Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài: Đất nước chúng ta hiện nay đang có một nền kinh tế có tốc độ phát triển nhanh nhất thế giới, theo đó có nghĩa là công việc phải luôn thay đổi hoặc phát triển theo phù hợp nhu cầu chung của xã hội. Trong đó giao thông là một trong những nhu cầu cơ bản của con người, đặc biệt là trong một xã hội phát triển nhanh, nhu cầu di chuyển của con người hoặc sự lưu thông của hàng hóa gần như là nhu cầu hàng đầu. Sự phát triển này đã vượt quá sự phát triển của cầu đường, từ đó dẫn đến nhiều khủng hoảng gây ảnh hưởng đến tính tiện nghi thậm chí tính mạng người tham gia giao thông. Trong khoảng thời gian thực hiện đề tài này một vấn đề liên quan được xã hội quan tâm ngay lập tức đã thể hiện điều đó.
Với từ khóa “container đâm phải xe Innova lùi trên đường cao tốc ngày 10/05/2018” [1]. Chúng ta có thể có hàng trăm kết quả xuất hiện ngay và vụ việc đến hôm nay khi kết thúc luận văn này vẫn chưa có một kết luận cụ thể, nhưng có thể khẳng định là việc xác định các phương tiện có khả năng va chạm và đưa ra sự cảnh báo cho người điều khiển phương tiện là hết sức cần thiết và cấp bách.1: Container đâm phải xe con trên đường cao tốc 1 Luan van Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là lĩnh vực điều khiển tự động ý tưởng về một hệ thống giao thông thông minh đã được thảo luận trong vài thập kỷ trở lại đây. Một trong những hệ thống đầu tiên và được tập trung nghiên cứu đó là hệ thống giao thông thông minh (IOT) dựa trên nền tảng chính đó là C2X (V2V: Vehicle-To- Vehicle, giao tiếp thông qua mạng không dây giữa hai phương tiện) và C2C (Car to car hay còn được gọi là V2I: Vehicle to infrastructure), giao tiếp qua mạng không dây giữa phương tiện và các hệ thống phát sóng hay máy chủ tích hợp trên đường. Hệ thống giao tiếp thông minh giữa các phương tiện đang được nghiên cứu và phát triển rộng khắp trên toàn thế giới.
Ở Việt Nam vài năm gần đây hệ thống cũng đã được quan tâm và bắt đầu nghiên cứu. Hệ thống giao tiếp các phương tiện sử dụng các sóng ngắn thông thường ở băng thông 75 MHz và băng tần 5,9 GHz là công cụ chính để trao đổi thông tin, xử lý dữ liệu. Trong tình hình nước ta hiện nay có đến 45 triệu xe máy đã được lưu hành chính thức góp phần đưa Việt Nam thành quốc gia có số lượng xe máy hàng đầu trên thế giới (số liệu năm 2016). Trong khi đó báo cáo hàng năm của các phòng cảnh sát giao thông đường bộ tại hai thành phố lớn là thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội cho thấy có đến 70% số lượng tai nạn là liên quan đến xe máy.
Số lượng xe máy vốn đã đông và vẫn chưa có dấu hiệu suy giảm ngay cả báo cáo định hướng của bộ giao thông thì đến năm 2020 số lượng xe máy vẫn sẽ vượt trên 30 triệu chiếc trên khoảng một trăm triệu dân. Các ứng dụng giao thông thông minh hiện nay hầu hết các nghiên cứu lại tập trung đến ô tô con hoặc các cấu trúc thông minh như thu phí tự động…v v mà chưa quan tâm đến phương tiện chiếm số đông là xe gắn máy. Đặc biệt trong điều kiện đường xá nhỏ và lưu lượng xe máy phức tạp như điều kiện tại Việt Nam tai nạn giao thông là điều không thể tránh khỏi. Vì vậy một thiết bị hỗ trợ cho người lái xe gắn máy là cần thiết nên tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu là : “Nghiên cứu hệ thống cảnh báo hỗ trợ an toàn xe máy dựa trên hệ thống C2X”.2 Tình hình nghiên cứu: 1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước: 2 Luan van Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Với sự phát triển nhanh của xã hội các thành phố giao thông ngày càng trở nên ùn tắc.
một số liệu đã chỉ ra rằng các phương tiện phục vụ giao thông cho các thành phố cho toàn thế giới thải ra 75% khí thải ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính, dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng cho hệ sinh thái toàn cầu [2]. Chưa kể đến những nguồn tài nguyên khác cũng bị ảnh hưởng như là nguyên liệu hóa thạch đang bị bào mòn bởi hàng triệu giờ kẹt xe mỗi năm, thời gian lãng phí của người tham gia giao thông. Vì lãng phí thời gian nên ai cũng vội vã khi tham gia giao thông gây nên mất an toàn cho người tham giao thông. Một số liệu cụ thể [3] là thành phố Curtiba của Brazil, một thành phố rất đông đúc và văn minh có đến 45 % dân số tham gia giao thông bằng xe buýt nhưng cứ 3 ngày lại có một vụ tai nạn liên quan đến xe buýt xảy ra.
Cùng với nhu cầu sống càng cao, người dân càng ngày càng sỡ hữu nhiều thiết bị thông minh, nên một thành phố thông minh là không còn là mơ ước nữa. Xét đến hiện tại tại Việt Nam đường xá phát triển không theo kịp mức phát triển của xã hội nên kẹt xe và tai nạn là hai vấn đề như “việc hằng ngày” và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống của người dân cũng như môi trường. Ý tưởng hệ thống giao thông thông minh vốn không phải là một ý tưởng mới nhưng vì sự hạn chế của khoa học kỹ thuật, cụ thể là điện – điện tử, đã làm cho ý tưởng này chưa được cụ thể hóa. Vài năm nay khi khoa học phát triển ý tưởng này đã được nghiên cứu và ứng dụng thực tế dựa trên sự giao tiếp bằng sóng vô tuyến tầm ngắn Wifi dựa trên chuẩn giao tiếp IEEE 802( Kyriazis và cộng sự [4]) cho thành phố Madrid, Tây Ban Nha.
