Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học giao thông vận tải

Láng Thợng, Đống Đa, Hà Nội
ooOoo

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật
Đề tài kc 03.21

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động
hoá trong điều hành và quản lý hệ thống
giao thông đô thị
PGS.TS. Lê Hùng Lân


3 TS. Nguyễn Thanh Hải Trờng Đại học GTVT
4 Th.S. Nguyễn Đức Kiên Trờng Đại học GTVT
5 KS. Đặng Quang Thạch Trờng Đại học GTVT
6 Th.S. Nguyễn Văn Tiềm Trờng Đại học GTVT
7 Th.S Lê Thị Tuyết Nhung Trờng Đại học GTVT
8 KS. Lại Mạnh Dũng Trờng Đại học GTVT
9 KS. Nguyễn Văn Bình Trờng Đại học GTVT
10 ThS. Nguyễn Thanh Chơng Trờng Đại học GTVT Thủ trởng cơ quan chủ trì đề tài
(Họ, tên, chữ ký và đóng dấu)K/T hiệu trởng
Phó hiệu trởng

PGS.TS. Trần Tuấn Hiệp Đề tài KC.03.21

Bộ môn Điều khiển học-Đại học GTVT, Tel(04.7663446)
Trang1

Tóm tắt


Mục lục Chơng I Lời mở đầu 11
Chơng II Hệ thống điều khiển giao thông đô thị 20
II.1_ Tổng quan về các hệ thống quản lý và điều hành giao
thông đô thị trên thế giới. 20

II.1.1_ Hệ thống điều khiển giao thông thành phố Zurich, Thuỵ sĩ. [1] 20
II.1.2_ Các trung tâm điều hành giao thông ở Mỹ (Houston, Los Angeles,
Minesota, Chicago, Seattle, Phoenix, Destroit, San Antonio, Atlanta,
Milwaukee).[2] 22

II.1.2.1_ Các trung tâm điều hành đờng bộ 23
II.1.2.2_ Các trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông. 25
II.1.2.3_ Các trung tâm điều hành vận tải transit. 26
II.1.3_ Điều khiển và điều hành giao thông thành phố (UTMC) ở Anh. [3-7] 28
II.1.4_ Hệ thống giao thông thông minh ở thành phố Luân đôn. [4] 30
II.1.5_ Hệ thống điều hành giao thông ở thành phố Munich. [8-9] 32
II.1.6_ Các dự án ITS ở Canada. [10-11] 35
II.1.7_ Các hệ thống giao thông thông minh ở Ailen. [12] 37
II.1.8_ Hệ thống giao thông thông minh ở Nhật bản. [13] 37
II.1.9_ Quản lý, điều hành giao thông ở Singapore. [14,15] 40
II.1.10_ Hệ thống điều hành giao thông ở Bắc kinh. [16] 41
II.2_ Các hệ thống quản lý điều hành giao thông đô thị
trong nớc 42

II.2.1_ Thành phố Hà nội 42
II.2.2_ Thành phố Hồ Chí Minh 43
II.2.3_ Thành phố Đà nẵng 44

III.1.1_ Vai trò của mô phỏng trong điều khiển giao thông 66
III.1.2_ Phân loại phần mềm mô phỏng giao thông 66
III.1.3_ Các chức năng cơ bản của một phần mềm mô phỏng giao thông 67
III.1.4_ Các hành vi thờng đợc mô phỏng của phơng tiện giao thông 68
III.1.5_ Kết xuất kết quả mô phỏng 69
III.2_ Một số phần mềm mô phỏng giao thông tiêu biểu 72
III.2.1_ CORSIM 72
III.2.2_ SIMTRAFFIC 72
III.2.3_ VISSIM 73
III.2.4_ HUTSIM 74
III.2.5_ Paramics 75
III.2.6_ AIMSUN 75
III.2.7_ WATSIM 77
III.3_ Một số nhận xét 78
III.4_ Phần mềm mô phỏng giao thông thành phố VTSIM 78
III.4.1_ Module xây dựng mô hình mạng giao thông 78
III.4.2_ Module mô phỏng giao thông 79
III.4.3_ Kết quả của chơng trình mô phỏng 82
III.4.4_ Ngôn ngữ lập trình và công cụ phát triển 83
III.4.5_ Phơng pháp đánh giá độ tin cậy kết quả mô phỏng 83
III.5_ Mô hình phơng tiện giao thông trong phần mềm
VTSIM 87

