EnglishVietnamese

Tin tức

Hệ thống camera thông minh phục vụ giám sát điều khiển giao thông tại Việt Nam

 

1. Giới thiệu chung

Để có thể thực hiện được các tác vụ giám sát phát hiện sự cố, thu thập số liệu vận hành và điều khiển thông minh dòng chảy giao thông trên toàn bộ mọi mặt cắt của mạng lưới đường sá với hàng triệu lượt phương tiện - sự kiện mỗi ngày, hệ thống tự động thu thập và phân tích thông tin giao thông thời gian thực là chìa khóa cho mọi hệ thống ITS sẽ được triển khai. Trước đây, thông tin giao thông thường được thu thập qua 2 phương pháp:

 Thu thập thủ công, thông qua mạng lưới camera truyền hình từ các mặt cắt và nút giao quan trọng về trung tâm điều khiển giao thông, hiển thị trên lưới màn hình khổ lớn và các màn hình trạm làm việc để nhân viên trực theo dõi, đưa ra các cảnh báo, thông báo điều động phản ứng giải tỏa các sự cố xảy ra trong mạng lưới.

Thu thập thông tin tự động, thông qua các cảm biến điện tử đặt trên mặt đường như vòng loop, cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại để đo đếm lưu lượng phương tiện tham gia giao thông qua các mặt cắt, qua đó có thể có những hệ thống xử lý thông tin tự động tại trung tâm điều hành ra các quyết định thay đổi chiến lược điều khiển tín hiệu đèn giao thông hoặc thông báo chỉ dẫn điện tử phân luồng, điều khiển dòng chảy giao thông.

Nguyên nhân chính của việc sử dụng camera chỉ với tính năng ghi hình và hiển thị trung tâm theo dõi tập trung trong các hệ thống giám sát giao thông là do khi đó các camera thu hình độ phân giải cao chưa được phổ biến và có giá thành đắt. Mặt khác, việc phát triển các phần mềm xử lý hình ảnh độ phân giải cao với định dạng nén truyền thông mạng cũng là một lĩnh vực rất mới còn đang giai đoạn nghiên cứu phát triển, chưa có các sản phẩm hoàn chỉnh thay thế được hệ thống cũ với tỷ số hiệu quả trên giá đầu tư hợp lý.

CadProTMS là hệ thống sản phẩm phần mềm do Công ty Cổ phần phần mềm - Tự động hóa - Thiết kế (CadPro JSC) đã đầu tư nhiều năm nghiên cứu phát triển đã tạo ra một giải pháp sử dụng các camera IP độ phân giải cao phục vụ giám sát điều khiển giao thông. Các tính năng thông minh của hệ thống được xây dựng dựa trên việc thu thập dữ liệu tự động nhờ các thuật toán xử lý hình ảnh thu nhận được từ các camera. Hệ thống phần mềm được triển khai cùng với các thiết kế tích hợp thiết bị và lắp đặt tại hiện trường đã tạo ra nhiều hệ thống được ứng dụng hiệu quả trong thực tiễn như Trung tâm điều khiển đèn tín hiệu giao thông thành phố Hà Nội, Hệ thống giám sát và xử lý vi phạm giao thông bằng hình ảnh tại Cục Cảnh sát giao thông Đường bộ và Đường sắt (C67), Trung tâm Điều hành giao thông đường cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình, Hệ thống giám sát số thu phí trạm Bãi Cháy và Hoàng Mai.

CadProTMS là một sản phẩm công nghệ cao có thể thay thế các giải pháp đầu tư rất đắt tiền từ nước ngoài. Không chỉ tiết kiệm chi phí, hệ thống còn có những tính năng riêng biệt phù hợp với nhu cầu thực tiễn nghiệp vụ tại Việt Nam. Các camera IP đã được sử dụng thay thế các công nghệ thiết bị dễ hỏng, đòi hỏi chi phí bảo dưỡng bảo trì cao như vòng từ, cảm biến hiện trường lắp đặt trên nền đường để giám sát giao thông.

