BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HOA SEN KHOA KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐÁNH GIÁ MẬT ĐỘ VÀ TỐC ĐỘ GIAO THÔNG. Giảng viên hướng dẫn : Ths. Lê Thanh Tùng Ths. Nguyễn Bá Trung Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Trường Giang - 083136 Trần Chí Khánh - 09253L Thới Thục Phấn - 09256L Lớp : QL081L & QL092L Tháng 12/2010 Đại Học Hoa Sen Hệ Thống Đánh Giá Mật Độ và Tốc Độ Giao Thông TRÍCH YẾU Ngày nay các kỹ thuật để giám sát giao thông đường bộ dựa vào các cảm biến điện tử (sensors) thì có giới hạn về khả năng cũng như không có tính linh hoạt cao đồng thời giá thành để triển khai hệ thống này cao và phức tạp khi thiết lập.
Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã có những biện pháp khác hữu dụng hơn, tốn ít chi phí cũng như dễ dàng cho việc lắp đặt đó chính là sử dụng camera kết hợp kỹ thuật thị giác máy tính (computer vision) và kỹ thuật xử lý ảnh. Hệ thống giám sát giao thông dựa vào kỹ thuật thị giác máy tính và xử lý ảnh có khả năng cũng cấp nhiều thông tin về phương tiện đang lưu thông trên đường như chủng loại xe, màu xe, biển số xe cũng như khả năng tính toán mật độ xe lưu thông và tốc độ trung bình của các phương tiện lưu thông trên đường. Trong cuốn báo cáo này sẽ giới thiệu hệ thống giám sát giao thông sử dụng kỹ thuật trong lĩnh vực thị giác máy tính và xử lý ảnh. Hệ thống này có khả năng phân tích các hình ảnh từ các cameras giao thông từ đó xác định các thông tin về mật độ, tốc độ, của phương tiện đang lưu thông.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 2010 ii Đại Học Hoa Sen Hệ Thống Đánh Giá Mật Độ và Tốc Độ Giao Thông MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN. i TRÍCH YẾU .ii MỤC LỤC .iii LỜI CẢM ƠN.1 Tổng quan về đề án .1 Phạm vi dự án .2 Những giả định .2 Hệ thống giám sát giao thông đường bộ (Road-traffic Monitoring) .3 Hệ thống giám sát giao thông đường bộ và Thị giác máy tính (Computer Vision). GIỚI THIỆU THỊ GIÁC MÁY TÍNH VÀ XỬ LÝ HÌNH ẢNH .1 Thị giác máy tính.2 Xử lý hình ảnh .1 Một số khái niệm. CÁC MÔ HÌNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG.1 Hệ thống giám sát giao thông đường bộ phi hình mẫu (Road Traffic Monitoring- Non Model Based).1 Thuật toán Consecutive Frame Difference.2 Thuật toán Simple Background Modeling .3 Thuật toán Custom Frame Difference .2 Hệ thống giám sát giao thông đường bộ theo hướng so sánh mẫu (Road Traffic Monitoring- Model Based).
XÂY DỰNG 1 HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG THEO HƯỚNG TIẾP CẬN CỦA CHÚNG TÔI .1 Tổng quan về hướng tiếp cận .2 Mô hình hệ thống .3 Thu thập dữ liệu hình ảnh .4 Tiền xử lý ảnh .5 Xác định chuyển động.6 Nhận dạng đối tượng .7 Tính toán vận tốc của đối tượng .8 Tính toán mật độ lưu thông. XÂY DỰNG ỨNG DỤNG THỰC TẾ. 38 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 2010 iii Đại Học Hoa Sen Hệ Thống Đánh Giá Mật Độ và Tốc Độ Giao Thông 5.1 Yêu cầu kỹ thuật .2 Giao diện ứng dụng .1 Kết quả thử nghiệm phát hiện phương tiện di chuyển .2 Kết quả thử nghiệm tính vận tốc phương tiện.3 Kết quả thử nghiệm tính mật độ xe .1 Vấn đề giám sát vào ban đêm.2 Vấn đề khi phương tiện đi quá gần nhau .3 Vấn đề đối với bóng của phương tiện .4 Vấn đề chỉ tính vận tốc của 1 phương tiện.5 Vấn đề về độ chính xác trong chức năng tính mật độ. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .2 Hướng phát triển.
