Bản đồ giao thông và thời tiết ở thành phố hồ chí minh sử dụng google map gps và smartphone nghiên cứu khoa học

Giải pháp của đề tài là xây dựng một hệ thống phần mềm được cài đặt trên nhiều thiết bị, hoạt động đồng bộ với nhau, có nhiệm vụ hiển thị bản đồ, thực hiện chức năng tìm đường và thông b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Thuộc nhóm ngành khoa học: Công nghệ thông tin

Sinh viên thực hiện: TRẦN THANH LONG Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Hoa

Lớp, khoa: lớp TH10A3, khoa Công Nghệ Thông Tin

Năm thứ: 3 /Số năm đào tạo: 4

Ngành học: Khoa học máy tính

Người hướng dẫn: TS LÊ XUÂN TRƯỜNG

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2013

TÓM TẮT

Thành phố Hồ Chí Minh là một trong hai đô thị lớn và sầm uất nhất Việt Nam Mặc dù phát triển mạnh về kinh tế nhưng cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ của nơi đây vẫn còn nhiều điều bất cập Hệ thống đường xá phức tạp, chằng chịt và rối rắm, gây nhiều khó khăn cho việc đi lại Do đó, việc tìm kiếm đường đi nhanh chóng, tiện lợi và chính xác là một nhu cầu mang tính cấp thiết Trong khi đó, các phương tiện tìm kiếm hiện nay như bản đồ giấy hay máy tính có nhiều hạn chế

Do sự nóng dần lên của Trái đất và hiệu ứng nhà kính khiến cho khí hậu ở Việt Nam nói chung và ở Miền Nam Việt Nam nói riêng đã và đang có những thay đổi rõ rệt Mùa khô và mùa mưa không còn theo một trình tự thường niên, thời tiết thay đổi thất thường gây rất nhiều khó khăn đối với đời sống của người dân Vì vậy, việc có thể biết được chính xác tình hình thời tiết ngay tại các khu vực đã và đang là một vấn đề cần phải giải quyết

Giải pháp của đề tài là xây dựng một hệ thống phần mềm được cài đặt trên nhiều thiết bị, hoạt động đồng bộ với nhau, có nhiệm vụ hiển thị bản đồ, thực hiện chức năng tìm đường và thông báo tình trạng thời tiết tại Thành phố Hồ Chí Minh Hệ thống này bao gồm các camera có chức năng thu nhận và gửi hình ảnh thời tiết về cho Server; gói phần mềm Server thực hiện chức năng chính là xử lý các hình ảnh được gửi từ camera, phân tích và lưu trữ tình trạng thời tiết tại các khu vực, đồng thời thực hiện nhiệm vụ là cầu nối tương tác cung cấp thông tin thời tiết khi có yêu cầu từ ứng dụng phía người dùng; và gói phần mềm tương tác với người sử dụng trên điện thoại di động Gói phần mềm trên điện thoại di động được tích hợp bản đồ với khả năng tìm đường đi dựa trên cơ sở dữ liệu của Google map, đồng thời hỗ trợ chức năng xem tình trạng thời tiết tại các khu vực Khi thực hiện chức năng tìm đường, ứng dụng sẽ gửi các tham số đến service của Google map, sau

đó tải về kết quả và xử lý để vẽ lộ trình di chuyển, tính khoảng cách đường đi trên bản đồ Nếu người dùng chọn chức năng xem thời tiết, ứng dụng sẽ gửi yêu cầu đến Server, Server thực hiện trả về tình hình thời tiết tại các vị trí lắp đặt camera để ứng dụng hiển thị lên bản đồ

Ứng dụng trên điện thoại di động dành cho người dùng được viết trên hệ điều hành Windows Phone 7, một hệ điều hành với nhiều ưu điểm vượt trội Phần giao diện được thiết kế bằng Expression Blend khá đẹp mắt, sinh động, thân thiện với người dùng Nhóm nghiên cứu đề tài đã thành công trong việc đưa ứng dụng GoogleMap hoạt động trên hệ điều hành Windows Phone 7, cũng như áp dụng các thuật toán xử lý ảnh vào việc phân tích tình hình thời tiết Đồng thời, cải tiến thuật toán với kỹ thuật khóa điểm ảnh LockBits

để nhận dạng và xử lý mưa rơi dựa trên mật độ phân bố các điểm ảnh

Chương trình có nhiều ưu điểm như tiện dụng, chạy nhanh, thao tác mượt, có tính tương tác cao với người sử dụng, có nhiều thuận lợi trong việc sửa chữa, bảo trì, nâng cấp,… Bên cạnh đó, vẫn còn tồn tại một số hạn chế như giao diện còn đơn giản, chưa có nhiều chức năng phụ cho người dùng lựa chọn,…

MỤC LỤC

Danh mục hình ảnh 1

Danh mục chữ viết tắt 1

Thông tin kết quả nghiên cứu của đề tài 3

Thông tin về sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài 6

Mở đầu 8

1 Tổng quan 8

2 Lý do chọn đề tài 9

3 Mục tiêu nghiên cứu 9

4 Phương pháp nghiên cứu 9

5 Phạm vi nghiên cứu 10

6 Đóng góp của đề tài 10

a Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội 10

b Đóng góp về mặt khoa học 11

Chương 1: Cơ sở lý thuyết 12

1.1 Sử dụng GPS và A-GPS trên Windows Phone 12

1.1.1 Khái niệm GPS 12

1.1.2 Khái niệm A-GPS 12

1.1.3 Cách thức sử dụng GPS 13

1.2 Sơ lược về Windows Communication Foundation (WCF) 14

1.2.1 WCF là gì ? 14

1.2.2 Lý do sử dụng WCF 14

1.2.3 Kiến trúc của WCF 15

1.3 Tổng quan về xử lý ảnh 17

Chương 2 : Nội dung nghiên cứu 19

2.1 Thiết kế hoạt động 19

2.1.1 Cách thức tìm đường và theo dõi thời tiết 19

2.1.2 Truy cập dữ liệu của Google map 20

2.1.3 Xử lý nhận dạng mưa rơi 20

2.2 Giao diện sử dụng 27

2.3 Hiện thực chương trình 29

2.3.1 Tổ chức dữ liệu 29

2.3.2 Sử dụng bản đồ của Google map 30

2.3.3 Hộp chọn chế độ hiển thị 34

2.3.4 Khởi động GPS thực thi 35

2.3.5 Kiểm tra trạng thái hoạt động của GPS 35

2.3.6 Kiểm tra vị trí của thiết bị GPS 36

2.3.7 Đánh dấu điểm bắt đầu và điểm kết thúc 37

2.3.8 Nút tìm đường 38

2.3.9 Lấy tọa độ từ địa chỉ tương ứng 41

2.3.10 Xây dụng lớp hỗ trợ giải mã tọa độ 41

2.3.11 Vẽ đường đi và tính khoảng cách quãng đường di chuyển 43

2.3.12 Vẽ đường đi trên bản đồ 43

2.3.13 Hiển thị icon thời tiết 44

2.3.14 Xử lý nhận dạng mưa rơi trên server 45

2.3.15 Hiệu ứng chuyển trang 51

2.4 Kết quả 53

Chương 3 : Kết luận 65

Tài liệu tham khảo 66

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 : Cách thức hoạt động của GPS 12