Hình 1: Kiến trúc tổng thể hệ thống CadProTMS

2. Kiến trúc tổng thể hệ thống

Hình 1 thể hiện mô hình kiến trúc tổng thể của hệ thống. Hệ thống được thiết kế dưới dạng mạng xử lý dữ liệu phân tán, nhiều tầng, trong đó cơ sở dữ liệu (CSDL) trung tâm đóng vai trò đồng bộ dữ liệu cho nhiều hệ thống xử lý cập nhật cũng như nhiều người dùng truy cập khai thác thông tin. Các tầng trong kiến trúc hệ thống tổng thể bao gồm:
l Tầng thiết bị hiện trường
l Tầng mạng truyền dẫn dữ liệu
l Tầng dịch vụ CSDL và xử lý trung tâm
l Tầng người dùng khai thác và điều khiển

2.1. Tầng thiết bị hiện trường
Hệ thống CadProTMS lấy camera độ phân giải cao IP làm đối tượng chính để làm nguồn thu thập thông tin thời gian thực. Thiết bị hiện trường phục vụ cho camera hoạt động thu thập thông tin tự động bao gồm các thành phần dưới đây.

1. Loại hình camera được tích hợp trong hệ thống CadProTMS là kết quả nghiên cứu chiều sâu trong nhiều năm các tính năng kỹ thuật, lựa chọn tối ưu giữa hiệu năng và giá cả để tạo ra hệ thống có giá trị ứng dụng cao nhất. Chỉ cần sử dụng một camera IP, hệ thống CadProTMS hỗ trợ cho người sử dụng các tính năng sau:

l Quan sát hình ảnh giao thông đồng thời ở nhiều khung nhìn khác nhau. Một camera IP cho phép tạo ra một vài camera ảo độ phân giải 640x480 để quan sát 2 chiều đường cao tốc với mặt cắt đến 30m chiều ngang và 1km chiều dài.

l Đếm lưu lượng, phân loại phương tiện, đo tốc độ, cảnh báo sự cố, vi phạm: mọi phương tiện đi qua các vòng từ ảo trên camera đều được nhận dạng, đo tốc độ, phân loại theo kích cỡ. Từ các dữ liệu trên, các cảnh báo được gửi về trung tâm theo thời gian thực như: tốc độ dòng chảy, ùn tắc, tai nạn, xe dừng tại vị trí cấm dừng đỗ, xe máy người đi bộ vào đường cao tốc, có vật thể rơi tạo chướng ngại trên đường, xe đi sai làn…

l Nhận dạng biển số và đo tốc độ xử lý vi phạm: Mọi phương tiện đi qua mặt cắt từ 15m đến 40m đến chân cột camera đều được nhận dạng biển số, đo tốc độ với độ chính xác đến ±3Km/h trong dải tốc độ đến 150km/h (hình 2)

Hình 2. Kiểm soát phương tiện qua nhận dạng biển số trên đường cao tốc

2. Các thiết bị phụ trợ cho camera như đèn chiếu hồng ngoại thông minh, tự động điều tiết công suất khi có chuyển động ban đêm, các phần mềm và cổng đồng bộ chế độ hồng ngoại/màu của camera với sự kiện thay đổi công suất đèn là sản phẩm nghiên cứu chế tạo bởi CadPro khác biệt với các thiết bị hiện có trên thế giới.

3. Đặc thù của ứng dụng xử lý hình ảnh trong giám sát giao thông là cần luồng dữ liệu video độ phân giải cao và số lượng khung hình lớn. Mỗi camera cần tối thiểu băng thông dữ liệu 20Mbps để truyền tới hệ thống xử lý dữ liệu tự động. Mặt khác, do vị trí lắp đặt và công nghệ truyền thông không cho phép tạo lập các kết nối từ hiện trường về trung tâm, và thông thường một hệ thống giám sát video có từ vài trăm (đoạn đường cao tốc) đến hàng ngàn camera (mạng giao thông thành phố), mô hình xử lý dữ liệu tập trung là không khả thi trong thực tế. Dữ liệu video được xử lý nhận dạng tự động, phát hiện sự kiện cần quan tâm cho mục đích giám sát và điều khiển, sau đó được truyền về trung tâm chỉ các thông tin có ích. Máy tính nhúng với công nghệ vi xử lý tốc độ cao (dualcore 1.7GHz), tiết kiệm năng lượng (5V, max 10W), chịu nhiệt độ, độ ẩm và bụi bẩn ngoài đường giao thông cùng với phần mềm cài đặt nhúng trong là sản phẩm nghiên cứu và tích hợp của CadProTMS.

