CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan Ngày nay, một số lượng lớn các loại ô tô tham gia giao thông làm gia tăng sự quan tâm trong việc phát triển các kỹ thuật truyền thông dành cho xe cộ. Do đó, hệ thống vận tải thông minh (Intelligent Transport System – ITS) đã trở thành lĩnh vực nghiên cứu đầy cuốn hút trong những năm qua. Nhiều công nghệ đã được đề xuất cho ITS nhằm tăng sự an toàn trên các tuyến đường và vận tải hiệu quả, trong đó truyền thông vô tuyến dành cho phương tiện giao thông đã trở thành công nghệ rất quan trọng. Các mạng vô tuyến được chia thành hai dạng là mạng có cơ sở hạ tầng và mạng ad-hoc.
Hầu hết các mạng thông tin vô tuyến ngày nay là mạng có cơ sở hạ tầng bao gồm các mạng di động và mạng LAN không dây trong đó các trạm gốc sẽ quản lý các thiết bị đầu cuối di chuyển trong vùng phủ sóng của chúng. Mặt khác, các mạng di động MANETs (Mobile Ad-hoc Networks) được sử dụng và quản lý mà không cần cơ sở hạ tầng thiết lập trước. Các thiết bị đầu cuối trong MANET sẽ liên lạc trực tiếp với các thiết bị khác mà không thông qua một thiết bị quản lý trung tâm. Mạng VANET là một trường hợp đặc biệt của MANET, cung cấp sự truyền thông giữa các phương tiện gần kề và giữa các phương tiện với các thiết bị cố định gần nó, thông thường được gọi là thiết bị bên đường (Road Side Unit – RSU).
VANET giống MANET với mô hình mạng biến đổi nhanh vì sự di chuyển ở tốc độ cao của các phương tiện. Tuy nhiên, không giống như MANET, tính di động của các phương tiện trong VANET bị ràng buộc bởi các tuyến đường định trước, vận tốc của phương tiện cũng bị ràng buộc theo giới hạn tốc độ, mức độ tắc nghẽn của tuyến đường và các cơ chế điều khiển lưu lượng (như đèn giao thông). Thêm vào đó, các phương tiện giao thông có thể được trang bị thiết bị phát sóng khoảng cách xa hơn, nguồn năng lượng mạnh hơn và có khả năng phục hồi, khả năng lưu trữ cao 2 hơn. Do đó, công suất xử lý và khả năng lưu trữ không phải là vấn đề trong mạng VANET.Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay tình trạng tắc nghẽn giao thông là một vấn đề đang rất được quan tâm không chỉ ở nước ta mà trên toàn thế giới.
Sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện giao thông trong khi hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông chưa thể đáp ứng kịp, đặc biệt là tại các khu vực đô thị lớn. Theo một thống kê [1] từ năm 2000 đến nay số lượng ô tô được sản xuất để đáp ứng nhu cầu của con người là từ 40. Nguyên nhân chính của tình trạng này là do tốc độ đô thị hóa tăng nhanh chóng. Năm 1950 chỉ có 30% dân số sống tại thành thị thì đến năm 2014 con số này là 54%.
Theo ước tính đến năm 2050, số lượng người dân sinh sống tại thành thị sẽ tăng lên 66%, gây ra một áp lực rất lớn về cơ sở hạ tầng giao thông cho khu vực này. Tắc nghẽn giao thông không chỉ là vấn đề nghiêm trọng tại các nước phát triển mà ngay tại các nước đang phát triển tài xế cũng phải tiêu tốn rất nhiều thời gian vì tắc đường. Mexico là thành phố nắm giữ vị trí đầu bảng về một trong những nơi kẹt xe nghiêm trọng nhất trên thế giới trong năm 2016[2]. Với 22 triệu dân cư, các con đường phải tải thêm 59% lượng xe cộ vào giờ cao điểm.