TÀI LIỆU THAM KHẢO .1 Bảng phân công công việc. 62 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 2010 iv Đại Học Hoa Sen Hệ Thống Đánh Giá Mật Độ và Tốc Độ Giao Thông LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến giảng viên khoa khoa học và công nghệ trường Đại Học Hoa Sen là Ths. Lê Thành Tùng và Ths. Nguyễn Bá Trung đã hướng dẫn tận tình và truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong đề án này cho nhóm chúng tôi.
Trân trọng Nhóm thực hiện đề án Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 2010 v Đại Học Hoa Sen Hệ Thống Đánh Giá Mật Độ và Tốc Độ Giao Thông NHẬP ĐỀ Thời gian gần đây, sự gia tăng về tai nạn giao thông cùng nạn kẹt xe ngày càng trở nên nghiêm trọng tại các thành phố lớn như Hà Nội, Tp.Hồ Chí Minh. Với số lượng phương tiện lưu thông trên đường gia tăng không ngừng cùng với những hạn chế của việc điều tiết, quản lý, xử phạt giao thông của con người dẫn đến vấn nạn kẹt xe, tai nạn giao thông. Điều này gây cản trở và làm lãng phí nhiều thời gian và tiền bạc của con người và xã hội. Từ những điều trên đã đạt ra 1 vấn đề bức thiết là phải có 1 hệ thống giám sát giao thông đường bộ trên đường để thực hiện việc quản lý, điều hành, điều tiết giao thông trên đường.
Hệ thống quản lý giao thông ngày càng đóng 1 vai trò quan trọng việc quản lý đô thị ở các thành phố lớn. Hệ thống này sẽ thông qua các camera đặt tại các giao lộ, quốc lộ để truyền hình ảnh về hệ thống phần mềm giám sát thông đặt tại trung tâm điều tiết giao thông. Thông qua các chức năng của hệ thống giám sát mà hệ thống có thể gửi tình trạng giao thông ở các tuyến đường cho chủ phương tiện hay là có thể gửi thông tin các phương tiện vi phạm luật giao thông như chạy quá tốc độ, sai tuyến… cho cảnh sát giao thông. Mục đích của đề án này là nghiên cứu sơ bộ phương pháp xây dựng lên 1 hệ thống giám sát giao thông và các thuật toán về xử lý hình ảnh.
Bên cạnh đó, xây dựng 1 ứng dụng thực tế để hiện thức hóa phương pháp và các thuật toán về xử lý hình ảnh đã nghiên cứu được. Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 2010 1 Đại Học Hoa Sen Hệ Thống Đánh Giá Mật Độ và Tốc Độ Giao Thông 1.1 Tổng quan về đề án 1.1 Phạm vi dự án Ở đề án này nhóm chúng tôi sẽ nghiên cứu các phương pháp cơ bản để xây dựng 1 hệ thống giám sát giao thông. Sau đó chúng tôi sử dụng các thuật toán về xử lý hình ảnh mà nhóm nghiên cứu được để xây dựng 1 ứng dụng giám sát giao thông với các chức năng cơ bản như sau: + Nhận dạng xe đang chạy trên đường. + Tính toán vận tốc xe đang chạy trên đường với trường hợp 1 xe lưu thông.
