Ứng dụng IoT trong hệ thông thống giao thông thông minh ITS

Việc giám sát giao thông bằng CCTV đã được xây dựng nhưng việc duy trì và bảo quản là rất khó. Camera ghi hình được lắp đặt, đưa vào hoạt động tại một số giao lộ trung tâm thành phố để thuận tiện cho việc điều tiết và phạt nguội. Bên cạnh đó, các chốt này được vận hành và điều khiển độc lập, không liên kết thành một hệ thống. Việc giám sát bằng CCTV gặp nhiều hạn chế khi người tham gia giao thông bôi một lớp keo trong suốt trên biển xe thì CCTV sẽ không ghi nhận lại được hình ảnh của người tham gia giao thông. Do đó, công tác quản lý vận hành giao thông, chống ùn tắc chưa được đồng bộ. Tình trạng ùn tắc vẫn xảy ra ở những giờ cao điểm, tại nhiều chốt mà chưa được xử lý.

Hệ thống giám sát, xử lý sẽ được các máy tính trung tâm phân tích và xử lý, sau đó sẽ cung cấp lại thông tin: các thông tin sẽ hiện thị lên trên màn hình VMS, các bảng thông tin. Người tham gia giao thông cập nhập thông tin bằng các bảng hiện thị thông tin dọc trên đường. Từ đó thấy rằng ITS còn hạn chế rất lớn, các thông tin cảm biến thu thập được sẽ không đến trực tiếp người tham gia giao thông. Người tham gia giao thông không nhận biết được đoạn đường dự định đi có xảy ra tình trạng tắc nghẽn, mật độ tham gia giao thông như nào. Điều này gây khó khăn cho việc tự chủ đi lại của người tham gia giao thông [1].

Giải pháp kết hợp các công nghệ từ IoT có thể kết nối gần như bất cứ thứ gì với một hệ thống con điện tử đến cơ sở hạ tầng Internet hiện có. Từ đó có thể giúp cho hệ thống giao thông thông minh ITS hoạt động một cách hiệu quả, tối ưu và trở thành một xu hướng phát triển tất yếu của giao thông vận tải.

Những ứng dụng chính của IoT trong giao thông thông minh

Công nghệ IoT khi áp dụng vào giao thông mang lại nhiều ưu điểm so với ITS như tích hợp điện toán đám mây, sự tham gia của cảm biến, giảm chi phí thu thập dữ liệu, thu thập được các dữ liệu trước đây không có, … Người dùng khi sử dụng công nghệ IoT có thể điều khiển mọi vật từ bất kỳ nơi nào, không bị giới hạn về mặt không gian và thời gian, mà chỉ cần một thiết bị thông minh có kết nối Internet.

Hiện nay, tại các nước phát triển khái niệm "Internet of Thing" không còn xa lạ. Sự kết nối của xe với Internet mang đến nhiều khả năng và ứng dụng mới như là ô tô có thể tự điều chỉnh để tránh ùn tắc giao thông và để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng cho việc lái xe. Ngoài ra, truyền thông giữa xe với cơ sở hạ tầng cho phép tạo ra các giải pháp mới để tăng an toàn giao thông đáng kể, góp phần giảm số vụ tai nạn giao thông…Dưới đây là một số ứng dụng điển hình của IoT áp dụng cho hệ thống ITS:

Hệ thống kết nối xe

Giải pháp kết hợp các công nghệ từ IoT có thể kết nối gần như bất cứ thứ gì với một hệ thống điện tử nhỏ từ xa đến cơ sở hạ tầng Internet hiện có. Trong trường hợp này, thiết bị đầu cuối xe thương mại kết nối an toàn với nền tảng điện toán đám mây chạy phân tích dữ liệu lớn. Dựa trên công nghệ IoT, giải pháp xe thương mại kết nối được phát triển bởi công ty TransWiseway có ba lớp kiến trúc chính như Hình 1.

Lớp cảm biến sử dụng một phương tiện thiết bị đầu cuối tương tác với lái xe và hoạt động như một cổng vào cho các công nghệ cảm biến trong xe như: Công nghệ phát hiện sóng siêu âm; Cảm biến tốc độ; RFID; Máy ảnh; Thiết bị giám sát xe và thiết bị thanh toán.

Thiết bị cảm biến hồng ngoại để thu thập thông tin về số lượng hành khách, xe cộ, đường xá, hàng hoá và mạng lưới.

Lớp Truyền thông đảm bảo sự truyền tải thời gian thực, an toàn và đáng tin cậy từ thiết bị đầu cuối xe đến tầng dịch vụ mạng khác nhau, chẳng hạn như IP, 3G/4G, Wi-Fi, mạng có dây và cáp quang.

Lớp Dịch vụ hỗ trợ các ứng dụng đa dạng sử dụng các công nghệ khác nhau như điện toán đám mây, phân tích và xử lý dữ liệu, thông tin [2].