Hình 1.2: Kiến trúc của WCF 15

Hình 1.3: Các kênh trao đổi bản tin trong WCF 16

Hình 2.1: Lưu đồ quá trình nhận dạng mưa rơi 20

Hình 2.2a: Ảnh chụp từ camera, trạng thái thời tiết không mưa 23

Hình 2.2b: Ảnh chụp từ camera, trạng thái thời tiết đang có mưa 23

Hình 2.2c: Ảnh mức xám chuyển từ ảnh 5a 23

Hình 2.2d: Ảnh mức xám chuyển từ ảnh 5d 23

Hình 2.3a: Ảnh mức xám của trạng thái thời tiết bình thường 24

Hình 2.3b: Ảnh mức xám của trạng thái đang mưa 24

Hình 2.3c: Ảnh nhị phân, kết quả của sự so sánh sự khác nhau giữa hai ảnh mức xám ở

trạng thái bình thường và đang mưa 24

Hình 2.4: Phân vùng ảnh nhị phân 25

Hình 2.5: Lưu đồ phân vùng và xử lý nhận dạng mưa rơi 26

Hình 2.6: Lưu đồ sử dụng chương trình 27

Hình 2.7: Hộp chọn kiểu hiển thị bản đồ 28

Hình 2.8: Hộp chọn kiểu hiển thị bản đồ đầy đủ 28

Hình 2.9: Nút tìm đường 28

Hình 2.10: Thanh công cụ thu gọn 28

Hình 2.11: Thanh công cụ đầy đủ 29

Hình 2.12: Cách thức hoạt động của hệ thống camera thời tiết 29

Hình 2.13: Bản đồ Google map 30

Hình 2.14: Điều khiển phóng to thu nhỏ 31

Hình 2.15: Vị trí hiện tại của người dùng 36

Hình 2.16: Đánh dấu vị trí bắt đầu tìm đường 37

Hình 2.17: Lưu đồ hoạt động của chức năng tìm đường đi 40

Hình 2.18: Lưu đồ hoạt động xử lý ảnh của Server 46

Hình 2.19: Hiệu ứng chuyển trang 51

Hình 2.20: Giao diện chính của chương trình 53

Hình 2.21: Hướng dẫn sử dụng chương trình 54

Hình 2.22: Giao diện Tìm đường đi từ vị trí hiện tại 55

Hình 2.23: Đánh dấu điểm cần đến 56

Hình 2.24: Kết quả tìm đường 57

Hình 2.25: Giao diện tìm đường đi từ vị trí bất kỳ 58

Hình 2.26: Đánh dấu điểm bắt đầu 59

Hình 2.27: Đánh dấu điểm cần đến 60

Hình 2.28: Kết quả tìm đường 61

Hình 2.29a: Bản đồ hiển thị ở chế độ Satelite 62

Hình 2.29b: Bản đồ hiển thị ở chế độ Hybrid 62

Hình 2.30: Hiển thị icon tình trạng thời tiết 63

Hình 2.31: Hình ảnh từ camera và thông báo tình hình thời tiết 64

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

A-GPS Assisted - Global Positioning System

CLR Common Language Runtime

GPRS General Packet Radio Service

GPS Global Positioning System

PDA Persional Digital Assistant

SOAP Simple Object Access Protocol

WCF Windows Communication Foundation

XAML Extensible Application Markup Language

XML Extensible Markup Language

XSD XML Schema Definition

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: BẢN ĐỒ GIAO THÔNG VÀ THỜI TIẾT Ở TP.HCM SỬ DỤNG

GOOGLE MAP – GPS VÀ SMARTPHONE

1) Sinh viên thực hiện: TRẦN THANH LONG

Lớp: TH10A3 Khoa: Công Nghệ Thông Tin Năm thứ: 3 Số năm đào tạo:4

2) Sinh viên thực hiện: ĐOÀN NGUYỄN ĐĂNG KHOA

Lớp: TH10A3 Khoa: Công Nghệ Thông Tin Năm thứ: 3 Số năm đào tạo:4

3) Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ THÙY DƯƠNG

Lớp: TH10A3 Khoa: Công Nghệ Thông Tin Năm thứ: 3 Số năm đào tạo:4

- Người hướng dẫn: TS LÊ XUÂN TRƯỜNG

2 Mục tiêu đề tài:

 Xây dựng một hệ thống phần mềm dạng client – server cung cấp cho người

dùng một ứng dụng với chức năng tìm đường và theo dõi thời tiết

 Chức năng tìm đường đi có độ chính xác cao, dễ sử dụng, hoạt động trên

phạm vi toàn cầu, giúp người dùng có được lộ trình di chuyển ngắn nhất đến

một điểm bất kỳ

 Xây dựng hệ thống camera theo dõi thời tiết tại Thành phố Hồ Chí Minh

 Xây dựng Server làm nhiệm vụ nhận hình ảnh từ các camera, được tích hợp

các thuật toán xử lý ảnh và lưu trữ thông tin thời tiết

 Ứng dụng có thể cập nhật thông tin thời tiết tại các khu vực bằng cách truy

cập đến Server

3 Tính mới và sáng tạo:

 Xứ lý bản đồ Google map hiển thị trên Windows Phone - một hệ điều hành

chỉ hỗ trợ bản đồ Bing map

 Ứng dụng truy cập đến dịch vụ của Google map để thực hiện việc tìm đường

 Xây dựng hệ thống camera theo dõi thời tiết tại Thành phố Hồ Chí Minh

 Áp dụng các giải thuật xử lý ảnh thực thi trên server giúp cho ứng dụng có dung lượng nhẹ và chạy nhanh

 Phát triển, cải tiến thuật toán xử lý ảnh dùng kỹ thuật khóa điểm ảnh LockBits để nhận dạng mưa rơi dựa trên mật độ phân bố các điểm ảnh

4 Kết quả nghiên cứu:

 Xây dựng thành công ứng dụng tìm đường đi trên bản đồ Google map

 Xây dựng hệ thống Server – Client cung cấp cho người dùng chức năng theo dõi thời tiết được tích hợp vào ứng dụng

 Cải tiến thành công thuật toán xử lý ảnh dùng kỹ thuật LockBits để nhận dạng mưa rơi dựa trên mật độ phân bố các điểm ảnh

5 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng

và khả năng áp dụng của đề tài:

 Ứng dụng dành cho dòng điện thoại thông minh nên người sử dụng có thể xem bản đồ, tìm đường đi và địa điểm mọi lúc, mọi nơi

 Việc tìm kiếm đem đến kết quả nhanh chóng, tiết kiệm được nhiều thời gian cho người dùng

 Tiết kiệm chi phí nhiên liệu cho quãng đường di chuyển ngắn nhất

 Góp phần hạn chế tình trạng kẹt xe do thời tiết gây nên, qua đó làm giảm thiệt hại cho nền kinh tế của đất nước