Trung bình các tài xế phải bỏ ra 219 tiếng trong một năm, tương đương với gần 10 ngày đêm vì tắc đường. Tắc nghẽn giao thông còn gây ra tác hại đáng kể cho vấn đề ô nhiễm không khí, 23% lượng khí thải CO2 vào không khí là từ xe cộ, thông qua đó còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Một nghiên cứu chỉ ra rằng trẻ em sống tại khu vực có lưu lượng giao thông cao thì khả năng bị bệnh ung thư cao gấp 6 lần. Tiếng ồn cũng ảnh hưởng lớn đến huyết áp của trẻ em, tắc nghẽn giao thông gây căng thẳng thần kinh, khói bụi tại nơi tắc đường cao gấp 10 lần so với bình thường [3].
3 Trước thực trạng trên, hệ thống ITS đã được triển khai thử nghiệm tại nhiều nơi trên thế giới. Người Mỹ đã bắt đầu nghiên cứu hệ thống ITS từ những đầu những năm 1970, sau đó Châu Âu và Nhật Bản cũng bắt tay vào nghiên cứu và hình thành 3 luồng nghiên cứu ITS chính trên thế giới. Ngoài ra, một số nước cũng quan tâm và nghiên cứu có thể kể đến như Hàn Quốc, Trung Quốc, Singapore…Hội nghị ITS thế giới được tổ chức thường niên luân phiên tại 3 vùng châu Âu, châu Á và Mỹ [4]. ITS sử dụng các tiến bộ của công nghệ thông tin và viễn thông để liên kết giữa con người, hệ thống đường giao thông và phương tiện giao thông lưu thông trên đường thành một mạng lưới thông tin và viễn thông phục vụ cho việc lưu thông tối ưu trong đô thị cũng như đường cao tốc.
ITS bao gồm: Con người, phương tiện tham gia giao thông, cơ sở hạ tầng giao thông là các thành phần chính của hệ thống, được liên kết chặt chẽ với nhau nhằm bảo đảm cho hệ thống giao thông đạt các mục tiêu sau: Giúp hoàn thiện kết cấu hạ tầng đường bộ và xử lý khẩn cấp các sự cố giao thông. Hiện đại hoá các trạm thu phí tự động và trạm cân điện tử. Giảm tai nạn, ùn tắc giao thông và giảm ô nhiễm môi trường. Tiết kiệm thời gian, tiền bạc và nhiên liệu, tạo điều kiện thuận lợi tối đa cho việc đi lại và vận chuyển hàng hóa.
Quản lý các đường trục giao thông chính, điều tiết việc đi lại của phương tiện trên đường bằng biển báo điện tử. Tạo ra hệ thống thông tin cho người đi đường, phổ cập văn hoá giao thông và hỗ trợ quá trình khai thác, điều hành hệ thống giao thông công cộng, chống tắc nghẽn. Góp phần trong việc sản xuất các phương tiện thông minh, hạn chế ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả của thiết bị an toàn giao thông. 4 Một số nhóm ứng dụng và dịch vụ của VANET được đề cập trong Hình 1.
Căn cứ theo Tiêu chuẩn ISO 14813-1:2007 và Sổ tay ITS 2006 của Hiệp hội Đường bộ Thế giới [5].1 - Các nhóm dịch vụ hệ thống ITS cung cấp. Một số phương pháp giảm ùn tắc giao thông Tình trạng ùn tắc giao thông không chỉ là vấn đề của riêng vài quốc gia mà đã mang tính toàn cầu. Mỗi nước với những đặc thù về kinh tế, văn hóa, phân bố dân cư khác nhau nên hiện trạng giao thông cũng khác nhau. Sau đây là một số chính sách và giải pháp đã được áp dụng tại các quốc gia và đã mang lại thành công nhất định.
