I. Giới thiệu Hệ Thống Thu Thập Thông Tin Giao Thông Thông Minh
Giao thông thông minh (ITS) ngày càng được quan tâm tại Việt Nam nhằm tăng hiệu quả khai thác hạ tầng giao thông. Xu hướng nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giao thông thông minh là tất yếu. Kiến trúc hệ thống giao thông thông minh ITS bao gồm 7 nhóm dịch vụ người dùng, tập trung vào quản lý, thông tin, hỗ trợ cứu hộ, vận tải công cộng, thanh toán điện tử, hiệu quả xe thương mại và an toàn giao thông. Bài toán đặt ra là làm sao để việc vận hành phương tiện giao thông được an toàn, hiệu quả đặc biệt ở các đô thị lớn. Dữ liệu phân tích TNGT năm 2021 tại TP.HCM cho thấy nhiều vụ tai nạn do “Không chú ý quan sát” và “Không giữ khoảng cách”. Các TNGT này có thể loại trừ nếu có hệ thống giao tiếp thông minh giữa các xe để cảnh báo sớm. Chính vì vậy, việc nghiên cứu hệ thống thu thập thông tin giao thông thông minh là vô cùng quan trọng. Trích dẫn: "Kiến trúc hệ thống giao thông thông minh ITS được triển khai tại Việt Nam bao gồm 07 nhóm dich vụ người dùng (dy thảo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN XXXX:2016)"
1.1. Tổng quan về Hệ Thống Giao Thông Thông Minh ITS
Hệ thống giao thông thông minh (ITS) đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả và an toàn giao thông. Hệ thống này bao gồm nhiều công nghệ và ứng dụng khác nhau, từ giám sát giao thông đến điều khiển giao thông và cung cấp thông tin cho người tham gia giao thông. Mục tiêu chính là tối ưu hóa luồng giao thông, giảm ùn tắc và tai nạn. Các ứng dụng của ITS bao gồm camera giao thông thông minh, cảm biến giao thông và các hệ thống LED hiển thị giao thông để cung cấp thông tin thời gian thực cho người lái xe. Việc tích hợp các công nghệ này giúp tạo ra một môi trường giao thông an toàn và hiệu quả hơn. Đồng thời, việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet of Things (IoT) trong giao thông cũng đang mở ra những tiềm năng mới cho sự phát triển của hệ thống giao thông thông minh.
1.2. Vai trò của Camera và LED trong Hệ Thống ITS
Trong hệ thống giao thông thông minh (ITS), camera giao thông thông minh và LED hiển thị giao thông đóng vai trò then chốt trong việc thu thập và truyền tải thông tin. Camera giao thông thông minh được sử dụng để giám sát giao thông, thu thập dữ liệu giao thông và nhận diện biển số xe (ANPR). Dữ liệu này được phân tích để cung cấp thông tin về lưu lượng giao thông, tình trạng đường xá và các sự cố giao thông. LED hiển thị giao thông được sử dụng để hiển thị thông tin này cho người lái xe, giúp họ đưa ra quyết định thông minh và an toàn hơn. Sự kết hợp giữa camera và LED tạo thành một hệ thống giao tiếp V2I (Vehicle-to-Infrastructure) hiệu quả, góp phần nâng cao an toàn giao thông và giảm thiểu ùn tắc.
1.3. Ứng dụng Trí Tuệ Nhân Tạo AI trong Hệ Thống ITS
Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI) đã mở ra những cơ hội mới cho việc cải thiện hệ thống giao thông thông minh (ITS). Ứng dụng AI trong giao thông bao gồm phân tích lưu lượng giao thông, dự đoán tình trạng giao thông, và điều khiển đèn tín hiệu giao thông thông minh. Các thuật toán AI có thể xử lý lượng lớn dữ liệu từ camera giao thông thông minh và cảm biến giao thông để đưa ra các quyết định tối ưu, giúp giảm ùn tắc và cải thiện hiệu quả giao thông. Ngoài ra, AI còn được sử dụng trong các hệ thống cảnh báo sớm và hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn, giúp người lái xe tránh được các tình huống nguy hiểm và giảm thiểu tai nạn.
II. Thách Thức An Toàn Giao Thông Giải Pháp Camera LED
Hiện nay, hệ thống “Hỗ trợ lái xe an toàn” đang được nghiên cứu nhưng chưa khẳng định tính hiệu quả rõ nét. Giao tiếp thông tin về giao thông giữa các xe là rất cần thiết. Sự phát triển của camera, vi xử lý và công nghệ AI, Machine Learning (ML) đang phát triển mạnh. Hệ thống giao tiếp giữa các phương tiện giao thông sử dụng Camera (VOCC) dần chiếm ưu thế do tính tương thích thiết bị phần cứng. Hệ thống giao tiếp LED-Camera là một trong các nhóm giải pháp cụ thể nhằm cung cấp cho dịch vụ Hỗ trợ lái xe an toàn của hệ thống ITS, hỗ trợ người lái xe tự động nhận diện được hành vi của xe phía trước, có tác động cảnh báo người lái xe như một hệ hỗ trợ ra quyết định. Trích dẫn: "Hệ thống giao tiếp giao thông LED- Camera này là một trong các nhóm giải pháp cụ thể nhằm cung cấp cho dịch vụ Hỗ trợ lái xe an toàn của hệ thống ITS nhằm hỗ trợ người lái xe trong việc tự động nhận diện được hành vi của xe phía trước"
2.1. Các Hạn Chế Của Hệ Thống Hỗ Trợ Lái Xe Hiện Tại
Mặc dù có nhiều hệ thống “Hỗ trợ lái xe an toàn” đang được nghiên cứu, nhưng tính hiệu quả của chúng vẫn chưa được khẳng định rõ nét. Các hệ thống này thường dựa trên các công nghệ như sóng ngắn (RF, Zigbee, Bluetooth), nhưng vẫn còn nhiều hạn chế về phạm vi, độ tin cậy và khả năng tương thích. Một trong những thách thức lớn nhất là việc truyền tải thông tin giữa các xe một cách nhanh chóng và chính xác, đặc biệt trong các điều kiện giao thông phức tạp. Do đó, cần có những giải pháp mới, hiệu quả hơn để cải thiện an toàn giao thông và giảm thiểu tai nạn.
2.2. Ưu điểm của Giao Tiếp LED Camera VOCC cho An Toàn
Hệ thống giao tiếp LED-Camera (VOCC) đang nổi lên như một giải pháp tiềm năng cho an toàn giao thông, nhờ vào tính tương thích với thiết bị phần cứng đã được trang bị rộng rãi trên xe ô tô. VOCC tận dụng camera và đèn LED có sẵn để truyền tải thông tin giữa các phương tiện, giúp giảm chi phí và đơn giản hóa việc triển khai. Hệ thống này có thể được sử dụng để cảnh báo về các tình huống nguy hiểm, chia sẻ thông tin về lưu lượng giao thông và hỗ trợ lái xe tự động. Việc sử dụng chung hệ thống phần cứng sẵn có được xem là xu hướng hiện nay vì mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Hệ thống VOCC còn có ưu điểm là không phụ thuộc vào mạng truyền dẫn viễn thông, giúp đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của hệ thống.
2.3. Ứng dụng VOCC hỗ trợ ra quyết định cho lái xe an toàn
Hệ thống giao tiếp LED-Camera (VOCC) có thể cung cấp thông tin quan trọng cho người lái xe, giúp họ đưa ra quyết định thông minh và an toàn hơn. Thông tin này có thể bao gồm cảnh báo về các tình huống nguy hiểm, thông tin về lưu lượng giao thông, và hướng dẫn đường đi. Hệ thống có thể tự động nhận diện được hành vi của xe phía trước để kịp thời có ứng xử phù hợp, kể cả bao gồm việc có tác động cảnh báo người lái xe như một hệ hỗ trợ ra quyết định (iDSS) để giảm bớt áp lực cho người lái xe cũng như hỗ trợ phản ứng kịp thời trong những tình huống không mong đợi (như thắng gấp, rẽ hướng đột ngột hoặc thậm chí chuyền tiếp thông điệp từ xe phía trước nữa về các vấn đề giao thông mà xe sau không nhận định được do bị che khuất tầm nhìn - như nguyên nhân kẹt xe).