 Đảm bảo sự lưu thông an toàn trong các điều kiện thời thiết thích hợp, tránh những bất tiện do thời tiết gây ra khi tham gia giao thông

 Hệ thống phần mềm theo dõi thời tiết có khả năng phát triển để triển khai rộng khắp tại các khu vực thành thị, ứng dụng trên điện thoại di động sẽ được cung cấp cho người dùng miễn phí trên các chợ ứng dụng trên mạng, phục vụ cho nhu cầu tìm đường và theo dõi thời tiết để người tham gia giao thông có lộ trình di chuyển thích hợp

6 Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên

tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày tháng năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính

thực hiện đề tài

(ký, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên

thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Họ và tên: TRẦN THANH LONG

Sinh ngày: 21 tháng 8 năm 1992

Nơi sinh: Thành phố Hồ Chí Minh

Lớp: TH10A3 Khóa: 2010-2014

Khoa: Công nghệ thông tin

Địa chỉ liên hệ: 141 Nguyễn Duy Trinh, phường Bình Trưng Tây, Quận 2

Điện thoại: 01264027425 Email: longtran.218@gmail.com

II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến năm đang học):

là một nhu cầu mang tính cấp thiết của con người trong xã hội hiện đại

Có nhiều phương pháp để tìm đường đi như sử dụng bản đồ hay dùng một máy tính duyệt trên internet… Tuy nhiên, không phải phương pháp nào cũng đem lại hiệu quả tốt nhất Bản đồ thường có độ chính xác không đáng tin cậy và rất mất thời gian cho việc tìm kiếm, còn một chiếc máy tính thì lại quá cồng kềnh để có thể mang theo bên mình Chính vì vậy, việc kết hợp tính linh động, nhỏ gọn của bản đồ với độ chính xác cao của máy tính để tạo ra một ứng dụng tìm đường đi trên điện thoại di động là một giải pháp tiện lợi và hiệu quả

Điện thoại di động là một thiết bị công nghệ được sử dụng rất phổ biến trong vài năm qua Cho đến gần đây với sự phát triển công nghệ ngày càng cao, nhu cầu của người tiêu dùng cũng theo đó mà tăng lên Người ta đòi hỏi nhiều chức năng hơn ở một chiếc điện thoại di động, ngoài những chức năng cơ bản như nghe gọi, nhắn tin,… Một chiếc điện thoại hữu ích phải đáp ứng được những nhu cầu đa dạng của người dùng như: gửi email, lướt web, hệ thống định vị toàn cầu (GPS), máy ảnh kỹ thuật số Smartphone ra đời nhằm đáp ứng những nhu cầu đó Đây là một dòng điện thoại di động thông minh cung cấp rất nhiều các tính năng vượt trội và kết nối tốt hơn so với các điện thoại thông thường Chỉ với một chiếc smartphone gọn, nhẹ trong tay, chúng ta có thể làm được rất nhiều việc như nghe nhạc, xem phim, lướt web,…Vì vậy, smartphone ngày càng phổ biến với đủ mọi phân khúc từ phổ thông đến cao cấp, giúp cho người dùng có sự lựa chọn đa dạng Do đó, dùng smartphone để tìm kiếm đường đi là một lựa chọn tuyệt vời

Việt Nam là một quốc gia nằm trong vùng có khí hậu nhiệt đới gió mùa với các đặc điểm khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều và mưa theo mùa Với bốn miền khí hậu chủ yếu, trải dài từ Bắc xuống Nam, mỗi miền khi hậu mang những đặc trưng riêng biệt nhưng vẫn chịu ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu nhiệt đới gió mùa, đặc biệt là miền khí hậu phía Nam Miền khí hậu phía Nam mang tính chất điển hình của khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa: mùa khô và mùa mưa Tuy nhiên, do sự nóng dần lên của Trái đất và hiệu ứng nhà kính, khí hậu ở Việt Nam nói chung và ở Miền Nam Việt Nam nói riêng đã và đang

có những thay đổi rõ rệt Mùa khô và mùa mưa không còn theo một trình tự nhất định thường niên Hai mùa mưa khô xuất hiện hỗn độn, kéo dài hàng tháng, không thể được dự

đoán gây rất nhiều khó khăn đối với đời sống của người dân Bên cạnh đó, những cơn mưa mang đến nhiều bất lợi cho người lưu thông trên đường, dễ dẫn đến tình trạng ngập nước, gây ùn tắc giao thông Do đó, việc có thể biết được chính xác tình hình thời tiết ngay tại các khu vực đã và đang là một vấn đề cần phải giải quyết nhanh chóng

2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Tình trạng trên đặt ra một vấn đề mang tính cấp thiết là cần phải có một phần mềm

có thể đáp ứng được nhu cầu tìm đường đi, đồng thời có thể thông báo trạng thái thời tiết cho người tham gia giao thông, vì vậy nhóm nghiên cứu đã quyết định thực hiện đề tài này Ứng dụng được ra đời với hy vọng giúp cho người dùng có được lộ trình di chuyển hợp lý và ngắn nhất, tránh được những khó khăn do thời tiết thất thường gây ra, góp phần làm giảm ùn tắc giao thông, đồng thời tiết kiệm được thời gian và chi phí nhiên liệu, qua

đó mang lại hiệu quả về kinh tế và làm thay đổi diện mạo của thành phố

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

 Xây dựng một hệ thống phần mềm dạng client – server cung cấp cho người dùng một ứng dụng với chức năng tìm đường và theo dõi thời tiết

 Sử dụng công nghệ GPS để xác định vị trí, thực hiện tìm đường đi, kết quả có độ chính xác cao, dễ sử dụng, hoạt động trên phạm vi toàn cầu, giúp người dùng có được lộ trình di chuyển ngắn nhất đến một điểm bất kỳ

 Xây dựng hệ thống camera theo dõi thời tiết tại Thành phố Hồ Chí Minh

 Xây dựng Server làm nhiệm vụ nhận hình ảnh từ các camera, được tích hợp các thuật toán xử lý ảnh và lưu trữ thông tin thời tiết

 Ứng dụng có thể cập nhật thông tin thời tiết tại các khu vực bằng cách truy cập đến Server

 Ứng dụng kỹ thuật khóa điểm ảnh LockBits trong thuật toán xử lý ảnh để tối ưu hóa hiệu suất xử lý

 Cải tiến thuật toán xử lý ảnh dùng kỹ thuật LockBits để nhận dạng mưa rơi dựa trên mật độ phân bố điểm ảnh

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình C# và XAML trên hệ điều hành Windows Phone

 Tìm hiểu và nghiên cứu cách thức xây dựng ứng dụng trên hệ điều hành Windows Phone

 Nghiên cứu phương pháp đưa bản đồ Google map hiển thị thay cho bản đồ mặc định Bing map của Windows Phone

 Tim hiểu phương pháp lập trình sử dụng công nghệ GPS để xác định vị trí trên phạm vi toàn cầu

 Nghiên cứu cách thức truy cập đến server Google map, phân tích dữ liệu kết quả nhận được từ Google map để thực hiện vẽ lộ trình di chuyển

