-64- HỆ THỐNG SÁT HẠCH LÁI XE TỰ ĐỘNG Trần Ngọc Sơn 0320263 supersh88@gmail.com Ngô Thanh Thế 0320297 ngothanhthe250285@gmail.com Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Vỵ Bộ môn CNPM I. Giới thiệu Khóa luận nghiên cứu phân tích và thiết kế hệ thống thi sát hạch lái xe ô tô tự động phần thi thực hành sử dụng các phương pháp công nghệ hiện đại như công nghệ cảm biến từ, quang và công nghệ truyền thông…. Dựa trên sự tìm hiểu về tiến trình phát triển phần mềm hướng đối tượng với kí pháp UML, tìm hiểu về các hệ thống thời gian thực, các hệ thống nhúng, khóa luận không tập trung chi ti ết về phần cứng mà tập trung chủ yếu vào cấu thành phần mềm, phân tích thiết kế các quá trình thi sát hạch, các bài thi cụ thể theo chuẩn của Bộ Giao Thông Vận Tải dựa trên các mô phỏng phần cứng. Khóa luận được xây dựng dựa trên khảo sát hiện trạng thi bằng lái xe ô tô theo tiến trình thủ công truyền thống và một số địa điểm đã triển khai hệ thống thi bằng lái xe t ự động ở thành phố Hà Nội. II. Phát triển phầm mềm hướng đối tượng Vòng đời phát triển một phần mềm thường gồm các giai đoạn sau: xác định yêu cầu hệ thống, phân tích, thiết kế, triển khai, vận hành và bảo trì hệ thống. Tiến trình phát triển phần mềm hướng đối tượng dựa trên công nghệ đối tượng, cụ thể là dựa trên các thành phần, tức là hệ thống phần mềm sẽ được xây dựng dựa trên các thành ph ần phần mềm kết nối với nhau qua các giao diện đã được xác định. Vòng đời phát triển phần mềm được chia thành bốn pha: sơ bộ, soạn thảo, xây dựng và chuyển đổi. Trong mỗi pha lại chia thành nhiều bước lặp nhỏ. Mỗi bước lặp đều gồm một số công việc thực hiện trọn vẹn một sản phẩm phần m ềm có thể vận hành được: lập mô hình nghiệp vụ ,xác định yêu cầu, phân tích, thiết kế, triển khai và kiểm thử. Tuy nhiên, bước lặp trong mỗi pha khác với bước lặp ở các pha khác về nội dung cũng như khối lượng mỗi loại công việc cần thực hiện. Các vấn đề đặt ra khi phát triển phần mềm hướng đối tượng: Làm thế nào để nhậ n biết các lớp của đối tượng từ hệ thống thực, phân công trách nhiệm giữa các lớp sao cho hợp lý, việc phân nhỏ các lớp đến đâu thì vừa phải III. Hệ thống phần mềm thời gian thực Hệ thống thời gian thực khác với những hệ thống phần mềm khác. Chức năng chính của chúng phụ thuộc vào sự đáp ứng của hệ thống với các sự kiện trong một khoảng thời gian ( thường là ngắn). Phần mềm điều phối/phân tích/kiểm soát các sự kiện thế giới thực ngay khi chúng xuất hiện được gọi là phần mềm th ời gian thực. Các yếu tố: Một thành phần thu thập dữ liệu bên ngoài, thành phần phân tích dữ liệu, thành phần kiểm soát, thành phần điều phối Một cách để nhìn nhận các hệ thời gian thực là một hệ kích thích/đáp -65- ứng. Nhận một kích thích nào đó thì hệ phải xuất ra một đáp ứng thích hợp. Dáng điệu của một hệ thời gian thực có thể được xác định bởi lập danh sách các kích thích (định kỳ hay không định kỳ) , các đáp ứng thích hợp và thời gian các đáp ứng phải xuất ra. Trong các hệ phần mềm thời gian thực, hệ thống nhúng chiếm một tỷ lệ r ất lớn (90%). Một hệ thống nhúng gần với mọi hệ thống tính toán khác với máy tính để bàn, máy xách tay, hay hệ thống máy tính lớn. Các đặc tính của chúng là: Tính năng được đơn giản, tính ràng buộc cao và tính tương tác thời gian thực. Phần mềm nhúng: Là một chương trình được viết, biên dịch trên máy tính và nạp vào một hệ thống khác. Trong hệ thống thời gian thực ta chú ý đến: Các bộ điều phối thờ i gian thực, các hệ giám sát và khống chế, các hệ thu nhận dữ liệu. Các hệ thời gian thực phải đáp ứng với các sự