kiến trúc ITS ở tầng quốc gia và tầng địa phương

Các ứng dụng ITS đối với một quốc gia đều rất đa dạng, thường cần kinh phí lớn

và nhân lực trình độ cao nên có sự tham gia của nhiều bên liên quan và được hình

thành qua nhiều giai đoạn Làm thế nào để sự đa dạng ấy không dẫn tới hỗn loạn công

nghệ Việc đầu tiên là xây dựng “Kiến trúc ITS Quốc gia”

Kiến trúc ITS quốc gia là khuôn khổ quy định chung của toàn bộ hệ thống ứng

dụng ITS trong một quốc gia, vùng lãnh thổ nhằm làm cho các ứng dụng này, dù đưa

vào sử dụng trước hay sau, địa phương này hay địa phương khác có thể kết hợp vớinhau thành một hệ thống chung Kiến trúc ITS quốc gia xác định khung thống nhấtlàm cơ sở cho việc hướng dẫn triển khai phối hợp chương trình ITS ở khu vực côngcộng cũng như tư nhân.Nó là xuất phát điểm để từ đó các nhà đầu tư có thể cùng làmviệc với nhau tạo ra sự đồng bộ giữa các phần tử trong ITS một cách đảm bảo

Kiến trúc ITS địa phương dựa trên một số quan điểm và quy hoạch hệ thống ITS

địa phương và dựa vào kiến trúc Quốc gia để xây dựng nên Kiến trúc ITS địa phương

cần theo kiến trúc Quốc gia, lựa chọn ra những dịch vụ phù hợp theo yêu cầu của địa

phương, đồng thời dựa trên đặc điểm bản thân mà thêm vào nội dung bộ phận thíchứng Kiến trúc ITS địa phương cho thấy toàn bộ yêu cầu về ITS và nổi bật đặc thù địaphương

Kiến trúc nhánh dựa trên kiến trúc địa phương làm cơ sở, dựa trên kiến trúc địa

phương đưa ra những nhánh cơ sở tiến hành quy hoạch Trong tình huống không có

kiến trúc hệ thống địa phương, kiến trúc nhánh có thể xây dựng trực tiếp từ kiến trúcquốc gia

Hộp 2.1.4 Vì sao cần có kiến trúc ITS quốc gia

ITS là một hệ thống mới kết nối công nghệ giao thông vận tải với công nghệ thông tin và truyền thông Nếu có một dự án ITS mà người tham gia (tư nhân hay cơ quan công quyền) có cách hiểu khác nhau về hệ thống (sẽ thiết lập và cung cấp dịch vụ gì, chẳng hạn) , thì việc xác định dự án rất khó Một

khi các nhà sản xuất khác nhau thiết lập các hệ thống, phù hợp với nhu cầu, khả năng của họ thì việc chia sẻ thông tin rất khó vì các hệ thống sẽ khác nhau theo khu vực và chức năng , mức độ tương hợp của thiết bị có thể thấp Vì vậy, dù là người thực hiện hoặc khai thác hệ thống, cần đảm bảo khả năng

tương hợp và khả năng tương thích của hệ thống , tạo điều kiện chia sẻ thông tin và sử dụng hiệu quả

các thành phần hệ thống.Về vấn đề này, kiến trúc ITS quốc gia được thành lập để bảo đảm khả năng

tương hợp và khả năng tương thích của các hệ thống đó Kiến trúc là một khung cơ bản cho cấu trúc ,

chức năng và vai trò của dịch vụ ITS cho người sử dụng.

Kiến trúc ITS quốc gia như là một loại hình ảnh lớn hiển thị những chức năng và bộ phận cấu thành của hệ thống mà mọi nhà sản xuất sẽ tuân theo khi lập kế hoạch, thiết kế, xây dựng và khai thác

và có mối tương quan với các hệ thống khác Nó cung cấp nền tảng để đảm bảo khả năng tương hợp

và khả năng tương thích của hệ thống ở cấp quốc gia , và hỗ trợ việc lập kế hoạch và thi ết kế và ngăn chặn khả năng chồng chéo dịch vụ hoặc là không có một loại dịch vụ nào đó.

d Thường được chia thành từng khối (modul) lắp ghép lẫn nhau;

c Thường được xây dựng theo từng giai đoạn

2.1.2.2 Yêu cầu xây dựng kiến trúc

Hệ thống cần đáp ứng 8 yêu cầu sau:

+ Đảm bảo tính khách quan của thông tin /dữ liệu đầu vào / đầu ra;

+ Đảm bảo tính tương thích với tiêu chuẩn quốc tế ISO 14813 -1:2007-02 (Kiến trúcITS);

+ Đảm bảo tính phù hợp với các điều kiện kinh tế và xã h ội (như về các khía cạnhluật pháp, hiện trạng cơ sở hạ tầng, công nghiệp và các quy định về thông tin, truyền

thông, điều kiện thời tiết khắc nghiệt, tình hình phân bố dân số Trong đó cần đặc biệtchú ý đến những khu vực có cơ sở hạ tầng chưa phát triển như nông thôn, vùng núi

yếu tố đông xe máy và sự tôn trọng luật giao thông còn thấp);

+ Đảm bảo tính tổng thể, toàn diện cho tất cả các loại đường (không chỉ đường caotốc), khu vực của mạng lưới giao thông;

+ Đảm bảo tính linh hoạt để phù hợp với các thay đổi về nhu cầu xã hội cũng như

sự phát triển khoa học công nghệ;

+ Đảm bảo khả năng kế thừa, tích hợp và liên thông giữa các phần mềm;

+ Là một hệ thống mở xét về phần cứng;

+ Đảm bảo khả năng nâng cấp của hệ thống sau này

2.1.2.3 Tầm quan trọng

Với các đặc điểm và tám yêu cầu nêu trên, việc quy hoạch, lập kế hoạch ứng dụngcông nghệ ITS một cách tối ưu là cần thiết Kiến trúc ITS quốc gia cung cấp cơ sở choviệc lập quy hoạch tổng thể, quy hoạch riêng phần, lập kế hoạch và tổ chức thực hiệnứng dụng công nghệ ITS, bao gồm cả việc xác định tiến trình ứng dụng, cách thức tổchức, phân tích chi phí, lợi ích và đánh giá rủi ro

Một kiến trúc hệ thống quốc gia hoặc khu vực quan trọng ở chỗ đây là một khẳng

định chính thức về cách tiếp cận ITS cấp quốc gia hoặc cấp khu vực, và là bước đầutiên trên con đường tạo ra thiết kế chi tiết Tiếp theo, việc thành lập và sử dụng kiến

trúc ITS bổ sung đáng kể giá trị cho quá trình phát triển ITS tổng thể theo nhiều cáchkhác nhau

a Phù hợp với mọi bên liên quan

Kiến trúc ITS được phát triển từ một tập hợp các yêu cầu chức năng dựa trên nhucầu của người dùng và tập hợp các dịch vụ cho người sử dụng Chúng được xác địnhthông qua tham vấn với người sử dụng và các bên liên quan Vì vậy, kiến trúc đảm bảorằng ITS sẽ được thực hiện để đáp ứng nhu cầu của tất cả các bên liên quan, chứkhông phải thực hiện công nghệ chỉ vì lợi ích công nghệ

b Thúc đẩy phát triển các tiêu chuẩn kỹ thuật ITS

Kiến trúc ITS cũng sẽ hiển thị rõ ràng các quy trình quan trọng đòi hỏi một giaodiện / giao thức chuẩn hóa, đặc biệt là việc trao đổi thông tin liên lạc và dữ liệu Bằngviệc xác định các hệ thống phụ khác nhau và các dữ liệu lưu thông giữa chúng, kiếntrúc cung cấp bối cảnh cho sự phát triển các tiêu chuẩn kỹ thuật8

c Cung cấp các lợi ích thương mại

Việc thiết kế và cung cấp các hệ thống ITS phụ và những bộ phận cấu thành đã

tiêu chuẩn hóa phù hợp với kiến trúc ITS sẽ kích thích thị trường mở trong việc cung

cấp thiết bị và phần mềm , đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu và thông tin, khuyến

khích đầu tư, và giúp đảm bảo khả năng tương hợp

d Quản lý rủi ro.