 Tìm hiểu công nghệ WCF để xây dựng hệ thống client – server phục vụ cho các thao tác thu nhận hình ảnh, xử lý ảnh và thông báo trạng thái thời tiết

 Nghiên cứu và ứng dụng thuật toán xử lý ảnh dùng kỹ thuật LockBits để tăng hiệu suất xử lý và tốc độ thực thi

 Phát triển thuật toán xử lý ảnh dùng phương pháp khóa điểm ảnh LockBits để phân tích và nhận dạng trạng thái thời tiết mưa dựa trên sự phân bố mật độ điểm ảnh

 Bản đồ được xây dựng có phạm vi sử dụng trên toàn cầu

 Camera thời tiết được bố trí tại một số địa điểm thông thoáng nhằm thu được ảnh tốt nhất cho việc xử lý, đặt tại các quận Bình Thạnh, quận 4, quận 1, quận 3…

 Nghiên cứu cách truy cập lấy dữ liệu từ dịch vụ Google map để trả về kết quả tìm đường

 Tìm hiểu các thuật toán và kỹ thuật xử lý ảnh đồng thời cải tiến chúng để nhận dạng được thời tiết

 Việc tìm kiếm đem đến kết quả rất nhanh chóng, giúp tiết kiệm được nhiều thời gian thay vì phải mò mẫm trên bản đồ giấy

 Tiết kiệm nhiên liệu cho quãng đường di chuyển ngắn nhất, trong bối cảnh giá nhiên liệu không ổn định

 Góp phần hạn chế tình trạng kẹt xe do thời tiết gây nên, qua đó làm giảm thiệt hại cho nền kinh tế của đất nước

 Đảm bảo sự lưu thông an toàn trong các điều kiện thời thiết thích hợp, tránh những bất tiện do thời tiết gây ra khi tham gia giao thông

 Được sử dụng trên điện thoại di động nên nhỏ gọn, tiện lợi, dễ cất giữ và dễ di chuyển

b ĐÓNG GÓP VỀ MẶT KHOA HỌC

 Xây dựng thành công ứng dụng tìm đường đi và theo dõi thời tiết trên nền tảng Windows Phone

 Nghiên cứu và triển khai cách thức để kết nối đến dịch vụ của Google map

 Sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS trên hệ điều hành Windows Phone để xác định vị trí của người dùng

 Hiển thị được bản đồ Google map thay thế Bing map trên hệ điều hành Windows Phone

 Xây dựng thành công hệ thống client – server, trong đó client chạy trên smartphone của người dùng để nhận các thông tin thời tiết tại Thành phố Hồ Chí Minh

 Nghiên cứu, tìm hiểu và ứng dụng các thuật toán xử lý ảnh dùng kỹ thuật khóa điểm ảnh LockBits để tối ưu hóa việc phân tích tình hình thời tiết

 Cải tiến thuật toán xử lý ảnh dùng kỹ thuật LockBits để nhận dạng và phân tích trạng thái thời tiết mưa dựa trên mật độ phân bố điểm ảnh

CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 SỬ DỤNG GPS VÀ A-GPS TRÊN WINDOWS PHONE

1.1.1 KHÁI NIỆM GPS

GPS (Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu) là hệ thống dựa vào các vệ tinh toàn cầu để xác định vị trí trên trái đất Vị trí cần được xác định được ghi nhận bởi thiết bị có tích hợp chip định vị GPS bất kì Thiết bị này liên tục truyền nhận thông tin với hệ thống vệ tinh quanh trái đất và từ đó tính toán ra vị trí tại thời điểm ghi nhận thông tin Vị trí chính xác trên thực tế được tính toán bởi một phép đo tam giác, dựa vào khoảng cách từ điểm cần xác định đến ba vệ tinh khác nhau chứ không phải chỉ một vệ tinh riêng

lẻ

Hình 1.1 : Cách thức hoạt động của GPS

1.1.2 KHÁI NIỆM A-GPS

Trên thực tế, hầu hết các thiết bị cầm tay (điện thoại di động, PDA,…) GPS hiện nay đều ứng dụng công nghệ A-GPS (Assisted GPS) Trong nhiều điều kiện thực tế, việc truyền dẫn tín hiệu GPS giữa vệ tinh và thiết bị nhận trên mặt đất hoạt động rất kém hoặc thậm chí không thể hoạt động, nhất là trong các thành phố lớn nhiều nhà cao tầng hoặc ở trong không gian kín A-GPS chính là giải pháp cho vấn đề này

Hệ thống A-GPS là hệ thống định vị sử dụng thêm các thông tin trợ giúp thông tin GPS Chúng có thể là các máy chủ trợ giúp (assistance server), các mạng trợ giúp cho việc miền định vị tốt hơn Đơn giản, thay cho việc truyền tín hiệu trực tiếp với vệ tinh, A-GPS kết nối tín hiệu qua một “trạm trung chuyển” là một hệ thống máy chủ hỗ trợ Hệ thống trung gian này xác định vị trí của thiết bị so với các trạm thu phát sóng của các mạng điện thoại trung gian trong khu vực và từ đó tính toán ra vị trí trên hệ thống GPS

Có thể nói, nếu không có sự hỗ trợ của các trạm trung chuyển qua mạng điện thoại di động này, thiết bị A-GPS vẫn có thể nhận được tín hiệu từ vệ tinh nhưng không có khả năng giải mã vị trí

Một thiết bị tích hợp công nghệ A-GPS điển hình cần có các kết nối dữ liệu (qua mạng GPRS, 3G hoặc Wi-fi) để có thể truyền tải dữ liệu qua lại với máy chủ trung gian Nhiều thiết bị hỗ trợ A-GPS vẫn có thể hoạt động với công nghệ GPS chuẩn không qua

hỗ trợ của mạng truyền dẫn, tuy nhiên trong một số trường hợp, việc xác định vị trí theo thời gian thực sẽ gặp nhiều khó khăn do thông tin từ vệ tinh đến thiết bị không ổn định

1.1.3 CÁCH THỨC SỬ DỤNG GPS

Windows Phone cung cấp một lớp cốt lõi để sử dụng định vị vị trí là GeoCoordinateWatcher Để sử dụng lớp này cần có một tham chiếu đến System.Device

và hướng sử dụng System.Device.Location

Lớp GeoCoordinateWatcher xây dựng dựa trên hai lựa chọn về độ chính xác:

 Default: sử dụng Wi-Fi hoặc các tháp tín hiệu di động để xác định vị trí tùy thuộc vào sự sẵn có của các nguồn

 High: sử dụng bộ nhận GPS được xây dựng vào các thiết bị điện thoại các cửa

sổ, cho độ chính xác hơn chế độ mặc định (default), tuy nhiên có thể làm ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của ứng dụng

Sau khi tạo một đối tượng GeoCoordinateWatcher, cần phải cài đặt xử lý cho sự kiện PositionChanged và gọi phương thức Start() Sự kiện PositionChanged cung cấp một đối tượng GeoCoordinate có tám thuộc tính:

 Latitude: kiểu double, giá trị từ -90 đến 90

 Longtitude: kiểu double, giá trị từ -180 đến 180

 Attitude: kiểu số thực (double)

