BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.03/06-10
BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ
PHƯƠNG TIỆN VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM TRA,
GIÁM SÁT, ĐIỀU HÀNH PHỤC VỤ CHO AN TOÀN GIAO
THÔNG ĐƯỜNG BỘ

Mã số: KC.03.05/06-10

Cơ quan chủ trì đề tài: Trường đại học GTVT
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Lê Hùng Lân 8117



Văn phòng các chương trình Bộ Khoa học và Công nghệ

(ký tên và đóng dấu) (ký tên và đóng dấu khi gửi lưu trữ) Hà Nội - 2010

1
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 8
DANH MỤC CÁC BẢNG 10
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 12
MỞ ĐẦU 26
CHƯƠNG 1. KIẾN TRÚC TỔNG THỂ HỆ THỐNG GIAO THÔNG
THÔNG MINH ITS VIỆT NAM 39

1.1 Kiến trúc ITS quốc tế 39
1.1.1 Kiến trúc mô hình tham khảo quốc tế ISO/CD 14813 40
1.1.2 Kiến trúc ITS Mỹ 51
1.1.3 Kiến trúc ITS của Nhật bản 54
1.1.4 Kiến trúc ITS châu Âu 60
1.1.5 Kiến trúc ITS Trung Quốc 69
1.2 Phân tích điều kiện kinh tế-xã hội Việt nam 83
1.2.1 Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội 83
1.2.2 Thực trạng hệ thống giao thông đường bộ Việt nam 86
1.2.3 Quy hoạch giao thông vận tải đường bộ Việt nam đến năm 2020 và

ISO/TC204/WG 9 152

2.1.6 Hệ thống Thông tin Người đi đường ISO/TC204/WG 10 154
2.1.7 Hệ thống Hướng dẫn và Điều hướng Tuyến đường ISO/TC204/WG
11 157

2.1.8 Hệ thống Cảnh báo và Kiểm soát Xe/Đường ISO/TC204/WG 14 . 158
2.1.9 Thông tin Tầm ngắn Chuyên dụng - ISO/TC204/WG 15 163
2.1.10 Thông tin trên diện rộng - ISO/TC204/WG 16 164
2.2 MỘT SỐ ĐỀ XUẤT VỀ TIÊU CHUẨN ITS CHO VIỆT NAM 170
2.2.1 Vai trò của ITS 170
2.2.2 Khung tiêu chuẩn-khái niệm chung và vai trò của khung tiêu chuẩn.
170

2.2.3 Khung tiêu chuẩn ITS 171
2.2.4 Các tiêu chuẩn tạo ra sự cộng tác như thế nào? 172

3
2.2.5 Các tiêu chuẩn cơ bản cho lựa chọn thiết kế và lắp đặt thiết bị cho hệ
thống ITS ở Việt nam 173

2.2.6 Khung tiêu chuẩn ITS đề xuất cho hệ thống giao thông thông minh
có thể áp dụng cho đường cao tốc tại Việt Nam 179

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO
THÔNG BẰNG CAMERA 192

3.1 Khái quát về công nghệ xử lý ảnh số 192
3.1.1 Một số khái niệm [1] 193
3.1.2 Biểu diễn màu 194

GIAO THÔNG BẰNG CAMERA 304

4.1 Đặt vấn đề 304
4.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 304
4.1.2 Nhu cầu thu thập dữ liệu giao thông 306
4.1.3 Các hệ thống thu thập số liệu giao thông phổ biến 307
4.1.4 Một số hệ thống thu thập số liệu giao thông ứng dụng công nghệ xử
lý ảnh trên thế giới [2] 313

4.2 Cấu trúc tổng thể hệ thống thu thập dữ liệu giao thông dùng camera 315
4.3 Các module chính trong phần mềm xử lý ảnh 321
4.4 Đánh giá kết quả chương trình 323
CHƯƠNG 5. HỆ THỐNG ĐẾM XE BẰNG SIÊU ÂM 326
5.1 Giới thiệu hệ thống đếm xe bằng siêu âm 326
5.2 Sơ đồ tổng thể của hệ thống đếm xe bằng siêu âm 326
5.3 Thiết kế chi tiết hệ thống đếm xe bằng siêu âm 327
5.3.1 Phân tích và lựa chọn cảm biến siêu âm 327
5.3.2 Khối xử lý tín hiệu 329
5.3.3 Mạch GSM truyền tín hiệu chuẩn GPRS 336
5.3.4 Sơ đồ nguồn và bộ hiển thị 340
5.3.5 Chương trình điều khiển đếm xe bằng siêu âm 341
5.4 Hình ảnh hệ thống đếm xe bằng siêu âm 344