An toàn khi tham gia giao thông

Ngày nay, hầu hết các hệ thống đều hoạt động trong các lĩnh vực trao đổi chia sẻ thông tin, điều này đang thay đổi khi các đô thị nhìn thấy những lợi ích hấp dẫn từ việc chia sẻ thông tin được cải thiện. Đây là những gì mà IoT được thiết kế để thực hiện: cung cấp kết nối, bảo mật, khả năng tương tác, phân tích để có thể vận chuyển thông minh [3].

- Cải thiện an toàn: Hệ thống giao thông thông minh sử dụng giám sát bằng video bảo vệ sức khỏe của người tham gia giao thông và giám sát hiệu suất của quá trình điều khiển, chủđộng bảo dưỡng để giữ cho phương tiện giao thông hoạt động ổn định và điều hướng thông báo để phương tiện tránh các tuyến đường có tình huống nguy hiểm (ví dụ như tràn hóa chất).

- Hiệu quả cao hơn: Các vấn đề bảo trì có thể được giải quyết nhanh chóng hơn và trước khi có sự cố hỏng hóc xảy ra, bằng cách cho phép các lái xe và nhân viên vận hành kiểm trachính xác những gìđang xảy ra trên một phương tiện vận tải nặng, dựa trên dữ liệu từ hàng trăm bộ cảm biến của nó.

- Tăng cường trải nghiệm của khách hàng: Với các giải pháp kết nối không dây và thông tin giải trí, người dùng đang di chuyển có thể truy cập thông tin du lịch, như lịch trình cập nhật, bãi đậu xe thông minh, điểm tham quan, bản đồ đường phố ... để chuyến đi của họ trở nên trơn tru nhất có thể.

- Các luồng doanh thu mới: Doanh thu gia tăng có thể được tạo ra bằng cách cung cấp các dịch vụ mới trên tàu hỏa, chẳng hạn như video theo yêu cầu cho hành khách hoặc không gian quảng cáo cho nhà quảng cáo.

Các tuyến xe buýt, đội xe tải và tàu điện (ví dụ như tàu hỏa, tàu điện ngầm) đang ngày càng sử dụng nhiều hệ thống điện tử để giảm chi phí hệ thống giao thông, nâng cao độ tin cậy, tăng sự thoải mái và dịch vụ của hành khách. Hình 2 cho thấy một số ví dụ, bao gồm giám sát bằng video, Internet trên tàu, quản lý hạm đội, thông tin trình điều khiển và đặt vé. Tuy nhiên, sự phức tạp của cơ sở hạ tầng này đòi hỏi một cấu trúc thiết bị thống nhất đối với việc thu thập dữ liệu, kiểm soát và bảo mật [3].

Chia sẻ phương tiện

Theo Kent Larson, Giám đốc của nhóm nghiên cứu Khoa học Thành phố tại MIT Media Lab, tính di động như một dịch vụ hàm ý hệ thống sử dụng chia sẻ. Tiêu thụ bất cứ thứ gìnhư một dịch vụ nhất thiết có nghĩa là người dùng chia sẻ tài sản, dù là trong không gian hay thời gian. Khả năng di chuyển thông minh (hoặc khả năng tiếp cận) kết hợp vận chuyển hàng loạt và chia sẻ xe, trong đó nhiều người dùng chia sẻ xe cùng một lúc và cùng một loại xe tại các thời điểm khác nhau. Các hệ thống sử dụng chia sẻ, như điện toán đám mây hay mạng ngang hàng P2P, có nghĩa là cần có ít tài sản hơn để đáp ứng nhu cầu của một số dân số đô thị ngày càng chọn cách "lái xe nhẹ".

Để mọi người sẵn sàng chia sẻ tài sản một cách liên tục, theo Roy Russell, CTO của Zipcar, sự xuất hiện của mạng Internet và mạng không dây đã tạo ra mô hình kinh doanh chia sẻ xe vào khoảng năm 2000. Dễ dàng truy cập vào xe cộ phụ thuộc vào đặt chỗ trên Internet, có thể được thực hiện ở bất cứ nơi nào, trên các mạng không dây truyền thông tin đặt chỗ, đến chia sẻ xe và công nghệ khóa RFID chi phí thấp. Sự sẵn có của điện thoại thông minh, ứng dụng và GPS đã tiếp tục cho phép các mô hình kinh doanh phức tạp, ngày càng dễ dàng sử dụng hơn qua mô hình chia sẻ xe.

Việc chia sẻ xe đang trở thành một mô hình ngày càng quan trọng với cơ sở khách hàng tăng 40% mỗi năm trong thập kỷ qua. Mô hình kinh doanh chia sẻ xe cho phép người sử dụng thuê xe theo nhiều thời điểm, cho phép họ truy cập vào di động mà không mất phí. Với hầu hết các dịch vụ, khách hàng đặt phòng qua Web hoặc với một ứng dụng dành cho điện thoại thông minh và tỷ lệ thường là theo giờ. Ví dụ, hoạt động kinh doanh của Uber dựa trên việc sử dụng các công nghệ di động để nâng cao hoạt động vận chuyển hành khách. Ứng dụng di động kết nối người đi cùng với trình điều khiển cục bộ, cho phép dịch vụ thời gian thực được thanh toán bằng phương thức không dây [1].