 HorizontalAccuracy và VerticalAccuracy: kiểu số thực

 Course: kiểu số thực, giá trị từ 0 đến 360 độ

Nếu ứng dụng không có sự cho phép để có được vị trí, thì Latitude và Longtitude

sẽ nhận giá trị là Double.NaN, và IsUnknown là true

1.2 SƠ LƯỢC VỀ WINDOWS COMMUNICATION FOUNDATION

(WCF)

1.2.1 WCF LÀ GÌ ?

Windows Communication Foundation (WCF) là một công nghệ mới của hãng Microsoft Nó cho phép phát triển các ứng dụng trong môi trường phân tán gồm nhiều client giao tiếp với server service

WCF là mô hình lập trình hợp nhất của Microsoft để xây dựng các ứng dụng hướng dịch vụ, cho phép các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng với các giải pháp an toàn, đáng tin cậy và các giao dịch Nó tích hợp được trên nhiều nền tảng và tương thích với cả ứng dụng đã được xây dựng trước đó

WCF được xây dựng trên NET Framework của chính Microsoft và làm đơn giản hóa sự phát triển của các hệ thống kết nối Nó giúp thống nhất các hệ thống phân tán liên kết với nhau Kiến trúc mở rộng của nó là hỗ trợ nhiều transport, các mẫu tin nhắn (messagsing), các mã hóa (encodings), các phương thức tuyền tải trên mạng và các mô hình lưu trữ

Mục đích của WCF là cung cấp một mô hình lập trình duy nhất có thể được sử dụng để tạo ra các dịch vụ trên nền tảng NET cho các tổ chức

1.2.2 LÝ DO SỬ DỤNG WCF

.NET 2.0 hỗ trợ rất nhiều phương pháp liên lạc giữa các ứng dụng khác nhau nhằm vào các mục tiêu khác nhau Các phương pháp liên lạc này khá phức tạp và phải mất nhiều thời gian để làm chủ được công nghệ Tuy nhiên kiến thức thu được từ việc triển khai một phương pháp ít có khả năng dùng được khi làm việc với phương pháp khác

Với việc ra đời của WCF, mọi phương pháp liên lạc trước kia đều có thể thực hiện trên WCF Do vậy nhà phát triển chỉ cần làm chủ được công nghệ WCF là có thể xây dựng các ứng dụng một cách nhanh chóng

WCF là một mô hình lập trình cho phép nhà phát triển xây dựng các giải pháp dịch vụ đảm bảo tính ổn định và bảo mật, thậm chí là đảm bảo giao dịch Nó làm đơn giản hóa việc phát triển các ứng dụng kết nối và đưa ra cho nhà phát triển những giá trị mà có thể họ chưa nhận ra ngay, đó là cách tiếp cận phát triển hệ thống phân tán thống nhất, đơn giản và quản lý được

Do WCF được xây dựng trên cơ sở của NET Framework 2.0 CLR, nó là tập các lớp cho phép các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng hướng dịch vụ bằng môi trường lập trình quen thuộc của họ như VB.NET hay C#

tự như vậy Contract định nghĩa các đặc tả trong hệ thống bản tin Thông thường có các loại contract sau:

 Data Contract: mô tả các tham số cho các bản tin mà một dịch vụ có thể tạo ra

hay sử dụng Các tham số được định nghĩa bằng các tài liệu sử dụng ngôn ngữ đặc tả XML Schema (XSD), điều này cho phép các hệ thống hiểu XML có thể

xử lý tài liệu dễ dàng Các dịch vụ khi liên lạc với nhau cần thống nhất về data contract, nghĩa là thống nhất về các tham số và các kiểu trả về

 Message contract: định nghĩa các phần có trong bản tin sử dụng các giao thức

SOAP, và nó cho phép điều khiển sâu hơn tới các phần trong bản tin khi có yêu cầu sự chính xác như vậy

 Service contract: đặc tả chi tiết các phương thức của dịch vụ, và được phân

phối như là một giao diện trong các ngôn ngữ lập trình như Visual Basic hay Visual C# Service contract quy định về kiểu dữ liệu, nơi cung cấp và các giao thức sử dụng

 Policy and binding: Các chính sách và các kết nối (bindings) mô tả các điều

kiện cần có để giao tiếp với một dịch vụ Các chính sách sẽ bao gồm cả các yêu cầu về bảo mật và các điều kiện khác cần phải có khi kết nối với một dịch vụ

 Transaction behavior: cho phép việc rollback các giao dịch nếu xảy ra lỗi

 Message inspection: cho phép dịch vụ khả năng kiểm tra tất cả hay một số phần

của bản tin

 Dispatch behavior: Khi một bản tin được xử lý bởi nền tảng WCF, dịch vụ

Dispatch behavior xác định xem bản tin được xử lý như thế nào

 Concurrency behavior: xác định xem việc xử lý thế nào với việc đa luồng của

mỗi dịch vụ hay mỗi thực thể của dịch vụ Hành xử này giúp cho việc điều khiển số lượng luồng có thể truy nhập tới một thực thể của dịch vụ

 Parameter filtering: Khi một bản tin được đưa tới một dịch vụ, sẽ xảy ra một số

hành động dựa trên nội dung phần đầu đề của bản tin Phần lọc tham số sẽ thực hiện lọc các đầu đề bản tin và thực hiện các hành động đặt sẵn dựa trên việc lọc đầu đề bản tin

Lớp Message là tập hợp các kênh Mỗi kênh là một thành phần xử lý bản tin theo một cách nào đó Mỗi tập các kênh thường được gọi là ngăn xếp kênh Các kênh làm việc trên bản tin và trên đầu đề của bản tin Lớp này khác với lớp Runtime service chủ yếu bởi

sự khác sự khác nhau trong việc xử lý nội dung bản tin

Có hai kênh khác nhau là transport channel (kênh vận chuyển) và control channel (kênh điều khiển)

 Transport channel: phụ trách việc đọc và ghi các bản tin từ mạng (network)

hoặc từ một số điểm giao dịch bên ngoài

 Control channel: thực hiện xử lý bản tin theo giao thức, thông thường kênh

làm việc bằng cách đọc và ghi thêm các đầu đề cho bản tin

1.2.3.4 HOST AND ACTIVATION

Nhìn một cách tổng thể thì một dịch vụ thực chất là một chương trình Cũng giống như các chương trình khác, một dịch vụ cần phải chạy trong một tệp thực thi Dịch vụ này thường được gọi là dịch vụ lưu trữ

Các dịch vụ còn có thể được lưu trữ, hoặc chạy trong một tệp thực thi được quản

lý bởi một agent bên ngoài như IIS hay Windows Activation Services (WAS) WAS cho phép WCF được kích hoạt một cách động khi phân phối tới một máy tính có chạy WAS

1.3 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH

Con người nhận biết và thu thập các thông tin đời sống hằng ngày thông qua các giác quan, trong đó thị giác đóng vai trò quan trọng nhất Thị giác là một trong những giác quan thiết yếu nhất của con người Góp phần vào sự phát triển không ngừng của con người, thị giác ngày càng trở nên là một tiêu chuẩn trong sự phát triển của Khoa Học và Công Nghệ

