I. Lời nói đầu

Bước vào thập kỷ thứ 20 của thế kỷ 21, thế giới đang chuyển nhanh sang kỷ nguyên công nghiệp 4.0 mà ở đó vai trò của công nghệ thông tin – viễn thông nói chung và các công nghệ mới nói riêng như: Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence - AI), Tự động hóa (Robotícs), Internet vạn vật (Internet of Thing - IoT), ... trở thành then chốt, có tính quyết định đến sự phát triển, tồn vong của mỗi quốc gia trên thế giới. Khái niệm, thuật ngữ “Thành phố thông minh - SmartCity” đã xuất hiện một thời gian khá dài trên thế giới và dần dần trở thành định hướng phát triển cho mỗi quốc gia, mỗi thành phố.

Với mục tiêu xây dựng thành phố thông minh, xây dựng phát triển Hệ thống giao thông thông minh (ITS- Intelligen Transoprt System) trở thành lĩnh vực then chốt cơ bản của một đô thị thông minh, hỗ trợ cho công tác quản lý nhà nước và mang lại những lợi ích cho xã hội như thúc đẩy phát triển sản xuất và lưu thông hàng hóa, nâng cao chất lượng dịch vụ ngành du lịch, giảm ô nhiễm môi trường.

Công nghệ IoT trong giao thông thông minh không chỉ được ứng dụng rộng rãi cho quản lý giao thông, các giải pháp đỗ xe thông minh, … mà còn được ứng dụng cho quản lý đội tàu, giải pháp viễn thông, giải trí hành khách và các giải pháp an ninh. Hơn nữa, công nghệ IoT cho phép thúc đẩy các hệ thống quản lý giao thông thực thi, quản lý các giải pháp liên quan đến mạng lưới, cung cấp các dịch vụ và thu phí điện tử trong lĩnh vực giao thông vận tải.

Trong bài viết này sẽ giới thiệu tập trung vào một số hệ thống IoT đô thị được sử dụng để cung cấp các dịch vụ của lĩnh vực giao thông thông minh.

II. Một số ứng dụng dịch vụ giao thông sử dụng công nghệ IoT

1. Dịch vụ đỗ xe thông minh (Smart Parking)

Hiện tượng tắc nghẽn giao thông hiện nay là một thách thức lớn ở nhiều thành phố. Theo một thống kê không chính thức của Urbiotica – Một nhà cung cấp các giải pháp giao thông thông minh toàn cầu thì tỷ lệ ùn tắc giao thông ở các thành phố do tìm kiếm chỗ đỗ xe chiếm đến 30%. Ngoài mức độ ô nhiễm ngày càng tăng, tình trạng này cũng dẫn đến thời gian bị lãng phí và gây căng thẳng cao cho người lái xe và các đối tượng tham gia giao thông khác.

Dịch vụ đỗ xe thông minh đô thị bao gồm các chức năng quản lý, cung cấp thông tin và thu phí tự động được coi là công cụ hoàn hảo để giải quyết những thách thức tắc nghẽn giao thông do tìm kiếm chỗ đậu xe trên đường, cải thiện lưu lượng giao thông trong thành phố. Vậy công nghệ IoT được sử dụng trong ứng dụng dịch vụ này như thế nào?

Hình 1. Sơ đồ hệ thống dịch vụ đỗ xe thông minh (Nguồn International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) e-ISSN: 2395-0056)

(1) Cảm biến đậu xe: Thu thập thông tin thời gian thực không gian chỗ đỗ xe.

(2) Truyền dữ liệu thời gian thực tới máy chủ khu vực và máy chủ trung tâm.

(3) Ứng dụng dịch vụ cung cấp thông tin đỗ xe: Ứng dụng điện thoại thông minh, ứng dụng của OBU (Thiết bị lắp đặt trong xe - On-Boat Unit), ứng dụng điều hướng tích hợp trong xe, website.

(4) Bảng thông báo điện tử: Thông báo tình trạng chỗ đỗ xe.

(5) Điểm thu phí đỗ xe: Cho phép thanh toán trực tiếp thông qua các ứng dụng thanh toán tích hợp và không tích hợp.

