Chương 1: MO ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Công nghệ hiện nay được coi là nền tảng để cải thiện xã hội và làm cho cuộc sống của con người trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn. Nó cũng là một công cụ mạnh mẽ có thể được sử dụng dé thay thé con người làm việc trong những khu vực có tính phức tạp và nguy hiểm cao. Ngày nay, đối mặt với tốc độ phát triển chóng mặt của xã hội thì nhu cầu về chất lượng cuộc sống của con người cũng ngày một nâng cao. Ké từ đó, công nghệ cũng bắt buộc phải phát triển và thay đổi ngày qua ngày.
Nó đã trở thành một phần quan trọng và không thể thiếu trong cuộc sống của mỗi chúng ta. Phần lớn các quốc gia đều có chung những vùng đất ngăn cách nhau gọi là biên giới, những khu vực này thường có nhiều trường hợp nhập cư bất hợp pháp, buôn bán ma túy và khủng bồ xảy ra. Ngày nay, việc đảm bảo an nỉnh trật tự tại khu vực biên giới là một trong những ưu tiên hàng đầu, nó có vai trò quan trọng trong việc giữ vững an toàn và độc lập của một quốc gia. Để ngăn chặn những hoạt động bất hợp pháp tại biên giới, Bộ Quốc phòng và An ninh đã có nhiều giải pháp khác nhau.
Trước đây, những phương pháp thủ công thường được sử dụng cùng với các phương tiện dé tuần tra và bảo vệ biên giới. Tuy nhiên, những phương pháp nay đòi hỏi nguồn nhân lực và chi phí cao nhưng lại đi kèm với nhiều sai sót và bat can mà con người khó có thể tránh khỏi. Để cải thiện nhược điểm này, các hệ thống giám sát tự động đã được nghiên cứu và đề xuất. Độ trễ trong công nghệ điện toán đám mây được coi là một trong những vấn đề lớn cản trở quá trình truyền dé liệu trong các hệ thống giám sát biên giới hiện nay.
Với mục đích phục vụ nhu cầu lưu trữ khổng lồ trong thời đại kỹ thuật số hiện nay, các tập đoàn lớn trên toàn cầu như Google, Amazon, Microsoft đã và dang cung cấp dịch vụ điện toán đám mây với nhiều tiện ích khác nhau hỗ trợ cho người dùng. Công nghệ điện toán đám mây đã trở nên phô biến vì tính đơn giản và hiệu quả của nó. Tuy nhiên, sự đánh đổi về tốc độ truyền dt liệu khiến việc ứng dụng các nền tảng Internet of Things (IoT) không thể phát huy tối đa sự hiệu quả của chúng. Chỉ tiết hơn, truyền dữ liệu chậm sẽ làm cho gói tin chờ trong hàng đợi lâu khiến cho việc khả năng cao gói tin đó sẽ bị mat.
Ngoai ra, viéc chuyén đữ liệu lên đám mây cũng gặp phải nhiều vấn dé bao mật khác nhau, bao gồm tính toàn vẹn của dữ liệu và việc xác thực danh tính. Đề giải quyết các vấn đề nói trên, phương pháp điện toán biên (Edge Computing) được sử dụng như một nút phân tích dữ liệu tại mạng biên (Edge) để xử ly dữ liệu trước khi chúng được gửi đến máy chủ đám mây dé duy trì tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu trong việc truyền thông tin. Dựa trên những vấn đề gặp phải ở trên, chúng tôi đề xuất một hệ thống giám sát biên giới sử dụng camera thông minh. Hệ thống này được xây dựng dựa trên thiết bị Raspberry Pi 4 Model B và mô hình Deep Neural Network (DNN) cu thể là SSD-MobileNet-v2 dé phát hiện những chuyên động bat thường và gửi dữ liệu đã phân tích đến máy chủ Things.
Hệ thống này sẽ được đặt tại nhiều vị trí khác nhau như cửa khâu và các rào chắn ở những khu vực có cây cối ram rạp, những nơi nay có khả năng bị xâm phạm do leo trèo hoặc phá rào.2 Mục tiêu đề tài Nhận diện đối tượng (Object Detection) là kỹ thuật mà chúng tôi đã xác định là chức năng chính cho hệ thống. Áp dụng Edge Computing, Raspberry Pi 4 sẽ sử dụng các mô hình máy học, cài đặt thư viện OpenCV kết hợp với USB camera để tạo thành edge device có khả năng xử lý dữ liệu ngay tại mạng biên. Với tiêu chí xây dựng hệ thống camera AI thông minh, Raspberry Pi 4 sẽ thực bước truyền dữ liệu đến máy chủ Things sau khi đã hoàn tat việc phân tích đối tượng (con người) trong khu vực cắm. Dữ liệu của người vi phạm sau khi được lưu trữ tại máy chủ Things sẽ được chuyên thành API để xây dựng Website nhằm thể hiện một cách trực quan nhất có thể đến người quản lý.
Khi hệ thống đã hoàn thành các tác vụ, việc giám sát và đánh giá mức độ an toàn của các khu vực khác nhau sẽ trở nên đễ dàng và hiệu quả hơn. Ngoài ra, sự phụ thuộc vào con người và chỉ phí triển khai cũng sẽ được giải quyết một phần khi các bên liên quan giờ đây có thé tập trung nguồn nhân lực cho các công việc có mức độ ưu tiên cao hơn. Không chỉ riêng khu vực cắm của biên giới, hệ thống vẫn có thê được xem xét để sử dụng trong các khu vực hậu phương cần sự bảo vệ nghiêm ngặt như phòng giám sát, phòng họp, kho lưu trữ nhu yêu phẩm.3 Đối tượng nghiên cứu Đôi tượng nghiên cứu của đê tai sé tập trung vào các đôi tượng như sau: - _ Nghiên cứu và tìm hiểu về thuật toán và các mô hình máy học có khả năng phát hiện và theo dõi hành động dé áp dung và triển khai trên Raspberry Pi 4 kết hợp cùng với Coral USB Accelerator dé tăng khả năng xử lý hình ảnh. - _ Nghiên cứu về Raspberry Pi 4 và Camera Pi dé triển khai các mô hình máy học sao cho phù hợp với hệ thống và thiết bị.