Hệ thống tìm kiếm bãi đỗ xe

Cảm biến sẽ được trang bị trong xe ô tô và những chiếc xe này sẽ di chuyển trên đường. Chúng sẽ theo dõi lưu lượng truy cập và gửi thông tin tới một trung tâm thu thập dữ liệu - "hệthống kiểm soát lưu lượng trung tâm", để cung cấp thông tin cho các phương tiện trên đường. Ví dụ nếu có nhiều lưu lượng truy cập, hệ thống kiểm soát lưu lượng trung tâm sẽ được thông báo qua WiFi và phản ứng bằng cách áp dụng các giới hạn về tốc độ cho các phương tiện trong khu vực tắc nghẽn đó. Do mất hàng triệu đô la chi phí chỉ vì tắc nghẽn giao thông hàng năm, người ta ước tính rằng, bằng việc triển khai các hệ thống giao thông thông minh, số tiền hao phí sẽ giảm ít nhất 15%. Các lợi ích khác bao gồm hướng dẫn đỗ xe, thay vì lái xe xung quanh toàn bộ khu vực tìm kiếm không gian đỗ xe, các trình điều khiển sẽ được thông báo qua WiFi về không gian trống hiện có gần vị trí của họ. Thêm vào đó, các trình điều khiển sẽ được gợi ý với những con đường ngắn nhất có thể để đến đích để lượng khí thải CO2 có thể được kiểm soát. Hệ thống này thậm chí có thể cảnh báo người lái xe về khu vực trường học, nơi có thể có nhiều trẻ em vượt qua các con đường và tuyến đường thay thế cũng sẽ được đề xuất. Trong công nghệ này, viễn thông kết hợp với WiFi do đó tạo ra hiệu quả tốt hơn cho khách hàng cũng như người tiêu dùng ở cả nơi làm việc [4]. Sơ đồ luồng dữ liệu trong hệ thống đề xuất được thể hiện trong Hình 3.

Những chiếc xe vào và ra khỏi các vị trí đỗ xe được đưa vào đếm. Thông tin sau khi thu thập được gửi đến hệ thống quản lý nhà để xe. Hai loại cảm biến được sử dụng ở đây, cảm biến đỗ xe và cảm biến bên đường. Theo cách tương tự, khoảng cách 2m được sử dụng như là các thước đo bãi đỗ xe hiện tại và các bãi đỗ xe mới. Thông tin thu được từ cảm biến được chuyển đến các hệ thống quản lý cảm biến. Mốc đỗ xe gửi dữ liệu tương ứng đến các khối quản lý. Tất cả các thông tin thu được ở trên sẽ gửi đến hệ thống quản lý dữ liệu trung tâm, và được gửi đến kho dữ liệu để theo dõi và lưu trữ. Do đó hệ thống này giúp khách hàng sử dụng tối ưu các nguồn lực sẵn có cho bãi đỗ xe, và thiết lập đậu xe có trật tự. Bộ cảm biến xác định không gian đỗ xe trống và gửi thông tin tới máy chủtrung tâm. Thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh để yêu cầu không gian đỗ xe và xe được hướng đến chỗ đậu xe có sẵn. Đồng thời, phí đỗ xe được thanh toán trực tiếp thông qua ứng dụng di động. Hệ thống này cũng có thể được tích hợp để cung cấp ánh sáng thông minh của đường phố. Ở đây đèn đường được bật lên khi đường phố đang có nhiều xe ô tô đang lưu thông, và tắt khi không có xe trên đường[4].

Kết luận

Bài báo đã cho thấy những mặt hạn chế của công nghệ ITS, và việc ứng dụng IoT vào hệ thống ITS sẽ giải quyết được những hạn chế cố hữu của ITS. Các ứng dụng của công nghệ IoT vào trong giao thông như hệ thống tìm kiếm bãi đỗ xe, chia sẻ phương tiện, an toàn khi tham gia giao thông, hệ thống kết nối xe… có thể giảm chi phí thu thập dữ liệu khi có sự tham gia của cảm biến hay khai thác những dữ liệu trước đây không có nhờ có cảm biến với sự tham gia của điện toán đám mây như một nền tảng phần mềm dịch vụ.

Tài liệu tham khảo

1. John A. Volpe, "The Smart/Connected City and Its Implications for Connected Transportation", National Transportation Systems Center U.S. Department of Transportation, 2014.

2. Intel Corporation, "Building an Intelligent Transportation System with the Internet of Things (IoT)", 2014.

2. Intel Corporation, "Improving Transportation Safety, Efficiency, and the Customer Experience with the Internet of Things (IoT)", 2014.

4. J. Sherly and D. Somasundareswari, "Internet of Things based smart Transportation Systems", International Research Journal of Engineering and Technology, 2015.

(Bài đăng ấn phẩm in trên Tạp chí TT&TT Số 5+6 tháng 6/2020)