III. Phương Pháp Thu Thập Dữ Liệu Thông Minh LED Camera hiệu quả
Hướng nghiên cứu được đề xuất là thu thập dữ liệu thông qua hệ thống giao tiếp LED-Camera giữa các xe một cách độc lập, an toàn, không phụ thuộc vào mạng truyền dẫn viễn thông. Từ các tín hiệu thu nhận được tự động và liên tục sẽ được chuyển đổi lại thành những thông điệp giao tiếp, giúp người lái xe phát hiện được xu hướng, nhu cầu hành trình của xe phía trước, tiếp nhận đầy đủ các cảnh báo từ xe phía trước một cách chủ động, góp phần đảm bảo an toàn giao thông. Lợi thế lớn nhất là sự tương thích với phần cứng phổ dụng trên xe và các hệ thống hỗ trợ an toàn giao thông. Camera và vi xử lý mạnh dùng cho hệ thống thu thập dữ liệu này hoàn toàn có thể dùng cho hệ thống giao tiếp. Cùng một video nguồn, ta có thể làm cả công việc nhận diện vật thể và nhận diện tín hiệu đèn LED. Trích dẫn: "Hướng nghiên cứu được đề xuất trong đề tài này là thu thập dữ liệu thông qua hệ thống giao tiếp LED — Camera giữa các xe một cách độc lập, an toàn, không phụ thuộc bởi mạng truyền dẫn viễn thông (giải quyết các vấn đề realtime cũng như không bị phụ thuộc và không bị kiểm soát bởi hệ thống mạng internet)"
3.1. Thiết kế hệ thống LED Camera độc lập và an toàn
Hệ thống thu thập dữ liệu giao thông thông qua giao tiếp LED-Camera cần được thiết kế để hoạt động độc lập và an toàn. Điều này có nghĩa là hệ thống không nên phụ thuộc vào mạng truyền dẫn viễn thông, mà nên dựa trên các giao thức và thuật toán riêng để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy. Ngoài ra, cần có các biện pháp bảo mật để ngăn chặn việc truy cập trái phép và bảo vệ dữ liệu cá nhân. Hệ thống camera giám sát phải được thiết kế để đảm bảo quyền riêng tư của người tham gia giao thông. Việc sử dụng cảm biến giao thông và hệ thống cảnh báo sớm cũng cần được thực hiện một cách cẩn thận để tránh gây ra sự nhầm lẫn hoặc hoảng loạn.
3.2. Chuyển đổi tín hiệu LED thành thông điệp giao tiếp hữu ích
Một trong những thách thức lớn nhất của hệ thống giao tiếp LED-Camera là chuyển đổi tín hiệu LED thành các thông điệp giao tiếp hữu ích. Điều này đòi hỏi việc thiết kế các giao thức và thuật toán mã hóa hiệu quả, có khả năng truyền tải thông tin một cách nhanh chóng và chính xác. Thông điệp có thể bao gồm các cảnh báo về các tình huống nguy hiểm, thông tin về lưu lượng giao thông, và hướng dẫn đường đi. Việc sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và Machine Learning (ML) có thể giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác của quá trình chuyển đổi tín hiệu.
