Nghiên cứu phát triển các giải pháp giám sát lưu lượng và quản lý phương tiện giao thông qua camera giám sát

Dựa vào các yếu tố trên, luận án định hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong bối cảnh giao thông hỗn hợp với mục tiêu quản lý phương tiện và giám sát lưu lượng phương tiện g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN VIỆT HƯNG

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC GIẢI PHÁP

GIÁM SÁT LƯU LƯỢNG VÀ QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN

GIAO THÔNG QUA CAMERA GIÁM SÁT

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: 9520203

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN TIẾN DŨNG

HÀ NỘI - 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN VIỆT HƯNG

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC GIẢI PHÁP

GIÁM SÁT LƯU LƯỢNG VÀ QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN

GIAO THÔNG QUA CAMERA GIÁM SÁT

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: 9520203

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS NGUYỄN TIẾN DŨNG

HÀ NỘI - 2020

Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong Luận án là công trình nghiêncứu của tôi dưới sự hướng dẫn của cán bộ hướng dẫn trong suốt thời gian làmNghiên cứu sinh Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong Luận án là hoàntoàn trung thực, khách quan và chưa từng được các tác giả khác công bố Cáckết quả sử dụng tham khảo đều đã được trích dẫn đầy đủ và theo đúng quyđịnh trong Luận án.

Hà Nội, ngày 30 tháng 01 năm 2020

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc của mình tới thầyhướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Thầy đã định hướng cho tôitriển khai các ý tưởng khoa học, luôn tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thờigian học tập nghiên cứu và thầy đã dành nhiều thời gian tâm huyết, hỗ trợ tôi

về mọi mặt để hoàn thành luận án này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô, các anh chị em Nghiên cứusinh trong Bộ môn Điện tử và Kỹ thuật Máy tính, Viện Điện tử - Viễn thôngtrường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện, giúp đỡ và hướng dẫn tôitrong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Tôi xin trân trọng cảm ơnLãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Điện tử -Viễn thông đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho nghiên cứu sinh trong suốtquá trình học tập và nghiên cứu Và tôi cũng xin cảm ơn TS Nguyễn Tiến Hòa

và TS Tạ Thị Kim Huệ đã giúp đỡ tôi trong trình bày Luận án

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình tôi: bố mẹ hai bên, vợ và

em gái tôi đã luôn động viên khích lệ về tinh thần và vật chất để tôi có độnglực trong công việc và nghiên cứu khoa học

Hà Nội, ngày 30 tháng 01 năm 2020

Tác giả

Nguyễn Việt Hưng

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CỦA XỬ LÝ ẢNH TRONG GIAO THÔNG HỖN HỢP 18

1.1 Giới thiệu 18

1.2 Hệ thống giao thông thông minh 18

1.2.1 Chức năng 19

1.2.2 Nhiệm vụ 21

1.2.3 Kịch bản sử dụng 22

1.3 Tiềm năng ứng dụng của xử lý ảnh trong ITS 22

1.3.1 Phát hiện phương tiện 22

1.3.2 Các ứng dụng xử lý ảnh 23

1.3.3 Quy trình ứng dụng xử lý ảnh trong giao thông 24

1.4 Hiện trạng xử lý ảnh trong ITS 25

1.4.1 Khả năng của xử lý ảnh 26

1.4.2 Các thách thức xử lý ảnh trong ITS 26

1.5 Các chức năng chính của xử lý ảnh trong ITS 28

1.5.1 Nhận dạng biển số phương tiện 28

1.5.2 Phân loại phương tiện 31

1.5.3 Đo tốc độ phương tiện 41

1.5.4 Phân tích lưu lượng phương tiện 46

1.6 Các vấn đề của xử lý ảnh trong giao thông hỗn hợp 54

1.7 Kết luận chương 55

i

CHƯƠNG 2 QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG 57

2.1 Giới thiệu 57

2.2 Hệ thống quản lý phương tiện giao thông 57

2.2.1 Cải thiện chất lượng ảnh 57

2.2.2 Nhận diện phương tiện 59

2.2.3 Phân loại phương tiện 62

2.2.4 Đo tốc độ phương tiện giao thông 64

2.3 Đề xuất thuật toán cải thiện và nâng cao chất lượng ảnh 65

2.4 Đề xuất phương pháp phân loại phương tiện giao thông 74

2.5 Đề xuất mô hình hóa phương pháp đo tốc độ phương tiện 79

2.6 Kết luận chương 90

CHƯƠNG 3 LƯU LƯỢNG PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG 91 3.1 Giới thiệu 91

3.2 Hệ thống giám sát lưu lượng phương tiện giao thông 91

3.3 Giám sát và điều khiển dòng phương tiện giao thông theo mật độ lưu lượng 92

3.3.1 Đề xuất giám sát và điều khiển dòng phương tiện giao thông theo mật độ lưu lượng 95

3.4 Giám sát và điều khiển dòng phương tiện giao thông theo số lượng phương tiện và chủng loại phương tiện 109

3.4.1 Đề xuất giám sát lưu lượng phương tiện theo số lượng và chủng loại phương tiện 112

3.5 Kết luận chương 123

KẾT LUẬN 124

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO 128

PHỤ LỤC A 139

AI Active Infrared Hồng ngoại chủ động

cận

DWT Discrete Wavelet Transform Chuyển đổi sóng con rời rạc

Continous Waves RADAR

Điều chế tần số sóngRADAR liên tiếp

ITS Intelligent Transportation

LASER

Light Amplification byStimulated Emission of

Radiation

Khuyếch đại ánh sáng bằngphát xạ kích thích

iii

MD Magnetic Detector Đầu dò từ tính

PSNR Peak Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu cực đại trên

TMS Traffic Monitoring System Hệ thống giám sát giao

thông

Hình 0.1 Mô hình hệ thống ITS trong nghiên cứu của Juan [1] 3

Hình 1.1 Kiến trúc của một hệ thống ITS của Huawei 19

Hình 1.2 Sơ đồ khối của hệ thống đề xuất 24

Hình 1.3 Quy trình ứng dụng xử lý ảnh trong giao thông 25

Hình 1.4 Sơ đồ khối chu trình xử lý của một hệ thống ALPR điển hình 28 Hình 1.5 Xác định vị trí biển số phương tiện bằng đường viền 29

Hình 1.6 Phân đoạn ảnh bằng phương pháp chiếu 30

Hình 1.7 Hệ thống huấn luyện OCR điển hình 30

Hình 1.8 Phân loại các giải thuật phân loại phương tiện 32

Hình 1.9 Các phương tiện và cạnh viền tìm được 36

Hình 1.10 Trích xuất đặc trưng HOG từ ảnh xám 37

Hình 1.11 Đặc trưng Haar sử dụng để phát hiện phương tiện: đặc trưng cạnh viền, đặc trưng trung tâm và đặc trưng đường 37

Hình 1.12 Minh họa hai phương pháp hiệu chỉnh camera 44

Hình 1.13 Minh họa hiệu chỉnh camera 45

Hình 1.14 Phương tiện giao thông di chuyển trên trục tọa độ 48

Hình 1.15 Minh họa chuyển động của phương tiện theo quãng đường và thời gian phương tiện di chuyển 49

Hình 1.16 Vận tốc, quãng đường và thời gian phương tiện di chuyển 49

Hình 1.17 Biểu đồ sự chuyển động của các phương tiện 51

Hình 1.18 Biểu đồ trên trục đo thời gian di chuyển 53

Hình 1.19 Biểu đồ trên trục đo khoảng cách di chuyển 53

Hình 1.20 Biểu đồ hàm Ψ t i (x) trong vùng quan sát 54

Hình 2.1 Sơ đồ thiết lập hệ thống camera để thu thập dữ liệu 63

Hình 2.2 Ảnh có độ phân giải thấp và ảnh có độ phân giải cao 67

Hình 2.3 Hàm Cubic đi qua bốn điểm cơ sở 67

Hình 2.4 Giải thuật nội suy Bicubic 68

Hình 2.5 So sánh chuỗi điểm ảnh theo cột của ảnh gốc và ảnh sau khi nội suy BI có cùng kích thước 69

v

Hình 2.6 Xác định đường cong kín 70

Hình 2.7 Xác định các điểm ảnh cần tính toán lại dựa vào ma trận 7 × 7 70 Hình 2.8 Phương pháp nội suy được sử dụng để cải thiện các vị trí điểm ảnh cận biên là đường cong kín 71

Hình 2.9 Ma trận S min có kích thước 3 × 3 nằm trong ma trận 7 × 7, từ phần tử trung tâm dịch trên các điểm ảnh biên 72

Hình 2.10 Sơ đồ khối phương pháp mô phỏng 72

Hình 2.11 Minh họa giải thuật nội suy Bicubic trong một frame a) Ảnh gốc I, b) Ảnh J với L = 2, c) Ảnh biên Canny, d) Phương pháp đề xuất 73

Hình 2.12 Chuỗi ảnh thu được theo phương pháp đề xuất 73

Hình 2.13 Giải thuật trừ nền 75

Hình 2.14 Minh họa góc tới để phân loại phương tiện 75

Hình 2.15 Các ô tô được nhận dạng từ dữ liệu thu được 76

Hình 2.16 Bộ dữ liệu thống kê góc tới trực tiếp của 80 ô tô nhận dạng được76 Hình 2.17 Bộ dữ liệu thống kê góc tới trực tiếp của xe tải và xe buýt 77

Hình 2.18 Các xe máy nhận dạng được 78

Hình 2.19 Thống kê giá trị góc tới của xe máy 79

Hình 2.20 Hiện tượng quang học 80

Hình 2.21 Ảnh thu được của đối tượng 80

Hình 2.22 Mô hình thiết lập camera 81

Hình 2.23 Các điểm khuất từ các trục chính của đối tượng trong ảnh 82

Hình 2.24 Biểu diễn số khung hình trong một giây (camera thử nghiệm có tốc độ 12f ps) 85