Một chính sách đơn giản để làm giảm ùn tắc giao thông đó là hạn chế việc gia tăng của các phương tiện giao thông, cũng như hạn chế việc lưu hành của phương tiện. Một ví dụ điển hình như thành phố Bắc Kinh của Trung Quốc đã áp dụng thành công chính sách được gọi là “Số cuối cùng trên biển số xe” tại thế vận hội 5 Bắc Kinh 2008. Tất cả các xe được phân làm 5 nhóm theo số cuối cùng của biển số xe như (0;5), (1;6), (2;7), (3;8), (4;9). Mỗi nhóm trên bị cấm lưu thông vào khu vực trung tâm thành phố một ngày trong tuần.
Ví dụ như xe trong nhóm (0;5) bị cấm ngày thứ Hai, xe thuộc nhóm (1;6) bị cấm vào trung tâm thành phố ngày thứ Ba…Chính sách này đã làm giảm 40% lượng khí thải và 20% lưu lượng xe cộ trong ngày [6].Một chính sách khác được áp dụng ở Trung Quốc kể từ năm 2011 là giảm hạn ngạch cho các xe đăng ký mới, ví dụ trong một lần thực hiện đăng ký xe, có 665 người đăng ký xe mới nhưng chỉ có 1 người được chọn bằng cách lựa chọn ngẫu nhiên. Tương tự như vậy là chính sách về giá đường tại thành phố London, thay vì hạn chế các xe lưu thông và xử phạt, chính quyền ở London đã tính phí xe chạy trong khu vực tắc nghẽn. Một phương pháp khác có vẻ cầu kỳ và tốn kém hơn, đó là thiết kế những phương tiện công cộng rất đặc biệt. Điển hình như mẫu xe buýt khổng lồ chống tắc đường được thử nghiệm tại Trung Quốc vào giữa năm 2016, chiếc xe mang tên Transit Elevated Bus, chiếc xe này được thiết kế với chiều cao 5m, chiều dài 22m, chiều rộng 7.8m, thiết kế gầm cao cho phép các phương tiện giao thông di chuyển phía dưới.
Với sức chứa 1200 hành khách, sử dụng năng lượng thân thiện với môi trường, vận tốc tối đa là 60km/h. Chiếc xe này mang đến kỳ vọng sẽ giúp cải thiện hơn tình hình giao thông tại Trung Quốc.2 - Xe buýt khổng lồ tại Trung Quốc [7]. 6 Một ý tưởng khác đã được thực hiện tại các thành phố như Rio de Janeiro, Ankara hay New York, đó là những chiếc cáp treo vừa làm biện pháp để chống kẹt xe, vừa thu hút du khách. Điển hình nhất là hệ thống MetroCable tại Medellin, Colombia - tuyến cáp treo công cộng đầu tiên trên thế giới.3 - Hệ thống cáp treo công cộng MetroCable tại Colombia [8].
Tuy các chính sách này tỏ ra có phần hiệu quả, phần nào giải quyết được tình trạng ùn tắc giao thông, nhưng ở mỗi quốc gia có hiện trạng giao thông riêng cộng với pháp chế và thực thi pháp luật khác nhau, nên khó có thể áp dụng giống như các chính sách trên để giảm ùn tắc. Một cách khác để làm giảm tắc nghẽn giao thông đó là việc áp dụng kỹ thuật thông tin và truyền thông (Information and Communication Technology - ICT) để tăng cường việc trao đổi thông tin giữa các xe tham gia giao thông, giúp các tài xế nắm được một cách đầy đủ hơn về tình hình giao thông trên đoạn đường mình sẽ di chuyển qua. Ví dụ như trong hình 1.4 hệ thống tín hiệu giao thông thích ứng (Adaptive Traffic Signal Control – ATSC) [9] có thể điều chỉnh tín hiệu đèn giao thông để tối ưu lưu lượng xe trên mỗi đoạn đường, cơ sở của hệ thống này dựa trên việc thu thập thông tin thời gian thực dựa trên các vòng cảm ứng (induction loop).