Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Chương 3: Nội dung và phương pháp thực hiện - Chương 4: Chương trình xác định mật độ dòng xe - Chương 5: Kết luận và kiến nghị HV: Phan Châu Vinh MSHV: 11010307 GVHD: TS. Văn Hồng Tấn Trang 7 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng đường ôtô và đường thành phố CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Các nghiên cứu trước đây 2. Các nghiên cứu trong nước: - Năm 2006, Đặng Quang Thạch “Ứng dụng công nghệ định dạng ảnh trong thu thập thông tin về dòng giao thông “, đề tài xây dựng thuật toán xử lý ảnh thực hiện chức năng tự động thu thập dữ liệu về dòng giao thông đáp ứng các yêu cầu nhằm cung cấp các thông tin như lưu lượng, mật độ, chủng loại và tốc độ dòng phương tiện; làm việc được với dòng giao thông hỗn hợp mà thành phần chủ yếu là xe máy như ở Việt Nam; ứng dụng các lý thuyết trong điều khiển tự động như : logic mờ các phương pháp điều khiển tối ưu - nhằm nâng cao độ chính xác của hệ thống.
- Cũng trong năm 2006, Đề tài KHCN cấp Nhà nước “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Tự động hoá trong quản lý, điều hành giao thông đô thị”. Chủ trì: PGS.TS Lê Hùng Lân. Đề tài “Ứng dụng công nghệ định dạng ảnh trong thu thập thông tin về dòng giao thông “ nói trên là một phần nội dung của đề tài KHCN cấp Nhà nước này. - Nội dung về “Ứng dụng công nghệ định dạng ảnh trong thu thập thông tin về dòng giao thông “ trong 02 đề tài nói trên tiếp cận theo hướng so sánh mẫu để nhận dạng đối tượng, bắt bám theo đối tượng khi vào và ra khỏi khung hình từ đó tính toán thông số chuyển động của các đối tượng đó.
Các đối tượng được phân loại dựa trên hình dạng, diện tích, và chu vi đường bao của đối tượng. - Đầu năm 2013, Sở Giao thông vận tải TP HCM đã chấp thuận cho Công ty TNHH Giải pháp công nghệ cao FPT (FTS) triển khai thí điểm giải pháp đếm lưu lượng xe bằng công nghệ camera nhằm phục vụ việc phân luồng giao thông. HV: Phan Châu Vinh MSHV: 11010307 GVHD: TS. Văn Hồng Tấn Trang 8 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng đường ôtô và đường thành phố 2.
Các nghiên cứu ngoài nước: - Năm 1987, Panos G Michalopoulos, Robert Fitch “Development of a wide area vehicle detector through video image processing”, đề cập đến việc phát triển một hệ thống phát hiện phương tiện trên phạm vi rộng thông qua xử lý hình ảnh video camera. Đây là cơ sở để xây dựng hệ thống WADS, được phát triển tại phòng thí nghiệm Jet Propulsion, Mỹ. Hệ thống này có thể phát hiện, đếm và ước lượng tốc độ của xe. Tseng, Ching-Yung Lin, and John R.
Smith, “Real- Time Traffic Monitoring System using Virtual Line Analysis”, đề cập đến việc sử dụng đường thẳng ảo để tạo điều kiện cho việc phát hiện các phương tiện, phân loại các loại xe, theo dõi các phương tiện cá nhân, và sau đó đếm chính xác của số lượng xe, các đường thẳng ảo phát hiện phương tiện khi nó đia qua các ranh giới ảo này. Đây cũng là cơ sở để xây dựng hệ thống giám sát giao thông do IBM phát triển. Kalaiselvi Geetha and R.Ramu “Traffic density estimation, vehicle classification and stopped vehicle detection for traffic surveillance system using predefined traffic videos “ đã thực hiện việc nghiên sử dụng video giao thông đã xử lý kết hợp với thuật toán mô phỏng mạng nowtron (Neural Network) để xác định lưu lượng, phân loại phương tiên và xác định xe dừng. - Ngoài ra, trên thế giới, nhiều hệ thống phân tích hình ảnh thu được từ camera giao thông để xác định các thông số dòng xe và nhiều yếu tố khác đã được nghiên cứu và áp dụng như: Hệ thống TRIP (Anh), Sample Points (Nhật Bản), ACRC (Anh), IMPACT (Anh).Tuy nhiên với đặc thù giao thông đô thị ở nước ta với dòng xe có số lượng xe hai bánh chiếm tỉ lệ lớn, thì việc phân tích hình ảnh để xác định thông số dòng xe hai bánh chưa được tiếp cận nhiều.
