Luận văn a management system for a smart parking application

Chuyên khảo phân tích Luận văn a management system for a smart parking application, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Tran Trung Hieu
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Ngọc Thịnh
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology, Vietnam National University Ho Chi Minh City
• Chuyên ngành: Computer Engineering
• Đề tài: A Management System For A Smart Parking Application
• Loại tài liệu: Capstone Project Report
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Tóm tắt

I. Khái niệm và Tầm quan trọng của Hệ thống Quản lý Bãi đỗ xe Thông minh

Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh là giải pháp công nghệ hiện đại nhằm tối ưu hóa việc quản lý và sử dụng không gian đỗ xe trong các thành phố hiện đại. Với sự phát triển nhanh chóng của đô thị hóa, tình trạng tắc nghẽn giao thông và thiếu hụt chỗ đỗ xe trở thành vấn đề cấp bách tại các khu vực đô thị. Công nghệ quản lý bãi đỗ xe thông minh sử dụng các công cụ như cảm biến IoT, nhận diện biển số xe bằng AI, và ứng dụng di động để cung cấp giải pháp toàn diện. Hệ thống này không chỉ giúp người dùng tìm kiếm chỗ đỗ nhanh chóng mà còn giảm thời gian tìm kiếm, tiết kiệm nhiên liệu, và giảm thiểu khí thải. Đây là bước tiến quan trọng để xây dựng các thành phố thông minh bền vững.

1.1. Định nghĩa Hệ thống Quản lý Bãi đỗ xe Thông minh

Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh là một nền tảng tích hợp công nghệ hiện đại bao gồm phần cứng (Jetson Nano, cảm biến), phần mềm (ứng dụng web ReactJS, ứng dụng mobile React Native), và dịch vụ đám mây (Firebase). Hệ thống này cung cấp khả năng phát hiện không gian đỗ xe, nhận dạng biển số xe tự động, quản lý đặt chỗ, và xác định tình trạng chiếm dụng theo thời gian thực. Công nghệ YOLOv8 được sử dụng để phân tích hình ảnh độ chính xác cao, cho phép hệ thống hoạt động hiệu quả trong các điều kiện ánh sáng khác nhau.

1.2. Lợi ích và Ứng dụng Thực tế

Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh mang lại nhiều lợi ích thiực tế cho cộng đồng. Người dùng có thể tìm kiếm, đặt chỗ, và thanh toán trực tiếp qua ứng dụng, giảm áp lực tâm lý. Chủ sở hữu bãi đỗ xe có thể quản lý hiệu quả, tối ưu doanh thu, và giảm chi phí vận hành. Các thành phố được hưởng lợi từ giảm tắc nghẽn, lưu lượng giao thông tốt hơn, và cải thiện chất lượng không khí. Với khả năng mở rộng dễ dàng và giao diện thân thiện, giải pháp này phù hợp cho các khu vực đô thị hiện đại.

II. Công nghệ và Thành phần Chính của Hệ thống

Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh được xây dựng dựa trên các công nghệ tiên tiến. Jetson Nano developer kit đóng vai trò là trung tâm xử lý, cung cấp khả năng tính toán AI mạnh mẽ với mức tiêu thụ điện năng thấp. Mô hình YOLOv8 (You Only Look Once version 8) được triển khai trên Jetson Nano để thực hiện phát hiện các vật thể và nhận diện biển số xe với độ chính xác cao trong thời gian thực. Giao diện người dùng được phát triển bằng ReactJS cho nền tảng web và React Native cho ứng dụng di động, đảm bảo trải nghiệm liền mạch và đáp ứng. Backend được hỗ trợ bởi Firebase Realtime Database và Cloud Functions, cung cấp khả năng lưu trữ dữ liệu scalable, xác thực người dùng, và API RESTful.