Một kiến trúc ITS tốt sẽ giúp các bên liên quan xem xét trước các khả năng thấtbại và hỗ trợ các bước hợp lý để giúp bảo đảm hiệu suất hệ thống một cách tốt nhất

trong điều kiện bất bình thường Khi xây dựng một kiến trúc ITS, các chính sách giao

thông vận tải và các giả định về bên liên quan và vai trò của họ đã phải được thể hiện

rõ ràng Điều này cho phép những quyết định chung giữa các đối tác được thực hiệnnhịp nhàng, làm giảm nguy cơ hiểu nhầm, đoán sai lẫn nhau giữa các bên Bằng cách

hỗ trợ sự phát triển của công tác tiêu chuẩn hóa , kiến trúc ITS cũng làm giảm nguy cơ

có các tiêu chuẩn phi thực tế hoặc tiêu chuẩn độc quyền mà các nhà sản xuất chủ chốt

áp đặt

e Kết nối ITS với quy hoạch giao thông vận tải.

ITS cần được tích hợp vào kế hoạch giao thông vận tải địa phương hoặc khu vực.Kiến trúc ITS hỗ trợ việc tích hợp này vì các bên liên quan đều tham gia để xác địnhcác mối quan hệ dự tính giữa kế hoạch giao thông vận tải thông thường và giải pháp.

Nó cũng có thể bổ sung thêm nội dung cho những kế hoạch đó thông qua việc xác địnhnhững gì cần thiết để cung cấp các dịch vụ và mức độ ưu tiên để thực hiện chúng

f Cung cấp một cơ sở để phát triển hệ thống

Kiến trúc vật lý và trong kiến trúc ITS nói chung, có những mô tả rõ yêu cầu khaithác Do vậy, nó sẽ cung cấp một cơ sở đúng đắn để xác định chức năng của cácmodun xử lý dữ liệu cụ thể, xác định nơi việc xử lý cần được thực hiện , và những dữliệu nào cần được giữ lại hay chia sẻ giữa các đơn vị xử lý dữ liệu Vì vậy, kiến trúccung cấp một nền tảng hàng đầu để từ đó sự phát triển hệ thống

g Cung cấp một khuôn khổ mở rộng trong tương lai.

Kiến trúc ITS cung cấp một khuôn khổ để mở rộng hệ thống và nâng cấp côngnghệ Bằng cách tuân theo một kiến trúc, ta có cơ sở cho việc phát triển và mở rộng.Các hệ thống dịch vụ mới, hệ thống, hoặc phạm vi địa lý có thể được bổ sung thêmvào mà không cần tái cơ cấu tốn kém hoặc trang bị thêm cho các hệ thống hiện có, với

điều kiện là việc mở rộng phù hợp các thông số có chức năng củng cố kiến trúc

2.1.3 Mức kiến trúc ITS

Có một sự tương đồng giữa kiến trúc ITS và kiến trúc nhà cửa Kiến trúc của mộtngôi nhà có thể được thể hiện bằng các hình thức khác nhau để phù hợp với người sửdụng kiến trúc này Đối với chủ sở hữu nhà, kiến trúc sư cho họ xem bản phác thảo vàcác mặt bằng sàn Đối với các công nhân xâ y dựng, kiến trúc sư cho họ thấy bản vẽcác dầm và cột và cho kích thước chính xác Tương tự như vậy, kiến trúc hệ thống củamột ITS riêng có thể được thể hiện bằng các hình thức khác nhau sao cho phù hợp đốivới từng đối tượng Việc lựa chọn một hình th ức cụ thể phụ thuộc vào nhu cầu củatừng bên liên quan

Kiến trúc ITS chủ yếu quy định đến việc trao đổi và kiểm soát thông tin giữa các

hệ thống ở các mức trừu tượng khác nhau , như mô tả qua mô hình nhiều cấp như trongBảng 2.1.1 Các nhà quản lý giao thông và vận tải chỉ định các thuộc tính cao cấp,hoặc chính sách ở cấp D và C, và sau đó đưa ra cấu trúc kiến trúc ở cấp độ B phù hợpvới các thuộc tính này Mức A không hoàn toàn là một phần của kiến trúc mặc dù nó

thường được gọi như vậy, nó đại diện cho giai đoạn một nhà cung cấp thiết kế một hệ

thống, hoặc một bộ phận cấu thành phù hợp với kiến trúc

Kiến trúc cấp độ D cần phản ánh những khó khăn thực tế của các cơ quan giaothông vận tải, và phản ánh các yêu cầu về đặc tính hệ thống chẳng hạn như khả nă ng

tương tác giữa các cơ quan tham gia và duy trì kiểm soát thông tin của các cơ quantương ứng Nó có thể cho thấy nơi mà cơ cấu tổ chức hiện tại phải được sửa đổi vàthay đổi có thể khá triệt để cung cấp các dịch vụ ITS Ví dụ, một Trung tâm điều khiển

giao thông (TCC) có thể cần phải trao đổi dữ liệu với một một Trung tâm điều khiển

này là một vấn đề quan trọng, tuy rằng việc thực hiện có thể rất đơn giản hoặc kháphức tạp Trong một số trường hợp chỉ cần một đường dây điện thoại đơn giản để gọi

là đủ Các trường hợp khác có thể yêu cầu một liên kết dữ liệu chuyê n dụng an toàn,

tốc độ cao để truyền hình ảnh truyền hình mạch kín Mức độ cần có để kết nối và cókhả năng tương tác phải được quy định đầy đủ ở phần xây dựng mục đích phân tíchkiến trúc mặc dù việc lựa chọn công nghệ cụ thể nên để cho các nhà thiết kế hệ thốngthực hiện

Kiến trúc cấp D đặt khuôn khổ để trong đó kiến trúc cấp C có thể được xác định.Kiến trúc cấp C quy định các thuộc tính của hệ thống ITS hoạt động dưới sự kiểm soátcủa một cơ quan duy nhất,và nó có thể tính đến các đặc điểm của cả hệ thống "di sản"hiện có và hệ thống kế hoạch tương lai Các vấn đề xử lý ở cấp độ C và D giống nhau

Bảng 2.1.1 Mô hình 4 cấp để phân tích kiến trúc ITS

MỨC ĐỘ D Khả năng tương tác đa cơ quan

MỨC ĐỘ C Thuộc tính hệ thống đơn cơ quan

MỨC ĐỘ B Kết cấu hệ thống

MỨC ĐỘ A Thiết kế bộ phận cấu thành hệ thống phụ

2.1.4 Các yếu tố cấu thành kiến trúc ITS

Kiến trúc hệ thống ITS do một số yếu tố hình thành như: chủ thể người dùng, chủthể dịch vụ, dịch vụ người dùng, chức năng hệ thống, kiến trúc logic, kiến trúc vật lý(xem bảng 2.1.2)

a Chủ thể người dùng

Đây là người sử dụng chính của các dịch vụ, là chủ thể quyết định chính tại một

lĩnh vực dịch vụ nào đó Khái niệm người sử dụng ở đây hiểu rất rộng rãi, có thể là bất

cứ cá nhân, tập thể, khu vực công hay tư nhân có nhu cầu sử dụng

Bảng 2.1.2 Yếu tố cấu thành kiến trúc hệ thống ITS

1 Chủ thể người dùng Đối tượng phục vụ đồng thời là chủ thể quyết định lĩnh vực dịch

vụ

2 Chủ thể dịch vụ Người cung cấp dịch vụ

3 Dịch vụ người dùng Dịch vụ có thể cung cấp của hệ thống

4 Chức năng hệ thống Khả năng xử lý cụ thể của một hệ thống ITS hoàn chỉnh cần có

5 Kiến trúc logic Tổ chức của chức năng hệ thống ITS nhằm cung cấp dịch vụ

người dùng

6 Kiến trúc vật lý Chỉ rõ việc cung cấp cụ thể các dịch vụ như thế nào

7 Gói thiết bị Nhóm các chức năng của một hệ thống với nhau thành một “thiết

bị hoạt động được" bao gồm cả phần cứng và phần mềm

8 Gói dịch vụ Được xác định từ một số gói thiết bị cần thiết làm việc cùng

nhau (thường là qua hệ thống con khác nhau) để cung cấp một

dịch vụ ITS cho trước

b Chủ thể dịch vụ

Đây là người cung cấp dịch vụ Quan hệ giữa chủ thể người dùng và chủ thể dịch

vụ là q uan hệ được phục vụ và phục vụ Xác định rõ ràng quan hệ này tức làm sáng tỏmối quan hệ cung cầu tương quan song phương, đây là việc tiến hành phân tích nhucầu của dịch vụ người dùng, định nghĩa dịch vụ người dùng làm tiền đề và cơ sở chocác dịch vụ con cho người dùng

c Dịch vụ người dùng

Đây là các yêu cầu đối với hệ thống ITS đứng trên góc độ người dùng đưa ra, tức

là quá trình định nghĩa các vấn đề Dịch vụ người dùng là cơ sở của kiến trúc hệ thốngITS, nó quyết định kiến trúc hệ thống có hoàn chỉnh hay không, có đáp ứng đầy đủ yêucầu người dùng hay không; chức năng hệ thống là những dịch vụ mà hệ thống ITS cóthể đáp ứng đối với yêu cầu người dùng, cần p hải có các dạng chức năng xử lý cụ thể.Các dịch vụ thường được gộp thành các nhóm dịch vụ như đã nêu trong Chương 1

Xác định danh sách này là việc làm đầu tiên khi bắt đầu xây dựng kiến trúc ITS

d Chức năng hệ thống hay “Yêu cầu đối với dịch vụ của người sử dụng” (User Service Requirements)

Mỗi dịch vụ người sử dụng lại cần có một số chức năng cần xác định rõ nhữngchức năng cụ thể, gọi là “Yêu cầu đối với dịch vụ” Danh sách các “Yêu cầu” nàychính là các đòi hỏi cơ bản để từ đó xây dựng hệ thống kiến trúc ITS quốc gia Ví dụ,dịch vụ “Điều khiển giao thông” có bốn “chức năng chính”: Tối ưu hóa dòng lưu

thông; (2) Giám sát dòng giao thông; (3) Điều khiển dòng giao thông và (4) Cung cấpthông tin liên quan Chức năng “Tối ưu hóa dòng lưu thông” lại được chia chia thành

nhiều chức năng, trong đó có chức năng “Có sử dụng chiến lược tối ưu”, chức năngnày lại có thể tách thành nhiều chức năng con hơn nữa Việc lập danh sách rất chi tiếtnày đòi hỏi công sức rất lớn nên các nước thường dựa vào kết quả của các quốc gia đitrước

e Kiến trúc Logic (Logical Architecture)

Kiến trúc Logic định nghĩa một tập các chức năng (hoặc các quá trình) và các

luồng thông tin (hoặc các luồng dữ liệu) có đáp ứng với các yêu cầu dịch vụ người

thực thể phức tạp và các mối quan hệ Nó tập trung vào việc mô tả các quá trình chức

năng và luồng thông tin của hệ thống

Hình 2.1.1 Lưu đồ kiến trúc Logic

Kiến trúc Logic xác định việc chuyển giao dữ liệu trong không gian hệ thống,nhằm hoàn thành các dịch vụ mà cấu thành các tầng logic Nó dựa theo các loại dịch

vụ người dùng ITS, chức năng ITS cần có và các quy phạm (kỹ thuật) cần thiết, từ đó

định nghĩa tin tức được chuyển giao giữa các bộ phận chức năng Kiến trúc logic giúpxác định các chức năng hệ thống và luồng thông tin, phát triển và hướng dẫn về yêu

cầu chức năng cho các hệ thống mới và cải tiến Kiến trúc Logic này độc lập với các tổchức và công nghệ, nghĩa là, nó không xác định ở đâu hoặc do ai mà chức năng được

thực hiện trong hệ thống, cũng như không xác định cách thức mà chức năng này sẽđược thực hiện

f Kiến trúc vật lý (Physical Architecture)

Đây là cách nhìn hệ thống ITS theo quan điểm vật lý (khác so với chức năng) Nóphác cho biết một thực thể vật lý (mặc dù không phải là một thiết kế chi tiết) sẽ nhưthế nào để hệ thống có thể cung cấp các chức năng cần thiết Kiến trúc vật lý thực thể

hoá, mô hình hoá các chức năng trong kiến trúc logic, đem các chức năng quy thành

các hệ thống và hệ thống con có tính trực quan Kiến trúc vật lý là kết quả quá trình

gán các chức năng trong kiến trúc logic với các đối tượng vật lý

Hình 2.1.2 chỉ ra quá trình chuyển đổi từ ki ến trúc logic sang kiến trúc vật lý Từhình có thể thấy, hệ thống con M trong kiến trúc vật lý thực hiên chức năng A và Btrong kiến trúc logic, hệ thống con N kiến trúc vật lý thực hiện chức năng C và D trongkiến trúc logic Luồng dữ liệu trong kiến trúc logic được kết hợp lại để định nghĩa haicổng giao tiếp của hệ thống con M và N

Hình 2.1.2 Chuyển đổi từ kiến trúc logic sang kiến trúc vật lý

Ngoài ra, các luồng dữ liệu (từ kiến trúc Logic) có nguồn gốc từ một hệ thống con

và kết thúc tại hệ con khác được nhóm lại với nhau thành dòng vật lý (còn gọi là dòngkiến trúc) Như vậy, dòng kiến trúc có thể chứa một hoặc nhiều dòng dữ liệu chi tiết

Các dòng kiến trúc và các yêu cầu thông tin liên lạc của chúng xác định nên các giaodiện cần thiết giữa hệ thống con Xây dựng kiến trúc vật lý sẽ giúp xác định các thông

tin liên lạc mong muốn và tương tác giữa các tổ chức quản lý giao thông vận tải khácnhau

g Gói thiết bị (Equipment Packages)

Thuật ngữ "gói thiết bị" được sử dụng trong kiến trúc ITS để nhóm các chức năng

của một hệ thống với nhau thành một “thiết bị hoạt động được" bao gồm cả phần cứng

và phần mềm Mức độ tích hợp vào nhóm sẽ dựa vào các dịch vụ cần dùng và sự cần

thiết để thích ứng với mức độ khác nhau của chức năng bên trong Các gói thiết bị có

liên quan chặt chẽ với các gói dịch vụ (sẽ được thảo luận sau) Kiến trúc ITS quốc giaHoa kỳ xác định có 233 gói thiết bị Tập cụ thể các gói thiết bị được xác định là chỉđơn thuần là m inh họa và không phải cách duy nhất để kết hợp các chức năng trong

một hệ thống con

h Gói dịch vụ (Service Packages)

Nhiều dịch vụ người sử dụng quá rộng, không thuận tiện trong việc lập kế hoạch

triển khai thực tế Ngoài ra, chúng thường không dễ dàng để khớp vào các môitrường thể chế hiện có và không phân biệt chức năng chính với phụ Để giải quyếtnhững vấn đề này (và để hỗ trợ việc tạo ra các dịch vụ dựa trên kiến trúc của hệthống), các dịch vụ được ghép thành từng khối gọi là "gói dịch vụ" Các gói dịch vụđược xác định từ một số gói thiết bị cần thiết làm việc cùng nhau (thường là qua hệ

thống con khác nhau) để cung cấp một dịch vụ ITS cho trước và bảo đảm sự liên

Như vậy, các gói dịch vụ được thiết kế để giải quyết / đáp ứng một hay một số nhiệm

vụ / nhu cầu giao thông vận tải cụ thể

Hộp 2.1.5 Ví dụ về gói dịch vụ

Xét dịch vụ người dùng có tên là "Điều khiển giao thông".

Trong dịch vụ này có gói dịch vụ như là "Phục vụ xe có tín hiệu ưu tiên " với một số chức năng như “Cấp đèn xanh cho xe ưu tiên” và "Mở đường khẩn cấp".

Dịch vụ này, như mọi dịch vụ khác, còn có thể chia thành gói theo:

 Chức năng cơ bản (chẳng hạn như chức năng “Giám sát giao thông”, có các gói dịch vụ như "Giám sát mạng lưới", "Giám sát thăm dò" và nhiều gói khác);

 Thể chế (chia theo chức năng của các cơ quan khác nhau);

Cấp chức năng của dịch vụ.

Nói cách khác, gói dich vụ là một trong các mảnh ghép tạo nên các dịch vụ cho

người sử dụng trong kiến trúc ITS quốc gia Các “mảnh ghép” này không trùng nhau

và cùng nhau phủ kín tất cả các dịch vụ cho người sử dụng Như vậy, gói dịch vụ cócăn nguyên trực tiếp trong định nghĩa của kiến trúc ITS Hầu hết gói dịch vụ đượctạo thành từ các gói thiết bị dưới dạng hai hay nhiều hệ thống con

Xác định xong Gói dịch vụ là điều kiện tiên quyết cho nhiều công việc quan trọng

về sau, trong đó có việc Xây dựng Quy hoạch tổng thể và Xác định các đối tượng tiêu

chuẩn hóa cần thiết

2.1.5 Việc xây dựng kiến trúc ITS quốc gia

2.1.5.1 Xây dựng kiến trúc ITS quốc gia: hai bài học

Kinh nghiệm trên thế giới chứng tỏ, việc xây dựng kiến trúc ITS quốc gia là cầnthiết nhưng không dễ dàng Có hai bài học kinh nghiệm như sau:

+ Việc xây dựng kiến trúc ITS quốc gia phải do nhà nước đứng ra chủ trì với sự

tham gia của rất nhiều bên liên quan Trách nhiệm xây dựng và thực hiện kiến trúc ITSquốc gia là của các cấp quản lý nhà nước Chính quyền đứng ra tập hợp các bên liên

quan (giao thông vận tai, cảnh sát, nhà sản xuất, nhà khoa học, người sử dụng…) để

cùng nhau xác định kiến trúc này Sau đó, cơ quan Giao thông duy trì việc theo dõi vàhướng dẫn thực hiện kiến trúc này;

+ Ngay đối với các nước đã phát triển, v iệc xây dựng thiết kế kiến trúc ITS quốcgia của hệ thống là một quá trình đầu tư lâu dài và tốn kém Từ tháng 9 năm 1993, BộGiao thông Mỹ đã bắt đầu một chương trình kéo dài 33 tháng để xây dựng kiến trúc hệthống Kiến trúc hệ thống quốc gia Mỹ được công bố mùa hè năm 1996 với hơn 5000trang mô tả Vào tháng Sáu năm 1996, họ đã công bố một dự án chuẩn hóa ITS kéo dài

5 năm với danh sách hơn 44 hạng mục ưu tiên chuẩn hóa, bao gồm cả các luật thông

tin giữa các hệ thống Nhật Bản, Châu Âu cũng có một chương trình quốc gia khổng lồ

tương tự để xây dựng kiến trúc hệ thống ITS quốc gia Tuy nhiên, với lợi thế củangười đi sau, Việt Nam có thể rút ngắn quá trình này bằng cách tiếp thu những gì cácnước đã làm được Ví dụ, thay vì việc định nghĩa từ đầu những chi tiết của các dịch vụ

người dùng, chúng ta có thể sử dụng danh sách sẵn có của nước ngoài rồi lọc ra những

gì cần thiết

2.1.5.2 Cách thức tiếp cận xây dựng “Kiến trúc ITS quốc gia”

Có những cách thức tiếp cận cơ bản khác nhau để tạo ra và thực hiện kiến trúc ITS

quốc gia:

+ Kiến trúc khung ITS châu Âu (European ITS Framework Architecture, được gọitắt là FRAME);

+ Kiến trúc quốc gia ITS của Hoa Kỳ;

+ Các cách thức khác (nhiều quốc gia dựa theo Kiến trúc ITS Hoa Kỳ thêm vàonhững thay đổi, bổ sung ví dụ như Nhật Bản)