(6) Chỗ đỗ xe đặc biệt: Dành cho nhà quản lý cư dân hoặc nhà quản lý bãi đỗ xe.

(7) Chỗ đỗ xe chuyên dùng: Dành cho xe kiểm soát, khắc phục sự cố giao thông …  

a. Cách thức hoạt động của hệ thống bãi đỗ xe thông minh như sau:

Mỗi một chỗ (hoặc 2 chỗ đậu, tùy theo công nghệ của thiết bị cảm biến) xe sẽ được lắp 01 cảm biến đậu xe (1). Khi những chiếc xe vào và ra khỏi chỗ đậu xe, các cảm biến này sẽ phát hiện, thu thập và gửi thông tin đến hệ thống máy tính quản lý cảm biến cục bộ. Ở đó, sau khi thông tin được xử lý sẽ được chuyển đến hệ thống máy chủ trung tâm quản lý. Hệ thống máy chủ sẽ tiến hành phân tích xử lý dữ liệu và gửi thông tin phản hồi (2) thời gian thực tình trạng bãi đỗ xe đến Bảng thông báo điện tử (4) được lắp trên những tuyến đường lân cận. Khi người lái xe sử dụng Ứng dụng dịch vụ cung cấp thông tin đỗ xe (3) thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh hoặc ứng dụng của OBU (Thiết bị lắp đặt trong xe - On-Boat Unit) hoặc ứng dụng điều hướng tích hợp trong xe hoặc trên website để tìm bãi đỗ xe. Hệ thống sẽ lập tức cung cấp thông tin chỗ đỗ xe gần nhất và đồng thời dẫn đường cho người lái xe tới đó. Phí đỗ xe sẽ được thanh toán qua nhiều hình thức: Tích hợp (tại điện thoại thông minh, ứng dụng của OBU) và không tích hợp tại Điểm thu phí đỗ xe (5).

Ngoài ra, theo qui định riêng của một số thành phố, bãi đỗ xe phải cung cấp chỗ đỗ dành riêng cho các phương tiện đặc thù Chỗ đỗ xe đặc biệt (6) và Chỗ đỗ xe chuyên dùng (7) cho những đối tượng là nhà quản lý, đối tượng chuyên khắc phục sự cố bãi đỗ xe và các sự cố giao thông khác …

b. Lợi ích của Dịch vụ đỗ xe thông minh đô thị:

Hệ thống dịch vụ bãi đỗ xe thông minh sử dụng công nghệ IoT giúp nhà quản lý giao thông, công ty khai thác điểm đỗ giảm được các chi phí nhân công, sử dụng tối ưu các nguồn lực sẵn có để tạo ra một hệ thống liên kết các bãi đỗ xe của thành phố thuận tiện cho người dùng.

Thông qua sử dụng thông tin chỗ đỗ xe được cung cấp trên website, ứng dụng thông minh và các bảng điện tử bên đường giúp người lái xe tiếp cận thông tin thời gian thực một cách nhanh chóng, giảm thời gian, chi phí lòng vòng đi tìm chỗ đỗ. Từ đó sẽ làm giảm đáng kể tắc nghẽn giao thông cũng như ô nhiễm môi trường.

Ngoài ra với tính năng thanh toán được điện tử được tích hợp (trên điện thoại thông minh, thiết bị OBU) hoặc tại điểm thanh toán sẽ tạo ra một dịch vụ thuận tiện, minh bạch cho tất cả các bên liên quan.

2. Dịch vụ thu phí đường điện tử (Electronic Road Pricing – ERP)

Dịch vụ thu phí đường điện tử ERP được sử dụng trong quản lý tắc nghẽn giao thông. Dựa trên nguyên tắc thu phí người sử dụng, người lái xe sẽ bị tính phí khi họ sử dụng một cung đường nào đó trong trong lộ trình di chuyển vào trong giờ cao điểm.

