ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA FOG BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Xây dựng ứng dụng thu thập tập dữ liệu vận tốc và vị trí của các phương tiện di chuyển cho các điện thoại di động có chức năng GPS nhằm phục vụ cho các bài toán về điều tiết giao thông Mã số đề tài: T-KHMT-2012-24 Thời gian thực hiện: tháng 2/2012 – tháng 2/2013 Chủ nhiệm đề tài: TS. Phạm Trần Vũ Cán bộ tham gia đề tài: ThS. Nguyễn Hồng Nam KS.
Trần Ngọc Cường Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 2/2013 Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài (Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm bộ môn, Khoa/Trung tâm) 1. Phạm Trần Vũ, Bộ môn Hệ thống Mạng máy tính, Khoa KH&KTMT 2. Nguyễn Hồng Nam, Bộ môn Hệ thống Mạng máy tính, Khoa KH&KTMT 3. Trần Ngọc Cường, Bộ môn Hệ thống Mạng máy tính, Khoa KH&KTMT 2 MỤC LỤC MỤC LỤC.
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI. NỘI DUNG TRIỂN KHAI .1 Công nghệ liên quan.1 Hệ thống định vị GPS .2 Các hệ thống thiết bị di động .3 Định dạng dữ liệu GPX .4 Google Map và Map API.5 Open Street Map .2 Thiết kế hệ thống.1 Chức năng của ứng dụng .2 Chi tiết yêu cầu của tính năng thu thập dữ liệu.3 Thiết kế tổng quan toàn hệ thống thông tin giao thông qua di động .4 Thiết kế chi tiết ứng dụng thu thập dữ liệu GPS.3 Hiện thực hệ thống .4 Đánh giá tổng quan về ứng dụng thu thập dữ liệu. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC. KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ.
17 TÀI LIỆU THAM KHẢO. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, vấn đề ùn tắc giao thông ở các đô thị lớn diễn ra ngày càng thường xuyên hơn, đặc biệt là tại các thành phố lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh (TP. HCM), ảnh hưởng đến mọi mặt đời sống, kinh tế và xã hội của các đô thị lớn. Việc giải quyết vấn đề ùn tắc này ngày càng trở nên cấp bách.
Chẳng hạn như tại TP. HCM, việc giải quyết bài toán ùn tắc giao thông được xác định là một trong những vấn đề trọng điểm giai đoạn 2011-2015, thể hiện qua Nghị quyết Đại hội Đảng bộ thành phố lần thứ IX, và các chương trình hành động được ban hành bởi Ủy ban Nhân dân thành phố trong thời gian qua. HCM trong thời gian qua, đã có nhiều nỗ lực của các đơn vị khác nhau tham gia giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông, như tiến hành phân luồng, tuyến lưu thông cho các phương tiện, các giải pháp mô phỏng nhằm phân tích tình hình giao thông, nâng cấp hạ tầng giao thông như làm đường, cầu vượt, các hệ thống thông tin về tình hình giao thông như VOV, VOH, v. Thông qua các hoạt động này, tình hình ùn tắc giao thông bước đầu có những tiến triển nhất định.
Để giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông một cách triệt để, cũng như hỗ trợ cho quá trình quản lý và điều hành giao thông, dữ liệu về giao thông đóng vai trò rất quan trọng. Dữ liệu giao thông gồm có dữ liệu về hạ tầng giao thông (đường xá, hệ thống giao thông công cộng, luồng giao thông, v.) và dữ liệu về các phương tiện giao thông lưu thông trên đường (loại phương tiện, tốc độ di chuyển, mật độ, v. Dữ liệu giao thông có thể được thu thập bằng nhiều cách [1] như: - Đếm xe (manual count): đây là loại dữ liệu phổ biến nhất hiện nay phục vụ cho công tác quy hoạch đô thị theo một hướng cho trước. Thông tin có được từ loại dữ liệu này chủ yếu là “khoảng thời gian đếm, số lượng xe trung bình (của các loại xe cơ bản) đi qua điểm đếm, thời gian lưu thông qua một đoạn đường cho trước”.
Không gian đếm có thể thay đổi tuỳ theo công tác quy hoạch, tuy nhiên thời gian đếm thông thường khá hạn chế và sai sót khá cao [2]. Một điểm khác biệt là loại dữ liệu này không có tính nhận dạng (ID của xe). - Video từ camera (video image detection): đây là loại dữ liệu hình ảnh và mức độ sử dụng hiện nay là khá hạn chế (chủ yếu là xem trực tiếp trên video và phục vụ quản lý, mà không phát hiện và tách được dòng xe để phục vụ nghiên cứu và quản lý sau này). Hiện nay cũng có nhiều nhóm nghiên cứu về xử lý ảnh trong nước đang theo đuổi việc phân tích ảnh để số hoá dòng giao thông.
Tuy nhiên, loại dữ liệu này có đặc tính hẹp về không gian (nơi lắp đặt camera). - Dùng sóng, từ tính, sóng âm (radar, infra-red, magnetic band, acoustic wave): các công nghệ đã được triển khai trong một dự án tài trợ của chính phủ Pháp (1998-2000) cho TP.HCM, nhưng qua thời gian vận hành thì thấy không phù hợp với hoàn cảnh Việt Nam (chỉ phù hợp với xe bốn bánh di chuyển trong giới hạn không gian và luật chặt chẽ). Mặt khác, dữ liệu dạng này chỉ tập trung tại các điểm đo. 4 - Thiết bị định vị: bằng nhiều phương thức khác nhau về cách triển khai thì dữ liệu này sẽ gắn chặt với phương tiện (có định danh) và có độ phủ về thời gian tương đối cao.