Năm 1568, một người Ý tên Danielo Barbaro phát minh ra một chiếc máy thô sơ cho phép in ra giấy những hình ảnh ghi nhận được Những năm sau đó, chiếc máy trên được cải tiến với hình ảnh ngày càng sắc nét và ngày càng nhanh hơn ban đầu Mãi đến năm 1975, Steven Sasson cho ra đời một chiếc máy ảnh lưu được hình ảnh dạng trắng đen Qua nhiều thập kỉ, máy ảnh kỹ thuật số ra đời đáp ứng mọi nhu cầu lưu trữ hình ảnh màu với độ sắc nét cao, tốc độ xử lý nhanh và dung lượng ảnh thấp

Càng ngày con người càng đề cao việc lưu trữ hình ảnh ở những mức độ tối ưu hơn và cũng chính vì vậy việc xử lý các hình ảnh được lưu trữ là một trong những vần đề đang được nhắc đến nhiều nhất

Xử lý ảnh là thực hiện một loạt các thao tác xử lý sao cho từ ảnh đầu vào sẽ cho ra được các kết quả đầu ra như mong muốn Kết quả đầu ra có thể là một ảnh tốt hơn ảnh đầu vào hay chỉ đơn giản là một kết luận về hình ảnh đó

Ảnh có thể được xem là một tập hợp các điểm ảnh, mỗi điểm ảnh được đặc trưng bởi một giá trị màu tương ứng Tùy vào các loại ảnh, các điểm ảnh sẽ có các khoảng giá trị màu khác nhau Có ba loại ảnh phổ biến hiện nay: ảnh màu, ảnh mức xám (hay còn gọi

là ảnh xám) và ảnh nhị phân (hay còn gọi là ảnh trắng đen)

Khoảng giá trị màu của ảnh trắng đen là 2, bao gồm 2 màu trắng và đen Khoảng giá trị màu của ảnh xám là một số 8 bit, bao gồm 28 = 256 giá trị màu từ tối đến sáng Khoảng giá trị màu của ảnh màu là sự kết hợp giữa 3 màu cơ bản – đỏ, lục và lam, mỗi màu là một số 8 bit Như vậy, khoảng giá trị màu của ảnh màu là 2563 = 16 777 216 giá trị

Thông thường, việc xử lý ảnh không được thực hiện trên ảnh màu vì khoảng giá trị của nó quá lớn, gây lãng phí thời gian, hao hụt tài nguyên và tổn hại bộ nhớ Tuy nhiên, đa số các thiết bị lưu trữ ảnh hiện nay đều chỉ cho phép lưu hình ảnh dưới dạng ảnh màu Do đó, để cho việc xử lý ảnh được thực hiện một cách nhanh chóng, dễ dàng và chính xác đòi hỏi phải chuyển ảnh màu sang các loại ảnh có khoảng giá trị màu thấp hơn chẳng hạn như ảnh xám hoặc ảnh nhị phân

Việc chuyển ảnh màu sang ảnh xám hay ảnh nhị phân tùy thuộc vào mục đích của quá trình xử lý ảnh Nếu quá trình xử lý ảnh đòi hỏi mức độ chính xác nhất định thì ảnh xám là lựa chọn thích hợp, nhưng nếu mục đích chính của quá trình xử lý chỉ là thời gian thì ảnh nhị phân lại là lựa chọn tối ưu hơn

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Hệ thống phần mềm được xây dựng gồm hai thành phần chính: server và client trên ứng dụng điện thoại di động của người dùng

Server làm nhiệm vụ chính là xử lý các hình ảnh thời tiết được gửi đến từ các camera bố trí tại các khu vực, lưu trữ các kết quả xử lý, đồng thời cung cấp thông tin thời tiết khi có yêu cầu từ client Để phân tích trạng thái thời tiết, server được tích hợp thuật toán xử lý ảnh sử dụng kỹ thuật LockBits để xác định các điểm ảnh khác nhau giữa ảnh ở thời điểm hiện tại và ảnh gốc trong cơ sở dữ liệu Tuy nhiên, sự khác nhau giữa hai ảnh có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau chứ không chỉ do thời tiết mưa gây nên Giải pháp của nhóm nghiên cứu là cải tiến thuật toán xử lý ảnh, phân tích trạng thái mưa dựa trên mật độ phân bố điểm ảnh, vì chỉ có thời tiết mưa mới có thể làm cho các điểm ảnh phân

bố một cách đồng đều trên toàn vùng của ảnh

Ứng dụng trên điện thoại di động cung cấp hai chức năng chính cho người dùng: tìm đường đi và theo dõi thông tin thời tiết Bản đồ Google map được xử lý để hiển thị trên ứng dụng, do Windows Phone không hỗ trợ trực tiếp các bản đồ khác ngoài Bing map Để thực hiện chức năng tìm đường đi, ứng dụng truy cập đến cơ sở dữ liệu của dịch

vụ Google map để nhận về kết quá, sau đó thực hiện phân tích dữ liệu và vẽ lộ trình di chuyển trên bản đồ Ứng dụng cũng cung cấp khoảng cách đường đi nhằm tăng sự thuận tiện cho người dùng Bên cạnh đó, ứng dụng cũng giúp người dùng theo dõi thông tin thời tiết ngay trên bản đồ Lúc này ứng dụng sẽ đóng vai trò là một client, thực hiện truy cập đến server để nhận tình trạng thời tiết tại các khu vực trong Thành phố Hồ Chí Minh và hiển thị lên bản đồ

2.1 THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG

2.1.1 CÁCH THỨC TÌM ĐƯỜNG VÀ THEO DÕI THỜI TIẾT:

Chương trình hỗ trợ cho người dùng hai phương án để tìm đường đi:

 Phương án 1: Người dùng cần di chuyển đến một địa điểm bất kỳ từ vị trí đang

đứng, chương trình sẽ xác định địa chỉ người dùng và vị trí cần đến, sau đó thực hiện vẽ đường đi trên bản đồ

 Phương án 2: Người dùng có thể chọn điểm bắt đầu và đích đến bất kì trên bản

đồ Do chương trình được thao tác trên smartphone màn hình cảm ứng cùng với những thao tác kéo trượt bản đồ, nên ta chọn đánh dấu điểm bằng thao tác nhấn giữ vào màn hình (hold)

Chương trình cũng cung cấp cho người dùng chức năng xem trạng thái thời tiết tại các khu vực đặt camera Khi người dùng chọn chức năng “xem thời tiết” trong thanh công

cụ, các icon tương ứng với tình hình thời tiết tại các khu vục sẽ được hiển thị trên bản đồ Khi người dùng nhấn hai lần liên tiếp vào icon bất kỳ, sẽ xuất hiện thông báo trạng thái thời tiết tại vị trí tương ứng

2.1.2 TRUY CẬP DỮ LIỆU CỦA GOOGLE MAP

Hệ thống giao thông ngày càng phức tạp khiến cho việc lưu trữ tọa độ gặp nhiều khó khăn Nhất là với dữ liệu cục bộ, càng gây bất tiện cho việc cập nhật dữ liệu Bên cạnh đó, việc lưu nhiều dữ liệu vào cục bộ sẽ khiến cho chương trình trở nên nặng nề, thao tác chậm, ảnh hưởng đến hiệu suất và trải nghiệm của người dùng

