Chương I trình bày tổng quan về ITS và sẽ tập trung vào công nghệ truyền thông giữa phương tiện với mọi thứ (V2X) với mong muốn tóm tắt mô hình truyền thông tin và quy định liên quan, những hoạt động này rất quan trọng đối với sự thành công của bất kỳ công nghệ mới nổi nào. Trọng tâm là hệ thống đầu – cuối: Ăng-ten, bộ thu phát và các bộ chuyển đổi từ tương tự sang số hay số sang tương tự là một trong những điểm chính trong phát triển của hệ thống giao thông thông minh. Giới thiệu về công nghệ V2X trong hệ thống giao thông thông minh 1. Ý tưởng ra đời công nghệ V2X Mạng lưới đường bộ là một trong những bộ phận lớn nhất của cơ sở hạ tầng mà các thành phố và các cơ quan giao thông vận tải phải quản lý.
Trong thập kỷ qua, dân số gia tăng đã khiến mức độ giao thông đô thị và những tác động tiêu cực mà chúng mang lại cho các thành phố tăng lên, gây áp lực lớn lên cơ sở hạ tầng đường bộ và các cơ quan chức năng. Tình trạng giao thông quá tải và tắc nghẽn ở các thành phố làm giảm chất lượng cuộc sống ở khu vực đô thị từ việc người dân ít có không 15 gian để đi bộ, đạp xe đến việc mức độ ô nhiễm gia tăng, chất lượng không khí xấu đi. Tình hình giao thông trong đại dịch COVID-19 đã cho thấy việc thay đổi tư duy và thói quen của người dân có thể khó khăn như thế nào. Chỉ khi tỷ lệ nhiễm COVID-19 ở đỉnh cao, mức độ tham gia giao thông mới giảm đáng kể, chất lượng không khí ở các trung tâm kinh tế và đô thị được cải thiện.
Nhưng khi dịch lắng xuống, xu hướng giao thông đông đúc và tắc nghẽn quay trở lại nhanh chóng và trong một số trường hợp, vượt quá mức trước đại dịch, lượng người đi phương tiện giao thông công cộng vẫn chưa trở lại bình thường, nhiều người tham gia giao thông bằng phương tiện cá nhân, làm trầm trọng thêm tình trạng tắc nghẽn. Các giải pháp công nghệ quản lý giao thông đã phát triển một chặng đường dài, đáp ứng nhu cầu cụ thể của các thành phố và thúc đẩy toàn cầu hướng tới các hệ sinh thái giao thông kết nối và bền vững hơn. Sự ra đời của các công nghệ mới như máy học và V2X (Vehicle-to- everything), tích hợp các công nghệ này vào các phương tiện, cơ sở hạ tầng và nền tảng quản lý giao thông, đã giúp giải bài toán quản lý giao thông, từ việc cải thiện mạng lưới giao thông đến thay đổi cách các thành phố được quy hoạch và phát triển. Những giải pháp này đang có tác động cả ngắn hạn và dài hạn đến quy hoạch giao thông và đô thị, giúp các cơ quan giao thông đối phó với các sự kiện giao thông, xác định các xu hướng và mô hình cần thiết để hỗ trợ việc đi lại.
Công nghệ và hình thức di chuyển thông minh trong tương lai 1. Khái niệm về V2X Thuật ngữ “V2X” (vehicle-to-everything) đề cập đến giao tiếp không dây giữa phương tiện với mọi thứ. Hệ thống V2X nhằm cải thiện sự an toàn, thoải mái và tiện lợi của xe bằng cách cho phép chúng giao tiếp với hầu hết mọi thứ có thể được kết nối. Giao tiếp V2X vượt ra khỏi hệ thống cảm biến và nhận biết an toàn chủ động có sẵn trên nhiều phương tiện hiện nay, hỗ trợ các tính năng như giữ làn đường và tránh va chạm dựa trên dữ liệu từ radar, camera, cảm biến siêu âm.