5
CHƯƠNG 6. HỆ THỐNG ĐẾM XE BẰNG HỒNG NGOẠI 347
6.1 Gới thiệu hệ thống đếm xe bằng hồng ngoại 347
6.2 Sơ đồ tổng thể hệ thống đếm xe bằng hồng ngoại 347
6.3 Thiết kế chi tiết hệ thống đếm xe bằng hồng ngoại 348
6.3.1 Phân tích và lựa chọn cảm biến hồng ngoại 348
6.3.2 Khối xử lý tín hiệu 351

8.3.4 Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mạch in 405
8.3.5 Cấu trúc phần mềm và thuật toán điều khiển 408
CHƯƠNG 9. THIẾT BỊ THU PHÁT TRÊN ĐƯỜNG 414
9.1 Chức năng nhiệm vụ 414
9.2 Thiết bị thu phát trên đường 414
9.2.1 Phần cứng của hệ thống 415
9.2.2 Cấu trúc phần cứng 416
9.2.3 Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mạch in 419
9.3 Cấu trúc phần mềm và thuật toán điều khiển 421
9.3.1 Sơ đồ chức năng 422
9.3.2 Lưu đồ thuật toán 424
CHƯƠNG 10. MÔ HÌNH TRUNG TÂM HỆ THỐNG QUẢN LÝ, GIÁM
SÁT VÀ ĐIỀU HÀNH THÔNG MINH CHO ĐƯỜNG BỘ VIỆT NAM 426

10.1 Mô hình hệ thống quản lý, điều hành giao thông 426
10.1.1 Các Trung tâm quản lý điều hành giao thông trong nước 430
10.1.2 Mô hình Trung tâm quản lý, điều hành giao thông Việt nam 438
10.2 Phần mềm trợ giúp công tác quản lý, điều hành giao thông tại trung
tâm 459

10.2.1 Mục tiêu 459
10.2.2 Mô tả hoạt động của phần mềm 460
10.2.3 Chi tiết xây dựng 463
10.3 PHẦN MỀM QUẢN LÝ ĐIỀU HÀNH GIAO THÔNG HẦM
ĐƯỜNG BỘ HẢI VÂN 471

10.3.1 Tổng quan về hầm đường bộ 471

7
10.3.2 Các hệ thống phục vụ giao thông trong hầm đường bộ 474

SATIN kiến trúc hệ thống và tích hợp điều khiển giao
thông
TĐTTGTQG trao đổi thông tin giao thông quốc gia
GPS Global Positioning System
GPRS General Packet Radio Services - dịch vụ vô
tuyến gói tổng hợp
RISC Reduced Instructions Set Computer - Máy tính
với tập lệnh đơn giản hóa.
ETC hệ thống Thu Phí Đường Điện tử
DSRC Dedicated Short Range Communication - thông
tin Tầm ngắn Chuyên dụng
CN/GNSS

Mạng Di động / Hệ thống Vệ tinh Dẫn đường
Toàn cầu
CCTV hệ thống camera quan sát
APR cánh đối xứng
APA cánh không đối xứng
CIE Commision Internationale d’Eclairage - Tổ

9
chức quốc tế về chuẩn hoá màu
TRIP Traffic Research using Image Processing - Hệ
thống đánh giá giao thông bằng phương pháp
xử lý ảnh 10
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1 Tóm tắt các dịch vụ của Kiến trúc tham khảo ISO/TC204 40

Bảng 10-9 Thông số kỹ thuật vòng từ TLS 558
Bảng 10-10 Thông số kỹ thuật bộ xử lý MC2014 561 12
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1-1 Bản đồ giao thông đường bộ Việt nam 87
Hình 1-2 Đến năm 2020, xây dựng 24 tuyến đường cao tốc với tổng chiều dài
2.381 km 91

Hình 1-3 Biểu đồ thể hiện số người sử dụng Internet 11 tháng đầu năm 2009
95

Hình 1-4 Dự báo tốc độ tăng trưởng thị trường di động 96
Hình 1-5 Thói quen thanh toán bằng tiền mặt còn phổ biến ở Việt nam 98
Hình 1-6 Thanh toán thương mại bằng thẻ điện tử 99
Hình 1-7 Các phương thức thanh toán được doanh nghiệp sử dụng 2006-2008
100

Hình 1-8 Thiết bị hỗ trợ tra cứu thông tin giao thông trên đường 108
Hình 1-9 Hệ thống dẫn đường trên xe Ford 111
Hình 1-10 Phần mềm dẫn đường VietMap trên PDA 112
Hình 1-11 Trung tâm điều hành giao thông Tokyo. 114
Hình 3-1 Hệ toạ độ màu RGB 195
Hình 3-2 Các đường cong cảm nhận S
1,
S
2
và S
3

Hình 3-28 Lược đồ xám trong ảnh nền B (c) và khung F(d) 242

14
Hình 3-29 Kết quả phép trừ ảnh nền 243
Hình 3-30 Phép trừ ảnh nền 244
Hình 3-31 Chương trình cập nhật ảnh trên Matlab 246
Hình 3-32 Kết quả cập nhật ảnh nền 247
Hình 3-33 Cấu trúc khối UpdateBackground 247
Hình 3-34 Khối Moving Mask 247
Hình 3-35 Kết quả cập nhật nền với các giá trị α khác nhau 248
Hình 3-36 Chương trình cập nhật ảnh nền theo mô hình xác suất 252
Hình 3-37 Khối cập nhật kỳ vọng 253
Hình 3-38 Khối cập nhật độ lệch chuẩn 253
Hình 3-39 Kết quả mô phỏng 254
Hình 3-40 Tác động của bóng chuyển động 256
Hình 3-41 Mô hình màu biểu diễn trong không gian 3 chiều RGB 259
Hình 3-42 Sơ đồ khôi thuật toán cập nhật ảnh nền 262
Hình 3-43 Chương trình tách nền và xoá bóng chuyển động xây dựng trên
MatLab 264

Hình 3-44 Kết quả phân cụm dùng Fuzzy C-Mean 268
Hình 3-45 Tập hàm thuộc của 4 tính bằng FCM 269
Hình 3-46 Kết quả phân vùng trên ảnh xám 274
Hình 3-47 So sánh đối tượng và mẫu 276
Hình 3-48 Xác đinh đường biên của đối tượng 279
Hình 3-49 Tính diện tích đối tượng 279

15
Hình 3-50 Kết quả xác định số lượng xe trong vùng quan sát 281
Hình 3-51 Kết quả thuật toán tracking 282

Hình 5-5 Lưu đồ thuật toán tổng thể hệ thống đếm xe bằng siêu âm 341
Hình 5-6 Lưu đồ thuật toán truyền thông qua RS-232. 342
Hình 5-7 Lưu đồ thuật toán gửi dữ liệu qua GPRS. 343
Hình 5-8 Cảm biến siêu âm 344
Hình 5-9 Môđun GM862. 344
Hình 5-10 Môđun hiển thị 344
Hình 5-11 Môđun xử lý tín hiệu. 345
Hình 5-12 Hình ảnh thiết bị đếm xe bằng siêu âm. 345
Hình 5-13 Vị trí đặt cảm biến 346
Hình 6-1 Sơ đồ tổng thể hệ thống đếm xe bằng hồng ngoại 347
Hình 6-2 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu 356
Hình 6-3 Sơ đồ nguyên lý mạch GPRS. 360
Hình 6-4 Sơ đồ mạch nguồn và mạch hiển thị 361
Hình 6-5 Lưu đồ thuật toán của hệ thống. 362
Hình 6-6 Lưu đồ thuật toán truyền thông qua RS-232. 363

17
Hình 6-7 Lưu đồ thuật toán truyền thông qua GPRS 364
Hình 6-8 Cảm biến hồng ngoại 365
Hình 6-9 Môđun GM862. 365
Hình 6-10 Môđun hiển thị 365
Hình 6-11 Hình ảnh thiết bị đếm xe bằng hồng ngoại 366
Hình 6-12 Vị trí đặt cảm biến 367
Hình 7-1 Cấu trúc vật lý của hệ thống đo tốc độ chụp hình xe bằng radar-
camera. 369

Hình 7-2 Sơ đồ khối của hệ thống đo tốc độ bằng radar. 370
Hình 7-3 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu đo tốc độ xe bằng 378
Hình 7-4 Sơ đồ nguyên lý mạch GPRS. 382
Hình 7-5 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn và mạch hiển thị. 383

Hình 8-19 Thiết bị trên xe 413
Hình 9-1 Sơ đồ khối tổng thể 417
Hình 9-2 Sơ đồ khối chức năng. 417
Hình 9-3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 419