III.5.1_ Các chế độ hoạt động của phơng tiện GT 87
III.5.2_ Khởi tạo các mô hình 87
III.5.3_ Mô phỏng cơ chế thu thập thông tin của lái xe 87
III.5.4_ Mô phỏng cơ chế ra quyết định vĩ mô 91
III.5.4.1_ Quyết định chuyển làn trái 92
III.5.4.2_ Quyết định chuyển làn phải 93
III.5.4.3_ Chuyển làn trái hay bám theo xe phía trớc? 94

IV.2_ CáC KHốI THIếT Bị CƠ BảN 120
IV.2.1_ Thiết bị phần cứng 120
IV.2.2_ Phần mềm ứng dụng 122
IV.2.3_ Phơng pháp kết nối phần mềm điều hành với phần mềm mô phỏng hệ
thống giao thông đô thị. 122

IV.2.3.1_ Thu thập số liệu về tình trạng giao thông theo thời gian thực 124
IV.2.3.2_ Xử lý số liệu trong chơng trình mô phỏng 124
IV.2.3.3_ Kết quả và một số nhận xét 125
IV.3_ Mô hình truyền dữ liệu qua wap tại trung tâm điều
khiển 125

IV.4_ Kết luận 128
Chơng V Thiết bị thu thập thông tin trên xe sử dụng
thông tin định vị toàn cầu gps 129

V.1_ Giới thiệu khái quát về hệ thống định vị toàn cầu 129
V.1.1_ Lịch sử kỹ thuật định hớng 129
V.1.2_ Nguyên lý định vị vệ tinh GPS 129
V.1.3_ Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS 132
V.1.4_ Các thông số cơ bản về hệ GPS 133
V.1.4.1_ Các vệ tinh trong không gian 133
V.1.4.2_ Cấu trúc tín hiệu GPS 135
V.1.4.3_ Máy thu GPS 138
V.1.5_ Một số u điểm của hệ GPS 140
V.1.6_ Một số nhà sản xuất máy thu GPS chuyên nghiệp 140
V.1.6.1_ Hãng GARMIN 140
V.1.6.2_ Hãng THALES 141
V.1.6.3_ Hãng INTERSTATE ELECTRONICS CORPORATION 142
V.1.6.4_ Hãng NAVMAN 142

VI.1_ phân tích các giải pháp đánh giá dòng giao thông và
việc sử dụng công nghệ xử lý ảnh trong đánh giá
dòng giao thông trên thế giới 162

VI.1.1_ Tổng quan 162
VI.1.2_ Phân tích các giải pháp đánh giá dòng giao thông trên thế giới 163
VI.1.2.1_ Giải pháp sử dụng các chủng loại thiết bị cảm ứng gắn trên từng đối
tợng tham gia giao thông 163

VI.1.2.2_ Giải pháp với thiết bị đợc cài đặt tại đờng giao thông 166
VI.1.3_ Sử dụng công nghệ xử lý ảnh trong đánh giá dòng giao thông 168
VI.1.4_ Một số kỹ thuật cơ bản trong việc giám sát giao thông bằng công nghệ xử
lý ảnh trên thế giới 169

VI.1.5_ Một số hệ thống giám sát giao thông dựa trên công nghệ xử lý ảnh hiện có
trên thế giới 172

VI.2_ phần mềm đánh giá dòng giao thông trên cơ sở công
nghệ xử lý ảnh 178

VI.2.1_ Giới thiệu 178
VI.2.2_ Tổng quan hệ thống 178
VI.2.3_ III. xây dựng hệ thống 179
VI.2.3.1_ Tiền xử lý ảnh 179
VI.2.3.2_ Phát hiện và tách đối tợng 181
VI.2.3.3_ Nhận dạng và bắt bám đối tợng 184
VI.2.4_ chơng trình 185
VI.2.4.1_ Một số yêu cầu kỹ thuật 185
VI.2.4.2_ Hớng dẫn chạy chơng trình 185
VI.3_ Kết luận 190