+ Tính toán mật độ xe đang có trên đường từ đó đưa ra các cảnh báo về các mức độ kẹt xe như: kẹt xe, sắp kẹt xe, đông xe và vắng xe.2 Những giả định Do đây là nghiên cứu sơ bộ ban đầu cho 1 hệ thống giám sát giao thông đường bộ phức tạp và do không có đầy đủ thiết bị chuyên dụng,vị trí thuận lợi để đặt camera quan sát giao thông cũng như thời gian thực hiện đề án ngắn. Do đó, nhóm chúng tôi đã đưa ra những giả định dưới đây để giảm bớt sự khó khăn và độ phức tạp khi thực hiện dự án này: + Chức năng tính toán tốc độ phương tiên trong dự án này chỉ áp dụng cho 1 phương tiện duy nhất đang chạy đường. + Điều kiện thời tiết cho xe chạy trên đường để cho hệ thống có thể nhận dạng chính xác được là vào buổi sáng, bóng của xe trên đường không quá lớn, không có gió lớn, không mưa, ít cây cối 2 bên đường. Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 2010 2 Đại Học Hoa Sen Hệ Thống Đánh Giá Mật Độ và Tốc Độ Giao Thông 1.2 Hệ thống giám sát giao thông đường bộ (Road-traffic Monitoring) Giám sát giao thông đường bộ liên quan tới việc thu thập dữ liệu mô tả về các đặc tính của các phương tiện và sự di chuyển của nó trên đường.
Số lượng, vận tốc, mật độ, chiều dài, trọng lượng, loại phương tiện là dữ liệu hữu ích trong hệ thống giám sát giao thông đường bộ. Những dữ liệu này sẽ được dùng vào những mục đích sau đây: Vi phạm luật giao thông: xác định việc các phương tiện chạy quá tốc độ quy định, không chấp hành luật giao thông, chạy sai làn đường và xác định các phương tiện bị truy tìm hay bị mất trộm. Cổng thu phí tự động: Các cổng thu phí giao thông hiện tại bắt các phương tiện phải dừng và lái xe mua vé qua trạm. Với hệ thống thu phí tự động thì các phương tiện sẽ không cần phải dừng xe.
Khi các phương tiện chạy ngang qua cổng thu phí hệ thống sẽ phân tích và phân loại dạng xe (xe tải, xe con, xe buýt…) để tính phí qua trạm 1 cách phù hợp. Bảng số xe sẽ được lưu lại và chủ xe sẽ được gửi hóa đơn thanh toán phí qua trạm. Dự báo kẹt xe: Các phương tiện di chuyển với tốc độ chậm và nối đôi nhau là những dấu hiệu cảnh báo việc kẹt xe sắp diễn ra trên tuyến đường. Với hệ thống giám sát giao thông tự động những thông tin trên sẽ được gửi đến các tài xế để cho họ chuyển hướng khác để di chuyển.
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 2010 3 Đại Học Hoa Sen Hệ Thống Đánh Giá Mật Độ và Tốc Độ Giao Thông Hiện nay, để giám sát giao thông trên đường bộ các nước trên thế giới thường dùng hệ thống cảm biến điện tư dựa vào kỹ thuật sóng rada, sóng âm (microwave), tubes, loop detectors. Radar: Dùng thiết bị phát sóng rada đặt trên đường ta có thể đo chính xác vận tốc xe đang chạy trên đường. Microwaves: Thiết bị phát ra sóng âm này thường được đặt ở trên cao và chiếu thẳng đứng xuống mặt đường (trên cầu, trên các cột đèn giao thông). Thiết bị này sẽ phát ra sóng âm chiếu xuống dưới mặt đường và phản xạ lại thiết bị cảm biến.
Khi 1 phương tiện đi ngang qua thiết bị này thì sóng âm chiếu xuống mặt đường bị đứt quãng nhờ vào điều này thì phương tiện được phát hiện bởi cảm biến gắn trong thiết bị đo. Tubes: Thiết bị này là 1 ống cao su được gắn ngang trên mặt đường dùng để đếm số phương tiện đang đi trên đường. Khi phương tiện nào chạy qua thiết bị này bánh xe của phương tiện sẽ gây ra 1 áp lực lên ống cao su và dựa vào mỗi áp lực đó cảm biến áp lực được gắn bên trong ống cao su sẽ phát hiện và đếm các phương tiện đi qua trên đường.