4. Để kéo được điện lưới đến các điểm cần thiết giám sát hiện trường có thể mất khoảng đầu tư lớn gấp nhiều lần mọi thành phần khác cộng lại. Do vậy CadPro đã nghiên cứu, thiết kế sản xuất thiết bị nạp và điều khiển điện năng lượng mặt trời thông minh với máy tính nhúng và phần mềm giám sát từ xa qua mạng IP. Thiết bị này có thể sử dụng trong các hệ thống cung cấp năng lượng mặt trời khác sẽ triển khai thay thế thiết bị phổ dụng đang nhập ngoại vào Việt Nam với tỷ số chất lượng/giá thành cao.

5. Một phần của giải pháp đang được tiến hành đăng ký bảo vệ sáng chế là phương pháp tính toán không gian để lắp đặt được một camera thực hiện được nhiệm vụ xử lý hình ảnh thu thập dữ liệu lưu lượng, tốc độ và nhận dạng biển số xe. Các tính toán toán học và mô hình chuyển đổi ba chiều về không gian hình ảnh đã được ứng dụng để xây dựng thiết kế kỹ thuật này.

2.2. Tầng truyền dẫn dữ liệu

Truyền dẫn dữ liệu giao thông thời gian thực là một mạng đòi hỏi tính công nghiệp, tin cậy, băng thông cực lớn và độ bao phủ địa lý rộng. Giải pháp mạng 3 lớp mạch vòng dự phòng hai hướng về trung tâm được thiết kế và tích hợp trong hệ thống CadProTMS.

2.3. Tầng dịch vụ CSDL và xử lý trung tâm

Hệ thống thiết bị và phần mềm trung tâm điều hành giao thông đòi hỏi CSDL độ sẵn sàng cao, năng lực tính toán và dịch vụ mạnh, tính mở rộng không giới hạn về số lượng nguồn dữ liệu đầu vào (camera) và số lượng khai thác dữ liệu (các trạm nghiệp vụ tại trung tâm, các điểm khai thác dữ liệu trên mạng diện rộng, thông báo tình trạng hệ thống cho người điều hành hiện trường và tham gia giao thông…).

Đặc biệt, các tính toán đòi hỏi thuật toán và triển khai tính toán hiệu năng cao như cảnh báo, dự báo ùn tắc, tính toán điều khiển thiết lập các làn sóng xanh chuyển động qua các ngã tư thành phố theo các tuyến trục hoặc vành đai… cần được triển khai trên các cụm bó máy tính song song hiệu năng cao. Ngoài ra, các ứng dụng đặc thù theo yêu cầu thực tế Việt Nam có sự khác biệt với thế giới cần được xây dựng như tính lưu lượng giao thông hỗn tạp có mật độ cao để từ đó tối ưu hóa chiến lược điều khiển đèn giao thông trong khu vực đô thị.

2.4. Tầng người dùng khai thác và điều khiển

Hệ thống CadProTMS cung cấp các giao tiếp người dùng cho mọi nhu cầu giám sát và điều khiển tại một trung tâm điều hành hoặc qua mạng Internet. Các giao diện người dùng chính bao gồm:

1. Giám sát điều khiển camera và thiết bị hiện trường trực tuyến qua giao diện WEB và bản đồ GIS: Các camera PTZ, tủ điều khiển đèn tín hiệu giao thông, bảng hiển thị tốc độ thay đổi được, bảng hiển thị thông tin điện tử, thiết bị điều khiển hiện trường được giám sát và điều khiển thời gian thực qua giao diện thuận tiện với người dùng, các sự cố, lựa chọn được hiển thị và điều khiển trên các bảng danh sách, trên biểu đồ duỗi thẳng hoặc trên nền bản đồ GIS nhiều lớp.

2. Hệ thống CadProTMS được tích hợp với giải pháp hiển thị thông tin trên tường màn hình khổ lớn (video wall). Phân hệ phần mềm điều khiển tường màn hình chạy trên bó máy tính là sản phẩm thay thế nhập khẩu mang lại giá trị gia tăng rất hiệu quả.