3.3. Lợi ích của việc sử dụng phần cứng sẵn có trên xe
Việc tận dụng phần cứng sẵn có trên xe ô tô, như camera và đèn LED, mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống giao tiếp LED-Camera. Thứ nhất, nó giúp giảm chi phí và đơn giản hóa việc triển khai. Thứ hai, nó đảm bảo tính tương thích và khả năng tích hợp với các hệ thống khác trên xe. Cuối cùng, nó cho phép tận dụng các tiến bộ trong công nghệ camera và LED để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Camera và vi xử lý mạnh dùng cho hệ thống thu thập dữ liệu này hoàn toàn có thể dùng cho hệ thống giao tiếp. Từ cùng một video nguồn, ta có thể làm cả công việc nhận diện vật thể và nhận diện tín hiệu đèn LED.
IV. Ứng Dụng AI Nhận Diện Tín Hiệu LED phục vụ An Toàn
Với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo, các hệ thống phát hiện vật thể và thu thập dữ liệu hỗ trợ an toàn giao thông sẽ được cài đặt trên mọi xe trong tương lai gần. Camera và các bộ vi xử lý mạnh dùng cho hệ thống thu thập dữ liệu này hoàn toàn có thể dùng cho hệ thống giao tiếp. Từ cùng một video nguồn, ta có thể làm cả công việc nhận diện vật thể và nhận diện tín hiệu đèn LED. Ngoài ra, hệ thống thu thập dữ liệu và hệ thống giao tiếp có rất nhiều các bước chung về phát hiện vật thể, do đó sẽ rất thuận lợi để phát triển phần mềm sử dụng chung cho mục đích giao tiếp và thu thập dữ liệu.
4.1. Phát triển phần mềm nhận diện tín hiệu LED chính xác
Việc phát triển phần mềm nhận diện tín hiệu LED chính xác là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả của hệ thống giao tiếp LED-Camera. Phần mềm này cần có khả năng xử lý các yếu tố gây nhiễu như ánh sáng môi trường, khoảng cách và góc nhìn. Các thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI) và Machine Learning (ML) có thể được sử dụng để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của quá trình nhận diện. Ngoài ra, cần có các biện pháp để đảm bảo tính bảo mật và an toàn của phần mềm.
4.2. Tích hợp hệ thống nhận diện LED vào hệ thống lái xe an toàn
Sau khi phát triển thành công phần mềm nhận diện tín hiệu LED, cần tích hợp nó vào hệ thống lái xe an toàn. Điều này đòi hỏi việc thiết kế các giao diện và giao thức giao tiếp hiệu quả, có khả năng truyền tải thông tin một cách nhanh chóng và chính xác. Hệ thống cần có khả năng cảnh báo người lái xe về các tình huống nguy hiểm và hỗ trợ họ đưa ra quyết định thông minh và an toàn hơn. Ngoài ra, cần có các biện pháp để đảm bảo tính bảo mật và an toàn của hệ thống.
4.3. Ứng dụng hệ thống nhận diện LED trong giao thông tự hành
Hệ thống nhận diện tín hiệu LED cũng có thể được ứng dụng trong giao thông tự hành. Trong tương lai, xe tự lái sẽ cần có khả năng giao tiếp với các phương tiện khác và với cơ sở hạ tầng giao thông. Hệ thống giao tiếp LED-Camera có thể cung cấp một kênh giao tiếp hiệu quả và đáng tin cậy, giúp xe tự lái đưa ra các quyết định thông minh và an toàn hơn. Điều này có thể giúp giảm thiểu tai nạn và cải thiện hiệu quả giao thông.