Khác biệt chủ yếu của hai cách thức tiếp cận đầu tiên nằm trong nhu cầu áp dụng

và sự linh hoạt khi sử dụng chúng Thách thức mà châu Âu phải đối mặt là trên thực tế

là có rất nhiều quốc gia khác nhau với nhu cầu khác nhau và do đó không thể tạo ra

một kiến trúc phổ quát phù hợp cho tất cả Vì lý do này, xuất hiện kiến trúc khung ởcấp độ toàn châu Âu; rồi từ đó, kiến trúc quốc gia hoặc khu vực có thể được tạo ra bởi

các quốc gia cụ thể dựa trên các yêu cầu của riêng họ Như vậy, kiến trúc ITS có thể

thay đổi từ thành viên EU này sang thành viên khác

Trái lại, Hoa Kỳ, tuy có nhiều bang, nhưng có chung chính quyền liên bang Vìvậy, họ có một kiến trúc ITS quốc gia cố định, việc sử dụng đó là bắt buộc nếu mộtbang nào đó muốn nhân được hỗ trợ tài chính của liên bang để triển khai Đương

nhiên, nếu một bang nào muốn có riêng kiến trúc ITS của riêng mình thì cũng được,

nhưng thường các bang lựa chọn kiến trúc ITS của họ phù hợp với kiến trúc ITS

chung Như vậy, dù nguồn kinh phí nào thì các ứng dụng ITS vẫn khớp được với nhau

Đây cũng là trường hợp của Singapore, Australia

Kiến trúc ITS quốc gia của Nhật Bản có cách tiếp cận tương tự như Mỹ và C hâu

Âu nhưng với một ngoại lệ quan trọng: thay vì áp dụng phương pháp phân tích cấutrúc như ở Mỹ trong phát triển kiến trúc, ITS Nhật Bản thông qua các phương pháphướng đối tượng9, trong đó có thể có lợi thế làm cho nó dễ dàng hơn khi thay đổi và

mở rộng trong tương lai Vì sự khác biệt này, không có sự tương ứng một -một giữacác kiến trúc ITS của Mỹ và kiến trúc ITS của Nhật Bản

2.2 Nghiên cứu kiến trúc ITS đã và đang được triển khai tại châu Âu và Hoa Kỳ

Với các nước phát triển, kiến trúc ITS rất được coi trọng Họ coi việc xây dựng và

thực hiện Kiến trúc ITS quốc gia là một trong các công việc quản lý nhà nước

tượng là một lối tư duy về vấn đề theo lối ánh xạ các thành phần trong bài toán vào các đối tượng ngoài đời thực.

Với lối tiếp cận này, chúng ta chia ứng dụng thành các thành phần nhỏ, g ọi là các đối tượng, chúng tương đối

độc lập với nhau Sau đó ta có thể xây dựng ứng dụng bằng cách chắp các đối tượng đó lại với nhau Ví dụ là trò chơi xây lâu đài bằng các mẫu gỗ Bước đầu tiên là tạo một vài loại mẫu gỗ làm gốc, từ đó tạo nên các khối xây

2.2.1 Kiến trúc ITS tại châu Âu

Tại châu Âu, Ủy ban châu Âu (EC) là cơ quan phụ trách Là một lực lượng đặcnhiệm của DRIVE II (Cơ quan quản lý cơ sở hạ tầng chuyên dụng đường bộ cho xe

an toàn tại Châu Âu II), với mục đích là tăng tính an toàn và hiệu quả giao thông vậntải và giảm tác động đối với môi trường bằng cá ch cải thiện cơ sở hạ tầng, họ thành lập

tổ chức SATIN (System Architecture and Traffic Control Integration - Kiến trúc hệthống và tích hợp điều khiển giao thông) vào năm 1994 để kiểm tra các phương phápnhằm xây dựng một kiến trúc hệ thống liên quan đến giao thông đường bộ

Sau khi hoàn thành chương trình DRIVE II, EC bắt đầu chương trình T -TAP

(Transport-Telematics Application Programme Chương trình ứng dụng công nghệGiao thông vận tải- Viễn thông) Một trong những hoạt động của nó có tênCONVERGE (hội tụ), là các phương pháp kiểm tra kiến trúc hệ thống Họ cải cách các

phương pháp kiểm tra trong tổ chức SATIN, và sau khi nghiên cứu, chuẩn bị, họ bổ

sung vận tải đường sắt, vận tải đường thủy, đường hàng không và các ngành giaothông vận tải khác ngoài giao thông đường bộ thêm vào kiến trúc hệ thống

Do đó, EC sau khi tiến hành nghiên cứu và ứng dụng (R & D) chủ yếu về cácphương pháp xây dựng kiến trúc hệ thống, đã áp dụng cá c kết quả nghiên cứu cácphương pháp vào việc xây dựng một hệ thống kiến trúc xuyên Châu Âu cho mạng lưới

KAREN (Keystone Architecture Required for European Networks Kiến trúc nền tảngcần cho các mạng lưới Châu Âu)

Mục lĩnh vực hành động 2.3 trong Kế hoạch Hành động ITS của EU đòi hỏi việc

sử dụng các kiến trúc ITS để hỗ trợ các mục tiêu châu Âu của kế hoạch Kiến trúcKhung ITS châu Âu, với tên gọi Kiến trúc FRAME, được ra đời bởi dự án KAREN(1998-2000) do EC tài trợ, cung cấp một cơ sở phù hợp với nhiệm vụ này

Kiến trúc FRAME châu Âu này đã được duy trì và tăng cường liên tục kể từ đó với các hệ thống phối hợp được bổ sung thêm bằng dự án E -FRAME (2008-11) Rõràng kiến trúc này là lựa chọn duy nhất để những người đang thực hiện Kế hoạch Hành

-động ITS sử dụng Kiến trúc FRAME được sử dụng trong Liên minh châu Âu, nên nó

phù hợp với các quy định bổ trợ của từng quốc gia Nó không áp đặt bất kỳ cấu trúcvật lý hoặc tổ chức nào đối với người sử dụng

Hình 2.2.1 Tiến trình nghiên cứu Kiến trúc ITS ở Châu Âu

Kiến trúc FRAME được tạo ra để cung cấp một cách tiếp cận chung, hoặc "ngônngữ" chung để sử dụng trên toàn Liên minh châu Âu , do đó việc xây dựng hệ thốngITS tích hợp và có tính tương hợp10là khả thi

Nguồn: “E-FRAME, 2011”

Hình 2.2.2 Ứng dụng Kiến trúc FRAME trong quá trình quy hoạch ITS

Hộp 2.2.1 Kiến trúc và đặc điểm của FRAME

Khái niệm về “Kiến trúc” trong FRAME

+ Một thiết kế cấp cao xác định cấu trúc, hành vi và tích hợp của một hệ thống nhất định trong bối cảnh xung quanh;

+ Một sự mô tả tạo cơ sở cho một lớp các hệ thống và do đó cho một tập hợp các thiết kế ở mức

các phương pháp cho hệ thống kiến trúc liên quan

tới giao thông sẽ được xây dựng tại Châu Âu.

CONVERGE (1996-1997) Các biện pháp của dự án SATIN được điề u chỉnh

để bổ sung và áp dụng các phương pháp kiến trúc cho đường sắt, giao thông thủy và hàng không.

KAREN (1998 -) Xây dựng kiến trúc hệ thông được bắt đầu dựa

trên các phương pháp phát triển từ hai Dự án

SATIN và CONVERGE

+ Các thiết kế ở mức độ thấp khác nhau có thể được các nhà chế tạo khác nhau tạo ra ;

+ Việc tuân thủ Kiến trúc ITS đảm bảo khả năng tương tác;

+ Đảm bảo một thị trường mở cho các dịch vụ và thiết bị , bởi vì có những giao diện"tiêu chuẩn" giữa các bộ phận cấu thành ;

+ Đảm bảo tính nhất quán của thông tin cung cấp cho người dùng cuối cùng

Đặc điểm chung của FRAME

+ Kiến trúc FRAME bao gồm hầu hết ITS.Phần lớn các ứng dụng, dịch vụ nêu trong Kế hoạch

Hành động ITSđều cótrong Kiến trúc này;

+ Kiến trúc FRAME không áp đặt bất kỳ giả định kỹ thuật hoặc tổ chức nào về cách thức thực hiện–nên nó phù hợp để sử dụng trong Kế hoạch Hành động ITS;

+ Kiến trúc FRAME cho phép mô tả một cấu trúc hệ thống một cách độc lập về công nghệ, do đó,

vì công nghệ phát triển, nên tất cả các yêu cầu ở mức cao hơn có thể không thay đổi;

+ Kiến trúc FRAME được xuất bản lần đầu vào năm 2000 và đã được sử dụng để tạo ra các nhánh Kiến trúc ITS con cho các nước thành viên, các khu vực của họ.