Nhưng đây là một biện pháp chưa triệt để vì chỉ tập trung vào các tuyến xe buýt và thời gian cụ thể hoàn thành 1 chặn xe buýt nhưng phải tiêu tốn 10 triệu Euro cho 1 năm hoạt động [3]. Calin Cara và cộng sự [5] đã mô phỏng thành công hệ thống cảnh báo an toàn hỗ trợ cho người lái dựa trên mô hình Car2X. Bên cạnh đó, Gerard Aguilar Ubiergo và cộng sự [6] đã nghiên cứu hành vi của các xe khi phải di chuyển chậm trong lúc kẹt xe từ đó đã mô phỏng thành công mô hình lái xe “xanh” áp dụng trong giờ cao điểm tiết kiệm được 8% nhiên liệu tiêu thụ và 15% thời gian chờ đợi. Sophie Billicsich [7] và cộng sự cũng đã mô phỏng một mô hình an toàn cho người đi xe gắn máy với hệ thống 3 Luan van Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng C2X dựa trên nghiên cứu các vụ va chạm xe máy và chỉ xa rằng hệ thống có thể đáp ứng tối thiểu 369m, 478m ở nông thôn và 1118 m nếu chỉ giao tiếp giữa các xe gắn máy với nhau, mô phỏng chỉ ra là có thể giảm đc 80% nguy cơ tai nạn so với các mô hình giao tiếp giữa các phương tiện khác.
Emmanuel Ndashimye và cộng sự [8] từ đại học Auckland, New Zealand đã chỉ ra rằng hệ thống V2I (một giao thức nhỏ trong C2X) là khả thi hơn so với các hệ thống khác trong việc kết nối phương tiện với cơ sở hạ tầng và phù hợp để phát triển với các công nghệ trong tương lai điển hình là công nghệ 5G. Dong Ngoduy [9] và cộng sự thì đã mô phỏng hoàn chỉnh một mô hình hệ thống giao thông chung dựa trên chuẩn kết nối C2X. Giờ đây nếu kết nối được các thiết bị trong thành phố thành thành phố thông minh thì sẽ có rất nhiều hướng phát triển và rất nhiều tiện ích có thể được ra đời như hệ thống cảnh báo an toàn khi có chướng ngại vật, cưỡng bức xe dừng khi đèn đỏ, tránh đường cho xe cấp cứu hay xe cứu hỏa, lựa chọn phương án di chuyển ưu việt nhất cho giờ cao điểm. Một dự án đang được nhiều nước phát triển là hệ thống IOT (Internet of Things) ý tưởng kết nối tất cả đèn giao thông các phương tiện giao thông, nhưng cụ thể thì vẫn chưa có một công trình nào cụ thể được xuất bản [3] Liu Zhenyu và cộng sự [10] đã nghiên cứu thành công hệ thống giao tiếp giữa xe để cảnh báo an toàn cho người đi bộ qua đường thống cảnh báo qua điện thoại thông minh nhưng hệ thống này khá không ổn định khi phụ thuộc vào điện thoại thông minh, điển hình là khi thiết bị này không còn năng lượng.
Batos và cộng sự cũng đã đề xuất được số lượng cảm biến và bước nhảy cần thiết để hiện thực hóa một mô hình thành phố thông minh nhưng phương pháp cũng như tính thực tế của đề tài thì chưa được đề cập đến [3]. Zeeshan Hameed Mir và cộng sự thì lại mô hình được hệ thống giao tiếp của các phương tiện để tìm ra sự khác biệt giữa các mô hình giao tiếp hiện có [11]. Apratim Choudhury và cộng sự [12] cũng đã mô phỏng bằng Matlab và Ns3 một mô hình giao thông sử dụng hệ thống kết nối các xe để tính toán tốc độ cho tất cả các xe di chuyển trong một khu vực cụ thể và đã thành công. Ami Munshi và cộng sự [13] đã kết hợp thành công rada (DS-CDMA) vào các xe có sử dụng 4 Luan van Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng C2X nhưng những ứng dụng có ích liên quan đến radar trên thì chưa được thực hiện.
Felipe Jiménez và cộng sự [14] đã nghiên cứu và đề xuất hệ thống (ADAS) giúp lái xe an toàn, bên cạnh đó hệ thống này còn tác dụng vào chân ga nhằm giảm tốc độ khi đến những khu vực nghi ngờ có sự cố. Bing Liu và cộng sự [15] đã đề xuất thuật toán (CACC- VI) nhằm cải thiện số lượng xe qua ngã tư đèn một cách tối ưu sử dụng hệ thống V2X. Schünemann và cộng sự[16] đã sử dụng VSimRTI để mô phổng hệ thống V2X, mô phỏng này thể hiện được nhiều mặt linh hoạt cũng như dễ dàng kết nối với các mô phỏng khác. Christian Weiß [17] đã giới thiệu hệ thống SimTD, một hệ thống mô phỏng chuẩn bị khi các xe được đưa vào thực tế sử dụng.
Masao Fukushima [18] đã mô hình tất cả các ứng dụng khả thi có thể ứng dụng vào hệ thống C2X, nhằm tăng tính an toàn khi lái xe ở Nhật Bản. Chekkouri và cộng sự[19] đã nghiên cứu và chỉ ra các mặt hạn chế và tích cực của hệ thống kết nối các xe từ đó đề ra phương án cải thiện.