Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ : Xây dựng hệ thống quản lý xe bus trên địa bàn thành phố Ha Nội ứng dụng công nghệ GIS và GPS

Xây dựng hệ thống quản lý xe bus trên địa bàn thành phố Ha Nội ứng dụng công nghệ GIS và GPS

Trang 1

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN

ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2011

Trang 2

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN

ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2011

Trang 4

VIELINA Trang 5

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm vừa qua, trên thế giới, hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và hệ thống thông tin địa lý (GIS) có nhiều ứng dụng mạnh mẽ trên nhiều lĩnh vực, trong đó có hệ thống quản lý điều hành vận tải, đặc biệt là quản lý điều hành xe taxi, xe tải, xe công trình, xe buýt, xe khách, xe tự lái… Tuy nhiên, các hệ thống quản lý điều hành ứng dụng các công nghệ GPS và GIS nhập ngoại có giá thành khá cao, có nhiều chức năng chưa phù hợp với điều kiện phát triển giao thông công cộng trong các đô thị Việt Nam, chưa phát huy được các chức năng ưu việt của hệ thống điều hành… Do vậy mà việc đặt vấn đề nghiên cứu thiết kế chế tạo môt hệ thống quản lý các phương tiện vận tải hành khách công cộng ứng dụng công nghệ GPS và GIS ở Việt Nam là vô cùng cấp thiết

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống quản lý các phương tiện vận tải cụ thể là quản lý các xe buýt trên địa bàn thành phố Hà Nội là xây dựng được một hệ thống thích hợp cho công tác quản lý xe buýt trên địa bàn thành phố Hà Nội đảm bảo sự chia sẻ thông tin và phát triển đồng bộ các dịch vụ vận tải hành khách công cộng qua đó tiết kiệm nhiều thời gian và kinh phí trong quản lý điều hành xe buýt Hệ thống hoàn toàn có thể ứng dụng cho việc giám sát các phương tiện vận tải khác cụ thể như ứng dụng cho quản lý xe chở than của các công ty than trong tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam Nghiên cứu làm chủ được công nghệ GIS và GPS tiến tới xây dựng được sản phẩm chất lượng tương đương nước ngoài nhưng giá thành thấp hơn và phù hợp với tình hình Việt Nam

Trang 5

VIELINA Trang 6

MỤC LỤC

Phần 1: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

GPS VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS 12

1.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPS 12

1.2 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 15

1.3 GPS và GIS trong quản lý hoạt động xe buýt 19

Phần 2: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG QUẢN LÝ XE BUÝT TRONG NƯỚC VÀ QUỐC TẾ 21 2.1 Tình hình nghiên cứu nước ngoài 21

2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 22

2.3 Yêu cầu thiết kế hệ thống quản lý và giám sát hành trình tại Việt Nam 24

2.4 Mục tiêu và định hướng cho đề tài 29

Phần 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 30

3.1 Cấu trúc của hệ thống quản lý xe buýt 30

3.2 Các vấn đề kỹ thuật cần làm chủ 32

Phần 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG THIẾT BỊ GSHT 40

4.1 Sơ đồ khối của thiết bị GSHT 40

4.2 Phân tích các yêu cầu của thiết bị GSHT 41

4.3 Lựa chọn thiết bị, công nghệ cho thiết bị GSHT 44

Phần 5: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 49

5.1 Lựa chọn giải pháp công nghệ 49

5.2 Cấu trúc chức năng của phần mềm nhúng trên thiết bị giám sát hành trình 49

5.3 Cấu trúc chức năng của phần mềm trung tâm điều hành và phần mềm cơ sở bãi đỗ xe 51 5.4 Cấu trúc dữ liệu của phần mềm 52

Phần 6: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 53

6.1 Mục đích, yêu cầu thử nghiệm 53

6.2 Thử nghiệm và đánh giá thử nghiệm tại phòng thí nghiệm 53

Trang 6

VIELINA Trang 7

6.3 Nội dung thử nghiệm thực tế 54

Phần 7: PHỤ LỤC 58

7.1 Hình ảnh sản phẩm 58

7.2 Cấu trúc bảng thuộc tính 60

Phần 8: TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

Trang 7

VIELINA Trang 8

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2-1: Thiết bị phần cứng của hệ thống BUSTRACK 21

Hình 3-1: Cấu trúc của hệ thống quản lý xe buýt 30

Hình 3-2: Sơ đồ khối của hệ thống quản lý xe buýt 32

Hình 3-3: Tính ổn định của CAN (Nguồn: www.can-cia.org) 33

Hình 3-4: Ứng dụng mạng CAN trong điều khiển xe hơi 34

Hình 3-5: Cấu trúc GPRS được phát triển dựa trên mạng GSM 35

Hình 3-6: Các lớp protocol của GPRS được tham chiếu triên mô hình OSI 35

Hình 3-7: Liên kết giữa đầu cuối mạng GPRS và đầu cuối mạng Internet 36

Hình 4-1: Sơ đồ khối của thiết bị GSHT 40

Hình 4-2: Biểu đồ Use Case thu thập, lưu trữ thông tin của thiết bị GSHT 41

Hình 4-3: Quy trình phối hợp giữa các đối tượng để thu thập, lưu trữ thông tin của thiết bị GSHT 42

Hình 4-4: Biểu đồ Use Case thu thập, lưu trữ thông tin của phần mềm TCP Server 43

Hình 4-5: Quy trình phối hợp giữa các đối tượng để thu thập, lưu trữ thông tin của phần mềm TCP Server 43

Hình 4-6: Sơ đồ thiết kế khối điều khiển trung tâm 44

Hình 4-7: Sơ đồ thiết kế của module SIM 548c 45

Hình 4-8: SIM 548c 46

Hình 4-9: Sơ đồ thiết kế khối nguồn 47

Hình 4-10: Sơ đồ thiết kế tổng thể thiết bị GSHT 48

Hình 5-1: Sơ đồ cấu trúc chức năng của phần mềm nhúng trên thiết bị GSHT 50

Hình 5-2: Sơ đồ cấu trúc chức năng của phần mềm trung tâm điều hành và phần mềm cơ sở 51

Hình 5-3: Cấu trúc dữ liệu của phần mềm 52

Hình 6-1: Hình ảnh dữ liệu thử nghiệm dạng vệ tinh 54

Hình 6-2: Hình ảnh dữ liệu thử nghiệm dạng bản đồ 54

Hình 6-3: Hình ảnh lắp đặt thiết bị GSHT thực tế 55

Hình 6-4: Hình ảnh vệ tinh của Ô tô chạy thực tế trên thị xã Cao Bằng 55

Hình 6-5: Hình ảnh bản đồ của Ô tô chạy thực tế trên thị xã Cao Bằng 56

Hình 6-6: Hình ảnh thống kê quãng đường đi được trong khoảng thời gian cụ thể 56

Trang 8

VIELINA Trang 9

Hình 7-1: Mạch thử nghiệm thiết bị GSHT phiên bản đầu 58 Hình 7-2: Mạch thử nghiệm thiết bị GSHT phiên bản cuối 59

Trang 9

VIELINA Trang 10

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1: Điện áp danh định và điện áp thử nghiệm của thiết bị GSHT 27 Bảng 3-1: So sánh giữa giao thức TCP và UDP 37 Bảng 3-2: So sánh giữa truyền tin bằng SMS và GPRS 38

Trang 10

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

GPS - Global Positioning System: Hệ thống định vị toàn cầu;

GIS - Geographic Information System: Hệ thống thông tin địa lý;

GPRS - General packet radio service: Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp; GSHT - Giám sát hành trình;

SMS - Short Message Services: Dịch vụ tin nhắn ngắn;

API – Application Programming Interface: Giao diện lập trình ứng dụng;

Trang 11

Phần 1: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ

TOÀN CẦU GPS VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS

1.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định

vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí

đó

Tuy được quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí, bất kể quốc tịch nào Các nước trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ, dự tính sẽ bắt đầu hoạt động năm 2013

1.1.1 Khái niệm hệ thống định vị toàn cầu GPS

Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả

vệ tinh được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian

Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện Được biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng

Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũ cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển

hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh

Ban đầu, GPS và GLONASS đều được phát triển cho mục đích quân sự, nên mặc

dù chúng dùng được cho dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự

GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ

Mỹ cho phép sử dụng trong dân sự GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi

Trang 12

nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS nhưng phải tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu và phần mềm nhúng hỗ trợ

1.1.2 Sự hoạt động của GPS

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng

Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao

xa Rồi với nhiều khoảng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy

Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa

1.1.3 Độ chính xác của GPS

Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khóa vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì kết nối bền vững, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc trong thành phố với các toà nhà cao tầng Trạng thái của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu GPS Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét Không cần thêm thiết bị hay mất phí

để có được lợi điểm của WAAS Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này

Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu Để thu được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ

Trang 13

1.1.4 Tín hiệu GPS

Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải L1 và L2 (dải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz) GPS dân sự dùng tần số L1 1575.42 MHz trong dải UHF Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà

L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudo random), đó là mã Protected (P) và mã Coarse/Acquisition (C/A) Mỗi một vệ tinh có một mã truyền dẫn nhất định, cho phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu Mục đích của các mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS

Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và dữ liệu lịch Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào

Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi thời điểm trong ngày Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo cho

vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống

Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại Phần này của tín hiệu

Trang 14

• Thành phần điều khiển: Các trạm điều khiển theo dõi và cung cấp cho các vệ tinh thông tin về vị trí và thời gian với độ chính xác cao Có 5 trạm được bố trí trên toàn thế giới, 4 cái không tên và một trạm trung tâm Các trạm không tên liên tục thu nhận thông tin và truyền về trạm trung tâm để xử lý và phát lên các vệ tinh các thông tin hiệu chỉnh

• Người dùng là máy thu và người sử dụng bao gồm thủy thủ, phi công, ngư dân, người leo núi, thợ săn vv… bất kỳ ai muốn biết họ ở đâu, đã đi qua những đâu

và đang đi tới nơi nào

1.1.6 Ứng dụng của GPS trong quản lý giao thông vận tải

Các nhà khoa học dựa vào tính năng chính xác của GPS để thiết lập các bản đồ, khảo sát các công trình, tuyến kênh, tuyến đường, xác định vị trí chính xác của các trụ điện, đường dây tải điện, quản lý các tuyến xe… Các xe hơi hiện nay đều có xu hướng cài đặt hệ thống dẫn đường (Navigation) Qua đó, các thông tin về vị trí, tọa độ của xe

sẽ được hiển thị ngay trên màn hình, người lái có thể chủ động tìm kiếm và thay đổi lộ trình phù hợp trong thời gian ngắn nhất Một ứng dụng nữa của GPS chính là việc quản lý thú hoang dã bằng cách gắn lên chúng những con chip đã tích hợp GPS Tất

cả các hoạt động của chúng sẽ được kiểm soát chặt chẽ Việt Nam cũng đang tiến hành thử nghiệm để áp dụng vào việc quản lý đàn sếu đầu đỏ ở miền Tây Nam Bộ Riêng đối với Thành phố Hồ Chí Minh, việc ứng dụng GPS trong việc quản lý các tuyến xe buýt hiện nay đang được triển khai Cơ sở hạ tầng đã được xây dựng hoàn chỉnh, các doanh nghiệp vận tải chỉ cần trang bị các đầu thu cho mỗi xe để quản lý phương tiện của mình

Tình trạng xe buýt bỏ trạm, chạy quá tốc độ, đi sai tuyến hay bất cứ thái độ nào của nhân viên cũng được phát hiện dễ dàng bằng cách nắm bắt tọa độ của từng xe, qua

đó kiểm tra hộp đen lưu trữ thông tin (Thiết bị GSHT)

Chất lượng phục vụ trên xe buýt qua đó sẽ ngày càng hiệu quả hơn, thu hút người dân sử dụng phương tiện vận chuyển công cộng, giảm bớt tiền trợ giá hàng năm cho các phương tiện vận chuyển hành khách công cộng

1.2 Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS) được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm trở lại đây GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan

Trang 15

chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào

Có nhiều cách tiếp cận khác nhau khi định nghĩa GIS Nếu xét dưới góc độ hệ thống, thì GIS có thể được hiểu như một hệ thống gồm các thành phần: con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và quy trình kiến thức chuyên gia, nơi tập hợp các quy định, quy phạm, tiêu chuẩn, định hướng, chủ trương ứng dụng của nhà quản

lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến thức về công nghệ thông tin

Khi xây dựng một hệ thống GIS ta phải quyết định xem GIS sẽ được xây dựng theo mô hình ứng dụng nào, lộ trình và phương thức tổ chức thực hiện nào Chỉ trên

cơ sở đó người ta mới quyết định xem GIS định xây dựng sẽ phải đảm đương các chức năng trợ giúp quyết định gì và cũng mới có thể có các quyết định về nội dung, cấu trúc các hợp phần còn lại của hệ thống cũng như cơ cấu tài chính cần đầu tư cho việc hình thành và phát triển hệ thống GIS Với một xã hội có sự tham gia của người dân và quá trình quản lý thì sự đóng góp tri thức từ phía cộng đồng đang ngày càng trở nên quan trọng và càng ngày càng có vai trò không thể thiếu

1.2.1 Ứng dụng của GIS

Theo cách tiếp cận truyền thống, GIS là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên Trái đất Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích không gian Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược)

Việc áp dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực dữ liệu không gian đã tiến những bước dài: từ hỗ trợ lập bản đồ (CAD mapping) sang hệ thống thông tin địa lý (GIS) Cho đến nay cùng với việc tích hợp các khái niệm của công nghệ thông tin như hướng đối tượng, GIS đang có bước chuyển từ cách tiếp cận cơ sở dữ liệu (database approach) sang hướng tri thức (knowledge approach)

Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống quản lý, phân tích và hiển thị tri thức địa lý, tri thức này được thể hiện qua các tập thông tin:

• Các bản đồ: giao diện trực tuyến với dữ liệu địa lý để tra cứu, trình bày kết quả

và sử dụng như là một nền thao tác với thế giới thực

Trang 16

• Các tập thông tin địa lý: thông tin địa lý dạng file và dạng cơ sở dữ liệu gồm các yếu tố, mạng lưới, topology, địa hình, thuộc tính

• Các mô hình xử lý: tập hợp các quy trình xử lý để phân tích tự động

• Các mô hình dữ liệu: GIS cung cấp công cụ mạnh hơn là một cơ sở dữ liệu thông thường bao gồm quy tắc và sự toàn vẹn giống như các hệ thông tin khác Lược đồ, quy tắc và sự toàn vẹn của dữ liệu địa lý đóng vai trò rất quan trọng

• Metadata: hay tài liệu miêu tả dữ liệu, cho phép người sử dụng tổ chức, tìm hiểu và truy nhập được tới tri thức địa lý…

1.2.2 Cách tiếp cận GIS

Khi làm việc với hệ thống GIS có thể tiếp cận dưới các cách nhìn nhận như sau:

• Cơ sở dữ liệu địa lý (Geodatabase - theo cách gọi của ESRI): GIS là một cơ sở

dữ liệu không gian chuyển tải thông tin địa lý theo quan điểm gốc của mô hình

dữ liệu GIS (yếu tố, topology, mạng lưới, raster )

• Hình tượng hoá (Geovisualization): GIS là tập các bản đồ thông minh thể hiện các yếu tố và quan hệ giữa các yếu tố trên mặt đất Dựa trên thông tin địa lý có thể tạo nhiều loại bản đồ và sử dụng chúng như là một cửa sổ vào trong cơ sở

dữ liệu để hỗ trợ tra cứu, phân tích và biên tập thông tin

• Xử lý (Geoprocessing): GIS là các công cụ xử lý thông tin cho phép tạo ra các thông tin mới từ thông tin đã có Các chức năng xử lý thông tin địa lý lấy thông tin từ các tập dữ liệu đã có, áp dụng các chức năng phân tích và ghi kết quả vào một tập mới

Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ (bản đồ) để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý

Do các ứng dụng GIS trong thực tế quản lý nhà nước có tính đa dạng và phức tạp xét cả về khía cạnh tự nhiên, xã hội lẫn khía cạnh quản lý, những năm gần đây GIS thường được hiểu như một hệ thống thông tin đa quy mô và đa tỷ lệ Tùy thuộc vào nhu cầu của các người sử dụng mà hệ thống có thể phải tích hợp thông tin ở nhiều mức khác nhau, nói đúng hơn, là ở các tỷ lệ khác nhau, nói cách khác là tuỳ thuộc vào các định hướng do cơ sở tri thức đưa ra

Trang 17

1.2.3 Cơ sở dữ liệu địa lý

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) sử dụng cơ sở dữ liệu địa lý (geodatabase) làm dữ liệu của mình

Các thành phần của cơ sở dữ liệu không gian bao gồm:

• Tập hợp các dữ liệu dạng vector (tập các điểm, đường và vùng)

• Tập hợp các dữ liệu dạng raster (dạng mô hình DEM hoặc ảnh)

• Tập hợp các dữ liệu dạng mạng lưới (ví dụ như đường giao thông, lưới cấp thoát nước, lưới điện )

• Tập hợp các dữ liệu địa hình 3 chiều và bề mặt khác

Mô hình cơ sở dữ liệu không gian không những quy định mô hình dữ liệu với các đối tượng đồ hoạ, đối tượng thuộc tính mà còn quy định liên kết giữa chúng thông qua

mô hình quan hệ và định nghĩa hướng đối tượng bao gồm các tính chất như thừa kế (inherit), đóng gói (encapsulation) và đa hình (polymorphism)

Ngoài ra, cơ sở dữ liệu không gian hiện đại còn bao gồm các ràng buộc các đối tượng đồ hoạ ngay trong cơ sở dữ liệu, được gọi là topology Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải là kỹ thuật mới, nhưng GIS thực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ Trước công nghệ GIS, chỉ có một số ít người

có những kỹ năng cần thiết để sử dụng thông tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và đưa ra các quyết định GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản và các công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân tích Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công cụ quan trọng đặc biệt là phân tích liền kề và phân tích chồng xếp Nhóm này tạo nên ứng dụng quan trọng đối với nhiều ứng dụng mang tính phân tích Quá trình chồng xếp sử dụng một số bản đồ để sinh ra thông tin mới và các đối tượng mới Trong nhiều trường hợp topology mới sẽ được tạo lại Phân tích chồng xếp khá tốn thời gian và thuộc vào nhóm các ứng dụng có tính chất sâu, khi hệ thống được khai thác sử dụng ở mức độ cao hơn là được sử dụng cho từng vùng cụ thể hoặc cả nước

Trang 18

với tỷ lệ bản đồ phù hợp Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý Sự chồng xếp này, hay liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế

Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và trao đổi thông tin địa

lý GIS cung cấp nhiều công cụ mới để mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ Bản đồ hiển thị có thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa phương tiện) Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp, nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý tài nguyên môi trường Các mô hình phức tạp cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS

GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc

Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đưa ra những quyết định một cách nhanh chóng Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lượng, giá trị và tính tương thích của các dữ liệu địa lý dạng số Việc chia sẻ dữ liệu sẽ kích thích sự phát triển các nhu cầu về sản phẩm và dịch vụ GIS Các nguồn dữ liệu tăng thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (hệ thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám, đã cung cấp các công cụ thu thập dữ liệu hiệu quả hơn GIS đã được công nhận là một hệ thống với nhiều lợi ích không chỉ trong các công tác thu thập đo đạc địa lý mà còn trong các công tác điều tra tài nguyên thiên nhiên, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên môi trường

Tại Việt Nam công nghệ GIS cũng được thí điểm khá sớm, và đến nay đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị Tuy nhiên, các ứng dụng

có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lưu trữ, in ấn các tư liệu bản đồ bằng công nghệ GIS Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu như mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tư mới có thể đưa vào ứng dụng chính thức

1.3 GPS và GIS trong quản lý hoạt động xe buýt

Trung tâm Quản lý và Điều hành vận tải hành khách công cộng Thành phố Hồ Chí Minh đang quản lý 300 xe buýt trên 100 tuyến đường, thực hiện vận chuyển hơn 15.000 chuyến xe mỗi ngày Trung tâm có đội kiểm tra trên tuyến, nhân viên điều

Trang 19

hành các bến đầu và cuối (khoảng 300 người) để giám sát hoạt động của tài xế và tiếp viên: kiểm tra tài xế chạy đúng biểu đồ thời gian, lộ trình, trạm dừng đỗ, kiểm tra công việc bán vé, kiểm vé của tiếp viên Hằng ngày, thông tin về số chuyến của từng xe trên tuyến, tổng số xe trên tuyến, số lượng hành khách (vé lượt, vé tập, vé tháng, miễn vé) được thu thập và xử lý

Dễ thấy rằng, phương pháp quản lý hiện tại có thể có những điểm bất cập như thông tin về hoạt động của xe buýt, tình hình vận chuyển hành khách chỉ dựa vào thông tin do các nhân viên thu thập và do vậy, phụ thuộc nhiều vào tính khách quan của nhân viên tác nghiệp Từ đó, chưa thể giám sát đầy đủ để khắc phục các khuyết điểm: xe chạy không đúng lộ trình, thắng gấp, không bật máy lạnh, không xé vé Bên cạnh đó, hệ thống thông tin liên lạc giữa tài xế và trung tâm điều hành (để trung tâm điều phối, thay đổi hoạt động của xe ở các tình huống khẩn cấp; tài xế báo cáo về trung tâm tình hình lưu thông, các sự cố bất chợt trên đường ) vẫn chưa được triển khai trong cách quản lý này

Đứng trước những khó khăn đó, các chuyên gia và các nhà quản lý đã đề xuất giải pháp ứng dụng công nghệ tích hợp hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và hệ thống thông tin địa lý (GIS) phục vụ công tác quy hoạch và quản lý xe buýt Một điều rất thuận lợi

là GIS hiện đã được xây dựng hoàn chỉnh ở Việt Nam với khả năng lưu trữ, truy cập,

xử lý phân tích và cung cấp thông tin cần thiết ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như quản lý công trình công cộng, dịch vụ

Với việc ứng dụng công nghệ tích hợp GPS và GIS, công tác điều hành và quản lý vận tải hành khách công cộng sẽ được cải tiến theo hướng tiết kiệm kinh phí, tận dụng nguồn nhân lực và trang thiết bị sẵn có, bảo đảm chia sẻ thông tin và phát triển đồng bộ

Trang 20

Phần 2: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG QUẢN LÝ XE BUÝT TRONG

NƯỚC VÀ QUỐC TẾ

2.1 Tình hình nghiên cứu nước ngoài

Để nâng cao khả năng, hiệu quả ứng dụng của GIS người ta thường kết hợp GIS với một số hệ thống khác: viễn thám; hệ thống định vị toàn cầu (GPS); hệ thống quản

lý cơ sở dữ liệu, nhằm bổ sung những chức năng quản lý, xử lý và phân tích số liệu phi không gian trong cơ sở dữ liệu của GIS Mô hình ứng dụng này được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới trong nhiều lĩnh vực khác nhau ví dụ như:

• Ứng dụng giải pháp GPS thời gian thực kết hợp GIS trong hỗ trợ quản lý thảm họa tại bang Victoria, Australia Nguồn: http://gislounge.com/case-study-real-time-gps-mapping-and-gis-solution-aids-efficient-disaster-management/

• Hệ thống CAD/GIS của NYCDOT (Sở giao thông vận tải New York, Mỹ) có chức năng: Dò tìm các hố nước sâu, lập bản đồ các cây cầu, quy hoạch các loại cây trồng, phân tích các tai nạn, tập hợp các điểm giao cắt đường bộ điển hình… (http://www.nyc.gov/)

• Quản lý duy trì tình trạng đường xá qua hệ GIS của Nebraka, Mỹ: Đối chiếu nhanh chóng các kế hoạch tu sửa, bổ sung cho những ngày đan xen, dễ dàng đối với đặc thù lĩnh vực xây dựng công trình

Trong lĩnh vực quản lý xe Bus, có rất nhiều hệ thống quản lý đã được áp dụng rộng rãi và đưa vào thương mại hóa Có thể kể đến hệ thống BusTrack (http://www.bustracks.com) Hệ thống đưa ra giải pháp quản lý xe Bus phục vụ cho các trường học bao gồm hệ thống phần cứng gắn trên xe bus và hệ thống phần mềm quản lý tại trung tâm

Hình 2-1: Thiết bị phần cứng của hệ thống BUSTRACK

Trang 21

Các chức năng chính của hệ thống BusTrack:

• Theo dõi tốc độ, ngày tháng, thời gian, vị trí dừng khi xe buýt di chuyển trên đường bằng hệ thống phần mềm trên máy tính Từ đó xác định thời gian dừng

và kiểm soát đường đi thực tế của xe

• Có khả năng thống kê số lượng hành khách trên xe, số người lên xuống xe sau mỗi lần dừng đỗ

• Tạo các báo cáo để xác định quãng đường đi được của xe buýt phục vụ việc theo dõi và thống kê số liệu

• Phần cứng được thiết kế nhỏ gọn, có thể lưu dữ liệu từ 5 đến 10 ngày dữ liệu có thể truy suất dễ dàng và hiển thị trực tiếp trên bản đồ chuyên dụng