Do đó, việc lựa chọn truy cập mạng để lấy dữ liệu từ dịch vụ của Google map là tối

ưu hơn, bởi với lượng dữ liệu bản đồ khổng lồ của Google, chương trình có thể giúp người dùng tìm đường ở bất kỳ vị trí nào toàn trên thế giới Smartphone ngày càng phổ biến, đủ mọi phân khúc từ phổ thông đến cao cấp, cũng là điều kiện thuận lợi cho việc chọn phương án này

2.1.3 XỬ LÝ NHẬN DẠNG MƯA RƠI

Dựa trên mục đích của ứng dụng, việc xử lý nhận dạng mưa rơi nhận hai ảnh màu đầu vào và kết quả đầu ra là một kết luận Quá trình nhận dạng mưa rơi được chia làm ba giai đoạn :

 Nhận hai ảnh đầu vào và chuyển sang ảnh mức xám

 So sánh sự khác nhau giữa hai ảnh mức xám và lưu kết quả vào một ảnh nhị phân

 Phân tích số điểm ảnh trên ảnh nhị phân và đưa ra kết luận

Hình 2.1: Lưu đồ quá trình nhận dạng mưa rơi

Giai đoạn 1: Nhận hai ảnh đầu vào và chuyển sang ảnh mức xám

Hai ảnh đầu vào là hai ảnh được lưu ở cùng một địa điểm và cùng một góc độ nhưng ở hai thời điểm khác nhau Ảnh thứ nhất là ảnh được thu nhận lần đầu tiên của camera và ảnh thứ hai là được thu nhận những lần sau đó Ảnh thứ nhất sẽ được lưu lại server làm ảnh gốc và lần lượt được so sánh với các ảnh thứ hai tại mỗi thời điểm server thực thi Hai ảnh này phải có cùng kích thước cũng như cùng một loại ảnh (ảnh màu) Sau đó, thực hiện chuyển hai ảnh đầu vào (ảnh màu) thành ảnh mức xám

Thuật toán chuyển ảnh màu sang ảnh mức xám thực hiện xử lý trên tất cả các điểm ảnh của ảnh màu, chuyển các điểm ảnh màu thành các điểm ảnh xám theo công thức:

Graypixel = Red*0.287 + Blue*0.599 + Green* 0.114

Trong đó, Red, Green, Blue lần lượt là giá trị màu đỏ, lục, lam của điểm ảnh màu Kết quả trả về điểm ảnh Graypixel mang giá trị màu xám Sau đó thiết lập điểm ảnh Graypixel lên trên ảnh kết quả

Đối với một đối tượng hình ảnh, có hai phương thức phổ biến giúp truy cập đến từng điểm ảnh của ảnh là GetPixel và SetPixel Phương thức GetPixel thực hiện lấy một điểm ảnh tại vị trí được yêu cầu và SetPixel dùng để thiết lập lại giá trị màu cho điểm ảnh đó Vì đối tượng hướng đến của hai phương thức này chỉ là một điểm ảnh duy nhất, nên việc xử lý trên toàn hình ảnh với nhiều điểm ảnh đòi hỏi việc gọi lại nó nhiều lần Mặt khác, khi phương thức SetPixel hoặc GetPixel được gọi, hệ thống sẽ thực hiện một loạt các thao tác phức tạp để có thể truy cập đến từng điểm ảnh Khi có lệnh gọi thực thi phương thức SetPixel hoặc GetPixel, hệ thống sẽ phát lệnh khóa hình ảnh lại (Lock), sau đó thực hiện truy xuất đến điểm ảnh được yêu cầu và xử lý điểm ảnh đó, sau khi hoàn thành thao tác hệ thống sẽ mở khóa cho hình ảnh (Unlock) để thực hiện các chức năng khác Chính việc khóa (Lock) rồi mở khóa (Unlock) liên tục làm cho làm cho hệ thống mất quá nhiều thời gian để xử lý một hình ảnh mà trong cơ

sở dữ liệu thi không chỉ có mỗi một hình ảnh Vì vậy, để giảm bớt thời gian thực thi của hệ thống, cần tránh các thao tác xử lý trực tiếp trên các điểm ảnh như SetPixel và GetPixel

Sau khi tìm hiểu và nghiên cứu rất nhiều các kỹ thuật xử lý hình ảnh khác nhau, nhóm nghiên cứu đã quyết định chọn kỹ thuật LockBits – một kỹ thuật cho phép khóa hình ảnh theo từng Bit Kỹ thuật LockBits tạo sự chủ động cho người lập trình khi trực tiếp thực hiện khóa hình ảnh lại thay vì để cho hệ thống thực hiện Bên cạnh đó, người lập trình cũng có thể chủ động mở khóa hình ảnh khi hoàn thành thao tác

Kỹ thuật LockBits cho phép lưu tất cả các điểm ảnh của hình ảnh thành một dãy các byte, đồng thời cũng lưu trữ các thông số của hình ảnh như kích thước, định

dạng,…Vì vậy, để truy xuất đến từng điểm ảnh của hình ảnh, người lập trình chỉ cần truy cập đến dãy các byte lưu giá trị các điểm ảnh thay vì truy xuất trực tiếp trên hình ảnh Điều này giúp làm giảm đáng kể thời gian thực thi của hệ thống, đồng thời tốc độ

xử lý cũng nhanh hơn khi hệ thống làm việc trên dãy byte

Như vậy, các thao tác cần thực hiện của người lập trình gồm:

 Chủ động khóa hình ảnh trước khi làm việc

 Dùng kỹ thuật LockBits chuyển các điểm ảnh của ảnh gốc sang một dãy các byte

 Thực hiện các thao tác xử lý trên các byte điểm ảnh

 Mở khóa hình ảnh sau khi hoàn thành thao tác

Thuật toán chuyển ảnh màu sang ảnh mức xám dùng kỹ thuật LockBits:

Image ToGrayLockBits(Image img)

Hình 2.2a: Ảnh chụp từ camera, trạng thái

thời tiết không mưa

Vì việc so sánh được thực hiện trên từng điểm ảnh nên kỹ thuật LockBits cũng được sử dụng cho thao tác này

Kết quả thu được một ảnh nhị phân gồm hai màu trắng và đen Trong đó các điểm ảnh trắng biểu hiện cho sự khác nhau của hai ảnh đầu vào, và các điểm ảnh màu đen biểu hiện cho sự giống nhau của chúng

Thuật toán so sánh sự khác nhau giữa hai ảnh xám và trả về ảnh nhị phân dùng kỹ thuật LockBits:

Image ToBinaryLockBits(Image grayimg1, Image grayimg2)

Hình 2.3a: Ảnh mức xám của trạng thái

thời tiết bình thường

Hình 2.3b: Ảnh mức xám của trạng thái

đang mưa

Hình 2.3c: Ảnh nhị phân, kết quả của sự so sánh sự khác nhau giữa hai ảnh mức xám