Các cơ sở khoa học phục vụ đề tài : 2. Khái niệm mật độ dòng xe – Biểu đồ cơ bản của dòng xe - Mật độ dòng xe là số lượng xe trong một đơn vị quãng đường(xe/km). HV: Phan Châu Vinh MSHV: 11010307 GVHD: TS. Văn Hồng Tấn Trang 9 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng đường ôtô và đường thành phố - Công thức sơ khởi thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng (flow, volume), mật độ (density) và vận tốc theo quản đường trung bình (space mean speed) được thể hiện như sau: Lưu lượng = Mật độ x Vận tốc theo quãng đường trung bình Hay dưới dạng ký hiệu: - Mật độ và Vận tốc theo quãng đường trung bình phụ thuộc vào nhiều thông số bao gồm đặc điểm của tuyến đường, xe cộ, người lái và môi trường xung quanh như thời tiết.
- Ngoài ra còn có công thức khác thể hiện mối tương quan giữa mật độ và thời gian đi trong một đơn vị quản đường như sau: - Mối quan hệ giữa mật độ (xe/km) và lưu lượng tương ứng thông thường được thể hiện qua biểu đồ cơ bản của dòng xe. Khi mật độ trên tuyến đường = 0 thì lưu lượng khi đó cũng = 0. Khi mật độ tăng, lưu lượng tăng. Khi mật độ đạt đến giá trị lớn nhất (jam density), lưu lượng sẽ = 0.
Nếu mật độ gia tăng từ 0, lưu lượng sẽ tăng từ 0 đến giá trị lớn nhất. Nếu mật độ tiếp tục gia tăng, lưu lượng sẽ giảm đến 0 khi mật độ đạt giá trị lớn nhất. Hình dạng của đường cong mật độ, lưu lượng được thể hiện qua hình sau: Hình 2.1: Mối quan hệ Lưu lượng – Mật độ HV: Phan Châu Vinh MSHV: 11010307 GVHD: TS. Văn Hồng Tấn Trang 10 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng đường ôtô và đường thành phố Mối quan hệ toán học giữa các đặc điểm của dòng xe có thể được phân ra làm hai nhóm, vĩ mô và vi mô ((macroscopic và microscopic) phụ thuộc vào phạm vi áp dụng.
Mối quan hệ vĩ mô thể hiện mối tương quan giữa lưu lượng và mật độ trong khi quan hệ vi mô thể hiện khoản cách giữa các xe và vận tốc từng điểm riêng rẽ. Phương pháp vĩ mô chú ý đến toàn bộ dòng xe hơn là từng cá nhân đơn lẻ và phát triển các thuật giải liên quan đến mật độ và lưu lượng, hai phương pháp thường được sử dụng là mô hình Greenshields và Greenberg. Phương pháp vi mô còn có tên gọi là phương pháp xe theo xe (car following model), tính toán khoảng cách giữa các xe liên tiếp. Từ các phân tích và lý thuyết trên, có thể thấy mật độ dòng xe là một đặc điểm quan trọng, đây cũng là đặc điểm được lựa chọn để nghiên cứu trong đề tài này.