VIII.2.3_ Phần mềm điều khiển bên trong bảng điện tử. 217
VIII.2.4_ Kênh truyền dữ liệu giữa trung tâm và bảng thông tin điện tử 217
VIII.2.5_ Chơng trình điều khiển 217
VIII.3_ Kết luận 231
Chơng IX Kết luận và kiến nghị 232 Đề tài KC.03.21

Bộ môn Điều khiển học-Đại học GTVT, Tel(04.7663446)
Trang7

Danh mục các hình vẽ Hình1 -
Cấu trúc phân cấp hệ thống điều khiển giao thông 20
Hình2 - Trao đổi thông tin trong hệ thống 21
Hình3 - Trung tâm điều hành giao thông 22
Hình4 - Giám sát phơng tiện giao thông 23
Hình5 - Một số thiết bị trên đờng 24
Hình6 - Trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông 25
Hình7 - Chỉ dẫn bằng biển quang báo 26
Hình8 - Sử dụng thông tin định vị và ảnh vệ tinh 27
Hình9 - Cấu trúc UTMC ở Anh 28
Hình10 - UTMC trên Inernet 29
Hình11 - Hệ thống giao thông thông minh ITS ở Luân Đôn 31
Hình12 - Quản lý thông tin GIS trên Internet 32
Hình13 - Hệ thống điều hành giao thông ở thành phố Munich 34
Hình14 - Các dự án ITS ở Canada 36

VTSIM(1) 80Đề tài KC.03.21

Bộ môn Điều khiển học-Đại học GTVT, Tel(04.7663446)
Trang8
Hình41 - Mô phỏng giao thông trên nút Nguyễn Chí Thanh Đê La Thành bằng
VTSIM(2) 80

Hình42 - Mô phỏng giao thông trên nút Nguyễn Chí Thanh Đê La Thành bằng
VTSIM(3) 81

Hình43 - Hiển thị kết quả mô phỏng 82
Hình44 - Đồ thị thể hiện số lợng xe đợi trớc đèn đỏ 83
Hình45 - Các quá trình chuyển chế độ hoạt động 89
Hình46 - Biến ngôn ngữ D 91
Hình47 - Biến ngôn ngữ DD 91
Hình48 - Biến ngôn ngữ O, B, P 92
Hình49 - Biến ngôn ngữ H 92
Hình50 - Bám xe 95
Hình51 - Chuyển làn trái 96
Hình52 - Quỹ đạo chuyển động của xe 98
Hình53 - Quan hệ giữa các bảng trong CSDL 111
Hình54 - Quan hệ giữa các bảng kết quả 112
Hình55 - Bố trí camera trên nút 113
Hình56 - Lu đồ hệ thống 114
Hình57 - Các luật cho quá trình điều khiển mờ 116
Hình58 - Bản đồ hệ thống giao thông trong phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông
Hà Nội 117

