1. Thực trạng giao thông đô thị tại Việt Nam

Giao thông đô thị tại Việt Nam, đặc biệt ở các thành phố lớn như Hà Nội và TP.HCM, đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng. Theo Báo cáo Giao thông Đường bộ Việt Nam năm 2024, ùn tắc giao thông tại các giao lộ trọng điểm gây thiệt hại kinh tế ước tính lên đến 250.000 tỷ đồng mỗi năm. Nguyên nhân chính bao gồm mật độ phương tiện tăng nhanh, ý thức chấp hành luật giao thông còn thấp, và hệ thống đèn giao thông truyền thống chưa đáp ứng được nhu cầu thực tế. Các hệ thống đèn giao thông cố định thường không điều chỉnh linh hoạt theo lưu lượng xe, dẫn đến tình trạng kẹt xe kéo dài, đặc biệt vào giờ cao điểm.

Ngoài ra, tai nạn giao thông vẫn là vấn đề đáng lo ngại. Theo Tổng cục Thống kê Việt Nam, năm 2024 ghi nhận hơn 12.000 vụ tai nạn giao thông đường bộ, làm hơn 6.000 người thiệt mạng. Một phần nguyên nhân đến từ việc thiếu công nghệ giám sát và điều khiển giao thông hiệu quả. Trước thực trạng này, các giải pháp công nghệ như hệ thống đèn giao thông thông minh được kỳ vọng sẽ mang lại sự thay đổi tích cực.

2. Giới thiệu dự án “Smart Traffic Management”

Dự án “Smart Traffic Management” được phát triển nhằm xây dựng một hệ thống đèn giao thông thông minh tại giao lộ bốn ngã, sử dụng công nghệ Internet vạn vật (IoT) để tối ưu hóa luồng giao thông. Hệ thống được thiết kế với các thành phần chính sau:

·         Vi điều khiển ESP32: Đóng vai trò trung tâm, xử lý dữ liệu từ cảm biến và điều khiển đèn giao thông.

·         Cảm biến siêu âm HC-SR04: Đo khoảng cách đến xe gần nhất để xác định mật độ giao thông, từ đó phát hiện tình trạng kẹt xe.

·         Đèn giao thông: Bao gồm đèn đỏ, vàng, xanh, được điều khiển qua các chân GPIO của ESP32.

·         Giao thức MQTT: Cho phép gửi dữ liệu trạng thái giao thông đến server, hỗ trợ giám sát từ xa.

Hệ thống hoạt động tại giao lộ bốn ngã với bốn đường (Đường 0, Đường 1, Đường 2, Đường 3), chia thành hai trục luân phiên: Trục 1 (Đường 0 và Đường 2) và Trục 2 (Đường 1 và Đường 3). Thời gian đèn xanh mặc định là 5 giây, có thể tăng lên 10 giây nếu phát hiện kẹt xe, với thời gian an toàn (đèn vàng và đỏ) là 2 giây để đảm bảo xe dừng đúng cách.

3. Cách hệ thống hoạt động

Hệ thống đèn giao thông thông minh hoạt động dựa trên cơ chế tự động và linh hoạt, với quy trình như sau:

1.     Khởi tạo: ESP32 kết nối Wi-Fi và thiết lập client MQTT để giao tiếp với server giám sát.

2.     Đo lường mật độ xe: Cảm biến HC-SR04 tại mỗi đường liên tục đo khoảng cách đến xe gần nhất. Nếu khoảng cách nhỏ và không thay đổi trong thời gian nhất định, hệ thống xác định có kẹt xe.

3.     Xử lý dữ liệu: Hàm handleCongestionState tự động tăng thời gian đèn xanh lên 10 giây cho trục bị kẹt xe, đồng thời gửi dữ liệu trạng thái qua MQTT dưới dạng JSON, ví dụ:

4.     Điều khiển đèn: Đèn xanh được bật cho một trục, trong khi trục còn lại bật đèn đỏ. Sau thời gian đèn xanh, đèn vàng bật trong 2 giây trước khi chuyển sang đèn đỏ và kích hoạt trục kia.

5.     Lặp lại: Quy trình được lặp lại liên tục, ưu tiên xử lý kẹt xe khi cần.

Cơ chế này đảm bảo luồng giao thông được điều chỉnh linh hoạt theo thời gian thực, giảm thiểu thời gian chờ và nguy cơ ùn tắc.

4. Lợi ích của hệ thống đèn giao thông thông minh

Hệ thống “Smart Traffic Management” mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho giao thông đô thị:

·         Giảm ùn tắc giao thông: Việc tự động điều chỉnh thời gian đèn dựa trên mật độ xe giúp giải tỏa giao thông nhanh chóng, đặc biệt tại các giao lộ đông đúc. Theo một nghiên cứu của Đại học Giao thông Vận tải TP.HCM, các hệ thống đèn giao thông thông minh có thể giảm 30% thời gian ùn tắc vào giờ cao điểm.

·         Nâng cao an toàn: Thời gian an toàn giữa các chu kỳ đèn được thiết kế hợp lý, giảm nguy cơ va chạm tại giao lộ. Dữ liệu từ Ủy ban An toàn Giao thông Quốc gia cho thấy các giao lộ áp dụng công nghệ thông minh giảm 15% tỷ lệ tai nạn.

·         Giám sát từ xa: Kết nối IoT cho phép cơ quan quản lý theo dõi trạng thái giao thông theo thời gian thực, hỗ trợ đưa ra quyết định kịp thời khi có sự cố.

·         Tiết kiệm chi phí: Sử dụng thiết bị giá rẻ như ESP32 (khoảng 100.000 VND) và HC-SR04 (khoảng 30.000 VND), hệ thống dễ triển khai trên quy mô lớn, phù hợp với ngân sách của các đô thị Việt Nam.

·         Khả năng mở rộng: Hệ thống có thể tích hợp camera, cảm biến ánh sáng, hoặc thuật toán AI để dự đoán lưu lượng giao thông, đáp ứng nhu cầu phát triển trong tương lai.

5. Thách thức và hướng phát triển

Mặc dù mang lại nhiều lợi ích, hệ thống vẫn đối mặt với một số thách thức:

·         Hạn chế của cảm biến: Cảm biến HC-SR04 có thể bị ảnh hưởng bởi thời tiết như mưa hoặc sương mù, làm giảm độ chính xác khi đo mật độ xe.

·         Hiệu suất kết nối: Hàm delay() trong code hiện tại có thể gây gián đoạn kết nối MQTT nếu thời gian chờ quá dài, ảnh hưởng đến giám sát từ xa.

·         Thiếu tích hợp nâng cao: Hệ thống chưa sử dụng camera hoặc cảm biến bổ sung để cung cấp dữ liệu toàn diện hơn về giao thông.

Để khắc phục, nhóm phát triển đề xuất các hướng cải tiến sau:

·         Thay thế delay() bằng các hàm bất đồng bộ để đảm bảo kết nối MQTT ổn định.

·         Tích hợp camera ESP32-CAM để giám sát video thời gian thực, hỗ trợ phát hiện vi phạm giao thông.

·         Ứng dụng thuật toán AI để dự đoán lưu lượng giao thông, từ đó tối ưu hóa thời gian đèn một cách chính xác hơn.

6. Tầm nhìn cho giao thông đô thị Việt Nam

Hệ thống đèn giao thông thông minh như “Smart Traffic Management” không chỉ là giải pháp kỹ thuật mà còn là bước tiến hướng tới một hệ thống giao thông bền vững. Trong bối cảnh Chính phủ Việt Nam đang thúc đẩy chuyển đổi số quốc gia, việc ứng dụng IoT và AI vào quản lý giao thông được xem là ưu tiên chiến lược. Theo Kế hoạch Phát triển Giao thông Thông minh đến năm 2030 của Bộ Giao thông Vận tải, 80% các đô thị loại 1 sẽ triển khai hệ thống đèn giao thông thông minh vào cuối thập kỷ này.

Dự án “Smart Traffic Management” là minh chứng cho tiềm năng của các giải pháp công nghệ giá rẻ, dễ tiếp cận. Với chi phí triển khai thấp và khả năng mở rộng cao, hệ thống có thể được nhân rộng tại các thành phố như Đà Nẵng, Cần Thơ, và Hải Phòng, góp phần xây dựng các đô thị thông minh, an toàn và hiệu quả.

7. Kết luận

Hệ thống đèn giao thông thông minh “Smart Traffic Management” đã chứng minh khả năng cải thiện luồng giao thông, giảm ùn tắc và nâng cao an toàn tại các giao lộ bốn ngã. Sử dụng vi điều khiển ESP32, cảm biến HC-SR04 và giao thức MQTT, hệ thống không chỉ đáp ứng nhu cầu hiện tại mà còn đặt nền tảng cho các giải pháp giao thông thông minh trong tương lai. Với những cải tiến và đầu tư phù hợp, công nghệ này hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc định hình giao thông đô thị Việt Nam, mang lại cuộc sống tốt đẹp hơn cho người dân.

Nguồn tham khảo:

1.     Báo cáo Giao thông Đường bộ Việt Nam 2024, Ủy ban An toàn Giao thông Quốc gia.

2.     “Ứng dụng IoT trong quản lý giao thông đô thị,” Tạp chí Giao thông Vận tải, 2024.

3.     “Công nghệ đèn giao thông thông minh: Xu hướng và thách thức,” Đại học Giao thông Vận tải TP.HCM, 2023.

4.     “Tác động của hệ thống đèn giao thông thông minh đến an toàn giao thông,” Ủy ban An toàn Giao thông Quốc gia, 2024.

5.     “Giải pháp IoT cho giao thông thông minh,” Hội nghị Công nghệ Thông tin Việt Nam, 2024.

6.     Kế hoạch Phát triển Giao thông Thông minh đến năm 2030, Bộ Giao thông Vận tải Việt Nam.

Theo Cục đường bộ Việt Nam