Hình 2.25 Quy trình xử lý của phương pháp đề xuất 86

Hình 2.26 Ảnh gốc và ảnh các phương tiện nhận dạng được 88

Hình 2.27 Một số phương tiện phát hiện được 88

Hình 2.28 Đánh giá sai số 89

Hình 3.1 Mô hình vị trí lắp đặt camera 95

Hình 3.2 Mô hình hệ thống đề xuất 96

Hình 3.3 Kịch bản hệ thống giao thông hỗn hợp ở Việt Nam 97

Hình 3.4 Mật độ phương tiện giao thông khi đèn tín hiệu hoạt động 98

Hình 3.5 Một khung hình được chụp từ camera 99

Hình 3.6 Sơ đồ kịch bản mô phỏng của nút giao thông 101

Hình 3.7 Ví dụ 3 khung hình thu được từ ngả đườngA → B từ camera

và ảnh nhị phân các phương tiện trong khung hình 102

Hình 3.8 Giải thuật của Hệ thống đề xuất 103

Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện mật độ phương tiện ở vùngLtrong 35 giây của tổ hợp 3 đèn tín hiệu hoạt động 104

Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện mật độ phương tiện ở vùng ∆αn trong 35 giây của tổ hợp 3 đèn tín hiệu hoạt động 106

Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện mật độ phương tiện ở vùngβ trong 35 giây của tổ hợp 3 đèn tín hiệu hoạt động 107

Hình 3.12 Đặc trưng dòng phương tiện hỗn hợp, xe máy luôn cố đi vào chỗ còn trống giữa những ô-tô 111

Hình 3.13 Kiểm soát chủng loại và số lượng phương tiện đi vào vùng giám sát 113

Hình 3.14 Mối quan hệ giữa k và q 115

Hình 3.15 Mô hình hàng đợi ở một nút giao thông 117

Hình 3.16 Nút giao thông 3 pha 120

Hình 3.17 Mô hình nút giao thông 3 pha 120

Hình 3.18 Mô phỏng trên simtram 122

Bảng 1.1 So sánh khả năng ứng dụng của phương pháp xử lý ảnh với

các phương pháp khác trong giao thông hỗn hợp 23Bảng 1.2 Bảng so sánh các nghiên cứu về phân loại phương tiện giao

thông sử dụng công nghệ xử lý ảnh 33Bảng 1.3 Bảng so sánh q từ phương đo pháp tức thời và đo điểm 53

Bảng 2.1 So sánh PSNR giữa nội suy BI và phương pháp đề xuất 73Bảng 2.2 Giá trị góc tới trực tiếp của ô tô nhận dạng được 77Bảng 2.3 Giá trị góc tới trực tiếp của xe tải và xe buýt 77Bảng 2.4 Giá trị góc tới trực tiếp của xe máy 78Bảng 2.5 Thống kê giá trị góc tới của các phương tiện cần phân loại 78Bảng 2.6 Kết quả nhận dạng phương tiện 79Bảng 2.7 Thông số lắp đặt camera 87

Bảng 3.1 Bảng dữ liệu đề xuất thời gian hoạt động của đèn tín hiệu

theo mật độ phương tiện ước lượng được (giây) 109Bảng 3.2 Bảng dữ liệu phân loại phương tiện theo kích thước 118Bảng 3.3 Bảng dữ liệu mô phỏng theo 4 chu kì liên tiếp (phương tiện) 121Bảng 3.4 Kết quả mô phỏng của phương pháp đề xuất (giây) 122Bảng g.1 Bảng phân loại phương tiện theo trục bánh xe 139

viii

AH Chuyển vị liên hợp phức của ma trận A

Cx Ma trận hiệp phương sai của tín hiệu x

L Khoảng cách thu được từ camera tới đèn tín hiệu trong khung hình

P Giá trị điểm ảnh nội suy song tuyến tính

d Khoảng cách từ chân camera tới phương tiện

I(x, y) Ảnh I có tọa độ (x, y)

ix

1 Giao thông thông minh

a Tính cấp thiết

Mục tiêu phát triển của quốc gia là sự đồng nhất về phát triển năng lực kinh

tế, cơ sở hạ tầng và mức sống của người dân Trong đó, cơ sở hạ tầng giao thôngđược xác định là điều kiện quan trọng trong việc phát triển kinh tế xã hội Giaothông thuận lợi giúp người dân tiết kiệm được thời gian di chuyển, an toàn vànâng cao khả năng giao thương Tuy nhiên, hạ tầng giao thông chưa thể đápứng được số lượng lớn các phương tiện giao thông ngày càng tăng bởi nhu cầu

đi lại của người dân đặc biệt ở những nước đang phát triển như Việt Nam Tùyvào từng đặc trưng hạ tầng đường bộ của mỗi nơi mà việc tùy biến công tácquản lý giao thông ở mỗi quốc gia khác nhau Do đó, việc nghiên cứu một hệthống có chức năng quản lý phương tiện giao thông và giám sát đánh giá lưulượng phương tiện trong một vùng quan tâm là rất cần thiết Nhằm đạt đượcmục đích đó việc ứng dụng các công nghệ hiện đại để quản lý, điều khiển giúpgiao thông an toàn, thông suốt và thông minh hơn là vấn đề cấp bách của cácquốc gia, đặc biệt là các quốc gia đang phát triển

Số liệu thống kê từ Cục đăng kiểm Việt Nam1 cho thấy, từ tháng 3 năm 2019đến tháng 4 năm 2019 cả nước tăng từ 3.353.537 ô-tô lên thành 3.386.966 ô-tôđang lưu hành Phần ô-tô sản xuất mới trong hai tháng này lần lượt là: 59.562ô-tô và 100.036 ô-tô Còn đối với xe máy, chỉ riêng trong 2 tháng 3 năm 2019 vàtháng 4 năm 2019 số lượng xe máy sản xuất mới lần lượt là: 579.577 và 889.335

xe máy

Quyết định số 206/2004QĐ-TTg được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày

10 tháng 12 năm 2004 đề ra chiến lược phát triển giao thông vận tải đến năm

2020 tầm nhìn tới năm 2030 Trong thời gian qua Đảng, Nhà nước và nhân đân

ta đã dành nhiều sự quan tâm cho đầu tư phát triển Giao thông Vận tải, trong

đó cơ sở hạ tầng giao thông đã có bước phát triển đáng kể chất lượng giao thôngngày một nâng cao hơn Ngành Giao thông Vận tải là xương sống của mỗi quốc

http://www.vr.org.vn/thong-ke/Pages/tong-hop-so-lieu-phuong-tien-giao-thong-trong-ca-nuoc.aspx; truy cập lần cuối vào 19/07/2019.

1

gia, bởi vậy để phát triển xứng tầm Thủ tướng Chính phủ đã cho phép điềuchỉnh Chiến lược phát triển Giao thông Vận tải và được ban hành tại Quyếtđịnh 35/2009/QĐ-TTg ngày 03 tháng 03 năm 2009.

Các cơ quan chức năng từng thí điểm phân làn bằng giải phân cách chophương tiện tham gia giao thông là ô-tô và mô-tô Tuy nhiên, giải pháp nàychưa được áp dụng triệt để nâng cao ý thức của người dân Ngoài ra cầu vượtgiao thông đường bộ để tránh các phương tiện xung đột trực tiếp với nhau khi

đi vào nút giao thông cũng là một phương án đang được ưu tiên triển khai và

tỏ ra khá hiệu quả Trong vài năm trở lại đây Hà Nội đã xây thêm các cầu vượttại các nút giao thông như: Trần Khát Chân - Đại Cồ Việt, Hoàng Minh Giám

- Trần Duy Hưng, Kim Mã - Nguyễn Chí Thanh và đường trên cao Vành đai 3.Tuy nhiên, vào giờ cao điểm giao thông ở Hà Nội và TP Hồ Chí minh luôn bị

ùn tắc gây lãng phí thời gian và kinh tế đối với sự phát triển quốc gia

Dựa theo Chỉ thị 01 của UBND TP Hà Nội về "Năm trật tự và văn minh

đô thị" 2015 do Phó Chủ tịch UBND TP Hà Nội Nguyễn Quốc Hùng đã kí.Mục tiêu quan trọng được TP Hà Nội triển khai đó là đảm bảo trật tự an toàngiao thông, trên cơ sở đó Thủ đô sẽ rà soát các điểm đen về tai nạn giao thông,thường xuyên tắc nghẽn vào giờ cao điểm, các nút giao thông phân làn chưa phùhợp cũng được xem xét nghiên cứu Thành phố Hà Nội cũng đã lắp đặt thêmcác camera giám sát các nút giao thông quan trọng làm cơ sở tham chiếu chocác hoạt động xử lý vi phạm và giám sát thống kê lượng phương tiện giao thông

di chuyển qua các nút này Đây chính là tiền đề cho hướng giải quyết các vấn

đề trong giao thông hiện tại của luận án

Dựa vào các yếu tố trên, luận án định hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ

xử lý ảnh trong bối cảnh giao thông hỗn hợp với mục tiêu quản lý phương tiện

và giám sát lưu lượng phương tiện giao thông qua hệ thống camera giám sát

b Hệ thống Giao thông Thông minh

Từ các dẫn chứng, các văn bản của chính phủ và số liệu ở trên bài toán quản

lý giao thông trở nên cấp bách hơn bao giờ hết Sự bùng nổ về phương tiện giaothông khiến lực lượng Cảnh sát Giao thông (CSGT) gặp khó khăn trong côngtác quản lý và giám sát các phương tiện khi lưu thông trên đường Do đó, việcphát triển ứng dụng các giải pháp khoa học công nghệ nói chung và nghiên cứuluận án nói riêng là việc làm cần thiết để cải thiện chất lượng và giúp giao thôngluôn an toàn và thông suốt

Ứng dụng khoa học công nghệ mới vào lĩnh vực quản lý giao thông đã được

áp dụng ở các quốc gia phát triển hệ thống này được gọi là: Hệ thống Giaothông Thông minh (Intelligence Transportation Systems - ITS) Hệ thống ITStập hợp các mô-đun chức năng quản lý phương tiện, giám sát phương tiện vàđiều tiết dòng phương tiện giao thông trên các tuyến đường cần quan tâm.Hình 0.1 là một mô hình đại diện cho thời đại công nghiệp 4.0 về các côngnghệ trong ITS [1] Mô hình này gồm nhiều chức năng và công nghệ tập trungchủ yếu là công nghệ xử lý ảnh và truyền về trung tâm qua kênh LTE, wifi hoặcbluetooth.

Hình 0.1: Mô hình hệ thống ITS trong nghiên cứu của Juan [1]

Hệ thống ITS được mô tả trong Hình 0.1 gồm có các chức năng chính sauđây:

• Phát hiện phương tiện giao thông đang di chuyển trên đường

• Phát hiện biển số phương tiện đang di chuyển trên đường

• Phân loại và thống kê lưu lượng phương tiện di chuyển

• Xử lý các phương tiện giao thông vi phạm Luật Giao thông đường bộ

• Đếm và thống kê lưu lượng phương tiện.

• Điều khiển dòng phương tiện tránh gây tắc nghẽn

• Đồng bộ hóa dữ liệu giữa các hệ thống để ứng dụng giám sát và thu phí tựđộng không dừng

• Dịch vụ cấp cứu, bảo hiểm

• Định vị phương tiện

Hiện nay, tại Việt Nam cơ sở hạ tầng phục vụ cho giao thông đang đượcnghiên cứu phát triển ưu tiên Chính phủ đã đầu tư rất nhiều để mở rộng vàhiện đại hóa giao thông thông đường bộ Mặc dù vậy, nhu cầu di chuyển củangười dân bằng phương tiện cá nhân ở Việt Nam vẫn rất lớn, do đó sự ùn tắc làđiều khó tránh khỏi nhất là vào giờ cao điểm Theo chuyên trang thống kê củaCổng thông tin điện tử Bộ Giao thông Vận tải thống kê tăng trưởng phươngtiện tới ngày 31 tháng 12 năm 2016 dựa vào số lượng xe thì tổng số ô-tô lưuhành của năm 2015 là: 2.101.401 chiếc (trong đó, xe con từ 9 chỗ trở xuống là:1.033.131 chiếc, xe khách từ 9 chỗ trở lên là: 118.030 chiếc, xe tải là: 853.735chiếc, xe chuyên dùng và xe khác là 96.505 chiếc) và số lượng ô-tô lưu hành củanăm 2016 là: 2.516.144 chiếc (trong đó, xe con từ 9 chỗ trở xuống là: 1.270.066chiếc, xe khách từ 9 chỗ trở lên là: 136.727 chiếc, xe tải là: 1.004.499 chiếc, xechuyên dùng và xe khác là 104.852 chiếc) tương đương với lượng tăng trưởngtổng số xe từ năm 2015 tới năm 2016 là: 19,73 % (trong đó tăng trưởng của

xe con là: 22,93%, xe khách 9 chỗ trở lên là: 15,84 %, xe tải là: 17,65 % và xechuyên dùng và xe khác là: 8,64 %) Với mức tăng trưởng lượng phương tiệnnhư vậy nhưng cơ sở hạ tầng phát triển không theo kịp do đó, việc ùn tắc vàogiờ cao điểm là điều khó tránh khỏi

Tuy nhiên, việc ứng dụng khoa học công nghệ chưa được chú trọng đồng bộcùng với quy hoạch phát triển hệ thống giao thông ở Việt Nam nhằm vận hành

và điều khiển giao thông tự động, làm giảm áp lực đối với người giám sát trựctiếp - Cảnh sát Giao thông Ở nước ngoài các công nghệ còn chưa phù hợp với

cơ sở hạ tầng và đặc trưng giao thông của nước ta Do đó, việc nhập khẩu côngnghệ không thể ứng dụng rộng rãi phù hợp với đặc trưng giao thông hỗn hợp.Cần thiết có các công trình nghiên cứu ứng dụng ITS ở Việt Nam nói riêng vàcác nước có đặc trưng giao thông hỗn hợp nói chung để phát triển nội lực vàlàm chủ khoa học công nghệ, để có thể giảm thiểu tai nạn giao thông, nâng cao

ý thức cho người tham gia giao thông Các chức năng giám sát tự động có thểtrích xuất được dữ liệu thống kê vi phạm giao thông để từ đó làm cơ sở xử lý viphạm giao thông, điều này sẽ nâng dần ý thức tham gia giao thông của ngườidân.

Hệ thống ITS có thể giám sát và quản lý được nhiều khu vực một lúc Tùy

hệ thống máy chủ và chức năng riêng biệt mà có thể điều hướng và quản lýphân luồng được dòng phương tiện từ các nút giao thông gần nhau Đây chính

là điểm mạnh của các hệ thống ITS, giám sát và quản lý cùng lúc nhiều nútgiao thông Ngoài ra, hệ thống còn có thể hoạt động liên tục không ngừng nghỉ

để cải thiện ý thức của người tham gia giao thông Các thiết bị hiện nay cóthể thống kê và lập biên bản xử phạt đối với những người vi phạm giao thôngnhư hệ thống dữ liệu trung tâm của Thủ đô hiện nay đang được đặt ở số 54Trần Hưng Đạo, Quận Hoàn Kiếm, TP Hà Nội chủ yếu sử dụng giải pháp củaCadPro Điều kiện để có thể thực hiện các chức năng này là khả năng đồng bộ

dữ liệu đối với dữ liệu của người tham gia giao thông Ngoài ra, việc lắp đặt hệthống camera giám và các cảm biến để tăng độ chính xác cũng là một rào cản

về kinh tế đối với ITS Phương án đưa ra là có thể ưu tiên lắp đặt các hệ thốngphát hiện và phân loại phương tiện ở các nút giao thông có mật độ phương tiện

di chuyển lớn, thường xuyên xảy ra tai nạn Cần có bảng hiệu tuyên truyền về

sự xuất hiện của các hệ thống tự động giám sát giao thông nhằm mục đích nângcao ý thức của người tham gia giao thông

Hiện tại, các nghiên cứu ứng dụng ITS ở trên thế giới hầu như chưa thể ápdụng hết ở Việt Nam Chủ yếu do đặc trưng giao thông ở Việt Nam có tính chấthỗn hợp, bao gồm nhiều loại phương tiện cùng lưu thông trên đường, hầu hếtnhiều đường không có giải phân cách cứng để phân loại phương tiện tham giagiao thông Vì vậy, bài toán giao thông ở Việt Nam hiện nay cần thiết phải xử

lý được cả dữ liệu xe máy và dữ liệu ô-tô di chuyển trên đường

c Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Các nghiên cứu trong nước

Hiện nay, ở Việt Nam trong lĩnh vực ITS nói riêng và khoa học công nghệ nóichung đều cần ứng dụng khoa học và kĩ thuật mạnh hơn nữa nhằm mục đíchphát triển kinh tế xã hội Bên cạnh các đề tài nghiên cứu còn có các công trìnhnghiên cứu trong nước cũng đã tiếp cận với công nghệ xử lý ảnh để ứng dụngvào giao thông như các nghiên cứu được kể đến như trong [2], nghiên cứu này

sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo để nhận dạng các ký tự trên biển số xe phương

tiện Nghiên cứu [3] này tập trung đếm phương tiện trên đường cao tốc và pháthiện biển số phương tiện, sử dụng đặc trưng Haar-like để phát hiện và phân loạiphương tiện, vị trí camera được đặt ở lề đường Tuy nhiên, trong nghiên cứunày luận án đang ứng dụng ở đường cao tốc, trên đó các phương tiện thường

di chuyển ở khoảng cách an toàn Nghiên cứu [4] đưa ra cách phân loại phươngtiện giao thông dựa trên đặc trưng của đường viền đối tượng phát hiện được từảnh nhị phân bằng việc xác định véc-tơ đường viền Phương pháp này phù hợpcho góc nhìn của camera để xác định các đối tượng, tuy nhiên trong nghiên cứunày không nói tới sai số của phương pháp trong quá trình thử nghiệm Trongnghiên cứu [5] nhóm nghiên cứu cũng đã đề xuất giải pháp đo tốc độ phươngtiện giao thông trên đường dựa vào một số điểm cơ bản đã được định vị sẵn trênđường

Đề tài KC.01.05/11-15 "Xây dựng giải pháp và thiết bị quản lý điều hànhgiao thông thông minh sử dụng truyền thông tầm gần chuyên dụng" do PGS

TS Nguyễn Văn Đức chủ nhiệm, sản phẩm chính của đề tài có: Thiết bị thửnghiệm RFID, đầu đọc thẻ định danh vô tuyến tầm xa, OBU, thiết bị bên đường(RSE) giao tiếp vô tuyến tầm gần đặc dụng 5.8GHz Và hệ thống mẫu áp dụngquy trình công nghệ quản lý, phát hành mã khóa, bảo mật, xác thực OBU, RSE,RFID cho các ứng dụng thanh toán điện tử, cho theo dõi phương tiện vận tải

và điều hành giao thông

Và đề tài KC.01.14/11-15, "Xây dựng cấu trúc hệ thống giao thông thôngminh và các quy chuẩn công nghệ thông tin, truyền thông, điều khiển áp dụngtrong hệ thống giao thông thông minh tại Việt Nam" do TS Tạ Tuấn Anh chủnhiệm, mục tiêu chính của đề tài là: Xây dựng được cấu trúc cơ bản của hệthống giao thông thông minh dự kiến áp dụng tại Việt Nam Định nghĩa cácthành phần và chuẩn giao tiếp trong hệ thống giao thông thông minh Tiêuchuẩn hóa về dữ liệu, thông tin trao đổi, tín hiệu điều khiển, công nghệ truyềndẫn và một số công nghệ lõi sử dụng trong các hệ thống giao thông thông minh.Nghiên cứu tiêu chuẩn kỹ thuật, tính khả thi ứng dụng công nghệ RFID dùnglàm định danh phương tiện (Automation Vehicle Identification - AVI) trong các

hệ thống giao thông thông minh

Bên cạnh đó, những nghiên cứu của JICA (Nhật Bản) về lĩnh vực ITS cónhững đóng góp quan trọng trong quá trình nghiên cứu, ứng dụng ITS tại ViệtNam Các nghiên cứu của JICA tập trung vào tình hình thực tế và nhu cầu ứngdụng ITS của Việt Nam, qua 3 giai đoạn nghiên cứu: Điều tra nhu cầu, đề xuất

lộ trình triển khai và quy hoạch tổng thể; Hỗ trợ triển khai ITS và nghiên cứutích hợp ITS trong các tuyến quốc lộ khu vực phía Bắc Việt Nam Trong đó baogồm các hỗ trợ về xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn trong lĩnh vực ITS.Việt Nam đã và đang thực hiện nhiều dự án ứng dụng ITS trên hệ thốngđường cao tốc Tiêu biểu là hệ thống giám sát bằng camera trên nhiều tuyếnđường tiêu biểu là: Cầu Giẽ - Ninh Bình, Tp Hồ Chí Minh - Trung Lương; sắptới sẽ triển khai dự án ứng dụng ITS trên Quốc lộ 3 mới (Hà Nội -Thái Nguyên),

hệ thống đường cao tốc vành đai Hà Nội; chủ yếu là hệ thống camera giám sát

và thu phí không dừng Đây là những dự án đầu tiên về ITS trên hệ thống đườngcao tốc, có vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng ITS sau này Theo dựkiến, tất cả các tuyến cao tốc khi xây dựng đều phải trang bị hệ thống ITS