Mức thu phí ERP sẽ là khác nhau đối với từng loại xe, từng loại đường, từng khoảng thời gian trong ngày và tùy thuộc vào điều kiện giao thông thực tế ở địa phương đó. Điều này khuyến khích người lái xe thay đổi phương thức di chuyển, lựa chọn tuyến đường hoặc thời gian đi lại của họ. Hệ thống này sẽ bao gồm các thành phần sau:

- Thiết bị gắn trong phương tiện (In vehicle unit-IU):

Có kích cỡ khoảng một cuốn nhật ký bỏ túi nhỏ. Được cố định vĩnh viễn ở góc dưới cùng bên phải của kính chắn gió của xe và được cấp nguồn bằng ắc qui của xe. Thiết bị IU được mã hóa bằng màu sắc cho các loại xe tương ứng khác nhau (tương ứng phí ERP khác nhau) và chấp nhận một số loại thẻ rút tiền được chỉ định. Các loại xe bao gồm: xe con, taxi, xe máy, xe hàng hóa hạng nhẹ, xe chở hàng nặng. Xe buýt và xe công dùng trong trường hợp khẩn cấp được miễn phí ERP.

Hình 2. Các loại thiết bị IU và thẻ thanh toán

- Điểm kiểm soát dịch vụ thu phí ERP

Điểm kiểm soát ERP sử dụng hai giàn gắn trên cao ở độ cao 06 m so với mặt đường. Mỗi giàn cách nhau khoảng 11m và mỗi giàn có 02 anten vô tuyến cho mỗi làn. Điều này có nghĩa phương thức giao tiếp với IU trong phương tiện bằng tần số vô tuyến. Một bộ cảm biến đường quang (optical line sensors) dùng để phát hiện sự hiện diện của phương tiện. Ngoài ra hai máy ảnh được lắp đặt cùng nhau trên giàn đầu tiên để kiểm soát mỗi làn chụp ảnh số biển số phía sau xe vi phạm

Hình 3. Điểm kiểm soát dịch vụ thu phí ERP (nguồn https://www.lta.gov.sg)

a. Phương thức hoạt động:

Hình 4. Phương thức hoạt động hệ thống thu phí ERP (Nguồn Electronic Road Pricing:

Experience & Lessons from Singapore)

Khi một phương tiện được gắn thiết bị IU đi qua, thiết bị ăng ten vô tuyến (Atenna Controller) sử dụng tần số vô tuyến là 2,45GHz sẽ giao tiếp với IU. Các khoản phí phải trả theo qui định được thiết bị IU tự động khấu trừ từ Thẻ rút tiền mặt. Trong trường hợp bộ cảm biến đường quang phát hiện sự hiện diện của xe nhưng thiết bị ăng ten vô tuyến không nhận được tín hiệu từ UI, phương tiện sẽ bị coi là vi phạm và bị tự động chụp ảnh biển số phía sau. Ngoài ra, ảnh cũng được chụp nếu có lỗi kỹ thuật trong IU. Toàn bộ dữ liệu ghi nhận được thu thập thông qua bộ điều kiển cục bộ và gửi về hệ thống máy tính trung tâm tại trung tâm điều khiển giao thông. Lưu lượng, tốc độ của phương tiện đi qua là một nguồn dữ liệu để cung cấp tình trạng và mật độ giao thông của những tuyến đường thu phí.

b. Lợi ích của dịch vụ thu phí chống ùn tắc

Với nguyên tắc thu phí giờ cao điểm để hạn chế phương tiện đi vào một tuyến đường, một khu vực nhất định. Lợi ích của dịch vụ này mang lại như sau:

- Giảm thiểu lưu lượng giao thông trên các tuyến đường được sử dụng nhiều hoặc những nơi thường xuyên tập trung đông người có nguy cơ ùn tắc giao thông tại các khu vực trung tâm của đô thị.

- Tối ưu hóa việc sử dụng mạng lưới đường giao thông bằng cách khuyến khích người lái xe cân nhắc lựa chọn thay thế bằng một tuyến đường khác hoặc sử dụng phương tiện giao thông công cộng có sẵn.

- Cung cấp một mức giá hợp lý cho người lái xe. Các khoản phí được tính dựa trên mức sử dụng. Những người thường xuyên di chuyển trên tuyến đường đó phải trả thêm tiền; trong khi những người ít sử dụng thường xuyên hơn hay những người di chuyển ngoài giờ cao điểm không phải trả khoản phí này hoặc sẽ trả ít hơn.

- Xóa bỏ giấy phép hàng tháng/hàng ngày khi đi qua các khu vực có lưu lượng giao thông cao trong khu vực trung tâm.