Trong truyền thông V2X, các phương tiện có thể nhận được tín hiệu truyền không dây từ các phương tiện đang di chuyển khác, từ tín hiệu giao thông, từ mạng báo cáo thời tiết và thậm chí từ người đi xe đạp 17 và người đi bộ để hiểu rõ hơn và tương tác với thế giới xung quanh. Hiện tại có hai tiêu chuẩn chính cho V2X: 1. Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) 802.11p xác định truy cập không dây trong môi trường xe cộ (WAVE) bao gồm các thiết bị liên lạc tầm ngắn (DSRC) chuyên dụng trong xe cộ và các đơn vị bên đường (RSU). Đây là bản sửa đổi đối với các tiêu chuẩn mạng không dây (Wi-Fi) phổ biến 802.
DSRC hoạt động ở băng tần 5,9 gigahertz (GHz) với băng thông 75 megahertz (MHz) và phạm vi hoạt động xấp xỉ 1. Quá trình phát triển dài hạn của mạng di động dành cho phương tiện di động đến mọi thứ (C-V2X) (LTE): C-V2X được thiết kế để hỗ trợ an toàn chủ động và giúp nâng cao nhận thức tình huống bằng cách phát hiện và trao đổi thông tin bằng cách sử dụng đường truyền trực tiếp có độ trễ thấp trong 5,9 GHz Thông minh Băng tần Hệ thống Giao thông vận tải (ITS) dành cho các tình huống V2V, V2I và phương tiện giao thông đến người đi bộ (V2P) mà không cần đăng ký di động hoặc bất kỳ hỗ trợ mạng nào. C-V2X được xác định bởi các thông số kỹ thuật Phiên bản 14 của Dự án Đối tác Thế hệ Thứ ba (3GPP), bao gồm liên lạc trực tiếp dựa trên PC5, với lộ trình phát triển rõ ràng hướng tới Đài phát thanh Mới 5G (5GNR). Ngày nay, các sản phẩm dựa trên IEEE 802.11p đã có mặt trên thị trường.
Nhiều phương tiện ngày nay đã được trang bị công nghệ IEEE 802. Ngược lại, C-V2X chỉ mới bắt đầu tham gia vào lĩnh vực ô tô. Với sức mạnh của hệ sinh thái di động ngày nay, C-V2X rất có thể sẽ trưởng thành nhanh chóng. Có thể có những ưu và nhược điểm đối với cả hai công nghệ, nhưng cuối cùng thì sự kết hợp giữa sở thích của người tiêu dùng và công nghệ sẽ quyết định mức độ thành công của cả hai công nghệ trong lĩnh vực 5G.
Phân loại các loại hình truyền thông không dây V2X 18 V2V (Vehicle-to-vehicle): Các phương tiện được trang bị công nghệ giữa xe với xe (V2V) sẽ có thể xác định tốc độ, vị trí và hướng của các phương tiện khác trong phạm vi khoảng 300 mét, giúp họ tránh tai nạn thông qua cải thiện nhận thức tình huống tại các điểm mù và giao lộ, khi giao thông đông đúc và trong các tình huống khác mà người lái xe có thể không nhận thức được nguy hiểm sắp xảy ra vì vật cản, thời tiết hoặc địa hình. V2I (Vehicle-to-infrastructure): Công nghệ kết nối phương tiện với mọi cơ sở hạ tầng từ tín hiệu giao thông đến giao cắt với đường sắt và cảnh báo về các điều kiện trên đường, chẳng hạn như xây dựng đường hoặc tắc đường. Ví dụ: có thể sử dụng thông tin V2I để xác định chỗ đậu xe còn trống trong nhà để xe và bãi đậu xe trên đường có đồng hồ đo, có nghĩa là không bao giờ tìm kiếm chỗ đậu xe. Khi các tín hiệu giao thông có thể truyền trực tiếp trạng thái của chúng đến các phương tiện, các phương tiện có thể lập kế hoạch tốc độ của mình tốt hơn khi chúng đến gần.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng này cải thiện lưu lượng giao thông và có thể giảm lượng khí thải tới 15% khi V2X được triển khai rộng rãi. V2N (Vehicle-to-network): Hệ thống V2N kết nối phương tiện với các mạng dựa trên đám mây cung cấp các dịch vụ như cập nhật giao thông và thời tiết theo thời gian thực. Hệ thống V2N có thể sử dụng thông tin về tuyến đường của người lái xe để điều chỉnh nhanh chóng. V2P (Vehicle-to-pedestrian): V2P cho phép giao tiếp trực tiếp giữa xe và người đi bộ trong phạm vi gần.