2.1. Các Công nghệ Cảm biến và Phát hiện AI

YOLOv8 là mô hình học sâu tiên tiến dành cho phát hiện đối tượng thời gian thực. Nó cho phép hệ thống nhận diện chính xác các khoảng trống đỗ xe và biển số xe từ hình ảnh video. Jetson Nano là bộ xử lý GPU nhẹ phù hợp để triển khai các mô hình AI ở cạnh mạng (edge computing). Cô đông hạn chế công suất nhưng vẫn cung cấp xử lý đủ nhanh cho ứng dụng bãi đỗ xe thực tế, giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất hệ thống.

2.2. Kiến trúc Ứng dụng và Hạ tầng Đám mây

ReactJS cung cấp giao diện web động và thân thiện cho quản lý bãi đỗ xe. React Native mở rộng khả năng này sang nền tảng di động iOS và Android, đảm bảo trải nghiệm nhất quán. Firebase Realtime Database lưu trữ dữ liệu tình trạng bãi, thông tin người dùng, lịch sử đặt chỗ với đồng bộ hóa thời gian thực. Cloud Functions xử lý logic ứng dụng phức tạp như xác thực, xử lý thanh toán, và gửi thông báo, tạo nên một hệ thống scalable và bảo mật.

III. Quy trình Triển khai và Kiểm thử Hệ thống

Triển khai hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh tuân theo quy trình kỹ thuật nghiêm ngặt. Ban đầu, dữ liệu bãi đỗ xe được thu thập thông qua camera và cảm biến để xây dựng tập dữ liệu huấn luyện cho mô hình YOLOv8. Sau đó, mô hình được huấn luyện, tối ưu hóa, và triển khai trên Jetson Nano. Google Cloud Platform được cấu hình để lưu trữ dữ liệu, xác thực người dùng, và cấp quản lý API. Kiểm thử bao gồm kiểm tra phát hiện phương tiện, nhận diện biển số, quản lý đặt chỗ, và kiểm thử tải với nhiều yêu cầu đồng thời để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

3.1. Thu thập Dữ liệu và Huấn luyện Mô hình

Thu thập dữ liệu bãi đỗ xe là bước quan trọng đầu tiên trong quá trình phát triển hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh. Các hình ảnh video từ camera giám sát được ghi lại trong nhiều điều kiện khác nhau. Dữ liệu được gắn nhãn thủ công để xác định vị trí xe và biển số. Mô hình YOLOv8 được huấn luyện trên tập dữ liệu này để nhận diện chính xác các đối tượng cần thiết, đảm bảo hiệu suất cao trên Jetson Nano.

3.2. Kiểm thử Toàn diện và Đánh giá Kết quả

Kiểm thử hệ thống quản lý bãi đỗ xe bao gồm kiểm tra phát hiện phương tiện và khoảng trống, nhận diện biển số xe, tạo và hoàn thành đặt chỗ, và kiểm thử tải (stress test). Kiểm thử đồng thời mô phỏng hàng trăm người dùng truy cập đồng thời để đảm bảo hệ thống không sụp đổ. Kết quả kiểm thử cho thấy độ chính xác cao, thời gian phản ứng nhanh, và khả năng xử lý lưu lượng tốt, xác nhận sự sẵn sàng của hệ thống cho triển khai thực tế.

IV. Hướng phát triển Tương lai và Kết luận

Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh thể hiện tiềm năng to lớn trong việc giải quyết các thách thức giao thông đô thị. Công nghệ này có thể được mở rộng với các tính năng bổ sung như tích hợp thanh toán di động, dự báo nhu cầu bằng machine learning, và kết nối với hệ thống giao thông công cộng. Hướng phát triển tương lai bao gồm sử dụng blockchain cho các giao dịch an toàn, triển khai lô gic phức tạp hơn để tối ưu hóa giá cước động, và mở rộng đến các khu vực khác. Với nền tảng vững chắc từ các công nghệ hiện đại như ReactJS, Firebase, Jetson Nano, và YOLOv8, hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh sẵn sàng trở thành một phần không thể thiếu của các thành phố thông minh toàn cầu.

4.1. Mở rộng Chức năng và Tính năng Mới

Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh có thể được mở rộng với nhiều tính năng tiên tiến. Dự báo nhu cầu đỗ xe sử dụng machine learning giúp người dùng lên kế hoạch trước. Tích hợp ví điện tử và thanh toán không tiếp xúc cải thiện trải nghiệm người dùng. Kết nối với giao thông công cộng cho đề xuất hành trình toàn diện. Báo cáo phân tích nâng cao giúp chủ sở hữu tối ưu hóa doanh thu, tạo nên hệ thống quản lý bãi đỗ xe toàn diện hơn.

4.2. Triển khai Toàn cầu và Tác động Xã hội

Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh đã chứng minh hiệu quả và khả năng mở rộng, sẵn sàng cho triển khai rộng rãi ở các thành phố khác nhau. Công nghệ này góp phần giảm tắc nghẽn giao thông, cải thiện chất lượng không khí, và nâng cao chất lượng cuộc sống đô thị. Thành công của dự án này mở đường cho các giải pháp thông minh khác trong quản lý giao thông và đô thị hóa bền vững, hướng tới thành phố thông minh, sạch, và hiệu quả cho tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH CITY HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FACULTY OF COMPUTER SCIENCE AND ENGINEERING REPORT CAPSTONE PROJECT A MANAGEMENT SYSTEM FOR A SMART PARKING APPLICATION Major: COMPUTER ENGINEERING THESIS COMMITTEE: COMPUTER ENGINEERING 02 SUPERVISORS: ASSOC. TRAN NGOC THINH HUYNH PHUC NGHI REVIEWER: ASSOC. PHAM QUOC CUONG ---o0o--- STUDENT 1: TRAN TRUNG HIEU (1952684) STUDENT 2: VU TIEN GIANG (1952240) HO CHI MINH CITY, 06/2024 University of Technology, Ho Chi Minh City Faculty of Computer Science and Engineering Protestation We hereby certify that the contents of this thesis are original and have not been submitted, in whole or in part, for any other degree or qualification at any other university, with the exception of specific references to the work of others. This thesis is entirely our own creation, with the exception of what is mentioned in the text and the Acknowledgements, which are the products of our joint efforts.

Computer engineering project - Academic year 2022 - 2023 Page 1/121 University of Technology, Ho Chi Minh City Faculty of Computer Science and Engineering Acknowledgement As with any significant endeavor, the completion of this thesis would not have been possible without the support and guidance of many individuals. First and foremost, we extend our deepest gratitude to Assoc. Tran Ngoc Thinh and Mr. Huynh Phuc Nghi for their dedicated time and effort in teaching and guiding us throughout the development of this thesis.

We are also profoundly thankful to all the teachers at Ho Chi Minh City University of Technology and the Faculty of Computer Science and Engineering, who have imparted invaluable lessons, knowledge, and experiences during our studies. Lastly, we express our heartfelt thanks to our beloved families and friends for their unwavering support. Once again, we thank you all from the bottom of our hearts. Computer engineering project - Academic year 2022 - 2023 Page 2/121 University of Technology, Ho Chi Minh City Faculty of Computer Science and Engineering Abstract This thesis presents a comprehensive smart parking management system utilizing advanced technologies to enhance efficiency and user experience.

The web interface is developed using ReactJS, providing a robust and responsive platform for managing parking spaces. For mobile users, the system features a React Native application, ensuring seamless access and control across different devices. At the core of the parking and license plate detection is the Jetson Nano, equipped with YOLOv8, a state-of-the-art deep learning model known for its high accuracy in object detection. This integration allows for real-time monitoring and management of parking spaces, enabling automated license plate recognition and occupancy detection.