Do tính chất của FRAME khác với kiến trúc ITS quốc gia của Mỹ, nên FRAMEkhông chia theo “nhóm dich vụ và dịch vụ” mà theo “Vùng chức năng và chức năng”như bảng sau

Bảng 2.2.1 Kiến trúc khung ITS ở Châu Âu (FRAME)

1.11 An toàn 1.12 An ninh 1.13 Tính thân thiện với người dùng 1.14 Nhu cầu đặc biệt

2 Quy hoạch và Bảo trì cơ

sở hạ tầng

2.1 Hỗ trợ quy hoạchgiao thông vận tải

2.2 Quản lý bảo trì cơ sở hạ tầng

3.T hực thi pháp luật 3.1 Tuân thủ c ác quy định về giao thông/ cảnh sát

4 Tài chính Transactions 4.1 Giao dịch tài chính điện tử

5.1 Thông báo khẩn cấp và an ninh cá nhân

5 Các dịch vụkhẩn cấp 5.2 Quản lý xe cấp cứu

5.3 Thông báo vật liệu nguy hiểm và sự cố

6 Thông tin du lịch và hướng

8 Hệ thống xe thông minh

8.1 Tăng cường tầm nhìn 8.2 Hoạt động xe tự động

8.3 Tránh va chạm theo chiều dọc 8.4 Tránh va chạm bên

8.5 Tính luôn luôn an toàn 8.6 Triển khai biên pháp trước rủi ro xảy ra tai nạn

9 Quản lý đoàn xe và vận

tải hàng hóa

9.1 Xe thương mại trước khi khai hải quan

9.2 Các quy trình hành chính đối với xe thương mại 9.3 Kiểm tra tự động sự an toàn ở ven đường 9.4 Theo dõi sự an toàn trên xe thương mại 9.5 Quản lý đoàn xe thương mại

10 Quản lý vận tải công

cộng

10.1 Quản lý vận tải công cộng 10.2 Vận tải công cộng theo nhu cầu 10.3 Quản lývận tải khi thị phần chia sẻ 10.4 Thông tin vận tải công cộng trên chuyến đi 10.5 An ninh du lịch công cộng

2.2.2 Kiến trúc ITS tại Hoa Kỳ

2.2.2.1 Giới thiệu chung

Tại Mỹ, Bộ Giao thông vận tải (US DOT) đóng một vai trò quan trọng trong sựphát triển ITS Vào tháng Chín năm 1993, US DOT bắt đầu một chương trình 33 tháng

để phát triển một kiến trúc hệ thống Trong giai đoạn I và II, một số khu vực tư nhân

đã kiểm tra các thiết kế kiến trúc hệ thống trước khi xuất bản Kiến trúc hệ thống quốc

gia khoảng 5000 trang vào mùa hè năm 1996

Trong thiết kế Kiến trúc hệ thống quốc gia, Mỹ không chỉ thúc đẩy các hoạt độngtiêu chuẩn hóa, thông báo và các hoạt động tuyên truyền dựa trên kiến trúc, mà còntriển khai các hệ thống thực tế và tiếp tục bảo trì kiến trúc hệ thống quốc gia

Đối với các hoạt động tiêu chuẩn hóa , họ trình bày 12 yêu cầu tiêu chuẩn hóa như

tiêu chuẩn hóa DSRC (Dedicated Short Range Communication - Truyền thông tin cự

ly ngắn dành riêng) trong kiến trúc hệ thống quốc gia Vào tháng Bảy năm 1996, họ đãcông bố kế hoạch tiêu chuẩn hóa ITS năm năm với một danh sách 44 đối tượng tiêu

chuẩn hóa ưu tiên bao gồm các quy tắc giao tiếp giữa các hệ thống

Hình 2.2.3 Phát triển ITS trên cơ sở Kiến trúc tổng thể ở Hoa Kỳ

Đối với các hoạt động thông báo và tuyên truyền , Mỹ không chỉ tích cực công bố

kiến trúc hệ thống quốc gia của mình ở cả trong và ngoài nước, mà còn tiếp tục thúc

đẩy các cuộc hội thảo cho chính quyền địa phương và các công ty tư nhân Với ýtưởng ứng dụng thực tế của ITS trong cấu trúc của kiến trúc hệ thống quốc gia ở các

khu vực địa phương, DOT đã hoàn thành đê xuất "Xây dựng Cơ sở hạ tầng giao thôngthông minh (Intelligent Transportation Infrastructure – ITI)" năm 1996 Trên cơ sởsáng kiến triển khai mô hình (Model Development Initiative) được quyết định vào

tháng Mười năm 1996, Mỹ xúc tiến việc chuẩn bị cơ sở hạ tầng ITS dựa trên kiến trúc

hệ thống quốc gia trong bốn khu vực đô thị rồi mở rộng toàn quốc Đạo luật Vốn chủ

sở hữu giao thông vận tải cho thế kỷ 21 (Transportation Equity Act for the 21stCentury - TEA -21), một văn bản luật quy định về ngân sách giao thông vận tải mặt

đất trong nước, đã chỉ định trợ cấp cho dự án triển khai ITS với điều kiện chuẩn bị các

hệ thống dựa trên kiến trúc hệ thống quốc gia

Bộ Giao thông Hoa Kỳ là cơ quan quản lý nhà nước về Kiến trúc ITS quốc gia và

Vụ Nghiên cứu và Công nghệ Sáng tạo (RITA - Research and Innovative Technology

Administration) trực tiếp thực hiện nhiệm vụ này Đến nay (2013), kiến trúc ITS quốc

gia của Mỹ đã sửa đổi, bổ sung, cập nhật nhiều lần và phiên bản mới nhất mang sốhiệu 7.0 (ra đời tháng 2/2012) Hình 2.2.4 dưới đây là sơ đồ kiến trúc cấp cao củaphiên bản này

Sơ đồ này rất quen biết trong các tài liệu ITS của Mỹ, trong đó thể hiện bốn hình

chữ nhật màu đại diện cho các lớp có các hình chữ nhật nhỏ màu trắng đại diện cho hệthống con:

+ Người tham gia giao thông (Traveller): Hỗ trợ du lịch từ xa và truy cập thông tin

cá nhân;

+ Trung tâm (Center): Nhà cung cấp dịch vụ thông tin, quản lý giao thông, quản lýkhí thải, quản lý các tình huống cấp cứu, quản lý vận chuyển quá cánh, quản lýthanh toán, quản lý đoàn xe và quản lý vận tải hàng hóa, quản lý xe thương m ại,quản lý dữ liệu lưu trữ, quản lý bảo dưỡng và quản lý xây dựng;