Đồng thời nghiên cứu về các thiết bị khác như Coral USB Accelerator dé tăng hiệu năng xử lý hình anh của hệ thống. - Nghiên cứu về ngôn ngữ Javascript, NodeJS và các Framework như Handlebars để xây dựng Website nhăm mục đích quan ly và trực quan dữ liệu cho hệ thống.4 Phạm vi nghiên cứu Khóa luận thực hiện nghiên cứu trên không gian của trường học và tại Công ty Trung Tâm Dữ Liệu thuộc Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh hoặc những nơi có người thường xuyên qua lại. Đề tài sau khi hoàn thành có thể cải tiến thêm về mặt thiết bị dé triển khai trên những khu vực biên giới.5 Phương pháp nghiên cứu Chúng tôi sẽ tham khảo các nghiên cứu đã được công bồ về dé tài giám sát biên giới tự động.
Xác định các công nghệ sẽ hướng đến trong đề tài từ đó xây dựng mô hình hoạt động cho toàn bộ hệ thống. Về việc xây dựng khả năng nhận diện đối tượng trên Raspberry Pi 4, chúng tôi sẽ nghiên cứu và triển khai hệ thống camera AI thông minh phát hiện chuyển động của người trên thiết bị này dựa trên những mô hình máy học phổ biến kết hợp với các thuật toán đã được hỗ trợ bởi ngôn ngữ lập trình Python. Sau đó chúng tôi sẽ đánh giá từng mô hình, từ đó chọn ra mô hình có khả năng hoạt động tốt nhất trên Raspberry Pi 4. Sau khi hoàn thành các bước đã ké trên, Website Admin sẽ được xây dựng như một nơi lưu trữ thông tin (trực quan cho người dùng) để việc giám sát trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.7 Câu trúc khóa luận Trong báo cáo, những cơ sở lý thuyết và kiến thức nền tảng đã được vận dụng và nghiên cứu trong quá trình thực hiện khóa luận.
Báo cáo sẽ đưa ra các phân tích và nhận xét về các công nghệ được sử dụng đề hoàn thiện hệ thống. Những nội dung nay sẽ được bao cáo với câu trúc như sau: - Chương 1: Mở đầu - Cung cấp thông tin khái quát về ly do chọn đề tai, van dé cần giải quyết trong nghiên cứu, mục tiêu cần đạt được của đề tài, phạm vi nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu. - _ Chương 2: Các công trình liên quan - Giới thiệu các công trình đã được thực hiện với mục đích tương tự và áp dụng phương thức giám sát có điểm tương đồng với dé tài của chúng tôi. Chỉ ra các diém còn hạn chế và khả năng khắc phục khuyết điểm băng phương thức nhận dạng.
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết - Trong chương này sẽ trình bày cơ sở lý thuyết của các công nghệ được sử dụng, công cụ, ngôn ngữ va thư viện hỗ trợ khác nhau sẽ được khám phá và nghiên cứu sử dụng trong quá trình thực hiện khóa luận. - Chương 4: Phân tích và thiết kế hệ thống - Giới thiệu mô hình hoàn chỉnh của toàn bộ hệ thống hoàn chỉnh mà chúng tôi đã xây dựng. Làm rõ các chức năng của các lớp qua mô hình phân rã chức năng. - Chương 5: Thử nghiệm, thực nghiệm và đánh giá hệ thống - Tổng hợp lại toàn bộ các thông số đã nghiệm thu trong quá trình thực nghiệm, tiến hành so sánh và chọn ra các yếu tô tốt nhất dé tạo thành hệ thống.
Trình bày các kết quả đã đạt được với các mô hình theo từng tiêu chí đã đề ra. Chương 6: Kết quả - Nêu lên ý nghĩa tông kết của đồ án và tat cả các kết qua sẽ được trình bày trước hội đồng để có cái nhìn trực quan nhất về các ưu điểm đã đạt được cũng như các hạn chế mả hệ thống chưa thể khắc phục. Từ các nhận xét và ý kiến phản biện, đề ra các hướng giải quyết và định hướng phát triển tương lai cho toàn bộ hệ thống. Chương 2: CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN 2.1 Các công trình giám sát biên giới Biên giới luôn là những điểm nóng xảy ra các hoạt động phi pháp gây ảnh hưởng nặng nề như buôn lậu, vận chuyên ma túy, vượt biên đến tình trạng an ninh và kinh tế của khu vực.
Dé khắc phục những hoạt động bat hợp pháp này, Bộ Quốc phòng và An ninh của bất kỳ quốc gia nào cũng cần các phương pháp giám sát biên giới. Trước đây, phương pháp giám sát thủ công thường được sử dụng với các phương tiện tuần tra và bảo vệ. Những phương pháp thủ công này đòi hỏi nguồn lực quân sự và tài chính chuyên sâu. Hơn thế nữa là những sai sót về con người là điều không thé tránh khỏi.
Dé giảm bớt những nhược điểm này, các phương pháp giám sát tự động đã được giới thiệu để bảo vệ biên giới quốc gia khỏi các hoạt động bất hợp pháp. Ban đầu, các nhà nghiên cứu có xu hướng xây dựng hệ thống giám sát biên giới dựa trên các nút cảm biến không dây (WSN).