2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam công nghệ GIS cũng được thí điểm khá sớm, và đến nay đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị Trong lĩnh vực giao thông vận tải, từ 1/7/2009 theo quy định của Chính phủ, các phương tiện kinh doanh vận tải phải gắn thiết bị giám sát hành trình xe Do vậy việc trang bị các hệ thống giám sát hành trình cho phương tiện vận tải đang là mối quan tâm lớn đối với các doanh nghiệp vận tải trong nước Tuy nhiên phần lớn các thiết bị trong nước là thiết bị nhập ngoại đi kèm với hệ thống phần mềm tích hợp nên giá thành còn cao, chưa được

sử dụng phổ biến trong thực tế Gần đây một số đơn vị đã bắt đầu đưa ra các sản phẩm quản lý xe buýt thương mại, có thể kể đến một vài sản phẩm sau:

2.2.1 Phần mềm BUS IS 2.0

BUS IS 2.0 do Vidagis (Công ty TNHH Việt Nam Đan Mạch) viết được nước ngoài hỗ trợ cho công ty cổ phần dịch vụ công cộng Hà Nội giúp người dân theo dõi thông tin xe buýt qua bản đồ Dữ liệu của phần mềm BusIS 2.0 là bản đồ kỹ thuật số

Hà Nội với tỷ lệ 1/10.000 bao gồm các lớp thông tin bản đồ sau :

• Lớp bản đồ các đường phố Hà Nội (bao gồm các đường phố có có chiều rộng lớn hơn 5 mét trong khu vực nội thành, và các đường chính ở khu vực ngoại thành Hà Nội)

• Tên của các đường phố trên

• Bản đồ hệ thống đường đi của xe buýt

• Bản đồ vị trí các điểm đỗ xe buýt

Trang 22

• Bản đồ các sông, hồ chính của Hà nội

• Bản đồ ranh giới hành chính và tên hành chính của cấp quận(huyện) và phường(xã)

• Một số lớp dữ liệu bản đồ nền khác như : Các khối nhà, đường xe lửa, tên địa danh, thực vật…

Các chức năng chính của BusIS

• Xem thông tin thuộc tính của các tuyến và điểm dừng xe buýt

• Tìm kiếm các tuyến xe buýt, các điểm dừng

• Tìm đường phố

• Tạo bảng danh sách các điểm dừng xe buýt của một hay nhiều tuyến

• Tạo bảng chứa thông tin khoảng cách giữa các điểm dừng

• Xác định vùng phục vụ cho các tuyến và các điểm dừng xe buýt

• Chỉnh sửa và cập nhật thông tin thuộc tính cho các điểm dừng hoặc các tuyến

xe buýt

• Thay đổi thuộc tính không gian của các đối tượng trên nền bản đồ

• Mô phỏng sự chuyển động của các xe buýt

Hiện tại các xe buýt của công ty đã lắp đặt hệ thống tuy nhiên chỉ dừng lại ở mức

độ quản lý đơn lẻ trên một số tuyến, chưa có hệ thống thống kê quản lý tích hợp

2.2.2 Phần mềm BUS_GPS

Giải pháp giám sát và điều hành xe buýt ứng dụng GPS được công ty điện tử Bình Anh đưa ra đầu năm 2011 Theo thông tin giới thiệu BusGps là giải pháp giám sát, điều hành xe buýt trực tuyến dựa trên cơ sở sử dụng hộp đen đa năng BA_BlackBox Mỗi xe buýt sẽ được trang bị hộp đen đa năng BA-BlackBox, hộp đen thu thập những thông tin trạng thái của xe (vị trí, vận tốc, trạng thái cửa, trạng thái điều hòa, ) gửi về TTĐH đồng thời xác định điểm dừng tiếp theo để thông báo bằng âm thanh cho khách xuống xe

Điều hành viên xe buýt sẽ truy cập vào website của công ty Bình Anh để giám sát, tổng hợp kết quả hoạt động của xe Tính năng của giải pháp:

• Thể hiện vị trí xe, lộ trình xe, các điểm dừng đỗ quy định, trên bản đồ số

• Thể hiện lại lộ trình và trạng thái của xe tại một thời điểm bất kỳ trong quá khứ

Trang 23

• Quản lý điểm dừng đỗ, các điểm đặc biệt trên lộ trình

• Thông báo điểm dừng đỗ bằng âm thanh cho khách xuống xe (có thể kết hợp giới thiệu địa danh, hoặc quảng cáo trên xe)

• Tổng hợp, tạo báo cáo các lỗi vi phạm của xe (lỗi dừng đỗ, lỗi đóng/mở cửa, lỗi điều hòa, lỗi vận tốc, lỗi thời gian xuất bến/đến bến, )

• Quản lý lái xe, nhân viên bán vé, ca kíp

Có thể nhận thấy hệ thống của Bình Anh cung cấp tương đối hoàn chình về chức năng, tuy nhiên người sử dụng vẫn phải sử dụng Server quản lý của Bình Anh, không thể tự tùy biến phần mềm quản lý ví dự như: quản lý xe, tuyến xe và quản lý người dùng

2.3 Yêu cầu thiết kế hệ thống quản lý và giám sát hành trình tại Việt Nam

“Hệ thống quản lý xe buýt ứng dụng công nghệ GPS và GIS” được thiết kế dựa trên những yêu cầu của quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về thiết bị giám sát hành trình (GSHT) của xe ô tô – Mã số QCVN 31: 2011/BGTVT Quy chuẩn này là cơ sở để Đề tài thiết kế các chức năng và tính năng cho sản phẩm của mình Quy chuẩn QCVN 31: 2011/BGTVT có các nội dung liên quan đến Đề tài như sau:

2.3.1 Yêu cầu chung của thiết bị giám sát hành trình (GSHT)

Kết cấu thiết bị GSHT

Thiết bị GSHT bao gồm phần cứng (bộ vi xử lý, bộ phận ghi, lưu giữ, truyền phát

dữ liệu, đồng hồ đo thời gian thực, bộ phận nhận tín hiệu định vị toàn cầu GPS, bộ phận thu nhận thông tin lái xe, cổng kết nối, bộ phận thông báo trạng thái hoạt động thiết bị…) và phần mềm phân tích dữ liệu

Yêu cầu về các thông tin tối thiểu cần ghi, xử lý, lưu giữ và truyền phát của thiết

bị GSHT

Thiết bị GSHT phải có tính năng liên tục ghi, lưu giữ và truyền phát qua mạng internet về máy tính của doanh nghiệp để lưu trữ theo quy định các thông tin tối thiểu

về quá trình khai thác, vận hành của xe sau đây:

• Thông tin về xe và lái xe

• Hành trình của xe

• Tốc độ vận hành của xe

Trang 24

• Số lần và thời gian dừng, đỗ xe

• Số lần và thời gian đóng, mở cửa xe

• Thời gian làm việc của lái xe (bao gồm: thời gian lái xe liên tục của người lái

xe và tổng thời gian làm việc trong một ngày của người lái xe)

Ngoài các thông tin tối thiểu nêu trên, tùy theo yêu cầu quản lý của doanh nghiệp vận tải, thiết bị có thể có thêm các tính năng hỗ trợ quản lý khác

Điều kiện làm việc

Thiết bị GSHT phải nhỏ gọn, có vỏ bọc cứng, đảm bảo trong môi trường làm việc của xe phải hoạt động bình thường, không làm mất hay thay đổi những dữ liệu đã được ghi, lưu trữ trong thiết bị GSHT

Chức năng tự động xác nhận trạng thái hoạt động của thiết bị

Khi bắt đầu hoạt động, thiết bị GSHT phải tiến hành tự kiểm tra và có các tín hiệu thông báo trạng thái hoạt động thiết bị

Cổng kết nối

Thiết bị GSHT phải có ít nhất một cổng kết nối 9 chân theo chuẩn RS 232 Male, DTE)

(DB9-Chức năng trao đổi và in dữ liệu thông qua cổng kết nối của thiết bị GSHT

• Phải đảm bảo trích xuất thông qua cổng kết nối để in hoặc sao lưu các dữ liệu thông tin tối thiểu tức thời liên quan trong quá trình khai thác, vận hành của

xe

• Khi in, sao lưu hoặc truyền dữ liệu, không được thay đổi hoặc xóa bỏ các dữ liệu đã được lưu lại trong bộ nhớ của thiết bị GSHT

• Phải đảm bảo kết nối với máy in di động cầm tay (loại in kim hoặc in nhiệt) để

in ra trực tiếp từ thiết bị GSHT các loại dữ liệu cần in nêu trên theo các chuẩn thống nhất sau đây:

Kết nối với máy in di động cầm tay thông qua cổng kết nối RS 232

Xuất ra dữ liệu theo định dạng chuẩn ASCII (dữ liệu thô, tiếng Việt không dấu)

Trang 25

Số lần đóng, mở cửa xe trong suốt hành trình chạy của xe

Thời gian làm việc của lái xe (bao gồm: thời gian lái xe liên tục của người lái xe và tổng thời gian làm việc trong một ngày của người lái xe) trong suốt hành trình chạy của xe

• Phải có các giao diện và kết quả hiển thị bằng tiếng Việt (có dấu hoặc không có dấu) và tiếng Anh

• Có khả năng cài đặt sử dụng với các hệ điều hành thông dụng

Trang 26

• Đối với những thông tin nhận dạng của xe và lái xe: (số VIN, biển số xe, tên lái

xe và số giấy phép lái xe…), hệ thống phần mềm phân tích dữ liệu chỉ có thể truy cập mà không thể thay đổi hoặc xóa bỏ

2.3.2 Tính an toàn của dữ liệu

• Các dữ liệu được ghi và lưu giữ trong thiết bị GSHT phải đảm bảo không được xóa hoặc thay đổi trong suốt thời gian lưu trữ theo quy định

• Phải có cơ chế sao lưu dữ liệu, để đảm bảo trong trường hợp thiết bị GSHT bị

hư hỏng, dữ liệu lưu trữ trong thiết bị GSHT vẫn được bảo tồn và có thể sử dụng thông qua một thiết bị khác

• Trường hợp nhập khẩu thiết bị GSHT phải hiệu chỉnh các phần mềm được cài đặt trước trong thiết bị GSHT nhập khẩu, sao cho các dữ liệu quy định phải được ghi, lưu giữ và truyền phát phù hợp với các yêu cầu

Nguồn điện sử dụng

Thiết bị GSHT sử dụng nguồn điện của xe ô tô Mức điện áp danh định của thiết bị GSHT phải phù hợp với mức điện áp danh định của xe và có khả năng chịu cắm ngược cực quy định tại bảng 2.1

Bảng 2-1: Điện áp danh định và điện áp thử nghiệm của thiết bị GSHT

Điện áp danh định (V) Điện áp thử nghiệm cắm ngược cực (V)

2.3.3 Các yêu cầu kỹ thuật cụ thể của thiết bị GSHT

Nhập các dữ liệu ban đầu (thông tin nhận dạng về xe và lái xe)

Thiết bị GSHT phải ghi lại thời gian, địa điểm mỗi lần nhập các dữ liệu ban đầu

về xe và lái xe Thông qua cổng kết nối, hoặc trực tiếp từ các phím thao tác, thiết bị thực hiện việc ghi nhận, lưu giữ và truyền qua mạng về máy tính của doanh nghiệp các dữ liệu ban đầu sau đây:

Trang 27

• Số nhận dạng của xe (số VIN) và biển số xe

• Tên lái xe và số giấy phép lái xe

• Số sê-ri của thiết bị GSHT và ngày hiệu chỉnh gần nhất

Các thông tin nhận dạng ban đầu về xe và lái xe nêu trên phải được đính kèm vào tất cả các file thông tin lưu trữ tại thiết bị GSHT

Thông tin về thời gian làm việc của lái xe

• Thời gian, tọa độ bắt đầu và kết thúc làm việc của từng lái xe

• Ghi nhận thời gian lái xe liên tục của người lái xe và tổng thời gian làm việc trong một ngày của người lái xe

• Phát tín hiệu cảnh báo khi thời gian lái xe liên tục, hoặc tổng thời gian lái xe trong một ngày của người lái xe vượt quá quy định

Thông tin về số lần và thời gian dừng, đỗ xe

Tọa độ, thời điểm và thời gian của mỗi lần dừng, đỗ xe trong suốt hành trình của

xe

Thông tin về số lần và thời gian đóng, mở cửa xe

Thông tin về số lần và thời gian đóng, mở cửa xe trong suốt hành trình của xe, bao gồm: tọa độ xe, tốc độ xe, thời điểm, thời gian đóng, mở cửa xe

Thông tin về hành trình của xe

Các thông tin về thời gian, tốc độ, quãng đường chạy, tọa độ của xe từng phút một trong suốt hành trình chạy của xe