+ Phương tiện (Vehicle): Xe bảo trì và xây dựng, xe vận chuyển quá cảnh, xe

thương mại, xe cấp cứu và các xe khác;

+ Hiện trường (Field): Đường bộ, giám sát an ninh, thanh toán đường bộ, quản lýbãi đậu xe, và kiểm tra xe thương mại

Tất cả đều được kết nối với nhau bởi các đoạn thẳng đại diện cho các liên kếtthông tin liên lạc qua một trong bốn hình bầu dục màu hồng đại diện cho các loạithông tin liên lạc:

+ Thông tin vô tuyến khu vực rộng (di động);

+ Điểm cố định đến điểm cố định;

+ Xe-đến-xe;

+ Hiện trường -đến-xe

Nguồn: “RITA, 2013”

Hình 2.2.4 Sơ đồ kiến trúc Vật lý cấp cao của ITS Hoa Kỳ, phiên bản 7.0 (2012)

Để các vùng, các bang áp dụng kiến trúc quốc gia được thuận lợi, RITA cũng cungcấp phần mềm Turbo Architecture Đây là một phần mềm ứng dụng để hỗ trợ sự phát

triển khu vực và dự án kiến trúc ITS có sử dụng kiến trúc ITS quốc gia như là một

điểm khởi đầu Phiên bản mới nhất, Turbo Architecture 7.0 hiện có có thể tải về miễnphí và tương thích với Phiên bản 7.0 Kiến trúc ITS quốc gia ( phát hành vào ngày 01

Nhật Bản đã theo đuổi việc phát triển công nghệ ITS từ những năm 70 của thế kỷ

20, và hiện nay đang là một trong những nước đứng đầu thế giới về nhiều lĩnh vực của

ITS, đặc biệt là hệ thống thông tin bên trong phương tiện giao thông và các trung tâmđiện toán hóa điều khiển giao thông

Chính phủ thực hiện chức năng quản lý nhà nước về ITS thông qua 5 Bộ Trướcđây, sự cạnh tranh về quyền hạn giữa các cơ quan đã kìm hãm sự phát triển của việc

triển khai ITS Tuy nhiên trong vai trò làm gương cho sự phát triển ki nh tế châu Á, các

cơ quan đó đã bỏ qua những sự bất đồng quan điểm, phối hợp với nhau thông qua Hộiđồng Liên Bộ Một kế hoạch quốc gia về ITS được đưa ra vào tháng 7 năm 1996, được

sự đồng ý của 5 Bộ và Cơ quan chính yếu, mang tên “Kế hoạch chiến lược về ITS ởNhật Bản”, vạch ra con đường triển khai ITS ở nước này đến năm 2015.

VERTIS (Vehicle, Road and Traffic Intelligence society – cơ quan tư nhân tronglĩnh vực ITS của Nhật Bản, hiện nay là ITS Japan), đã trở thành cơ quan cố vấn chínhcủa Hội đồng Liê n Bộ trong mọi lĩnh vực liên quan đến ITS

2.3.1 Kiến trúc ITS tại Nhật Bản

Nhật Bản nhận định rằng, với việc Mỹ và châu Âu đi đầu , việc phát triển ITS trênquy mô toàn cầu đang được thực hiện Mỹ và một số nước châu Âu nói riêng đang tíchcực thúc đẩy một cách có hệ thống ITS thành chủ đề trung tâm của họ trong việc thựchiện chính sách vận tải đường bộ, bằng cách điều chỉnh các hệ thống, kế hoạch, vàngân sách của họ Trong khu vực Châu Á-Thái Bình Dương, nơi Nhật Bảnvà các nướckhác chia sẻ nhiệm vụ chung để thực hiện, công việc về ITS đã bắt đầu11

2.3.1.1 Các giai đoạn phát triển ITS ở Nhật Bản

Nghiên cứu sự phát triển này sẽ cho ta thấy kiến trúc ITS của Nhật Bản mangnhững nét riêng trong tổng thể chung như thế nào

a Giai đoạn đầu tiên

Nhật Bản thực sự bắt đầu phát triển ITS sớm so với nhiều nước khác trên thế giới

Trong năm 1973, công việc về Hệ thống điều khiển giao thông ô tô toàn diện

(Comprehensive Automobile Traffic Control System -CACS) được Bộ Thương mại vàCông nghiệp khởi xướng, với sự phát triển của một hệ thống dẫn đường và các hoạt

động thử nghiệm Giai đoạn này có thể được gọi là giai đoạn đầu tiên phát triển ITS

b Giai đoạn thứ hai

Trong những năm 1980, công trình Hệ thống thông tin đường ô tô (Road Automobile Communication System - RACS) của Bộ Xây dựng, và các hệ thốngthông tin giao thông và liên lạc di động tiên tiến Advanced Mobile Traffic Informationand Communication Systems - AMTICS) do Cơ quan Cảnh sát quốc gia đã được thựchiện Thông qua những nỗ lực chung với Bộ Bưu chính Viễn thông , vốn đã từng làmviệc về các dự án tiêu chuẩn hóa , những nỗ lực này đã được sắp xếp hợp lý và kết hợpthành Hệ thống thông tin liên lạc xe cộ ( Vehicle Information and CommunicationSystem -VICS)

-Từ cuối những năm 1980 đến những năm 1990, hệ thống giao thông vận tải tiêntiến (Advanced Road Transportation Systems -ARTS- một dự án của Bộ Xây dựng)vẫn được theo đuổi, trong đó khái niệm tổng thể về sự tiến bộ của giao thông đường bộthông qua sự tích hợp của các tuyến đường và các loại xe đã được hình thành Cùngvới đó là những dự án khác, bao gồm hệ thống xe cực thông minh (Super SmartVehicle System - SSVS) dành cho hệ thống giao thông của xe thông minh (Bộ Ngoại

thương và Công nghiệp), dự án nâng cao an toàn xe (Advanced S afety Vehicle -ASV)

dành cho việc xúc tiến nghiên cứu và phát triển công nghệ an toàn xe (Bộ G iao thôngvận tải ), và dự án hệ thống quản lý giao thông tổng thể (Universal Traffic

Management System -UMTS) dành cho việc quản lý giao thông toàn diện bằng các h

đề cập tới cả các vấn đề phát sinh của giao thông đường bộ (một dự án của Cơ quan

Cảnh sát Quốc gia) Việc phát triển các công nghệ, hoặc các hệ thống cụ thể ngoài các

chương trình nêu trên cũng đã được tiến hành Sau đây là ba ví dụ: (1) Dự án Rada

sóng milimet điện năng thấp đóng một vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa vachạm xe ( một dự án của Bộ Bưu chính và Viễn thông), (2 ) Hệ thống thu phí điện tử

tự động không cần dừng xe sẽ cho phép người sử dụng không cần dừng để trả lệ phícầu đường tại trạm thu phí (một dự án của Bộ Bưu chính Viễn thông và Bộ Xây dựng)

và (3) Nghiên cứu và phát triển một hệ thống thẻ vô tuyến dự kiến sẽ được sử dụng, ví

dụ, trong các hệ thống thu phí điện tử không cần dừng xe (một dự án của Bộ Bưuchính và Viễn thông)