The synergy of these technologies results in a smart parking solution that is both scalable and user-friendly, catering to the needs of modern urban environments. Computer engineering project - Academic year 2022 - 2023 Page 3/121 University of Technology, Ho Chi Minh City Faculty of Computer Science and Engineering Contents 1 INTRODUCTION 7 1. 8 2 STUDY OF SMART PARKING SOLUTIONS 8 2.1 Compare smart parking using app with other parking solutions .1 Smart parking Peasy .2 Viettel My Parking .3 Capstone projects - AI-based assistant system for smart parking using edge com- puting .1 Front-end apps .a Log in and sign up feature .b Booking and navigating feature .2 Database and APIs. 29 3 BACKGROUND STUDY ON RELATED ISSUES 29 3.3 Firebase Realtime database .3 Google Maps APIs .4 OpenStreetMap React Leaflet .4 Firebase Cloud functions.

35 Computer engineering project - Academic year 2022 - 2023 Page 4/121 University of Technology, Ho Chi Minh City Faculty of Computer Science and Engineering 3.8 Jetson Nano developer kit .1 The whole system architecture .2 Setting up a Google Cloud project .3 Firebase realtime database .4 Implement REST API using Node.js and Firebase Cloud functions .1 How REST API works .2 Implement Firebase Cloud functions as REST APIs .5 Front-end apps .3 Parking space detection .a Parking Datasets Acquisition .4 License plate detection .5 License plate recognition .7 Implementation on Jetson Nano. 81 5 RESULT AND EVALUATION 82 5.3 Deployment result on Jetson Nano .4 Firebase Realtime database .1 Firebase Cloud functions usage .2 GET method APIs .3 DELETE method APIs .4 POST method APIs .5 Database stress test .a Multiple concurrency requests .b Testing concurrency requests. 100 Computer engineering project - Academic year 2022 - 2023 Page 5/121 University of Technology, Ho Chi Minh City Faculty of Computer Science and Engineering 5.1 Log in feature .2 Sign up feature .5 Vehicle and user feature .1 Sign in feature .2 Sign up feature .4 Parking lots management .8 Testing and evaluating the system .1 Test case 1: Vehicles and slot detecting .2 Test case 2: License plate detecting .3 Test case 3: Creating booking .4 Test case 4: Finish booking .5 Test case 5: Whole system test .9 Smart in the Smart parking term .10 Comparing with another smart parking solution and evaluating the improvement 118 5.1 Front-end apps .a Log in and sign up feature .b Booking and navigating feature .2 Database and APIs. 120 Computer engineering project - Academic year 2022 - 2023 Page 6/121 University of Technology, Ho Chi Minh City Faculty of Computer Science and Engineering 1 INTRODUCTION 1.1 Overview With the increase in world population and the usage of personal transportation With cars becoming more fuel-efficient, the number of vehicles will continue to increase.

As a result, the process of searching for a parking lot becomes a struggle which is time-consuming. It is also an economic and environmental issue because of the increase in fuel consumption due to such scenarios. To resolve these problems, technological solutions have been researched and developed. A cloud-based parking application solves the problem by providing users with real- time information on available parking lots, and also provides route guidance to these parking locations.2 Problem statement Parking coordinates land use and transportation in urban areas.

It is one of the most im- portant assets of road transportation, especially in Vietnam, where road transportation plays a dominant role. In 2019, road vehicles transported about 26.8 % of goods (million tons per km) and about 63. For example, The Ho Chi Minh City Department of Planning and Architecture has instructed the city’s Construction Planning Institute to review parking lot plans in all 24 districts up to 2025. The department has reviewed 1,141 hectares of land for public parking lots.

However, it is said that none of these areas has met the Ministry of Construction’s standards. According to the standards, parking lots need to be built in industrial parks, and in urban areas, underground parking lots or multi-storey above-ground ones would be allowed, but for other constructions, safety and coordination must be ensured. Because of this, there has been a shortage of parking lots in the city due to the limited amount of area. Drivers are struggling with annoying and endless parking searches as many public transportations and cars spill out onto streets for parking, which occupies roads and leads to more traffic jams.