- Không có sự can thiệp của con người, với hệ thống đáng tin cậy và hoàn toàn tự động hoạt động 24/24 giờ đảm bảo tính minh bạch đối với người tham gia giao thông trong công tác quản lý thu phí.

III. Lời kết

Với sự phát triển mạnh mẽ và những lợi thế của công nghệ IoT. Việc tích hợp, ứng dụng IoT trong lĩnh vực giao thông thông minh có thể cải thiện hiệu suất, tối ưu hóa lưu lượng truy cập của hệ thống. Thiết bị IoT có khả năng thu thập, lưu trữ và xử lý thông tin giao thông nhanh hơn, giúp tối ưu hóa các vấn đề giao thông. Từ những lợi thế về công nghệ đó đã cho phép phát triển và triển khai nhiều ứng dụng dịch vụ khác nhau trong lĩnh vực giao thông thông minh.

Một số ứng dụng dịch vụ đã được triển khai tại một số đô thị trên thế giới như: Dịch vụ thông tin và thanh toán xe buýt; phát hiện trộm cắp xe; lập lịch trình tuyến đường cho xe ưu tiên; dịch vụ thu phí không dừng, tự động giám sát vi phạm giao thông … Ứng dụng công nghệ IoT trong lĩnh vực giao thông thông minh được tích hợp, kết hợp với công nghệ khác như trí tuệ nhân tạo, tự động hóa, điện toán đám mây.. sẽ giúp cho các nhà quản lý giao thông có thể tự động thu thập, phân tích xử lý dữ liệu thông tin để phục vụ công tác dự báo lưu lượng, mật độ giao thông dựa trên dữ liệu lịch sử; phân luồng, tối ưu hóa lưu lượng giao thông dựa trên thông tin thời gian thực. Ngoài ra, các dữ liêu này sẽ được sử dụng trong công tác qui hoạch mạng lưới đường xá, phương tiện giao thông công cộng …trong tương lai của đô thị.

Bên cạnh đó, các hệ thống mở rộng này sẽ cung cấp thêm nhiều dịch vụ đa dạng và ít phức tạp hơn cho người dùng bao gồm: Thanh toán trực tuyến theo vị trí, cung cấp thông tin thời gian thực tình trạng giao thông dựa trên vị trí hoặc các dịch vụ thông tin khác như điều hướng, thông tin các điểm quan tâm …

Trong tương lai, chúng ta có thể hình dung sự liên kết giữa phương tiện và con người, giữa đường xá và phương tiện hay giữa con người và đường xá như một hệ thống lớn để cung cấp phương thức di chuyển an toàn và thông suốt với những dịch vụ đa dạng cho người tham gia giao thông. Đồng thời giải quyết những vấn nạn, nguy cơ như tắc nghẽn, tai nạn giao thông, ô nhiễm không khí ...để hình thành một đô thị thông minh, bền vững và đáng sống theo đúng nghĩa của nó.

Ứng dụng công nghệ IoT trong lĩnh vực giao thông có thể khác nhau đối với từng quốc gia, nó phụ thuộc vào ngân sách đầu tư của chính phủ, vào sự tham gia của các bên liên quan và công nghệ hiện tại được sử dụng. Vì vậy, mức độ phát triển của dịch vụ giao thông thông minh và các lĩnh vực khác có liên quan cũng sẽ có nhiều sự khác biệt.

 Lê Việt Hưng

Tài liệu tham khảo:

1. An internet of things based intelligent transportation system.  International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) e-ISSN: 2395-0056 (https://ieeexplore.ieee.org/document/7063743/)

2. Survey On The Role Of IoT In Intelligent Transportation System

(https://www.iaescore.com/journals/index.php/IJEECS/article/view/10314)

Smart Transport System Based on “The Internet of Things”

(https://www.scientific.net/AMM.48-49.1073)

3. Electronic Road Pricing Singapore (ERP)

https://www.lta.gov.sg/content/ltaweb/en/roads-and-motoring/managing-traffic-and-congestion/electronic-road-pricing-erp.html

4. Electronic Road Pricing: Experience & Lessons from Singapore. Prof. Gopinath Menon and Dr. Sarath Guttikunda