Trong khi đó, Hội VERTIS (Hội Xe, đường và giao thông thông minh -Vehicle,Road, and Traffic Intelligence Society) đã được đại diện các ngành công nghiệp và cáchọc viện thành lập, và tiến hành một loạt các hoạt động liên quan đến ITS , chẳng hạn

như trao đổi thông tin với ERTICO (Hội ITS của Mỹ) các ban thư ký hội nghị thế giới,

và các quan chức có liên quan ở các nước phương Tây Những nỗ lực tích cực đang

được thực hiện trong việc hình thành một thị trường ITS trong khu vực tư nhân , trên

cơ sở bản đồ đường bộ kỹ thuật số được khu vực công và tư nhân cùng nhau xây dựng ,

hệ thống định vị xe sử dụng công nghệ GPS, và các công nghệ khác đã được thươngmại hóa Nhờ kết quả của những thành tựu này, số lượng các lô hàng lũy tiến các xe

được trang bị hệ thống định vị đã vượt quá 1 triệu đơn vị trong năm 1995 Rõ ràng,

một thị trường mới đầy hứa hẹn đang được tạo ra Giai đoạn từ 1980 đến đầu 1995 cóthể được gọi là giai đoạn phát triển ITS thứ hai

c Giai đoạn thứ ba

Trong bối cảnh tình hình nêu trên, các nhà lãnh đạo Hội thông tin và Viễn thôngtiên tiến doThủ tướng Chính phủ đứng đầu đã hoàn thành "Hướng dẫn cơ bản về việcxúc tiến thành lập Hội Thông tin và Viễn thông" vào tháng Hai năm 1995 Năm cơquan chính phủ và các cơ quan liên quan đã chuẩn bị "Các hư ớng dẫn cơ bản củaChính phủ về Thông tin và Truyền thông tiên tiến trong các lĩnh vực đường bộ, giaothông và xe cộ" vào tháng Tám năm 1995 và bắt đầu xúc tiến việc sự phát triển ITS và

ứng dụng thực tế dựa trên một chính sách thống nhất Thời kỳ này, vớ i việc phát triển

ITS một cách phù hợp và hài hòa, để đưa hệ thống VICS có sẵn vào ứng dụng thực tế,

có thể được gọi là giai đoạn phát triển ITS thứ ba

Sau khi công bố các hướng dẫn cơ bản, năm cơ quan chính phủ đã xúc tiến việcphát triển nghiên cứu và ứ ng dụng qua việc xây dựng cơ sở hạ tầng để thúc đẩy các hệthống định vị và hỗ trợ cho việc lái xe an toàn Họ cũng khuyến khích việc phát triển

và triển khai trong các lĩnh vực ITS khác nhau như tối ưu hóa quản lý giao thông Tại

Đại hội Thế giới lần thứ hai về ITS, một diễn đàn trao đổi công nghệ và thông tin quốc

tế, tổ chức tại Yokohama vào tháng Mười năm 1995, họ trình bày những nỗ lực từ đó

đến nay với các chuyên gia và các nhà khai thác đến từ các học viện, ngành công

nghiệp và các chính phủ trên toà n thế giới

Năm 1996, Nhật Bản phân bổ 59.6 tỷ Yên để đưa các ứng dụng ITS vào thực tế và

để cải thiện cơ sở hạ tầng, và phân bổ 7,4 tỷ Yên cho nghiên cứu và phát triển ITS

Với mức độ hỗ trợ tài chính cao như vậy , các điều kiện đẩy mạnh ITS tích cực hơn đã

được chuẩn bị

2.3.1.2 Kiến trúc ITS của Nhật Bản

Kiến trúc hệ thống ITS của Nhật Bản được hoàn thành vào năm 1999 thông quacác nỗ lực chung của năm Bộ trong chính phủ có liên quan đến ITS, với sự phối hợpvới Hội VERTIS (nay là Hội ITS Nhật Bản) Mục tiêu của kiến trúc này là nhằm thúc

đẩy:

+ Xây dựng hiệu quả một hệ thống giao thông thông minh tích hợp;

+ Một hệ thống giao thông thông minh có khả năng bảo trì và mở rộng;

+ Xây dựng các tiêu chuẩn ITS cấp quốc gia và quốc tế

Sự phát triển của kiến trúc ITS Nhật Bản đã được hướng dẫn bởi hai nguyên tắc :

+ Đảm bảo kiến trúc có thể linh hoạt đáp ứng nhu cầu xã hội thay đổi và phát triểncông nghệ;

+ Đảm bảo kiến trúc dẫn đến một ITS tương hợp và tương thích với các bộ phậnthông tin tiên tiến khác của Nhật Bản và môi trường viễn thông

Như các kiến trúc hệ thống quốc gia lớn khác, kiến trúc ITS của Nhật Bản bao

gồm một bảng liệt kê tất cả các dịch vụ phục vụ người dùng (xem Bảng 2.3.1 ), mộtkiến trúc logic, một kiến trúc vật lý (xem báo cáo "Worldbank, 2004"), và các lĩnh vực

để xây dựng tiêu chuẩn ITS Hộp 2.3.1 sau đây, mô tả các mục tiêu cho từng lĩnh vựcITS để từ đó xác định kiến trúc quốc gia

Hộp 2.3.1 Mục tiêu cho từng lĩnh vực ITS trong kiến trúc ITS quốc gia Nhật Bản

Mục tiêu của ITS đặt ra cho từng phương diện như sau:

+ Về mặt an toàn và an ninh, mục tiêu huớng đến của ITS Nhật Bản là xây dựng nên một khu vực

kiểu mẫu, nơi các vụ tai nạn giao thông sẽ được giảm thiểu tới con số không (còn gọi là Tầm nhìn số không - Zero Vision) Thành tựu này sau đó được triển khai trong toàn quốc, góp phần đến sự giảm

thiểu 50% tổng số vụ tai nạn giao thông trên tất cả các tuyến đường cho đến năm 2010.

+ Với tiêu chí hoạt động hiệu quả và bảo vệ môi truờng, ITS huớng đến cung c ấp một vùng

không có tắc nghẽn giao thông Việc đạt được mục tiêu này được mong dợi sẽ góp phần giảm thiểu

luợng khí CO 2 thải ra bởi các phuong tiện tham gia giao thông như mục tiêu của chính phủ đề ra cho dến năm 2020.

+ Về sự tiện nghi và thoải mái, ITS Nhật Bản huớng đến việc nâng cấp co sở hạ tầng công cộng

để tạo nên một môi truờng giao thông thoải mái, để cung cấp cho các thành phố những không gian nơi

mà giao thông là một trải nghiệm lý thú và tiện nghi dối với nguời đi bộ, nguời lái xe cũng như nh ững nguời sử dụng phương tiện giao thông công cộng.

ITS Nhật Bản huớng đến giao thông trong tương lai trung hạn với những mục tiêu sau:

+ Xây dựng “những vùng ITS” an toàn và bền vững nhằm làm giảm các vụ tai nạn đến con số không.

+ Việc cung ứng dịch vụ cần được cải thiện và phát triển hệ thống xe lái tự động trên những dải

đường giới hạn, với mục tiêu không còn ùn tắc giao thông trên những phần đường này.

+ Thương mại hóa “hệ thống định huớng“ mang lại những trải nghiệm giao thông thú vị hơn trong một vùng giao thông thoải mái, bao gồm việc triển khai “Thành phố thông minh”, quảng bá việc