V. Kết quả Nghiên Cứu Đánh Giá Hệ Thống Thu Thập LED Camera
Đề tài nghiên cứu và thiết kế một bảng LED với các thông số về kích thước, hình dạng, cách bố trí kịch bản hiển thị nhóm LED, màu sắc, cường độ sáng của LED sao cho việc truyền tín hiệu được tối ưu, phù hợp các điều kiện ánh sáng khác nhau của môi trường và thiết lập khác nhau của Camera. Thu thập bộ dữ liệu phục vụ các vấn đề thu nhận thông tin (information retrieval) trong hệ thống giao tiếp. Đề xuất ra các thuật toán dựa trên học sâu để thu nhận thông tin trong hệ thống giao tiếp LED-Camera cho các phương tiện giao thông. Trích dẫn: "Nghiên cứu và thiết kế một bảng LED và với các thông số về kích thước, hình dạng, cách bố trí kịch bản hiển thị nhóm LED, màu sắc, cường độ sáng của LED sao cho việc truyền tín hiệu được tối ưu"
5.1. Thiết kế phần cứng hệ thống giao tiếp Camera Led theo chuẩn
Thiết kế phần cứng cho hệ thống giao tiếp Camera — Led theo các tiêu chuẩn về giao thông quốc gia. Thực hiện thu thập dữ liệu thực tế trên các tuyến đường đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh. Dữ liệu đáp ứng yếu tố khách quan, được thu thập ở các điều kiện khác nhau về khoảng cách giữa Camera và Led, gán nhãn dữ liệu, tạo bộ data huấn luyện và thấm định. Vận dụng các kiến thức đã học trong chương trình sau đại học vào luận văn như áp dụng các thuật toán tiên tiến liên quan xử lý hình ảnh, sử dụng kết hợp các mô hình phát hiện đối tượng hiện có để phát hiện bảng Led và các Bit thuộc đối tượng bảng Led.
5.2. Đánh giá hiệu suất hệ thống trong điều kiện thực tế
Việc đánh giá hiệu suất của hệ thống trong điều kiện thực tế là rất quan trọng để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của hệ thống. Các thử nghiệm cần được thực hiện trong các điều kiện giao thông khác nhau, với các loại xe khác nhau và trong các điều kiện thời tiết khác nhau. Các chỉ số hiệu suất cần được đo lường bao gồm độ chính xác nhận diện tín hiệu LED, tốc độ truyền tải thông tin, và độ tin cậy của hệ thống. Kết quả của các thử nghiệm sẽ giúp xác định các điểm mạnh và điểm yếu của hệ thống, và từ đó đưa ra các cải tiến cần thiết.
VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Hệ Thống Giao Tiếp LED Camera
Luận văn đã áp dụng các thuật toán tiên tiến liên quan xử lý hình ảnh, sử dụng kết hợp các mô hình phát hiện đối tượng hiện có để phát hiện bảng LED và các Bit thuộc đối tượng bảng LED. Thử nghiệm và đánh giá kết quả đạt được. Kết quả cho thấy hệ thống có tiềm năng ứng dụng trong thực tế để cải thiện an toàn giao thông và hiệu quả giao thông. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để hệ thống có thể được triển khai rộng rãi.
6.1. Các thách thức và cơ hội phát triển hệ thống LED Camera
Mặc dù hệ thống giao tiếp LED-Camera có nhiều tiềm năng, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để hệ thống có thể được triển khai rộng rãi. Một trong những thách thức lớn nhất là việc đảm bảo tính bảo mật và an toàn của hệ thống. Ngoài ra, cần có các tiêu chuẩn và quy định rõ ràng để đảm bảo tính tương thích và khả năng tích hợp với các hệ thống khác. Tuy nhiên, cũng có nhiều cơ hội để phát triển hệ thống, như việc tích hợp với các công nghệ mới như 5G và IoT, và việc mở rộng ứng dụng của hệ thống sang các lĩnh vực khác như logistics và vận tải công cộng.
6.2. Đề xuất hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai
Trong tương lai, cần tập trung vào việc cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống nhận diện tín hiệu LED. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI) và Machine Learning (ML) tiên tiến hơn, và bằng cách thu thập thêm dữ liệu để huấn luyện hệ thống. Ngoài ra, cần nghiên cứu các phương pháp mã hóa tín hiệu LED hiệu quả hơn, để tăng tốc độ truyền tải thông tin và giảm thiểu lỗi. Cuối cùng, cần nghiên cứu các ứng dụng mới của hệ thống, như việc tích hợp với các hệ thống cảnh báo sớm và hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn.