Hình82 - Các thiết bị cảm ứng trong giám sát giao thông hiện nay 167

Đề tài KC.03.21

Bộ môn Điều khiển học-Đại học GTVT, Tel(04.7663446)
Trang9
Hình83 - Mô hình hệ thống giám sát giao thông dựa trên công nghệ xử lí ảnh 169
Hình84 - Mô hình đặc (rỗng) của một đối tợng xe 171
Hình85 - Hệ thống giám sát giao thông của hãng IBM 172
Hình86 - Sơ đồ mô tả các tiến trình xử lí của hệ thống 176
Hình87 - Kết quả nhận dạng 177
Hình88 - Mô hình hệ thống giám sát giao thông bằng công nghệ xử lý ảnh 178
Hình89 - Sơ đồ dòng mô tả các tiến trình xử lý của hệ thống 179
Hình90 - Phát hiện và tách đối tợng 181
Hình91 - Nhận dạng và bắt bám đối tợng 184
Hình92 - Phơng thức truyền dữ liệu 193
Hình93 - Kết cấu mạng truyền thông thu thập dữ liệu về trung tâm 193
Hình94 - Sơ đồ kết nối truyền dữ liệu sử dụng phơng pháp CSD 194
Hình95 - Sơ đồ kết nối truyền dữ liệu sử dụng phơng pháp GPRS 195
Hình96 - Thiết bị máy tính nhúng 197
Hình97 - Thông tin lái xe nhận đợc từ trung tâm 199
Hình98 - Biểu đồ tốc độ xe. 199
Hình99 - Thông tin ghi trong cơ sở dữ liệu 200
Hình100 - Bộ thu tín hiệu GPS 200
Hình101 - Modem truyền thông GSM 203
Hình102 - Sơ đồ cấu trúc thiết bị modem GMS GM862 204
Hình103 - Cấu trúc Chip điều khiển 205
Hình104 - Sơ đồ các khối Digital 205
Hình105 - Sơ đồ khối Analog 206
Hình106 - Cấu trúc Chip trong thiết bị thu thập và truyền số liệu. 207


Đề tài KC.03.21

Bộ môn Điều khiển học-Đại học GTVT, Tel(04.7663446)
Trang11
Chơng I Lời mở đầu
1. Tên đề tài:
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Tự động hoá trong điều hành và quản lý hệ thống
giao thông đô thị.
2. Mã số: KC-03-21
3. Thời gian thực hiện: Từ tháng 1/2004 đến tháng 6/2005
4. Cấp quản lý: Nhà nớc
5. Kinh phí: Tổng số: 1.200 triệu đồng từ ngân sách SNKH
6. Thuộc chơng trình: Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ Tự động
hoá KC.03
7. Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Lê Hùng Lân
Điện thoại: 04.7661127 (CQ), 04.7845767 (NR)Fax: 04.8342413
Mobile: 0913588873 Email.:

Địa chỉ cơ quan: Trờng đại học GTVT. Láng thợng, Đống đa, Hà nội.
Địa chỉ nhà riêng: Số 6, tổ 7, Yên hoà, Cầu giấy, Hà nội.
8. Cơ quan chủ trì đề tài: Trờng Đại học Giao thông vận tải
Điện thoại: 04.7663311 Fax: 04.8342413
Email.:

Địa chỉ: Phờng Láng thợng, quận Đống Đa, Hà nội
9. Mục tiêu của đề tài:
- Xây dựng phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông đô thị Việt nam, ứng dụng
cho t/p Hà nội và t/p Hồ Chí Minh.
- Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển giao thông thông minh tích hợp các

giao thông thành phố trên cơ sở tích hợp chơng trình mô phỏng và các thiết bị đo
lờng, điều khiển, xử lý, truyền thông tin khác.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thử nghiệm thiết bị đánh giá thông tin về dòng giao
thông (lu lợng, mật độ, tốc độ, ) bằng công nghệ xử lý ảnh và trí tuệ nhân tạo.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thử nghiệm thiết bị thu thập thông tin về xe (vị trí,
tốc độ, ) trên cơ sở công nghệ GPS.
- Nghiên cứu thiết kế các phần mềm thu thập, xử lý số liệu tại các cơ sở và trung
tâm điều khiển nh dự báo, tính toán chu kỳ đèn tín hiệu, chọn lựa phơng án điều
hành và tuyến đờng thích hợp,
- Nghiên cứu, chọn lựa các phơng thức truyền thông và hiển thị thông tin trên
đờng (biển báo, đèn tín hiệu, ) và tới ngời lái xe (âm thanh, hình ảnh, ).
- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm thiết bị cung cấp thông tin cho ngời
lái xe về tình hình giao thông và lựa chọn tuyến tối u.
Tổ đề tài, cơ quan chủ trì đề tài dự kiến sẽ phối hợp chặt chẽ với các đối tác là các
Sở GTCC, Sở KH&CN và các công ty, trung tâm có chức năng kinh doanh vận tải,
điều hành, quản lý giao thông để có thể đa nhanh các kết quả của đề tài vào áp dụng
trong thực tế. Trong số các cơ quan có nhu cầu sử dụng kết quả nghiên cứu của đề tài,
2 địa bàn đợc chọn lựa dự kiến phối hợp nghiên cứu thử nghiệm là Hà nội và t/p Hồ
Chí Minh. Đề tài KC.03.21