Thông tin về tốc độ của xe

• Tốc độ vận hành trung bình mỗi phút của xe tương ứng với thời gian thực trong suốt hành trình chạy của xe;

• Tốc độ xe tức thời từng giây trong suốt hành trình chạy của xe Thông tin này

có thể trích xuất thông qua cổng kết nối trực tiếp của thiết bị GSHT tại các thời điểm bất kỳ trong suốt hành trình chạy của xe;

• Cảnh báo lái xe khi xe chạy quá tốc độ giới hạn và ghi nhận số lần xe chạy quá tốc độ giới hạn trong suốt hành trình chạy của xe;

Trang 28

• Đơn vị tốc độ ghi nhận là km/h; Tốc độ lớn nhất ghi được không nhỏ hơn 150 km/h; Độ chia của thang đo nhỏ hơn hoặc bằng 1 km/h;

• Tốc độ xe xác định thông qua thiết bị GSHT phải đảm bảo không sai lệch quá

± 5 km/h so với tốc độ thực tế của xe Độ chính xác của tốc độ xe được kiểm tra khi duy trì tốc độ xe chạy ổn định 60 km/h trên quãng đường bằng phẳng

2.4 Mục tiêu và định hướng cho đề tài

Thực tế khảo sát cho thấy nhu cầu của thị trường Việt Nam là rất lớn trong khi các sản phẩm trong nước sản xuất và các sản phẩm ngoại nhập đều tỏ ra còn nhiều hạn chế Thị trường thế giới đang có những vận động mới đưa ra thị trường những sản phẩm hiện đại Mục tiêu của đề tài là dựa trên các tiêu chuẩn đã được ban hành, xây dựng hệ thống tiên tiến và phù hợp cho công tác quản lý xe buýt trên địa bàn thành phố Hà Nội nói riêng và các đô thị tại Việt nam nói chung, giúp tiết kiệm thời gian và kinh phí trong quản lý điều hành xe buýt Đề tài cần làm chủ được công nghệ GIS và GPS tiến tới xây dựng được sản phẩm chất lượng tương đương nước ngoài nhưng giá thành thấp hơn và phù hợp với tình hình Việt Nam

Trang 29

Phần 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Cấu trúc của hệ thống quản lý xe buýt

Hình 3-1: Cấu trúc của hệ thống quản lý xe buýt

Cấu trúc của hệ thống quản lý xe buýt do Đề tài xây dựng được mô tả trên Hình 3.1 Hệ thống gồm 3 phần chính:

• Module di động gắn trên xe bus (Thiết bị GSHT)

Module di động trang bị trên xe gồm nhiều thành phần: đầu vào số thu thập

dữ liệu số từ xe buýt (nhiệt độ điều hòa, vận tốc xe…), thiết bị định vị và bộ tập trung dữ liệu (data logger) giao tiếp với trung tâm điều hành Các thiết

bị định vị sẽ tự động thu thập thông tin và lưu trữ ở bộ nhớ Bộ điều khiển tập trung dữ liệu sẽ truy xuất bộ nhớ khi nhận các yêu cầu từ trung tâm điều hành để gửi dữ liệu thu thập về trung tâm

Các chức năng của module này bao gồm:

- Thu thập và cung cấp thông tin tự động về trung tâm điều hành: bao gồm vị trí của xe buýt, tốc độ di chuyển, tình trạng hoạt động của xe như nhiệt độ điều hoà, tình trạng cửa đóng hay mở Thông tin này được

GSHT

Trang 30

phân làm hai nhóm: thông tin về vị trí xe (sử dụng thiết bị thu GPS để xác định tọa độ vị trí, tốc độ di chuyển, hướng di chuyển của xe buýt theo thời gian thực) và thông tin về trạng thái của xe (thông tin từ các cảm biến của xe)

- Lưu trữ các thông tin trên vào bộ nhớ của module

• Module trung tâm điều hành

Cơ sở dữ liệu GIS được tổ chức, lưu trữ và quản lý trong một hệ quản trị cơ sở dữ liệu bao gồm các thành phần không gian và thuộc tính của các đối tượng:

Không gian: Sử dụng bản đồ GIS thể hiện tuyến xe buýt, bến xe, trạm dừng, nhà chờ, bãi xe, cơ sở quản lý…

Thuộc tính hoạt động của tuyến xe: đơn vị quản lý, các loại giá vé, thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc, thời gian cách giữa hai xe cho từng trường hợp bình thường hoặc cao điểm, thông tin về lộ trình

Thuộc tính thông tin đặc điểm của xe buýt như: loại xe, số lượng ghế, công suất, ngày sản xuất, chu kỳ bảo hành, bảo dưỡng

Thuộc tính nhân sự vận hành hệ thống xe buýt: mã nhân viên, tên họ, năm sinh, quê quán, ngày hợp đồng, bằng lái, chế độ lương bổng, chế độ ưu đãi…

• Module quản lý tại cơ sở

Module này gồm các chức năng chính sau:

Truy vấn không gian và tìm kiếm thông tin thuộc tính của các đối tượng cũng như tình trạng hoạt động của các xe buýt trực thuộc cơ sở

Cập nhật dữ liệu hoạt động vận tải cấp cơ sở theo chu kỳ hàng ngày, hàng tuần

In ấn các báo cáo, bảng biểu tổng hợp, thống kê: liên quan trực tiếp đến phương tiện vận chuyển, nhân sự vận hành hệ thống xe buýt, hoạt động của

hệ thống xe buýt, sai phạm của tài xế xe buýt

Thiết lập và vận hành thời gian biểu bảo hành, bảo dưỡng phương tiện vận chuyển

Trang 31

Hình 3-2: Sơ đồ khối của hệ thống quản lý xe buýt

3.2 Các vấn đề kỹ thuật cần làm chủ

3.2.1 Giới thiệu chuẩn truyền thông CAN

Controller Area Network (CAN) là giao thức giao tiếp nối tiếp hỗ trợ mạnh cho những hệ thống điều khiển thời gian thực phân bố (distributed realtime control system) với độ ổn định, bảo mật và đặc biệt chống nhiễu cực kỳ tốt