Trong trường hợp này, người đi bộ sẽ có một ứng dụng trên điện thoại thông minh của họ để giao tiếp với 19 các phương tiện. Cảnh báo có thể là hai hướng; ứng dụng của người đi bộ có thể gửi cảnh báo bằng âm thanh đến người lái xe và hệ thống của người lái xe có thể gửi cảnh báo tương tự đến điện thoại của người đi bộ hoặc cả hai nếu cảm nhận được tình huống nguy hiểm. Trong các tình huống khác, một thiết bị riêng biệt có thể được gắn trên xe lăn của người khuyết tật hoặc xe đạp đường trường của người đi xe đạp. 2: Các loại hình truyền thông không dây V2X 1.
Mô hình hệ thống truyền thông của V2X Hệ thống giao thông thông minh đã phát triển với tốc độ chóng mặt trong những năm gần đây. Công nghệ V2X cũng đang cùng phát triển, với lợi ích là có thể nhận biết những nơi mà camera và radar không thể phát hiện, bù đắp cho các điểm mù nhận thức của ô tô tự động. Các thành phần thiết yếu của ITS [1] được thể hiện trong Hình 1. Các phương tiện có Thiết bị trên xe (OBU) phát các thông báo của riêng chúng, chẳng hạn như Hệ thống giám sát và cảnh báo điểm mù xe ô tô 20 (BSM), mang thông tin như tình trạng lái xe của phương tiện.
Bằng cách nhận tin nhắn từ các OBU gần đó và Đơn vị bên đường (RSU), OBU cảm nhận môi trường xung quanh và sử dụng thông tin này để chạy các ứng dụng (ví dụ: các loại cảnh báo khác nhau, CACC, v. Mô hình hệ thống truyền thông của V2X Hình 1. Các thành phần cơ bản của OBU Các phương tiện sử dụng công nghệ V2X được trang bị OBU, bao gồm một hệ thống định vị, một hệ thống phụ liên lạc vô tuyến và một thiết bị trên xe bao bọc thông tin trạng thái của xe trong một tin nhắn BSM và phát đi. Hệ thống định vị và bus trong xe là nguồn dữ liệu chính, 21 hệ thống định vị cung cấp thông tin về vị trí và trạng thái chuyển động của xe (ví dụ: vĩ độ, kinh độ, tốc độ, gia tốc, v.) và bus trong xe (chủ yếu là Bộ điều khiển mạng khu vực (CAN)) cung cấp thông tin trạng thái khác (ví dụ: tốc độ, khả năng tăng tốc, trạng thái phanh, trạng thái đèn báo rẽ, v.
Đồng thời, OBU nhận tin nhắn V2X thông qua hệ thống phụ liên lạc vô tuyến và cung cấp ứng dụng cụ thể qua CAN hoặc Mạng cục bộ (LAN) tới Giao diện Người-Máy (HMI) [3]. OBU nhận thông tin GPS cũng như V2X thông qua ăng-ten. Giao diện ăng-ten cũng có thể được kết nối trực tiếp với bộ tạo tín hiệu như minh họa trong Hình 1. Trong OBU có thể được tích hợp bởi nhiều loại ăng-ten và cảm biến hoạt động ở các tần số khác nhau, cung cấp khả năng phát hiện, nhận dạng, phân loại và truyền dữ liệu không dây.2 dưới đây sẽ xem xét một số ăng-ten thường được sử dụng, công nghệ và ứng dụng của chúng.