Hệ thống quản lý giao thông bằng camera tuyến cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình

đã được đưa vào sử dụng vào đầu tháng 10/2013, trung tâm quản lý, điều hànhtuyến đặt tại Vực Vòng, Duy Tiên, Hà Nam Hệ thống này bao gồm: hệ thốngtrung tâm điều khiển giao thông, hệ thống thu phí (bao gồm cả thu phí điện tử)hoạt động theo cơ chế thu phí kín với 39 làn xe, hệ thống giám sát điều khiểngiao thông với 56 camera kỹ thuật số có độ phân giải cao, hệ thống kiểm soáttải trọng xe sử dụng thiết bị cân động Việc khai thác, sử dụng các hệ thốngnày đã đạt được một số hiệu quả nhất định

Việc ứng dụng ITS tại dự án đường cao tốc Tp Hồ Chí Minh - Trung Lươngcũng đang được triển khai thực hiện, tập trung xây dựng hệ thống quản lý ITScho toàn tuyến làm cơ sở xây dựng trung tâm ITS khu vực miền Nam Việt Nam,kết nối với hệ thống điều hành ITS quốc gia Dự án này triển khai các hệ thốngquản lý, điều hành, giám sát giao thông và thu phí điện tử nhằm tăng cường

an toàn và hiệu quả khai thác Tuyến đường TP Hồ Chí Minh Long Thành Dầu Giây cũng đang được triển khai lắp đặt thiết bị do nhà thầu ITOCHU -TOSHIBA thực hiện

-Hệ thống các trung tâm điều hành giao thông đường cao tốc đang chuẩn bịxây dựng tại ba khu vực Bắc - Trung - Nam, dự kiến đặt tại Bắc Ninh, Đà Nẵng

và Tp Hồ Chí Minh Đây là 3 trung tâm có chức năng điều phối, giám sát, điềuhành giao thông trên các tuyến cao tốc trong phạm vi quản lý Dự án được thựchiện với sự hỗ trợ của JICA (Nhật Bản)

Hiện nay, tại các đô thị lớn của Việt Nam (Hà Nội, Đà Nẵng, Tp Hồ ChíMinh), đã và đang triển khai xây dựng hệ thống giám sát, điều hành giao thông.Các dự án này sử dụng hệ thống camera giám sát, trung tâm điều khiển giao

thông, hệ thống radio để thu thập thông tin, điều hành giao thông và cung cấpthông tin cho người sử dụng.

Tại Hà Nội, Trung tâm Điều khiển giao thông đã chính thức đưa vào hoạtđộng từ năm 2000 với hệ thống thiết bị của hãng SAGEM điều khiển đèn tínhiệu giao thông do Chính phủ Pháp tài trợ Có thể nói đây là ứng dụng đầu tiêncủa công nghệ ITS trong khu vực đô thị ở Việt Nam Đến nay, trung tâm này

đã được nâng cấp nhiều lần và vẫn đang hoạt động hiệu quả, góp phần giámsát, điều hành giao thông toàn thành phố

Đề án thí điểm xây dựng mô hình quản lý Đại lộ Thăng Long với sự hìnhthành của Trung tâm Quản lý đường cao tốc Hà Nội Trung tâm này sẽ quản lý

an toàn giao thông, tiếp cận xử lý tai nạn giao thông và các biện pháp phòngngừa; quản lý hệ thống thông tin; thực hiện công tác bảo hành, sửa chữa Trungtâm sẽ ứng dụng các công nghệ thông tin hiện đại trong quản lý như đếm, phânloại phương tiện giao thông tự động; hệ thống camera giám sát; hệ thống bảngthông báo điện tử; kiểm soát xe quá tải, quá khổ

Dự án REMON được triển khai tại Hà Nội với mục tiêu theo dõi và xác địnhtrực tuyến lưu lượng giao thông đồng thời tạo ra nguồn dữ liệu giao thông cho

cả giai đoạn ngắn hạn và dài hạn Dự án này sử dụng các phương tiện giao thôngđược giám sát (tốc độ và hướng chuyển động), định vị qua hệ thống GPS để thuthập các số liệu và phản ánh tình trạng dòng giao thông, phát hiện các vị trí ùntắc qua đó cung cấp thông tin cho người sử dụng Các thông tin thu thập phục

vụ công tác quản lý, điều hành giao thông, đánh giá quy hoạch và các giải pháp

tổ chức, điều khiển giao thông, xây dựng quy hoạch, chiến lược phát triển dàihạn để giải quyết các vấn đề giao thông

Tại Đà Nẵng, Sở GTVT Đà Nẵng phối hợp với IBM xây dựng chương trìnhITS cho toàn thành phố Trung tâm Điều hành đèn tín hiệu giao thông và vậntải công cộng TP Đà Nẵng tiến hành lắp đặt hệ thống camera giám sát giaothông, hỗ trợ giám sát, điều hành và giúp lực lượng công an giám sát các viphạm và tiến tới thực hiện “xử phạt nguội” Dự án xây dựng và nâng cấp hệthống tín hiệu và điều khiển giao thông TP Đà Nẵng, thực hiện từ năm 2004đến năm 2012 từ nguồn vốn ODA của Tây Ban Nha, tiến hành điều khiển phốihợp các nút giao thông trên một số tuyến đường theo hình thức “Làn sóng xanh”.Tại Tp.Hồ Chí Minh, trung tâm điều khiển giao thông cũng đã được xâydựng Hệ thống camera giám sát giao thông được lắp đặt Thành phố đang thựchiện chương trình “Ứng dụng Khoa học công nghệ giảm ùn tắc giao thông giai

đoạn 2013 - 2015 tầm nhìn đến 2020” nhằm “Nghiên cứu thử nghiệm và đưa vàoứng dụng các giải pháp công nghệ cho ITS nhằm nâng cao hiệu quả khai thác

và phát triển hệ thông cơ sở hạ tầng giao thông hiện hữu trên địa bàn thànhphố, góp phần giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông”

Trong lĩnh vực giao thông công cộng, việc ứng dụng ITS cũng bắt đầu đượcnghiên cứu và triển khai thực hiện thông qua hệ thống biển báo điện tử cungcấp thông tin về khoảng cách xe đến trạm dừng cho hành khách (được lắp đặttại các trạm xe buýt) Sắp tới, tại Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh, một số tuyếnđường sắt đô thị sẽ được đưa vào khai thác và dự kiến sẽ sử dụng hệ thống thẻthanh toán thông minh theo tiêu chuẩn công nghệ của Nhật Bản để phục vụcông tác mua vé Ngoài ra, Nhật Bản cũng đang giúp hai thành phố này thựchiện dự án “Cải tạo giao thông công cộng” thí điểm sử dụng thẻ thông minh cho

Trong hệ thống giao thông hiện tại ở Việt Nam, các hệ thống tự động hóachưa có nhiều, mới chỉ dừng ở các giải pháp: gửi xe lấy thẻ từ thay cho ghi vé,giám sát phương tiện trên cao tốc Pháp Vân - Cầu Giẽ và trên các nút giaothông quan trọng nhằm mục đích xử phạt hành chính có trích xuất dữ liệu hìnhảnh vi phạm, các chức năng thống kê lưu lượng, đo tốc độ phương tiện vẫn cònphải nhập khẩu và chưa phù hợp với thực tiễn giao thông ở Việt Nam Hệ thốngthu phí không dừng thì đang được triển khai theo sự chỉ đạo của Quyết định củaThủ tướng Chính phủ Ngoài ra, ứng dụng phạt nguội (Camera Based PenaltyDetection) được cung cấp bởi CadPro vẫn cần nhân lực để giám sát thao tác vàquản lý bằng tay theo dạng trích xuất thủ công Một hệ thống giao thông thôngminh hoàn chỉnh có các chức năng chủ yếu đảm bảo an toàn giao thông nhưgiám sát phương tiện, cảnh báo đối với các phương tiện có dấu hiệu di chuyểnkhông an toàn, thông báo tới các phương tiện về các luồng có khả năng bị tắcnghẽn và đưa ra cảnh báo trong điều kiện thời tiết đặc biệt nguy hiểm

Các đề án, dự án đã được nghiên cứu về GTVT tiêu biểu như: Nghiên cứutoàn diện về phát triển bền vững hệ thống GTVT Việt Nam (Vitranss 2)Chiến lược quốc gia về ứng phó với biến đổi khí hậu đã được Thủ tướng Chính

phủ phê duyệt tại Quyết định số 2139/QĐ-TTg ngày 05 tháng 12 năm 2011.