Bộ môn Điều khiển học-Đại học GTVT, Tel(04.7663446)
Trang13
11. Tiến độ thực hiện:
TT Các nội dung,
công việcthực
hiện chủ yếu
(Các mốc

Trờng Đại học
GTVT, Viện KHCN
GTVT, Trờng Đại
học Bách khoa t/p
HCM.
2 Quan sát và
lập biểu đồ
theo dõi các
điểm ách tắc
giao thông
thờng xuyên
tại 2 thành
phố. Phân
tích, nghiên
cứu các
nguyên nhân
gây ra ách tắc
giao thông.
Các bảng phân tích, bản
đồ tắc nghẽn, các
nguyên nhân gây ra ách
tắc giao thông.
2/2004 -
3/2004
Nh trên
3 Xây dựng mô
hình dòng xe
trong thành
phố Việt nam
Các mô hình toán học

Trang14
5 Xây dựng
phần mềm mô
phỏng hệ
thống giao
thông thành
phố Hà nội và
thành phố Hồ
Chí Minh.
Thử nghiệm,
kiểm chứng.
Phần mềm cùng các số
liệu mô phỏng chạy ổn
định, mô tả chính xác
thực trạng hệ thống giao
thông thành phố.

9/2004-
12/2004
Nh trên
6 Đa ra các
giải pháp kỹ
thuật để
phòng chống
và giải toả ách
tắc giao thông
ở 2 thành phố.
Các giải pháp kiến nghị
khoa học, hợp lý.
12/2004 Trờng Đại học

giao thông, phục vụ
đợc mục tiêu điều
khiển và có khả năng
truyền thông.

3/2004-
10/2004
Trờng Đại học
GTVT
9 Nghiên cứu,
thiết kế, chế
thử thiết bị
giám sát, theo
dõi xe

Thiết bị theo dõi xe, thu
thập đợc các thông tin
cần giám sát và có khả
năng truyền thông
3/2004-
10/2004
Trờng Đại học
GTVT
10 Nghiên cứu,
lựa chọn, thiết
kế các phơng
thức truyền
thông
Báo cáo + mô hình các
phơng thức truyền

ngời lái xe
và ngời tham
gia giao thông
trên đờng
thông trên đờng từ
trung tâm điều khiển

12 Nghiên cứu
xây dựng các
phần mềm
giám sát, xử
lý thông tin ở
trung tâm
điều khiển.
Các thuật toán, chơng
trình máy tính thu thập,
quản lý dữ liệu, xử lý
thông tin, dự báo, lựa
chọn phơng án tối u,

9/2004-
3/2005
Trờng Đại học
GTVT
13 Thử nghiệm,
đánh giá ứng
dụng các sản
phẩm
Báo cáo đánh giá 4/2005-
6/2005

Đề án, qui hoạch
triển khai
Giống cây
trồn
g Luận chứng kinh
tế-kỹ thuật, nghiên cứu
khả thi
Giống gia súc

Chơng trình
máy tính Khác (các bài
báo, đào tạo NCS, CH,
SV)
13. Yêu cầu khoa học đối với sản phẩm tạo ra: (dạng kết quả II và III)

Đề tài KC.03.21

Bộ môn Điều khiển học-Đại học GTVT, Tel(04.7663446)
Trang16
T
T
Tên sản
phẩm
Yêu cầu khoa học Chú thích

Phần mềm
mô phỏng hệ
thống giao
thống t/p Hà
nội và Hồ
Chí Minh Ngoài các yêu cầu chung ở trên cần phản ánh
sát thực mạng lới giao thông thành phố trên các
tuyến phố chính theo bản đồ quy hoạch giao
thông đến năm 2010.