ở trạng thái bình thường và đang mưa

Giai đoạn 3: Phân tích số điểm ảnh trên ảnh nhị phân và đưa ra kết luận

Sau khi có được ảnh nhị phân lưu giữ sự khác nhau của hai ảnh đầu vào thông qua các điểm ảnh trắng Ta thực hiện đếm số điểm ảnh trắng trên ảnh nhị phân, từ đó đưa

ra kết luận tình hình thời tiết dựa trên số lượng các điểm ảnh trắng

Tuy nhiên, sự khác nhau của hai ảnh đầu vào có thể do nhiều yếu tố khách quan khác gây ra chứ không chỉ do thời tiết mưa gây ra Vì vậy, việc chỉ đếm số lượng điểm ảnh trắng sẽ không cho kết quả chính xác trong nhiều trường hợp Ta cần phải có phương pháp xác định được sự khác nhau của hai ảnh đầu vào là do thời tiết mưa gây

ra chứ không phài do bất cứ yếu tố nào khác

GIẢI PHÁP XỬ LÝ NHẬN DẠNG MƯA RƠI DỰA TRÊN MẬT ĐỘ PHÂN

BỐ ĐIỂM ẢNH:

Sau khi nghiên cứu và phân tích sự khác nhau của hai ảnh đầu vào được gây ra bởi nhiều yếu tố khác nhau, nhóm đã tìm ra giải pháp xử lý dựa trên mật độ phân bố của các điểm ảnh màu trắng trong ảnh nhị phân kết quả Vì chỉ có thời tiết mưa mới làm cho các điểm ảnh trắng phân bố một cách tương đối đồng đều và rải rác khắp toàn bộ ảnh nhị phân, nên giải pháp xử lý nhận dạng thời tiết mưa được đưa ra dựa trên mật độ phân bố của các điểm ảnh trắng trong ảnh nhị phân

Phương pháp được thực hiện thông qua bốn giai đoạn:

Giai đoạn 1: Phân vùng ảnh

Ảnh nhị phân kết quả sẽ được phân thành 16 vùng, mỗi vùng có kích thước bằng nhau vả sẽ được xử lý như một ảnh riêng biệt ở giai đoạn 2

Hình 2.4: Phân vùng ảnh nhị phân

Giai đoạn 2: Đếm số điểm ảnh trắng trong mỗi vùng

Mỗi vùng được xem như một ảnh riêng biệt vì vậy thao tác đếm số điểm ảnh trắng trong một vùng được lặp lại tương tư cho các vùng còn lại

Giai đoạn 3: So sánh số lượng điểm ảnh trắng với các ngưỡng quy định

Sau khi đếm số điểm ảnh trắng trong mỗi vùng, số điểm ảnh trắng sẽ được so sánh với một ngưỡng quy định, nếu vượt quá ngưỡng, ta ghi nhận trạng thái vùng này đang

có thời tiết mưa, ngược lại, nếu không vượt qua ngưỡng, ta không ghi nhận có thời tiết mưa

Giai đoạn 4: Rút ra kết quả

Sau khi ghi nhận kết quả của bốn vùng, ta rút ra kết luận tổng thể trên toàn ảnh Nếu toàn bộ 16 vùng đều được ghi nhận có thời tiết mưa, kết luận tổng thể trên ảnh là

có thời tiết mưa rơi Ngược lại, nếu có bất cứ vùng nào được ghi nhận không có thời tiết mưa, kết luận tổng thể sẽ là không có thời tiết mưa trên ảnh

Hình 2.5: Lưu đồ phân vùng và xử lý nhận dạng mưa rơi

2.2 GIAO DIỆN SỬ DỤNG CỦA ỨNG DỤNG:

Hình 2.6: Lưu đồ sử dụng chương trình

Giao diện sử dụng đòi hỏi phải trực quan, dễ sử dụng đối với người dùng Vì thế,

các công cụ phải được sắp xếp hợp lí, gọn gàng, tránh việc gây rối mắt, khó sử dụng

Để giúp người dùng tránh nhầm lẫn cách thức tìm đường khi sử dụng một trong hai

phương án để tìm đường đi, chương trình được chia làm hai mô-đun riêng biệt, nhưng

giao diện sử dụng giống nhau giúp cho người dùng dễ dàng dù sử dụng mô-đun nào :

 Tìm đường đi từ vị trí hiện tại

 Tìm đường đi từ vị trí bất kỳ

Nhằm phục vụ cho nhiều nhu cầu khác nhau khi sử dụng bản đồ, như: tham gia

giao thông, khảo sát địa lý…chương trình cung cấp nhiều chế độ xem bản đồ khác nhau

Hình 2.8: Hộp chọn kiểu hiển thị bản đồ đầy đủ

Nút Tìm đường được đặt ở vị trí thích hợp, giúp người dùng dễ nhận thấy và thực

Khi nhấn vào nút , thanh công cụ này sẽ hiển thị tất cả chức năng mà chương trình cung cấp:

Hình 2.11: Thanh công cụ đầy đủ

 Thời tiết: Hiển thị các icon tình trạng thời tiết tại các vị trí được đặt camera

 Vị trí hiện tại: xác định vị trí người dùng đang đứng

 Quay về trang chính: trở về trang mở đầu

2.3 HIỆN THỰC CHƯƠNG TRÌNH

2.3.1 TỔ CHỨC DỮ LIỆU

Camera thu nhận ảnh được đặt tại một số địa điểm nhất định Khi chọn chức năng

xem thời tiết, server sẽ thực thi các thao tác xử lý những hình ảnh được gửi về từ camera

và sau đó gửi trả về kết quả cho phía ứng dụng client Tại phía client, các vị trí của

camera đươc lưu trữ lại để hiển thị các icon thời tiết tương ứng với kết quả được trả về từ

server Vì vậy, ở phía client, ta sử dụng kiểu dữ liệu cấu trúc (struct) để lưu thông tin tọa

độ và các icon thời tiết tương ứng tại các vị trí đặt camera

Hình 2.12: Cách thức hoạt động của hệ thống camera thời tiết

Các biến sử dụng trong chương trình được khai báo như sau:

struct WeatherCamera

{

public Location loca;

public Image img;

};

WeatherCamera [] wImg = new WeatherCamera [12];

private GeoCoordinateWatcher watcher;

private Location dest, current;

private Pushpin newlc;

MapLayer myRouteLayer = new MapLayer ();

string [] viewmode={ "Hybrid" , "Physical" , "Water Overlay" , "Street" , "Satelite" };

Ở mô-đun tìm đường đi từ vị trí bất kỳ, do người dùng có thể đánh dấu điểm bất đầu và kết thúc tại bất kỳ nơi nào, nên cần phải khai báo thêm điểm bắt đầu, đinh ghim đánh dấu vị trí đó và một biến luận lý để quy định thao tác nhấn giữ (Hold) khi nào là điểm bắt đầu, khi nào là điểm kết thúc:

Location start, dest, current;

bool flag_dest = false ;

Pushpin startlc,destlc;

2.3.2 SỬ DỤNG BẢN ĐỒ CỦA GOOGLE

Hình 2.13: Bản đồ Google map