CAN đầu tiên được phát triển bởi nhà cung cấp phụ tùng xe ôtô của Đức Robert Bosch vào giữa những năm 80 Để thỏa mãn yêu cầu ngày càng nhiều của khách hàng trong vấn để an toàn và tiện nghi, và để tuân theo yêu cầu việc giảm bớt ô nhiễm và tiêu thụ năng lượng, ngành công nghiệp ôtô đã phát triển rất nhiều hệ thống điện tử như hệ thống chống trượt bánh xe, bộ điều khiển động cơ, điều hòa nhiệt độ, bộ đóng cửa v.v…Với mục đích chính là làm cho những hệ thống xe ô tô trở nên an toàn, ổn định và tiết kiệm nhiên liệu trong khi đó giảm thiểu việc đi dây chằng chịt, đơn giản hóa hệ thống và tiết kiệm chi phí sản xuất, thì mạng CAN đã được phát triển

Ngay từ khi mới ra đời, mạng CAN đã được chấp nhận và ứng dụng một cách rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp, chế tạo ô tô, xe tải Với thời gian, CAN càng trở nên thông dụng hơn vì tính hiệu quả, ổn định, đơn giản, mở và đặc biệt là chi phí rẻ

Nó được sử dụng với việc truyền dữ liệu lớn, đáp ứng thời gian thực và trong môi trường khác nhau Cuối cùng, truyền tốc độ cao rất ổn định Đó là lý do tại sao chúng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác ngoài xe hơi như các máy nông nghiệp, tàu ngầm, các dụng cụ y khoa, máy dệt, v.v

Ngày nay, CAN đã được chuẩn hóa thành tiêu chuẩn ISO11898 Hầu như mọi nhà sản xuất chip lớn như: Intel, NEC, siemens, Motorola, Maxim IC, Fairchild,

Trang 32

Microchip, Philips, Texas Instrument, Mitsubishi, Hitachi, STmicro đều có sản xuất

ra chip CAN, hoặc có tích hợp CAN vào thành periperal của vi điều khiển Việc thực hiện chuẩn CAN trở nên cực kỳ đơn giản nhờ sự hỗ trợ từ rất nhiều nhà sản xuất chip

đó

Điểm nổi trội nhất ở chuẩn CAN là tính ổn định và an toàn (reliability and safety) Nhờ cơ chế phát hiện và xử lý lỗi cực mạnh, lỗi CAN messages hầu như được phát hiện Theo thống kê, xác suất để một message của CAN bị lỗi không được phát hiện là:

Hình 3-3: Tính ổn định của CAN (Nguồn: www.can-cia.org)

Ví dụ trêm cho rằng nếu giả sử cứ 0.7s thì môi trường tác động lên đường truyền CAN làm lỗi 1 bit Và giả sử tốc độ truyền là 500kbits/s Hoạt động 8h/ngày và 365ngày/ năm Thì trong vòng 1000 năm trung bình sẽ có một frame bị lỗi mà không phát hiện

Miền ứng dụng của CAN được trải rộng trên nhiều hệ thống khác nhau: hệ thống điện xe ô tô, xe tải, đơn vị điều khiển động cơ (engine control units), sensor, PLC comunication, thiết bị y tế… Ngày nay CAN chiếm lĩnh trong ngành công nghiệp Ô

tô Trong những chiếc xe hơi đời mới thường có một mạng CAN high speed dùng điều khiển động cơ và thắng… một mạng CAN lowspeed dùng điều khiển những thiết

bị khác như kiếng hậu, light…

Trang 33

Hình 3-4: Ứng dụng mạng CAN trong điều khiển xe hơi

3.2.2 Các giải pháp truyền nhận dữ liệu giữa thiết bị giám sát hành trình và phần mềm trung tâm

Đặc điểm của thiết bị giám sát hành trình là hoạt động trên phạm vi rất rộng, khoảng cách giữa thiết bị giám sát hành trình với phần mềm trung tâm có thể lên đến hàng ngàn km Do đó, nhóm thực hiện đề tài lựa chọn giải pháp truyền thông qua mạng di động vì các lý do sau:

• Độ phủ sóng rộng ( Hầu hết các tỉnh thành tại Việt Nam)

• Chi phí thấp, chủ yếu là là chi phí sử dụng mạng

• Độ ổn định cao với những gói tin truyền thông nhỏ

3.2.2.1 Sơ lược về GPRS

Dịch vụ gói vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service) là một công nghệ mới nhằm cung cấp những dịch vụ gói IP đầu cuối tới đầu cuối qua mạng GSM, cho phép triển khai và cung cấp những ứng dụng internet vô tuyến cho một số lượng lớn người sử dụng dịch vụ viễn thông di động

GPRS được phát triển dựa trên nền tảng của hệ thống mạng GSM Giải pháp GPRS của Ericsson được thiết kế để đẩy nhanh việc triển khai GPRS mà vẫn giữ cho chi phí đầu vào thấp Các khối chức năng của mạng GSM hiện nay chỉ cần được nâng cấp phần mềm, ngoại trừ BSC (Base Station Center) phải được nâng cấp phần cứng Hai nút mạng mới được giới thiệu, đó là SGSN (Serving GPRS Support Node) và GGSN (Gateway GPRS Support Node) nhằm bổ sung chức năng chuyển mạch gói bên cạnh chức năng chuyển mạch mạch của mạng

Trang 34

Hình 3-5: Cấu trúc GPRS được phát triển dựa trên mạng GSM

SGSN có nhiệm vụ tạo tuyến và quản lí địa chỉ IP SGSN cùng với các đầu cuối GPRS hình thành các kênh truyền logic cho phép việc truyền nhận các gói IP GGSN đóng vai trò kết nối các đầu cuối GPRS trong mạng đến các ISP (Internet Service Provider) bên ngoài, hoặc kết nối giữa các mạng GPRS với nhau Các SGSN và GGSN liên kết với nhau và tạo thành một mạng IP xương sống làm nền tảng cho dịch

vụ GPRS

Hình 3-6: Các lớp protocol của GPRS được tham chiếu triên mô hình OSI

SGSN và GGSN dựa trên đường truyền vô tuyến có sẵn để xây dựng mạng chuyển mạch gói GPRS dựa trên protocol TCP/IP tương thích với mạng internet thông dụng, cho phép cung cấp cho các thuê bao trong mạng những dịch vụ mới hấp dẫn hơn Một số đặc điểm của GPRS:

Tiêu đề	Xây dựng hệ thống quản lý xe bus trên địa bàn thành phố Hà Nội ứng dụng công nghệ GIS và GPS
Tác giả	Đặng Anh Tuấn
Trường học	Viện Nghiên Cứu Điện Tử, Tin Học, Tự Động Hóa
Chuyên ngành	Quản lý vận tải, Công nghệ GIS và GPS
Thể loại	Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ
Năm xuất bản	2011
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	5,2 MB