- Quy hoạch phát triển GTVT Thủ đô Hà Nội đến năm 2020, tầm nhìn đếnnăm 2030;

- Điều chỉnh quy hoạch phát triển GTVT thành phố Hồ Chí Minh đến năm

vi phạm như hiện nay

Nhìn chung các nghiên cứu ứng dụng Giao thông Thông minh ở nước ta còn

ít chưa tương xứng với cơ sở hạ tầng và mật độ giao thông đông đúc ở nước ta.Các nghiên cứu chưa chỉ ra được các phương hướng cụ thể trong thực tiễn, cáccông nghệ sử dụng còn hạn chế, chưa khai thác được hết các điểm mạnh củatừng giải pháp công nghệ sử dụng

Các nghiên cứu, các bài báo trong nước về giao thông thông minh, tuy nhiênchưa giải quyết các hướng mà nội dung Luận án đề ra

Các đề tài nghiên cứu còn chưa đưa lại các ứng dụng thực tiễn phù hợp với

cơ sở hạ tầng và phát triển giao thông ở nước ta Chính vì lẽ đó, luận án đềxuất các hướng giải quyết các vấn đề đang còn tồn tại phù hợp với định hướngpháp triển khoa học công nghệ của nước ta

Các nghiên cứu ngoài nước

Các hệ thống giao thông ở nước ngoài nhờ vào sự ổn định, khả năng đồng

bộ mà có các giải pháp quản lý thích hợp Từ các nhu cầu thực tiễn có các hệ

thống cơ bản sau:

• Hệ thống quản lý giao thông

• Hệ thống quản lý người tham gia giao thông

• Hệ thống quản lý phương tiện giao thông

• Hệ thống quản lý giao thông công cộng

• Hệ thống quản lý giao thông nông thôn

• Hệ thống điều hành phương tiện thương mại

Ở nước ngoài, các công nghệ chính được sử dụng trong các hệ thống quản lýgiao thông chủ yếu là: Các loại cảm biến không dây trong truyền thông, chủ yếu

là RFID; công nghệ phát hiện Inductive loop; công nghệ phát hiện bằng cameragiám sát; công nghệ phát hiện bluetooth Cụ thể là các nghiên cứu: ứng dụngtín hiệu sóng điện thoại di động (Mobile Cellular) để ứng dụng trong việc giámsát và quản lý giao thông như trong [7], phát hiện tai nạn giao thông trong [8],các giải pháp nghiên cứu chỗ đỗ xe trong đô thị thông minh [9]

Theo các báo cáo phân tích và thống kê của Bộ Giao thông Vận tải ở Mỹtính tới hết thời điểm năm 2015 thì tập trung lại như sau: Các nghiên cứu về

xe tự hành, nghiên cứu phát triển đồng bộ cơ sở hạ tầng với phương tiện giaothông để có thể trao đổi dữ liệu, nghiên cứu

ITS đã được phát triển rất mạnh ở các nước đang phát triển như: Nhật Bản,

Mỹ, Anh, và một số nước phát triển khác Tại Nhật Bản ITS đã được ứng dụng

từ thuở sơ khai khi còn chưa sử dụng camera làm các dữ liệu đầu vào chính

mà dùng các cảm biến phát hiện sự tồn tại của các phương tiện giao thông dichuyển qua một điểm nào đó

Các hệ thống giám sát giao thông ở nước ngoài đã đồng bộ xử lý được cácnội dung chính sau đây:

• Phát hiện phương tiện trên đường, đoạn đường này hầu hết là các đoạnđường quy chuẩn, các phương tiện di chuyển hầu hết là ô-tô, các phươngtiện di chuyển nối tiếp nhau trong một làn

• Phân loại, thống kê phương tiện Các nghiên cứu tập trung phân loại vàthống kê lượng phương tiện đi chuyển trên đường nhằm mục đích giám sátlưu lượng giao thông để đánh giá sự cần thiết cải thiện cơ sở hạ tầng trêncác tuyến giao thông chính

• Giám sát phương tiện giao thông (đo tốc độ phương tiện di chuyển đường,thống kê lưu lượng phương tiện, định vị phương tiện, điều khiển đèn tínhiệu giao thông theo lưu lượng phương tiện, phân luồng phương tiện giaothông); nhận biết tai nạn giao thông (nhận biết và dự đoán tai nạn giaothông trên đường).

• Hệ thống thông tin liên lạc Các phương tiện di chuyển trên một tuyến giaothông có khả năng cùng nhận được các bản tin nhắc nhở về tình hình giaothông trên tuyến để có những sự chuẩn bị cho các kịch bản xảy ra và có khảnăng cung cấp các sự hỗ trợ cần thiết cho người điều khiển phương tiện

• Hệ thống tìm chỗ đỗ xe Các công nghệ phát hiện phương tiện đang đỗ vàcác vùng trống để đưa ra thông tin trên biển báo hoặc qua điện thoại tớingười lái chỗ đỗ xe nào gần nhất

Tuy nhiên, do dòng phương tiện giao thông ở các nước đang phát triển kháchẳn với đặc trưng dòng phương tiện ở Việt Nam mà hầu hết các giải pháp vàcông nghệ được sử dụng ở nước ngoài phải thay đổi và tùy biến để phù hợp vớiđặc trưng giao thông ở Việt Nam nơi mà hầu hết các tuyến đường có các loạiphương tiện di chung với nhau Bởi lẽ đó, việc nghiên cứu các công nghệ và giảipháp có thể ứng dụng để quản lý giao thông ở Việt Nam là một việc làm có tínhcấp bách

2 Các vấn đề còn tồn tại

Các nghiên cứu chủ yếu được đề xuất bởi các quốc gia phát triển, các hướngnghiên cứu chủ yếu tập trung vào hạ tầng giao thông đồng bộ, các phương tiệngiao thông đi theo hàng được phân chia cho từng loại phương tiện và mục đích

di chuyển Chính bởi vậy, cần thiết tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệphù hợp để quản lý được phương tiện giao thông rồi có các đánh giá về lưu lượngphương tiện đang di chuyển

Tại Việt Nam, trong đô thị các phương tiện di chuyển với ít làn và gồm nhiềuchủng loại phương tiện cùng tham gia giao thông Các phương tiện chủ yếu gồmcó: ô-tô, xe máy ngoài ra còn có xe đạp, xe lam và xe ba bánh Các phương tiệnnày cùng di chuyển trên một làn đường và cùng đi với các phương tiện khác màkhông có dải phân cách cứng Từ những đặc tính trên việc nghiên cứu quản lý

hệ thống giao thông ở Việt Nam cần được chú trọng vào các giải pháp phù hợp

Từ các nghiên cứu đã có tại Việt Nam và nước ngoài, các vấn đề còn tồn tạiđối với hệ thống giao thông thông minh ở Việt Nam được thống kê như sau:

• Chưa có giải pháp hoàn chỉnh cho hệ thống phát hiện các phương tiện trong

đô thị đặc biệt khi đường đông vào giờ cao điểm

• Chưa có giải pháp quản lý dòng phương tiện giao thông hỗn hợp (giám sátlưu lượng, mật độ phương tiện)

• Ngoài ứng dụng công nghệ RFID trong thu phí đường bộ, công nghệ sửdụng cảm biến để đo khoảng cách chỗ đỗ xe trong hầm thông báo bằng đènLED để thông báo tình trạng chỗ đỗ xe và công nghệ camera giám sát hiệntrạng nút giao thông thì tại Việt Nam chưa ứng dụng các công nghệ khác

để quản lý giao thông

• Chưa có hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông theo lưu lượng thực

tế phương tiện trên đường

Các camera giám sát giao thông được gắn tại các nút giao thông ở Việt Namnhằm mục đích chính là theo dõi và lưu trữ hiện trạng chưa khai thác được cácđặc tính để quản lý giao thông một cách tự động Một số giải pháp ứng dụngcho việc quản lý thay thể cánh sát giao thông hiện nay là phát hiện người viphạm giao thông vượt đèn đỏ phát hiện biển số xe và đưa ra quyết định xử phạt;

đo tốc độ phương tiện trên đường cao tốc Chưa có các giải pháp phức tạp như:phát hiện, thống kê lượng phương tiện; điều khiển đèn tín hiệu giao thông; pháthiện người không đi đúng vạch chỉ đường

3 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Mục tiêu Đặc trưng giao thông ở Việt Nam là dòng giao thông hỗn hợpbao gồm nhiều loại phương tiện cùng tham gia trên một tuyến đường gồm nhiềulàn đường chủ yếu gồm xe ô-tô và xe máy đi cùng với nhau Điều này gây ra cáckhó khăn khi nhà chức trách muốn giám sát và điều khiển giao thông Do đó,luận án đặt ra nhiệm vụ là hiện thực hóa các phương pháp giám sát lưu lượng

và quản lý phương tiện giao thông nhằm đề xuất một hệ thống ITS phù hợp với

hệ thống giao thông đô thị tại Việt Nam Xuất phát từ thực tiễn, các nhiệm vụcủa luận án được đặt ra là:

• Dữ liệu từ camera truyền về trung tâm có chất lượng phù hợp với băngthông thấp truyền dẫn trung bình là: 1.080 × 720 điểm ảnh Luận án phảinghiên cứu đề xuất phương pháp cải thiện chất lượng ảnh trước khi xử lý,phát hiện đối tượng và thực hiện các chức năng khác

• Luận án tập trung vào quản lý phương tiện giao thông đi trên đường vớicác chức năng chủ yếu trong quản lý phương tiện tham gia giao thông là:phát hiện phương tiện, phân loại phương tiện, đo tốc độ phương tiện.