3. Giao diện trên máy tính nghiệp vụ phục vụ xử lý dữ liệu như giám sát thiết bị hiện trường, xử lý phạt nguội vi phạm trât tự an toàn giao thông, thông kê, phân tích số liệu phục vụ kế hoạch hóa bảo trì bảo dưỡng, quy hoạch mở mới hoặc phân luồng định tuyến giao thông…

3. Đánh giá các kết quả ứng dụng trong thực tiễn

Hệ thống phần mềm CadProTMS đã được triển khai vào nhiều loại hình ứng dụng thực tiễn khác nhau và đều đem lại hiệu quả rõ ràng về kinh tế và giá trị sử dụng.

1. Đầu tiên có thể kể tới hệ thống giám sát giao thông thông minh được triển khai đầu tiên ở Việt Nam tại Trung tâm điều hành đường cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình. Bắt đầu từ tháng 10/2013, hệ thống này đã được vận hành khai thác sử dụng chính thức và mang lại nhiều hiệu quả trong công tác giám sát điều hành giao thông. Các camera được lắp đặt để quan sát và đếm tự động lưu lượng xe trên dọc tuyến quốc lộ. Ngoài ra hệ thống cũng cho phép nhận dạng tự động biển số và đo tốc độ xe bằng camera. So với các hệ thống có tính năng tương tự do các nhà thầu ngoài xây dựng tại đường cao tốc HCM-Trung Lương và HCM-Long Thành-Dầu Giây thì giá thành hệ thống trong nước giảm tới 4-5 lần (hình 3).

Hình 3. Hệ thống xử lý vi phạm TTATGT tuyến QL1

2. Hệ thống CadProTMS đang được triển khai sử dụng trong dự án nâng cấp trung tâm điều khiển đèn tín hiệu và thiết bị ngoại vi của thành phố Hà Nội (hình 4). Đây là một hệ thống có quy mô rất lớn với tổng cộng khoảng 500 camera được quản lý trong dự án bao gồm 100 camera quan sát PTZ, 100 camera giám sát xử lý vi phạm giao thông và 300 camera đo đếm lưu lượng xe. Mạng lưới truyền thông kết nối camera được trải khắp trên phạm vi toàn bộ khu vực nội đô Hà Nội. Việc đo đếm lưu lượng giao thông tự động trong hệ thống giúp tối ưu hóa các làn sóng xanh trong điều khiển đèn tín hiệu để tăng cường hiệu quả lưu thông xe trên các tuyến giao thông huyết mạch trong Thành phố.

3. Trong năm 2012, hệ thống đã được triển khai ứng dụng vào mục đích giám sát xử lý vi phạm trật tự an toàn giao thông bằng hình ảnh trên tuyến Quốc lộ 1 đoạn Pháp Vân – Ninh Bình. Các camera đã được lắp đặt tại nhiều vị trí khác nhau để phát hiện thu thập tự động hình ảnh của các phương tiện vi phạm các lỗi như dừng đỗ xe sai quy định, xe đi sai làn đường, xe vượt đèn đỏ. Hệ thống đã được bàn giao cho lực lượng CSGT sử dụng và đem lại các kết quả tích cực trong giám sát xử lý vi phạm trật tự an toàn giao thông.

4. Đáp ứng nhu cầu cấp thiết của Tổng cục Đường bộ Việt Nam, hệ thống CadProTMS đã được triển khai để thực hiện giám sát số thu phí xe đi qua hai trạm Bãi Cháy và Hoàng Mai. Mục đích sử dụng là để xác định chính xác số tiền mà Nhà nước phải hoàn trả cho các nhà đầu tư khi dỡ bỏ hai trạm thu phí trên. Hiệu quả của hệ thống đem lại rất rõ ràng khi tiết kiệm rất lớn chi phí phải trả cho nhân công thực hiện đếm xe thủ công, đồng thời chống được các gian lận do yếu tố con người. Từ khi áp dụng hệ thống tự động thì số tiền xác định mà Nhà nước cần hoàn trả giảm hẳn so với phương pháp thực hiện thủ công trước đó.

Hình 4. Hệ thống camera giám sát giao thông TP. Hà Nội

Số 164 (10/2014)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay