Hệ thống giao thông thông minh (ITS) đang thay đổi hoàn toàn cách chúng ta di chuyển và sinh hoạt trong các thành phố hiện đại.

1. Sự phát triển của Hệ thống giao thông thông minh

Hệ thống giao thông thông minh (ITS) đã mang lại những thay đổi căn bản trong cách các thành phố quản lý giao thông và ứng phó với các tình huống khẩn cấp, đồng thời giúp giảm đáng kể tình trạng ùn tắc giao thông trên các tuyến đường đô thị. Động lực thúc đẩy sự phát triển này chính là việc kết hợp hài hòa giữa các cảm biến hiện đại, công nghệ truyền thông tiên tiến, hệ thống tự động hóa và mạng lưới tốc độ cao. ITS vận hành dựa trên nhiều loại công nghệ khác nhau để giám sát, phân tích và điều hành hệ thống giao thông một cách hiệu quả và an toàn nhất.

2. Từ cơ sở hạ tầng truyền thống đến thông minh

Việc chuyển đổi từ cơ sở hạ tầng giao thông truyền thống sang hệ thống thông minh thực sự là một bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực quản lý giao thông. Trước đây, việc điều tiết lưu lượng giao thông chủ yếu dựa vào các bộ hẹn giờ cố định, tấm cảm biến áp lực đặt dưới mặt đường và nút bấm tín hiệu cho người đi bộ. 

Ngày nay, các tuyến đường được thông minh hóa đã mang đến một cuộc cách mạng thực sự. Những hệ thống hiện đại này hoạt động nhờ sự phối hợp của nhiều công nghệ tiên tiến như Bluetooth và LIDAR (công nghệ sử dụng ánh sáng để phát hiện và đo khoảng cách), giúp nhận biết chính xác cả người đi bộ lẫn phương tiện, từ đó đưa ra những quyết định quản lý giao thông thông minh và hiệu quả.

Tại những tuyến đường này, các phương tiện có khả năng tự động kích hoạt hệ thống phanh để ngăn ngừa tai nạn ngay khi phát hiện người đi bộ. Hệ thống đèn giao thông hiện đại có thể tiếp nhận những tín hiệu đặc biệt được truyền từ các phương tiện, giúp xác định mật độ và hướng di chuyển của dòng giao thông một cách chính xác hơn rất nhiều so với phương pháp cũ sử dụng tấm cảm biến áp lực và bộ hẹn giờ. 

Khả năng giao tiếp hai chiều giữa phương tiện và hệ thống đèn đường tạo điều kiện cho việc di chuyển tự động dựa trên những thay đổi của tín hiệu giao thông, qua đó cải thiện đáng kể cả tính an toàn và hiệu quả của hệ thống.

3. Các thành phần chính của ITS hiện đại

ITS hiện đại được xây dựng từ nhiều thành phần quan trọng hoạt động phối hợp với nhau để tối ưu hóa toàn bộ mạng lưới giao thông:

Hệ thống Giao thông kết nối: Những hệ thống này khai thác sức mạnh của Internet vạn vật (IoT) và công nghệ thành phố thông minh để thu thập dữ liệu thời gian thực thực từ các cảm biến, phục vụ cho việc tối ưu hóa lưu lượng giao thông, theo dõi hiệu suất vận hành của phương tiện và nâng cao hiệu quả tổng thể của hệ thống giao thông.

Hệ thống quản lý giao thông tiên tiến: Dựa vào dữ liệu thời gian thực được thu thập từ camera, cảm biến và thiết bị GPS, những hệ thống này có khả năng theo dõi các xu hướng giao thông và điều chỉnh tín hiệu đèn giao thông phù hợp, từ đó cải thiện dòng chảy giao thông và rút ngắn thời gian di chuyển.

Giao tiếp vạn vật (V2X): Đây là công nghệ cho phép các phương tiện giao tiếp với bất kỳ đối tượng nào có thể ảnh hưởng hoặc bị ảnh hưởng bởi chúng, bao gồm các phương tiện khác (V2V), cơ sở hạ tầng (V2I), người đi bộ (V2P) và mạng lưới (V2N).

V2X hứa hẹn mở ra một kỷ nguyên mới cho giao thông

Thu phí tự động: Hệ thống này sử dụng công nghệ RFID và nhận dạng biển số xe để đơn giản hóa quá trình thanh toán phí, giảm thiểu tình trạng ùn tắc tại các trạm thu phí và cải thiện tình hình lưu thông tổng thể.

Giải pháp giao thông công cộng: Bao gồm theo dõi thời gian thực xe buýt và tàu hỏa, hệ thống thu vé và hệ thống thông tin hành khách, biến giao thông công cộng trở nên thân thiện với người dân.

4. Vai trò của IoT và Big Data

Công nghệ IoT và Big Data đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của ITS:

Các thiết bị IoT có khả năng thu thập một khối lượng dữ liệu khổng lồ và đa dạng từ cảm biến giao thông, thiết bị viễn thông tích hợp trên phương tiện và nhiều nguồn khác một cách liên tục theo thời gian thực. Những dữ liệu này trở thành tài sản quý giá để phân tích và tạo ra những hiểu biết có thể áp dụng ngay về các xu hướng giao thông, điều kiện đường xá và những yếu tố tác động đến giao thông.

Phân tích Big Data giúp biến đổi những bộ dữ liệu khổng lồ thành các thông tin dễ hiểu và có thể sử dụng được, cho phép các tổ chức khai thác chúng một cách hiệu quả. Khi kết hợp với các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và  Máy học (machine learning), những hiểu biết sâu sắc và có thể áp dụng thực tế sẽ được tạo ra. Những phân tích này cung cấp nhiều loại thông tin có giá trị khi được sử dụng cùng với IoT:

• Phân tích mô tả

• Phân tích chẩn đoán

• Phân tích dự đoán

• Phân tích đề xuất giải pháp

Việc trực quan hóa dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong phân tích IoT, hỗ trợ việc nhận diện các xu hướng chính. Tuy nhiên, với bản chất đa dạng của dữ liệu IoT - thường xuất hiện dưới các dạng có cấu trúc, không có cấu trúc và bán cấu trúc - khiến việc trực quan hóa hiệu quả gặp phải không ít thách thức.

IoT và Big Data đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của ITS

Khi ITS tiếp tục phát triển, việc tích hợp IoT và Big Data sẽ ngày càng quan trọng hơn trong việc giúp các tổ chức đưa ra những quyết định sáng suốt về quy hoạch giao thông, chính sách và phân bổ tài nguyên. Sự phát triển này hứa hẹn tạo ra các hệ thống giao thông hiệu quả, an toàn và bền vững hơn cho tương lai.

5. Xu hướng mới nổi trong công nghệ giao thông thông minh ITS

Hệ thống giao thông thông minh (ITS) đang phát triển với tốc độ chóng mặt bởi những công nghệ tiên tiến hứa hẹn sẽ cách mạng hóa cách thức di chuyển của con người và cơ sở hạ tầng đô thị. Những tiến bộ này đang mở đường cho các mạng lưới giao thông thông minh, hiệu quả và an toàn hơn bao giờ hết.

5.1. 5G và Giao tiếp vạn vật (V2X)

Sự ra đời của công nghệ 5G đã mở ra những cơ hội hoàn toàn mới cho giao tiếp vạn vật (V2X). Mạng tốc độ siêu cao và độ trễ cực thấp này cho phép các phương tiện giao tiếp với nhau, với cơ sở hạ tầng và thậm chí với người đi bộ theo thời gian thực. Hiệp hội ô tô 5G (5GAA) đã phân loại các ứng dụng xe thành bốn nhóm chính: An toàn, Tiện lợi, Bảo vệ người tham gia giao thông dễ bị tổn thương (VRU) và hỗ trợ lái xe tiên tiến.

Công nghệ V2X được hỗ trợ bởi 5G có tác động đến nhiều khía cạnh khác nhau của giao thông:

Đoàn tàu (Platooning): Công nghệ này cho phép các phương tiện hoạt động sát nhau, tạo thành đoàn xe có thể tăng tốc và phanh một cách đồng bộ. Điều này không chỉ tăng dung lượng của đường mà còn giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải CO2 lên đến 16% (theo Hiệp hội Nhà sản xuất ô tô châu Âu).

Lái xe hợp tác: Các phương tiện chia sẻ dữ liệu cảm biến để phối hợp chuyển động của chúng, thích ứng với giao thông xung quanh và loại bỏ những gián đoạn do đổi làn hoặc phanh đột ngột gây ra.

Cảnh báo nguy hiểm: Dữ liệu thời gian thực từ phương tiện, mạng lưới và cơ sở hạ tầng cung cấp các cảnh báo có độ chính xác cao và được địa phương hóa về những thay đổi của điều kiện thời tiết, công trình đường hoặc va chạm xe phía trước.

Sự ra đời của công nghệ 5G đã mở ra những khả năng mới cho giao tiếp vạn vật (V2X)

Tránh va chạm: Thông qua việc phát sóng thông tin về vị trí, tốc độ và hướng di chuyển, các phương tiện có thể dự đoán và tránh những va chạm tiềm ẩn với xe khác, người đi bộ và người đi xe đạp.

5.2. Ứng dụng Trí tuệ nhân tạo và Máy học

AI trong giao thông (Trí tuệ nhân tạo) và Học máy (ML) đang thay đổi bộ mặt của hệ thống giao thông thông minh bằng cách mang lại khả năng ra quyết định thông minh hơn và khả năng dự đoán chính xác hơn. Những công nghệ này có phạm vi ứng dụng rộng lớn trong giao thông thông minh:

Dự đoán lưu lượng giao thông: Các thuật toán AI trong giao thông phân tích Big Data thời gian thực để dự đoán các xu hướng giao thông và tối ưu hóa việc điều khiển tín hiệu giao thông thông minh, giảm ùn tắc và cải thiện dòng chảy giao thông tổng thể.

Phát hiện bất thường: Các phương pháp ML được sử dụng để xác định những bất thường và mối nguy hiểm trên đường trong hệ thống giao thông thông minh, nâng cao an toàn và cho phép thực hiện bảo trì một cách chủ động.

Phòng ngừa tai nạn: Hệ thống AI trong giao thông phân tích nhiều nguồn Big Data để phát hiện và ngăn ngừa các tai nạn có thể xảy ra, cải thiện an toàn giao thông đường bộ.

Cơ sở hạ tầng thông minh: Hệ thống được hỗ trợ AI trong giao thông quản lý đèn thành phố thông minh và các yếu tố cơ sở hạ tầng khác, mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng và giao thông thông minh hiệu quả hơn.

Xe tự hành: AI và ML đóng vai trò quan trọng trong phát triển xe tự lái, xử lý khối lượng dữ liệu cảm biến khổng lồ để đưa ra quyết định thời gian thực. Mỗi xe kết nối và tự hành tạo ra tới 5TB dữ liệu mỗi giờ, được phân tích bằng edge computing và AI dựa trên đám mây cho các quyết định tự điều hướng tức thời.

5.3. Blockchain cho bảo mật và quản lý dữ liệu nâng cao

Công nghệ Blockchain đang nổi lên như một công cụ mạnh mẽ để quản lý dữ liệu an toàn và minh bạch trong ITS. Bản chất phi tập trung và hệ thống mã hóa của nó mang lại một số lợi thế đáng kể:

Tính toàn vẹn dữ liệu: Blockchain tạo ra một bản ghi không thể chỉnh sửa của tất cả giao dịch, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của dữ liệu giao thông.

Minh bạch: Sổ cái phi tập trung cung cấp một hệ thống minh bạch và có thể kiểm tra được, nơi tất cả giao dịch đều hiển thị với các bên tham gia được ủy quyền, giảm nguy cơ gian lận và tham nhũng.

Bảo mật: Các tính năng mã hóa của Blockchain cung cấp biện pháp bảo mật mạnh mẽ, bảo vệ dữ liệu nhạy cảm khỏi việc truy cập trái phép và các cuộc tấn công mạng.

Hợp đồng thông minh: Các hợp đồng tự thực hiện có thể được triển khai trên nền tảng blockchain, nâng cao hơn nữa tính bảo mật và minh bạch của các quy trình quản lý dữ liệu.

Khả năng tương tác: Blockchain hỗ trợ khả năng tương tác giữa các hệ thống quản lý dữ liệu khác nhau, tạo thuận lợi cho việc trao đổi dữ liệu liền mạch và hợp tác trong lĩnh vực giao thông.

Blockchain là một công cụ mạnh mẽ để quản lý dữ liệu an toàn và minh bạch trong ITS

Khi những công nghệ này tiếp tục phát triển và tích hợp, chúng có tiềm năng tạo ra các hệ thống giao thông hiệu quả, an toàn và bền vững hơn. Sự phối hợp giữa 5G, AI, ML và blockchain đang thúc đẩy sự đổi mới trong ITS, giải quyết các thách thức lâu nay như ùn tắc giao thông, an toàn đường bộ và tác động môi trường. Những xu hướng mới nổi này không chỉ biến đổi cách chúng ta di chuyển mà còn định hình tương lai của thành phố thông minh và phương thức di chuyển đô thị.

6. Thành phố Thông minh và Tích hợp ITS

Việc tích hợp Hệ thống giao thông thông minh (ITS) với cơ sở hạ tầng thành phố thông minh đã nổi lên như một cách tiếp cận đầy triển vọng để giải quyết những thách thức ngày càng tăng của giao thông đô thị và thúc đẩy phương thức di chuyển bền vững. Sự tích hợp này khai thác các công nghệ tiên tiến để nâng cao chất lượng cuộc sống cho cư dân và du khách, đồng thời cung cấp giải pháp cho các vấn đề tồn tại lâu nay như ùn tắc giao thông, ô nhiễm và sử dụng tài nguyên không hiệu quả.

6.1. Giải pháp di chuyển đô thị

Thành phố thông minh đang cách mạng hóa phương thức di chuyển đô thị bằng cách triển khai một loạt các giải pháp đổi mới. Những giải pháp này bao gồm:

Thông tin giao thông công cộng thời gian thực: Thông qua việc cung cấp thông tin cập nhật liên tục về lịch trình xe buýt và tàu, các thành phố có thể khuyến khích việc sử dụng phương tiện giao thông công cộng nhiều hơn, giảm sự phụ thuộc vào xe cá nhân.

Sự tích hợp của Hệ thống giao thông thông minh (ITS) với cơ sở hạ tầng thành phố thông minh thúc đẩy di chuyển bền vững

Di chuyển thân thiện với xe đạp: Thành phố thông minh đang tạo ra những làn xe đạp riêng biệt và triển khai các chương trình chia sẻ xe đạp để thúc đẩy những lựa chọn giao thông bền vững.

Tối ưu hóa tuyến giao thông công cộng: Sử dụng phân tích dữ liệu, các thành phố có thể điều chỉnh tuyến giao thông để phục vụ tốt hơn nhu cầu của người đi làm và giảm thời gian di chuyển.

Đi chung xe và chia sẻ chuyến đi: Các ứng dụng trên điện thoại thông minh đang tạo điều kiện kết nối giữa những người đi cùng tuyến đường, làm cho việc sắp xếp đi chung xe trở nên dễ dàng hơn và giảm số lượng xe trên đường.

Những giải pháp này không chỉ cải thiện việc đi lại hàng ngày cho cư dân mà còn góp phần giảm ùn tắc giao thông và đạt được mức khí thải carbon thấp hơn.

6.2. Quản lý giao thông và giảm ùn tắc

Một trong những lợi ích chính của việc tích hợp ITS với cơ sở hạ tầng thành phố thông minh là cải thiện đáng kể việc quản lý giao thông. Các thành phố đang sử dụng nhiều công nghệ khác nhau để giải quyết vấn đề này:

Đèn giao thông thông minh: Những hệ thống này điều chỉnh thời gian tín hiệu dựa trên các xu hướng giao thông thời gian thực, giúp giảm thiểu thời gian chờ đợi và duy trì dòng giao thông chảy mượt mà.

Trung tâm điều khiển giao thông: Những trung tâm tập trung này sử dụng hệ thống điều khiển giao thông thông minh để giám sát tình hình thời gian thực và thực hiện các biện pháp phù hợp để quản lý tình trạng ùn tắc.

Hệ thống theo dõi người đi bộ: Bằng cách thu thập dữ liệu về hành vi của người đi bộ, các thành phố có thể cải thiện thiết kế đô thị và tạo ra môi trường thân thiện hơn với người đi bộ.

Lợi ích chính của việc tích hợp ITS với cơ sở hạ tầng thành phố thông minh là cải thiện quản lý giao thông

Công nghệ máy bay không người lái: Máy bay không người lái được sử dụng để thu thập dữ liệu về các xu hướng giao thông và giám sát các khía cạnh khác của cơ sở hạ tầng thành phố, chẳng hạn như công trình xây dựng và việc đóng cửa đường.

Ưu tiên xe cấp cứu (EVP): Hệ thống này cung cấp đèn xanh liên tục cho xe cấp cứu, cải thiện thời gian phản ứng và giảm gián đoạn giao thông.

Việc triển khai những công nghệ này đã mang lại kết quả đáng ghi nhận. Bằng cách giải quyết những vấn đề này thông qua quản lý giao thông thông minh, các thành phố có thể giảm đáng kể tình trạng ùn tắc và cải thiện an toàn giao thông đường bộ.

6.3. Tác động môi trường và tính bền vững

Thành phố thông minh đang khai thác ITS để giải quyết các mối quan tâm về môi trường và thúc đẩy tính bền vững:

Giám sát chất lượng không khí: Cảm biến thông minh trên khắp thành phố có thể theo dõi chất lượng không khí theo thời gian thực, cho phép can thiệp có mục tiêu để giảm ô nhiễm.

Tối ưu hóa sử dụng năng lượng: Hệ thống tự động hóa tòa nhà và lưới điện thông minh giúp giảm tiêu thụ năng lượng và khí thải nhà kính.

Quản lý nước: Hệ thống nước thông minh sử dụng cảm biến để giám sát chất lượng nước, phát hiện rò rỉ và thực hiện các biện pháp bảo tồn.

Giảm chất thải: Hệ thống theo dõi và thanh toán kỹ thuật số cho việc xử lý rác thải khuyến khích tái chế và giảm rác thải rắn.

Thúc đẩy xe điện: Thành phố thông minh đang lắp đặt cơ sở hạ tầng sạc và thực hiện các chính sách để khuyến khích việc sử dụng xe điện.

Tác động của những sáng kiến này thực sự đáng kể. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các giải pháp thành phố thông minh có thể dẫn đến giảm 10-15% khí thải nhà kính, 30-130 kg ít rác thải rắn hơn mỗi người mỗi năm và tiết kiệm 25-80 lít nước mỗi người mỗi ngày.

Thông qua việc tích hợp ITS với cơ sở hạ tầng thành phố thông minh, các khu vực đô thị không chỉ cải thiện hiệu quả của hệ thống giao thông mà còn đạt được những bước tiến đáng kể hướng tới mục tiêu phát triển bền vững. Những tiến bộ này có tiềm năng biến đổi đời sống đô thị, tạo ra môi trường sống hiệu quả và kiên cường hơn cho các thế hệ tương lai.

Nguồn: 

https://www.marketsandmarkets.com/ResearchInsight/intelligent-transportation-systems-future.asp