Many unauthorized parking sites have been set up which causes the loss of revenue to the city. This is the reason why the deployment of smart parking projects is very urgent. These are the main benefits provided by smart parking systems : • Time and energy consuming: Searching for parking lots in areas with high traffic density such as urban areas, especially during peak hours is not only time-consuming but also results in the wastage of fuel. Moreover, drivers keep searching for suitable parking leads to an increase in traffic.

• Environmental pollution: Increasing the volume of the vehicular exhaust as a result of searching for parking lots creates a negative impact on the environment. • Traffic Safety: Drivers who are distracted while searching for parking lots without any guidance or intention are likely to cause accidents. Once the traffic is fluent thanks to the services provided by the smart parking system, it not only increases mobility in urban areas, expands cities capacities but also brings more population, activities and business opportunities. Computer engineering project - Academic year 2022 - 2023 Page 7/121 University of Technology, Ho Chi Minh City Faculty of Computer Science and Engineering 1.3 Objective The objectives of this project are: • Storing data in cloud database: The data such as user information, parking lot details, and slot status will be sent to the Firebase and displayed in the mobile application.

These data can be used to identify the parking behavior of the users and provide solutions data. • Assisting driver in finding a parking lot: Cameras and hardware will be used to create input data and control the parking slot status. Drivers can find a parking area manually or let the mobile application perform it automatically.4 Project scope The Smart Parking application’s goals are to help users to find the most suitable area for parking. Users can also require the applications to provide reservations.

For parking adminis- trators, it enables them to define and manage parking spaces. Authenticated users can access information about their parking habits, manage it and create optional choices. The smart parking application features the use of cloud computing to improve user services. 2 STUDY OF SMART PARKING SOLUTIONS The term "smart parking" describes the effective management of parking spots through the integration of cutting-edge technologies and intelligent systems, particularly in more populated urban locations where conventional parking techniques may be very wasteful.

In order to lead cars to open spaces, give real-time information about parking availability, and improve the entire parking experience, it makes use of sensors, data analytics, and communication networks. Smart parking is not a new internet of things topic when many researchers and technology companies produce a wide range of studies and solutions, some of them have been made into commercial products in recent years. Some solutions of smart parking include: • Users may get real-time info about free parking spots by sharing it with a cloud server that receives data from Internet of Things sensors. • Using IoT sensors to precisely determine the quantity and location of open parking spots.

• By employing sensors to track parking space availability and guide cars to available spots, traffic congestion may be decreased and traffic flow can be improved. • Make smart parking meters that can be paid with a credit card or a smartphone and that show the availability of spaces in real time. • Tracking cars as they enter and leave a parking complex can help to improve security and optimize parking operations. • To guarantee the safety of those who occupy parking garages, keep an eye on factors like temperature and air quality.

Computer engineering project - Academic year 2022 - 2023 Page 8/121 University of Technology, Ho Chi Minh City Faculty of Computer Science and Engineering 2.1 Compare smart parking using app with other parking solutions In this project, we are making a smart parking system by developing a front-end application along with some operations on the car park using computer vision. First, we need to compare the smart parking system with other systems and investigate some different methods inside the smart parking system. The image below describes the distance and time required when searching for a parking lot. There are 4 types of parking system: • Blind parking This is the traditional way of searching for a parking lot.

Drivers have to use bare eyes to find spaces for their vehicles which takes a lot of time and distance. Sometimes this method causes conflict between drivers arriving at the same slot and may leads to unexpected consequence. This method is described as the the red line in the graph. • PIS - Parking information system This system publishes the parking availability in- formation to the drivers in certain area in for example a board, the driver will decide their desired parking destination where the parking lot has available spaces, according to the obtained parking availability information.

This system is described as the green line in the graph.