3
Các chơng
trình máy
tính thu thập,
xử lý, truyền,
hiển thị
thông tin.

Các chơng trình máy tính có khả năng thu
thập số liệu từ các thiết bị giám sát tình hình giao
thông trên đờng, trên xe, truyền về trung tâm;
xử lý, dự báo, đa ra các quyết định tối u gửi
đến ngời sử dụng qua hệ thống mạng chuyên
dụng và mạng viễn thông công cộng.


Dự kiến Số
lợng sản
phẩm
Cần
đạt
Mẫu tơng tự tạo ra
Trong
nớc
Thế
giới

1 2 3 4 5 6 7
Mô hình trung
tâm điều hành
giao thông
thành phố

Mô
hình
Có màn hình giám
sát hệ thống giao
thông đờng bộ
thành phố trên các
tuyến phố chính theo
bản đồ quy hoạch
đến năm 2010, cập
nhật đợc các số liệu
theo thời gian thực về
lu lợng, mật độ

Thiết bị thu
thập thông tin
trên xe (vị trí,
tốc độ, ) và
thông báo về
trung tâm

Thiết
bị
Đo đợc vị trí (với
sai số < 10m), tốc độ
(với sai số 3% )
Có khả năng tự động
thu thập dữ liệu về vị
trí, tốc độ và gửi về
trung tâm qua mạng
viễn thông công
cộng.

Cha
có
X
1
Thiết bị thu
thập thông tin
về trạng thái
dòng giao
thông (lu
lợng, mật
độ) đô thị

hợp. Nội dung các
khuyến cáo do ngời
điều hành quyết định
trên cơ sở có sự trợ
giúp của hệ thống.
Cha
có
X
1
Mô hình thiết
bị trên đờng
thông báo
thông tin điều
khiển từ trung
tâm
Mô
hình
Có khả năng hiển thị
các thông báo và giải
pháp điều khiển giao
thông (phân luồng,
chỉ dẫn, ). Nội
dung các thông báo
do n
g
ời điều hành
Cha
có
X
1

Chi khác
1
2 3.0 4 5 6 7 8

Tổng kinh phí
1200.0 490.00 212.504 345 0 152.505

Trong đó:
1. Ngân sách
SNKH
1200.0 490.00 212.504 345 0 152.505
2. Các nguồn
vốn khác

- Tự có
- Khác (vốn
huy động, )
Đề tài KC.03.21

Bộ môn Điều khiển học-Đại học GTVT, Tel(04.7663446)
Trang20

§Ò tµi KC.03.21

Bé m«n §iÒu khiÓn häc-§¹i häc GTVT, Tel(04.7663446)
Trang21 H×nh2 - Trao ®æi th«ng tin trong hÖ thèng

Đề tài KC.03.21

Bộ môn Điều khiển học-Đại học GTVT, Tel(04.7663446)
Trang22
II.1.2_ Các trung tâm điều hành giao thông ở Mỹ (Houston, Los Angeles,
Minesota, Chicago, Seattle, Phoenix, Destroit, San Antonio, Atlanta,
Milwaukee).[2]
ý tởng về trung tâm điều hành giao thông ở Mỹ đã nảy sinh từ những năm 60 và
70 khi lợng giao thông tăng nhảy vọt và việc xây dựng các đờng giao thông mới
chậm lại, không còn đáp ứng đợc nhu cầu giao thông nữa. Khi đó bắt buộc phải tìm
kiếm các giải pháp nâng cao hiệu quả giao thông mà không cần đến sự mở rộng của cơ
sở hạ tầng. Việc thành lập các trung tâm điều hành giao thông (Traffic Management
Centers TMC) nh hạt nhân cơ bản trong các hệ thống quản lý, điều hành giao thông
là một trong các giải pháp quan trọng đó.
TMC là công cụ để tiến hành việc quản lý và phối hợp các chủ thể tham gia giao
thông. Có thể coi đó là nơi thu thập, xử lý các thông tin về mạng lới giao thông, kết
hợp với các thông tin điều hành, điều khiển khác để đa ra các thông tin trợ giúp cho
ngời quản lý, điều hành hệ thống giám sát hoạt động hệ thống GTVT và quyết định
các chiến lợc điều khiển thích hợp.