• Bên cạnh đó, luận án cũng định hướng nghiên cứu các giải pháp giám sátlưu lượng phương tiện tham gia giao thông, đặc biệt là giám sát tại các nútgiao thông nhằm mục đích hiệu chỉnh thích nghi thời gian hoạt động củađèn tín hiệu giao thông phù hợp với lưu lượng thực tế

b Đối tượng

Đối tượng xuyên suốt của luận án là dữ liệu ảnh thu nhận từ các camera giaothông gắn tại các nút giao trên đường giao thông hỗn hợp, nơi có đặc trưng lànhiều chủng loại phương tiện di chuyển chung trên cùng một làn đường

c Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu các nội dung của luận án tập trung vào hệ thống giaothông đô thị, là nơi đặc trưng với dòng giao thông hỗn hợp Các tuyến đườngtrong đô thị Việt Nam hầu hết được xây dựng từ lâu, do đó cơ sở hạ tầng đã

cũ có thể không đáp ứng được lượng phương tiện di chuyển qua Bởi vậy, giaothông đô thị đặc biệt là Hà Nội và TP Hồ Chí Minh là đối tượng nghiên cứucủa luận án

Bài toán quản lý giao thông được chia nhỏ ra tới từng đoạn đường và từng nútgiao thông Các nút giao thông luôn là vị trí chuyển giao lộ trình được CSGTgiám sát nhằm đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông Trong nội dungnghiên cứu, luận án cũng tập trung vào đoạn đường chuẩn bị đi vào nút giaothông của các luồng và tại chính nút giao thông đó, để giám sát các vùng đệm

và vùng giao thoa của các luồng với nhau để có thể đề xuất các mô hình haythuật toán phù hợp cho giám sát và quản lý phương tiện

Ngoài ra, các đoạn đường hay xảy ra tai nạn hay các đoạn đường mà hay

có tình trạng vi phạm luật giao thông tái diễn thì cần được giám sát để nhắcnhở và xử phạt Các vùng này đã được và chưa được lắp camera nên có thể tậndụng dữ liệu từ các camera này để nghiên cứu và đề xuất các giải thuật quản

lý phương tiện giao thông

4 Ý nghĩa khoa học và những đóng góp của luận án

a Ý nghĩa khoa học

Luận án nghiên cứu các giải pháp gắn với thực tiễn trong bài toán giám sát

và quản lý giao thông ở nước ta phù hợp xu hướng phát triển của giao thông đô

thị Trong công cuộc hiện đại hóa khoa học công nghệ hiện nay, ứng dụng các

kĩ thuật mới nhằm giảm áp lực quản lý và điều tiết giao thông của lực lượngchức năng là điều vô cùng cần thiết Mục tiêu Luận án là đưa ra các phươngpháp xác định lưu lượng và các phương pháp giám sát phương tiện giao thôngdựa trên tính ưu việt công nghệ xử lý ảnh

Đây cũng là tiền đề ứng dụng các kết quả nghiên cứu khoa học và đưa vàogiải quyết các bài toán ứng dụng giao thông ở Việt Nam, nhằm mục đích hiệnđại hóa cơ sở hạ tầng giao thông, nâng cao khả năng quản lý phương tiện trênmỗi tuyến đường Điều này giúp các phương tiện nâng cao tốc độ di chuyển trênđường, nhằm hướng tới một nền giao thông xuyên suốt và an toàn, giúp pháttriển kinh tế xã hội trong nước

Các nội dung được nghiên cứu là cơ sở cho các đề xuất giám sát và quản lýlưu lượng phương tiện giao thông ứng dụng công nghệ xử lý ảnh Nhằm mụcđích điều khiển và nâng cao chất lượng cơ sở hạ tầng giao thông phù hợp với sựthay đổi của luồng phương tiện

Luận án góp phần nghiên cứu và đưa ra các đề xuất hợp lý với hiện trạnggiao thông ở Việt Nam Với đặc thù giao thông ở Việt Nam là dòng giao thông

có phương tiện hỗn hợp bao gồm cả ô-tô và xe máy cùng các phương tiện thô sơ,

do bài toán quản lý và giám sát các phương tiện giao thông ở Việt Nam hoàntoàn khác với các nước phát triển trên thế giới

b Những đóng góp của luận án

Luận án đề xuất một giải pháp trong hệ thống ITS ứng dụng nền tảng làcông nghệ xử lý ảnh, do đó việc truyền dữ liệu ảnh về trung tâm đề xử lý cầnthiết được cải thiện chất lượng nhằm nâng cao khả năng phát hiện phương tiện

và các sự kiện đang diễn ra trong vùng quan tâm Trên cơ sở giải thuật Bicubic[10], luận án tập trung khai thác giải thuật tạo lại độ tương phản cho đườngbiên để phân biệt các đối tượng trong hình Bên cạnh đó, luận án tập trung vàoviệc mô hình hóa phương pháp đo tốc độ phương tiện dựa hoàn toàn vào độphân giải ảnh và các thông số của camera giám sát Góc thu của camera ký hiệu

làβ được chia theo từng điểm ảnh, nên mỗi điểm ảnh sẽ đại diện cho một vùngảnh với kích thước thực tế tương ứng Độ dịch chuyển của phương tiện qua cáckhoảng thời gian sẽ tính toán ra được vận tốc của phương tiện

Luận án đề xuất giải pháp tính toán mật độ phương tiện các luồng giao thông

đổ vào một nút giao thông qua việc xác định diện tích vùng đích δαn bị chiếmdụng, từ đó hiệu chỉnh thời gian hoạt động của đèn tín hiệu giao thông phù hợp

với mật độ phương tiện Thời gian phương tiện di chuyển qua nút giao thôngđại diện cho đèn vàng, các chỗ trống và khả năng chứa của vùng đích sẽ đại diệncho khả năng đèn xanh và thời gian đèn đỏ hoạt động là thời gian đèn xanh của

đi luồng ngang Phương pháp này đề xuất dựa hoàn toàn vào mật độ phươngtiện giao thông theo điểm ảnh bị chiếm dụng, phương pháp này phù hợp với cáctuyến đường đông hay giờ cao điểm

5 Cấu trúc của luận án

Luận án được trình bày trong 3 chương chính:

Nội dung Chương 1 trình bày tổng quan về TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀCỦA XỬ LÝ ẢNH TRONG GIAO THÔNG HỖN HỢP, trong chương này sẽtập trung giới thiệu về các chức năng cơ bản của một hệ thống giao thông thôngminh ứng dụng công nghệ xử lý ảnh Bên cạnh đó sẽ phân tích các phương phápđang được sử dụng trên thế giới trong ITS, hầu hết các nghiên cứu này đượctập trung khai thác dựa trên cơ sở hạ tầng của nước ngoài Do đó, việc phântích các nội dung đó sẽ làm tiền đề để phát triển các giải pháp cho giao thônghỗn hợp ở Việt Nam

Chương 2 QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG trình bày về các chứcnăng cơ bản trong quản lý phương tiện gồm: các bước tiền xử lý ảnh để cải thiệnphát hiện đối tượng, luận án đã đề xuất tiền xử lý dữ liệu trước khi đưa vào đểphát hiện và phân loại đối tượng trên đường Việc cải thiện chất lượng ảnh đầuvào chủ yếu được thực hiện trên cơ sở phương pháp nội suy Bicubic [10] và dựatheo ảnh biên phân tách các đối tượng trong hình Các đối tượng trong hìnhđược tính toán lại giá trị các điểm ảnh nội suy dựa vào bản đồ điểm ảnh gốctham chiếu Ngoài ra, luận án còn đề xuất phương pháp phân loại phương tiệnngay khi xác định được đường bao quanh đối tượng dựa hoàn toàn theo góc tớicủa phương tiện và vị trí đặt camera giám sát Cuối cùng, trong chương này sẽ

đề xuất mô hình phương pháp đo tốc độ phương tiện giao thông

Tiếp theo, Chương 3 LƯU LƯỢNG PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG sẽ trìnhbày về vai trò của hệ thống giám sát lưu lượng phương tiện giao thông Trong đó,các phương pháp phân tích lưu lượng và mật độ dựa theo lưu lượng phương tiện

sẽ được trình bày ở đây Sau đó, đề xuất giải pháp giám sát và điều khiển dòngphương tiện giao thông theo mật độ phương tiện tại một nút giao thông có đèntín hiệu hoạt động và cuối cùng là đề xuất giám sát và điều khiển dòng phươngtiện giao thông theo đầu vào là số lượng phương tiện và chủng loại phương tiện

Trong phần cuối, luận án đã đánh giá và phân tích kết quả đồng thời đưa

ra các định hướng nghiên cứu và phát triển các phương pháp đã đề xuất trongluận án nhắm đưa vào ứng dụng trong thực tế

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CỦA XỬ LÝ ẢNH TRONG

GIAO THÔNG HỖN HỢP

1.1 Giới thiệu

Hệ thống Giao thông thông minh - ITS (Intelligent Transportation System)

là một bước tiến lớn về khoa học và công nghệ trong ứng dụng, giám sát vàđiều khiển giao thông một cách tự động Hệ thống ITS giúp người sử dụng cóthể theo dõi và lựa chọn chính xác các phương tiện giao thông công cộng, cácphương tiện giao thông trao đổi dữ liệu với nhau nhằm tạo ra một hệ thống vậnchuyển an toàn ITS còn là cơ sở để quản lý và điều khiển các phương tiện đangtham gia giao thông

Nội dung chương này chủ yếu tập trung vào ưu điểm và nhược điểm của côngnghệ xử lý ảnh so với các công nghệ khác để phát hiện phương tiện trong giaothông hỗn hợp Tiếp theo sẽ phân tích các thuật toán của các chức năng quantrọng như: phát hiện phương tiện, nhận dạng biển số phương tiện, phân loạiphương tiện, đo tốc độ phương tiện, giám sát lưu lượng phương tiện trong ITS.Cuối chương sẽ tổng hợp các vấn đề còn tồn tại của xử lý ảnh trong giao thônghỗn hợp nhằm mục đích định hướng các nghiên cứu xuyên suốt luận án

1.2 Hệ thống giao thông thông minh

Hệ thống giao thông thông minh (Intelligent Transportation System - ITS)

là hệ thống được xây dựng dựa trên nhiều nền tảng công nghệ giúp tự độnghóa các hoạt động giám sát và điều khiển giao thông trên đường với mục đíchgiúp cho các phương tiện di chuyển an toàn và thông suốt Hệ thống giao thôngthông minh truyền tải thông tin từ người điều hành tới người điều khiển phươngtiện về các thông tin cần thiết như: các sự cố trên đường, mật độ phương tiện

có khả năng gây ùn tắc hay không, các thông tin về thời tiết, cảnh báo tai nạn,cảnh báo khi đi sai luật giao thông, và các tin tức cần thiết khác giúp ngườiđiều khiển giao thông an toàn và nhanh chóng Các hệ thống ITS chủ yếu đượcxây dựng theo các mô-đun và được ứng dụng lần lượt vào từng cung đường và

18

các vị trí cần theo dõi phương tiện như trạm thu phí, trạm bơm nhiên liệu hoặccác phương tiện đi qua các vùng nhạy cảm Trong nội dung tiếp theo sẽ trìnhbày về các chức năng cần thiết của một hệ thống ITS.