Đây là một phương thức thu thập dữ liệu giao thông mới mẽ và có tiềm năng về quản lý cũng như phục vụ cộng đồng. Tuy nhiên, điểm hạn chế của loại dữ liệu này là chi phí khá cao và khả năng triển khai không đơn giản để đảm bảo độ phủ về không gian tốt (ngay cả khi tập trung nghiên cứu trong một vùng không gian hẹp). Mỗi phương pháp thu thập dữ liệu có những ưu và nhược điểm khác nhau như được phân tích ở trên. Trong thời gian gần đây, với sự tiến bộ của khoa học & kỹ thuật, việc sử dụng các thiết bị di động (điện thoại di động, máy tính bảng, v.) có gắn thiết bị định vị GPS ngày càng phổ biến, và có tiềm năng trở thành một nguồn dữ liệu giao thông lớn và đáng tin cậy.
Vì vậy, đề tài này đề xuất xây dựng một ứng dụng cho các thiết bị đi động chạy hệ điều hành Android, nhằm thu thập tín hiệu GPS phục vụ cho các bài toán giao thông, cụ thể: - Xây dựng một hệ thống khả thi về việc thu nhập dữ liệu về vị trí di chuyển, vấn tốc, hướng di chuyển của các phương tiện giao thông, dựa trên điện thoại di động có sẵn của người dùng có tích hợp GPS. - Tập hợp các dữ liệu thu thập được thành một tập dữ liệu trên một khu vực tương đối để làm dữ liệu hữu ích cho các giải thuật nghiên cứu về điều tiết giao thông. NỘI DUNG TRIỂN KHAI 2.1 Công nghệ liên quan 2.1 Hệ thống định vị GPS GPS là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Hệ thống này được phát triển với mục đích quân sự, nhưng hiện nay nó đã được mở rộng cho các mục đích dân sự.
Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh. Hệ thống GPS gồm 3 phần chính: - Phần không gian: bao gồm tổng cộng 24 vệ tinh nằm trên quỹ đạo xung quanh trái đất. - Phần kiểm soát: đảm bảo vệ tinh đi đúng quỹ đạo được đưa ra - Phần sử dụng: các thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất 2 lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và tính toàn bằng các phép tính lượng giác để xác định vị trí người dùng.
Để thực hiện tính toán, máy thu GPS cần phải biết hai yếu tố: Vị trí của ít nhất 3 vệ tinh và khoảng cách giữa máy thu GPS đến từng vệ tinh nói trên. Về bản chất, máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu 5 GPS ở cách vệ tinh bao xa. Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh, máy thu có thể tính được vị trí ba chiều, bao gồm kinh độ, vĩ độ và độ cao của vị trí hiện tại.
Mức độ chính xác của hệ thống GPS phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Tín hiệu vệ tinh bị chậm khi xuyên qua tầng khí quyển - Tín hiệu đi nhiều đường: tín hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước khi tới máy thu. - Lỗi quỹ đạo, do vệ tinh thông báo vị trí không chính xác. - Số lượng vệ tinh nhìn thấy: càng nhiều vệ tinh GPS nhìn thấy cho dữ liệu càng chính xác. - Sự giảm tín hiệu vệ tinh có chủ tâm: giảm tín hiệu vệ tinh do sự sắp đặt của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ.2 Các hệ thống thiết bị di động Những năm gần đây trên thị trường có khá nhiều nền tảng di động phổ biến như Android, iOS, Windows phone: - Android là nền tảng mã nguồn mở trên điện thoại di động được phát triển bởi Google dựa trên nền tảng Linux, bao gồm một hệ điều hành, middleware và một số ứng dụng chủ đạo.
- iOS là hệ điều hành trên thiết bị di động của Apple: iPhone, iPod Touch, iPad và Apple TV. iOS chỉ được sử dụng trên các sản phẩm của Apple, khó cài đặt trên các thiết bị khác. - Windows phone là hệ điều hành của Microsoft dành cho smartphone kế tục nền tảng windows mobile. Windows phone thân thiện với người dùng, tuy nhiên các máy chạy windows phone yêu cầu phải có cấu hình mạnh.
Hiện nay, các thiết bị di động sử dụng Android đang nắm giữ thị phần lớn nhất. Cùng với tính mở của nền tảng Android, trong đề tài này, chúng tôi quyết định chọn phát triển ứng dụng cho các thiết bị di động chạy Android. Nền tảng Android có các tính năng cơ bản sau của một thiết bị di động thông minh: - Application framework: cho phép tái sử dụng và thay thế các thành phần có sẵn của Android - Máy ảo Dalvik: Máy ảo java, tối ưu hóa cho thiết bị di động. - Intergrated browser: Trình duyệt web tích hợp được xây dựng dựa trên WebKit engine - Optimized graphics: hỗ trợ bộ thư viện 2D và 3D dựa vào đặc tả OpenGL ES 1.
- SQLite: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu dùng để lưu dữ liệu có cấu trúc. - Hỗ trợ các định dạng media phổ biến như MPEG4, h.264, MP3, AAC, JPG, PNG, GIF.