19
Hình 9-4 Sơ đồ nguyên lý mạch MUX. 420
Hình 9-5 Thiết kế mạch in mặt trên. 420
Hình 9-6 Thiết kế mạch in mặt dưới 421
Hình 9-7 Mạch in hai mặt sau thiết kế 421
Hình 9-8 Sơ đồ khối chức năng. 423
Hình 9-9 Lưu đồ thuật toán điều khiển modul GSM-GPRS 424
Hình 9-10 Lưu đồ thuật toán chương trình chính. 425
Hình 10-1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều hành và quản lý thông minh giao
thông 441

Hình 10-2 Mô tả sơ đồ cấu trúc logic thể hiện mối quan hệ phân cấp giữa các
thành phần của hệ thống 442

Hình 10-3 Mô hình kiến trúc hệ thống điều hành giao thông đường cao tốc.
443

Hình 10-4 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển giao thông thành phố thông
minh 448

Hình 10-5 Trung tâm điều hành giao thông 450
Hình 10-6 Một số phương pháp phát hiện xe. 451
Hình 10-7 Một số phương pháp quảng bá thông tin 452
Hình 10-8 Thông tin từ xe về 452
Hình 10-9 Định vị xe thông qua thiết bị ven đường. 453

482
Hình 10-33 Chiếu sáng đối xứng theo chiều ngang 483

21
Hình 10-34 Chiếu sáng đối xứng theo chiều dọc 483
Hình 10-35 Chiếu sáng không đối xứng 484
Hình 10-36 Chiếu sáng kiểu chùm ngược không đối xứng 484
Hình 10-37 Cấu tạo cáp điện nhạy nhiệt 486
Hình 10-38 Cấu tạo polyme nhạy nhiệt mạch tương tự 486
Hình 10-39 Cấu tạo polyme nhạy nhiệt mạch số 487
Hình 10-40 Cảm biến báo cháy mạch đa tích hợp 488
Hình 10-41 Cấu tạo cáp quang nhạy nhiệt 488
Hình 10-42 Cấu tạo cảm biến nhiệt tuyến tính loại khí nén 489
Hình 10-43 Bình chữa cháy FM200 491
Hình 10-44 Cấu trúc hầm Hải Vân 495
Hình 10-45 Mặt cắt ngang hầm Hải Vân 495
Hình 10-46 Hệ thống quạt thông gió hầm Hải Vân 497
Hình 10-47 Hệ thống chiếu sáng hầm Hải Vân 498
Hình 10-48 Camera quan sát hầm Hải Vân 499
Hình 10-49 Hệ thống điện thoại khẩn trong hầm Hải Vân 500
Hình 10-50 Hệ thống đèn tín hiệu, biển báo điện tử hầm Hải Vân 501
Hình 10-51 Ứng dụng hệ thống SCADA cho điều hành giao thông 503
Hình 10-52 Đèn chiếu sáng Titan 504
Hình 10-53 Đèn chiếu sáng Titus 504
Hình 10-54 Đèn chiếu sáng Aluminium Gothard 505
Hình 10-55 Đèn chiếu sáng Steel Gothard 505

22
Hình 10-56 Đèn chiếu sáng FV3 506
Hình 10-57 Đèn chiếu sáng FV4 507

Hình 10-82 Model F2000TSM-CO-C101 phát hiện khí CO 537
Hình 10-83 Cảm biến TGS 4160 phát hiện khí CO
2
537
Hình 10-84 Mạch nguyên lý cảm biến TGS 4160 538
Hình 10-85 Model CO
2
-Boss phát hiện khí CO
2
539
Hình 10-86 Model UV3000 đo nồng độ khí NO
x
539
Hình 10-87 Đèn tín hiệu giao thông 540
Hình 10-88 Biển báo điện tử (VMS) 541
Hình 10-89 Mạng Ethernet công nghiệp 544
Hình 10-90 Mạng Profibus 546
Hình 10-91 Module ghép nối quang 546
Hình 10-92 Mạng Profibus PA 547
Hình 10-93 Dùng biến tần điều chỉnh tốc độ quạt 556
Hình 10-94 Sơ đồ bố trí nguồn cấp cho hệ thống chiếu sáng 557
Hình 10-95 Vòng từ TLS 557
Hình 10-96 Từ trường xung quanh vòng từ khi chưa có xe đi qua 558
Hình 10-97 Từ trường xung quanh vòng từ khi có xe đi qua 559
Hình 10-98 Bộ xử lý phân loại phương tiện MC2014 559