Hình 1.1 đại diện mô tả kiến trúc của hệ thống ITS của Huawei, trong minhhoạ này hệ thống ITS được mô tả khá chi tiết về các công nghệ nhận diệnphương tiện, kênh truyền, hệ thống cơ sở dữ liệu và cuối cùng là hệ thống điềukhiển

Hình 1.1: Kiến trúc của một hệ thống ITS của Huawei

pháp GIS tra cứu hành trình, tìm đường đi ngắn nhất tới một địa điểm cụ thể,tìm đường tránh các tuyến đường đang bị phong toả [11, 12, 13] Phương phápnày hiện nay tỏ ra khá hữu hiệu, dữ liệu của GSM Association trong báo cáonăm 2015 dự đoán tới năm 2017 có hơn 1,2 tỉ thiết bị mới kết nối trong đó gồmcác thiết bị kết nối từ người sử dụng với phương tiện giao thông, các kết nối dữliệu cho xe,

Các giải pháp thông tin quảng bá trên các kênh radio như VOV Giao thôngcủa Việt Nam và các giải pháp quảng bá bằng bản tin LED hoặc biển báo giaothông tích cực có khả năng thay đổi dựa vào lưu lượng phương tiện tham giagiao thông

b Hệ thống phát hiện phương tiện giao thông

Các công nghệ thu nhận xâm lấn tiêu biểu chủ yếu gồm: Cảm ứng điện từ[14], Từ trường [15], Từ tính [15], Áp kế [16] Các công nghệ này chủ yếu dựavào từ trường trái đất để phát hiện ra các phương tiện giao thông

Các công nghệ thu nhận không xâm lấn thường được sử dụng chủ yếu gồm:Hồng ngoại chủ động [17], Hồng ngoại bị động [14], RADAR [14], Siêu âm [18],

Âm thanh [19] và Xử lý ảnh Hiện tại, trong các công nghệ này thì công nghệ

xử lý ảnh vẫn còn đang được hoàn thiện các công nghệ khác đã đạt tới giới hạn

và độ chính xác theo kịch bản ứng dụng

c Hệ thống điều khiển phương tiện giao thông

Các giải pháp điều khiển luồng giao thông: tách luồng giao thông, chuyểnluồng, điều khiển làn đường được phép và không được phép di chuyển tránh tainạn

Các giải pháp điều khiển thời gian hoạt động của đèn tín hiệu giao thôngthích nghi với lượng phương tiện giao thông di chuyển

Các giải pháp điều khiển phương tiện phụ thuộc điều kiện thời tiết qua cáckênh quảng bá: tuyết rơi tốc độ tối đa phải giảm xuống, mưa to yêu cầu cácphương tiện bật đèn chiếu gần

d Hệ thống phụ trợ hoạt động xe thương mại

Ứng dụng công nghệ thông tin, GIS và đường truyền để yêu cầu các phươngtiện chở hàng, chở người lựa chọn điểm đón và điểm trả

Ngoài ra còn có các hệ thống thông tin phụ trợ sau: hệ thống thông tin ưutiên, thông tin hành khách theo thời gian thực, hệ thống tự động xác định vị trí

phương tiện, hệ thống máy tính hỗ trợ, giao tiếp thoại qua dữ liệu và vô tuyến,

hệ thống lập lịch trình tự động, hệ thống xe buýt nhanh, hệ thống an toàn vàbảo mật và hệ thống cảnh báo đường sắt

e Hệ thống thanh toán điện tử

Hệ thống thanh toán điện tử giúp người dân tiết kiệm được thời gian, nângcao độ chính xác hoạt động của mạng lưới Các mô-đun này bao gồm các chứcnăng: máy bán vé tự động, các trang web thương mại điện tử bán vé tham giaphương tiện công cộng, vé điện tử (có thể là mã QR, bar code, code, ) [20]nhằm tiết kiệm thời gian không cần phải lấy vé giấy ở tận nơi phát hành, quản

lý kho và trạm, trung tâm dịch vụ khách hàng tự động, hệ thống thanh toán bùtrừ và thanh toán để hỗ trợ việc đối chiếu doanh thu và các phân tích dữ liệugiá vé khác

Ngoài ra tiêu biểu còn có hệ thống thu phí không dừng Người sử dụng gắnmột thẻ RFID trên xe, tag này được liên kết với tài khoản ngân hàng để tiếnhành thu phí cầu đường tự động không cần dừng Các trạm chỉ cần đặt một bộđọc thẻ RFID để thực hiện

f Hệ thống an toàn và bảo mật dữ liệu

Hệ thống này có các mô-đun bảo mật truy xuất và giao dịch mua bán củangười dùng

Hệ thống còn có các mô-đun cảnh bảo và đảm bảo an toàn cho người sử dụng,

ví dụ: hệ thống cảnh báo tàu hoả, hệ thống xác nhận điểm dừng đỗ phương tiệncông cộng Các nút bấm yêu cầu cho người đi bộ sang đường, hệ thống cảnh báovới người đi bộ

1.2.2 Nhiệm vụ

Nhiệm vụ của một hệ thống giao thông thông minh trong nội dung của luận

án được tập trung chủ yếu trong công nghệ xử lý ảnh để phân tích dữ liệu

"Phương tiện giao thông hỗn hợp" từ đó trích xuất được thông tin về phươngtiện, phân loại phương tiện và mật độ phương tiện trên đường từ đó thực thicác chức năng nhằm đảm bảo xử lý dữ liệu và điều khiển luồng phương tiện.Các nghiên cứu và ứng dụng ITS ở các nước đang phát triển chủ yếu tậptrung vào giao thông đô thị, tuy nhiên thực tế ở các nước đang phát triển lạihoàn toàn khác Các nước đang phát triển như Việt Nam có đặc trưng giaothông là dòng phương tiện giao thông hỗn hợp gồm có nhiều loại phương tiện

giao thông đi chung trong một làn đường, một luồng đường Do đó, mục tiêucủa luận án là đề xuất các phương pháp nhằm mục đích quản lý và giám sátdòng phương tiện giao thông hỗn hợp này.

1.2.3 Kịch bản sử dụng

Kịch bản được tập trung nghiên cứu chủ yếu là đường phố đô thị tại Hà Nộinhư: hầm Kim Liên, nút giao Trần Phú - Điện Biên Phủ, đường gom trên đườngPhạm Văn Đồng những địa điểm này có đặc trưng của khu đô thị lớn Đặc trưngcủa đường phố đô thị ở Việt Nam là nhỏ hẹp nhưng có nhiều loại phương tiệngiao thông bao gồm: ô-tô, xe máy, xe đạp, xe ba bánh, cùng một số phương tiệnthô sơ khác

Luận án tập trung vào các nút giao thông nơi mà các dòng phương tiện đổ

về nhằm mục đích cải thiện hiệu quả điều khiển phân luồng phương tiện đảmbảo các phương tiện đi qua vẫn an toàn và tiết kiệm được thời gian Ngoài ra,luận án sẽ tập trung đề xuất các phương pháp quản lý phương tiện như: giámsát phương tiện, phân loại phương tiện, đo tốc độ phương tiện

1.3 Tiềm năng ứng dụng của xử lý ảnh trong ITS

1.3.1 Phát hiện phương tiện

Các hệ thống phát hiện phương tiện đều có ưu và nhược điểm riêng Tuynhiên, mục đích chính của luận án là đưa ra đánh giá phương pháp khả thi ởcác nơi giao thông có tính chất hỗn hợp

Từ các nghiên cứu đánh giá các phương pháp nhận diện phương tiện vàphương pháp phân loại phương tiện giao thông ở trên có khả năng ứng dụngvào giao thông hỗn hợp hay không Các phương pháp trong [14] chưa đánh giáhết được các đặc điểm để có thể ứng dụng ở những nước có dòng phương tiệnhỗn hợp Ngoài ra, còn có các nghiên cứu đánh giá độ chính xác của các côngnghệ phát hiện như trong nghiên cứu [21] với tiêu chí đánh giá độ chính xác củacác phương pháp phát hiện phương tiện giao thông trong nhiều bối cảnh cụ thể[22] Từ việc tổng hợp các công nghệ ở trên, khả năng ứng dụng các công nghệtrong giao thông hỗn hợp được thể hiện trong Bảng 1.1

Bảng 1.1: So sánh khả năng ứng dụng của phương pháp xử lý ảnh với các phương pháp khác trong giao thông hỗn hợp

Công nghệ Nhận

diện

Đếm phương tiện

Đo tốc độ Phân loại Giao thông

Hồng ngoại bị động X X X Không Không

Siêu âm X X Không Không Không

Từ các nghiên cứu và đánh giá về các công nghệ ở trên mô hình quản lýphương tiện và giám sát lưu lượng đề xuất của hệ thống được diễn giải ở Hình1.2 Đây chính là sơ đồ khối hệ thống được đề xuất trong phạm vi thực hiện củaluận án này

1.3.2 Các ứng dụng xử lý ảnh

Hiện tại, trên thế giới đã tập trung ứng dụng công nghệ xử lý ảnh vào trongITS Do đó, có thể phân loại rõ vùng làm việc của các hướng ứng dụng này nhưsau:

• Ứng dụng xử lý ảnh trong cơ sở hạ tầng gồm có:

- Phát hiện phương tiện

- Nhận dạng biển số phương tiện trong xử lý vi phạm và thu phí

Nhận diện phương tiện

Tiền xử lý (Cải thiện chất lượng ảnh)

Nhận dạng phương tiện

Quản lý phương tiện

Đo tốc độ

Phân loại phương tiện

Giám sát quỹ đạo phương tiện

Hệ thống thu phí

Giám sát lưu lượng

Hình 1.2: Sơ đồ khối của hệ thống đề xuất

- Phân loại phương tiện giao thông

- Phát hiện vi phạm khoang hành khách

- Phát hiện các chuyển động, quỹ đạo vi phạm

- Giám sát nút giao thông

- Phát hiện các dữ liệu dị thường

- Phân tích lưu lượng phương tiện

- Quản lý chỗ đỗ xe

• Ứng dụng xử lý ảnh gắn trong phương tiện:

- Phát hiện các vùng còn trống trong khoang hành khách

- Cảnh báo chệch làn đường

- Dự báo/phòng tránh va chạm

- Phát hiện người đi bộ

- Giám sát tài xế

- Nhận dạng biển báo giao thông

- Giám sát điều kiện đường giao thông

1.3.3 Quy trình ứng dụng xử lý ảnh trong giao thông

Hình 1.3 trong [23], dữ liệu đầu vào thu được từ camera gắn ở điểm giám sát

Dữ liệu này được đưa vào bộ tiền xử lý hình ảnh nhằm mục đích cải thiện chấtlượng, nâng độ phân giải hoặc cải thiện độ tương phản giữa các đối tượng trongkhung hình sau quá trình truyền về trung tâm Ảnh sau khi cải thiện chất lượngđược đưa vào khối trích xuất đặc trưng nhằm đưa ra các đặc trưng chung chođối tượng cần giám sát Tiếp theo là khối thực thi các quyết định nhằm thựchiện các chức năng cụ thể, ví dụ: phân loại phương tiện, đo tốc độ, tính toán

lưu lượng.

Ảnh/Video

thu được

Tiền xử lý hình ảnh

Trích xuất đặc trưng Quyết định

Cảm biến

dữ liệu phi thị giác

Người điều hành

Trực quan hóa dữ liệu Người điều hành

Phân tích ngoại tuyến và tối ưu hóa

Hình 1.3: Quy trình ứng dụng xử lý ảnh trong giao thông

1.4 Hiện trạng xử lý ảnh trong ITS

Mặc dù trên thế giới vẫn tồn tại các công nghệ song song với nhau nhằmquản lý giao thông một cách thuận lợi, nhưng nhờ những ưu điểm lớn của côngnghệ xử lý ảnh mà nó được ứng dụng trong giao thông ngày một nhiều, tiêubiểu là các điểm sau đây:

• Không phải cải tạo hay cắt đường để lắp đặt các bộ nhận diện hay đầu dòphương tiện

• Dễ dàng lắp đặt theo các cột đèn, cột điện, biển báo hay đèn tín hiệu giaothông

• Gọn nhẹ hơn các phương pháp khác và không ảnh hưởng tới hạ tầng giaothông

• Dữ liệu được truyền trực tiếp về trung tâm

• Công nghệ xử lý ảnh cho phép trích xuất nhiều thông tin hình ảnh phươngtiện với các phương pháp khác

Ngày nay tại các đô thị hiện đại trên thế giới, camera được lắp đặt ở các địađiểm quan trọng giúp nhà chức trách giám sát và quản lý được thuận tiện hơn.Trong giao thông, việc triển khai hệ thống camera giám sát cũng đã được triểnkhai từ lâu sơ khai là đề xuất nghiên cứu trong [24] Phương pháp ứng dụng

xử lý ảnh vào quản lý giao thông với nhiều ưu điểm vượt trội, khả năng theodõi trực quan và xem lại được bối cảnh giao thông trên đường Do đó, các hệthống camera giám sát phương tiện giao thông được lắp đặt nhiều tại các nútgiao thông quan trọng Nhờ đó ứng dụng xử lý ảnh trong giao thông để phát

hiện phương tiện giao thông, phân loại phương tiện, giám sát lưu lượng phươngtiện ngày càng được nghiên cứu nhiều hơn Xử lý ảnh trong ITS bao gồm nhiềuphương pháp và nhiều cách thức để phát hiện phương tiện giao thông và ứngdụng từng chức năng cụ thể.

1.4.1 Khả năng của xử lý ảnh

Xử lý ảnh trong giao thông đã trải qua các bước phát triển mạnh mẽ Cóthể chia làm các nhóm phát hiện phương tiện như trong [25] gồm: nhóm phươngpháp sử dụng nền (background) kể từ khi các giải thuật phát hiện phương tiệnđược đề xuất [26] thì phương pháp trừ nền được giới thiệu ở [27] trong nghiên cứunày các tác giả đã sử dụng nguồn dữ liệu là ảnh vệ tinh có độ phân giải cao đểphân tích và nhận diện phương tiện giao thông trên một vùng rộng và trong [28]tiếp theo là trừ nền thích nghi trong [29, 30] đã có những bước phát triển mạnh.Nhóm thứ hai gồm các phương pháp: frame differencing trong [31, 32] Về đánhgiá các phương pháp phát hiện phương tiện giao thông có thể nghiên cứu thêm

ở trong công bố [33] Bên cạnh cũng có thể kể thêm các phương pháp sử dụng trítuệ nhân tạo để phát hiện phương tiện giao thông theo như [34, 35, 36, 37] cácphương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo có độ chính xác tới 95% được giới thiệutrong [13] Về cơ bản, phát hiện phương tiện giao thông là yếu tố quan trọngnhất của một hệ thống xử lý ảnh giao thông trong ITS Hệ thống phát hiện tốtcác phương tiện thì mới có thể thực hiện các chức năng khác như: giám sát lưulượng giao thông, điều khiển phân luồng giao thông, điều khiển thời gian hoạtđộng của đèn tín hiệu giao thông, xử lý các vi phạm giao thông, cảnh báo tainạn giao thông và các công tác cứu hộ

1.4.2 Các thách thức xử lý ảnh trong ITS

Tuy nhiên bên cạnh đó, xử lý ảnh ứng dụng trong giao thông gặp phải rấtnhiều khó khăn Vì ảnh thu được là cơ sở để phân tích và giám sát, khi hệ thốngcamera thu nhận ảnh vào các điều kiện khó khăn như: mưa lớn, tuyết, ban đêm,ánh nắng chiếu vào camera, bóng của phương tiện do ánh sáng mặt trời; tất

cả các yếu tố này đều gây ảnh hưởng tới khả năng phân tích và phát hiện củacamera Chính vì vậy các nhà khoa học đã có các nghiên cứu để cải thiện cáctình trạng này trong xử lý ảnh giao thông

Phương pháp phát hiện phương tiện giao thông trong đô thị khi trời tối và cómưa lớn cũng được nghiên cứu và được nghiên cứu Phương pháp được đề xuất

trong [38] có độ chính xác tới 98% trên tuyến đường chỉ có phương tiện là ô-tô,phát hiện chủ yếu dựa vào ánh sáng đèn pha của phương tiện Nội dung củacác nghiên cứu hiện tại cũng chưa đặt vấn đề với dòng phương tiện giao thônghỗn hợp Nhìn chung khi trời tối và có mưa lớn, không thể nhận diện chính xácphương tiện như khi không có mưa và vào ban ngày.

Tuy nhiên, vào ban ngày lại có các ảnh hưởng khác gây ra như: khả năngmặt trời gây nhiễu cho camera và khả năng gây ra bóng của các phương tiện dichuyển trên đường, cũng là vấn đề gây ra phát hiện phương tiện bị sai Cũng

có đề xuất phương pháp phát hiện phương tiện bỏ bóng để bớt ảnh hưởng nhưtrong [39, 40], các phương pháp này sử dụng mức xám để loại bỏ bóng củaphương tiện hoặc sử dụng phương pháp phân tích biên để loại bỏ bóng như [41].Ngoài các ứng dụng cụ thể đã được trình bày ở trên việc ứng dụng xử lý ảnhqua camera còn được sử dụng trong trông giữ xe, các hệ thống này số hóa dữliệu biển số và ghi thông tin vào một thẻ RFID (Radio-Frequency Identification)[42, 43] Các hệ thống này hiện tại đã được ứng dụng ở Việt Nam Hệ thống nàynếu được kết nối với tài khoản ngân hàng còn có thể ứng dụng thu phí khôngcần dừng Phương tiện chỉ cần đi thẳng qua các trạm, nhằm tiết kiệm nhân lực

và thời gian của các bên

Sử dụng camera trong giám sát và quản lý giao thông còn có thể phát hiệntai nạn giao thông một cách tự động như trong các nghiên cứu [44, 45] và cũng

có nghiên cứu dự đoán trước tai nạn giao thông như ở [46]

Bên cạnh các tác nhân gây ảnh hưởng tới khả năng phát hiện của camera,thì cấu trúc của đường giao thông cũng là một yếu tố quan trọng có thể đượcphân loại làm hai dạng như sau: giao thông đô thị và giao thông trên đường caotốc Chính bởi có nhiều yếu tố tác động tới khả năng phát hiện phương tiện của

hệ thống xử lý ảnh Nên việc tích hợp nhiều phương pháp để phát hiện đượcphương tiện là cần thiết

Chức năng quan trọng của xử lý ảnh trong giao thông là thực hiện các chứcnăng quản lý Do đó, hệ thống ITS cần thiết phải thống kê lượng phương tiệnhoặc mật độ phương tiện di chuyển trên đường để ước lượng trên một tuyếnđường có bao nhiêu xe, gồm những loại phương tiện gì và còn khoảng trống trênđường hay không Để các nhà chức trách có thể dự đoán và mở rộng phát triển

cơ sở hạ tầng cho phù hợp

Từ thực tiễn, luận án đề xuất hệ thống giám sát và quản lý phương tiện giaothông ở các nước đang phát triển nên tập trung nghiên cứu và phát triển công