Các phương pháp xác định thông số dòng xe phổ biến: 2. Sử dụng thiết bị cảm biến hồng ngoại: - Thiết bị cảm biến hồng ngoại được lắp đặt phía trên hoặc bên mép phần đường xe chạy, sử dụng tia hồng ngoại trong giải tần từ 100 đến 105Ghz, sự thay đổi của năng lượng bức xạ hồng ngoại do ảnh hưởng của bề mặt phải xạ được biến thành tín hiệu điện và được xử lý tại bộ điều khiển để xác định có phương tiện trong vùng giám sát hay không. Có hai dạng cảm biến hồng ngoại được sử dụng phổi biến là chủ động và thụ động Hình 2.2: Cảm biến hồng ngoại chủ động (bên trái) – thụ động (bên phải) HV: Phan Châu Vinh MSHV: 11010307 GVHD: TS. Văn Hồng Tấn Trang 11 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng đường ôtô và đường thành phố 2.
Sử dụng ống cảm ứng áp lực: - Thiết bị ống cảm ứng áp lực được cấu tạo bởi một ống cao su chứa chất lỏng hoặc khí đặt ngang mặt đường, một đầu ống bịt kín và đầu còn lại nối với thiết bị cảm ứng áp suất. Khi xe đi ngang qua khu vực đặt ống, bánh xe cán ngang qua ống, làm biến dạng ống và thay đổi áp suất trong ống, áp suất thay đổi được ghi nhận bởi thiết bị cảm ứng, chuyển thành tín hiệu đưa đến bộ điểu khiển. Bộ điều kiển sẽ đếm số lần bánh xe cán qua, khoảng cách giữa các lần cán, từ đó tính toán được số lượng xe và phân lớp xe. Sử dụng cảm biến điện áp: - Thiết bị cảm biến điện áp được chế tạo dựa trên sự hoạt động của vật liệu, cơ cấu có khả năng chuyển đổi áp lực thành tín hiệu điện.
Khi có xe chạy qua, áp lực do bánh xe tác động lên bề mặt của bộ thiết bị cảm biến điện áp sẽ tao ra tín hiệu đến bộ điều kiển, đếm được sô lần bánh xe cán qua, khoản cách giữa các lần cán, từ đó xác định số lượng xe, chiều dài xe.3: Cấu tạo một thiết bị cảm biến điện áp cơ bản 2. Sử dụng ra đa sóng ngắn: - Thiết bị dò ra đa sóng ngắn ứng dụng hiệu ứng Doppler, là hiệu ứng gây ra sự dịch pha do có sự chuyển động tương đối giữa nguồn phát và bề mặt phản xạ. Thiết bị dò ra đa phát ra chùm sóng ngắn và thu lại sóng phản xạ, sự thay đổi vị trí tương đối giữa nguồn phát và bề mặt phản xạ (xe) gây ra sự thay đổi pha, từ đó phát hiện được xe và vận tốc xe. HV: Phan Châu Vinh MSHV: 11010307 GVHD: TS.
Văn Hồng Tấn Trang 12 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng đường ôtô và đường thành phố 2. Sử dụng cảm biến siêu âm: - Nguyên tắc hoạt động tương tự thiết bị cảm biến ra đa sóng ngắn, nhưng thiết bị dò siêu âm sử dụng sóng siêu âm, sóng có thể liên tục hoặc theo xung, , thiết bị này có thể đo được lưu lượng, thời gian choáng chổ và tốc độ 2. Sử dụng cảm ứng vòng từ: - Vòng từ được cấu tạo bằng một vài vòng dây cách ly được chôn dưới mặt đường, nối với nguồn điện và bộ xử lý. Vòng từ hoạt động dựa trên nguyên tắc biến sự giao đổi của từ trường khi xe đi qua vị trí đặt vòng từ thành tín hiệu để nhận diện sự xuất hiện của xe.
Vòng từ được sử dụng rộng rãi trong việc dò tìm, nhận biết xe, được sử dụng chủ yếu tại các giao lộ có gắn hệ thống điều khiển hiện đại và trên đường cao tốc để phát hiện sự cố giao thông và theo dõi giao thông. Trong chế độ nhận biết xung, vòng dây gửi một tín hiệu ngắn đến bộ dò tìm và hệ thống từ đó đếm lưu lượng.