kiện xuất hiện một cách không định kỳ. Các sự kiện này (các kích thích) thường là nguyên nhân làm cho hệ thống chuyển tới trạng thái khác. Vì lý do đó nên việc mô hình hóa máy trạng thái được sử dụng rộng rãi như một cách biểu thị một thiết kế hệ thờ i gian thực ngoài ra còn có thể sử dụng bảng chuyển trạng thái. IV. Bài toán sát hạch lái xe tự động Thực trạng: Thành lập các trung tâm mới tổ chức thi bằng lái xe cho người điều khiển phương tiện giao thông là một nhu cầu tất yếu và gia tăng của xã hội. Sự quá tải của các trung tâm sát hạch lái xe, quá trình cũng như tính minh bạch của hệ thống thi bằng lái xe thủ công là một vấn đề lớn. Mô tả bài toán: Theo chuẩn của Bộ giao thông vận tải, bài thi sát hạch lái xe ô tô bao gồm 10 bài thi l ần lượt là: Bài 1 - Xuất phát; Bài 2 - Dừng đường cho người đi bộ; Bài 3 - Dừng và khởi hành ngang dốc; Bài 4 – Qua vệt bánh xe, đường hẹp vuông góc; Bài 5 – Qua ngã tư có đèn tín hiệu giao thông; Bài 6 - Đường vòng quanh co; Bài 7 – Ghép xe vào nơi đỗ; Bài 8 - Dừng cho đường sắt chạy qua; Bài 9 – Tăng tốc trên đường thẳng; Bài 10 - Kết thúc. Ngoài ra còn có tình huống khẩn cấp ở trên đường thi và các lỗi toàn quá trình thi. Ở mỗi tình huống của bài thi khi thực hiện thí sinh có thể bị trừ đ iểm hoặc bị đánh trượt tùy vào mức độ vi phạm. Số điểm trừ tối đa là 10 và tối thiểu là 5 cho mỗi lần vi phạm, trong một bài thi nếu thí sinh bị đánh trượt thì sẽ không được tham gia các bài thi còn lại. Theo phương pháp thi thông thường thì mỗi thí sinh dự thi sẽ kèm theo một giám thị để giám sát quá trình thí sinh thực hiện các bài thi. Điều này dẫn đến tốn kém về mặt thời gian và công s ức để sát hạch một thí sinh. Do đó yêu cầu đặt ra là hệ thống phải giám sát được trạng thái của xe trên các bài thi và tiến hành chấm điểm đánh giá thí sinh. V. Phân tích thiết kế hệ thống Hoạt động nghiệp vụ của hệ thống đó là giúp bộ phận sát hạch giám sát được trạng thái của xe đang thực hiện bài thi. Phải nắm bắt được từng bài thi xem thí sinh sẽ bị trừ bao nhiêu điểm của bài đó. Theo dõi xem thí sinh có hoàn thành được bài thi hay không để tiến hành các thông báo, các thao tác xử lý cần thiết khác. Cuối cùng tổng hợp đưa ra kết quả của quá trình thi. Thí sinh đạt tức là có số đi ểm >= 80. Thiết lập mô hình ca sử dụng Qua mô tả hoạt động nghiệp vụ ở trên ta có thể xác định ngay được tác nhân duy nhất của hệ thống là người giám sát – Controller. Người giám sát tham gia hệ thống với công việc là cập nhật thông tin về thí sinh, giám sát và điều hành quá trình thi của các thí sinh. -66- Đồng thời cũng xác định được các ca sử dụng: Ca sử dụng khởi động; Ca sử dụng dừng đường cho người đi bộ; Ca sử dụng dừng và khởi hành ngang dốc; Ca sử dụng vào đường hẹp vuông góc; Ca sử dụng qua ngã tư có tín hiệu đèn giao thông; Ca sử dụng vào đường quanh co; Ca sử dụng lái xe vào nơi đỗ; Ca sử dụng thay đổi sổ trên đường thẳng; Ca sử d ụng kết thúc. Xây dựng biểu đồ trạng thái Hệ thống của chúng ta là một hệ giám sát đơn giản, không phải hệ thống tương tác do vậy ta không đi sâu vào các ca sử dụng. Chúng ta sử dụng biểu đồ máy trạng thái để mô hình hóa ứng xử của hệ thống trong quá trình phân tích. Điều quan trọng nhất trong các biểu đồ máy trạng thái này là ta phải xác định được các trạng thái tương ứng vớ i quá trình xe thực hiện bài thi, xác định các dịch chuyển và các hành động tương ứng từ đó xây dựng được một bộ các tham số, chính là các dữ liệu được lấy từ các bộ cảm ứng đặt trên xe và các mô đun phần cứng. Từ đó xây dựng lên lớp các đối tượng. Như vậy mỗi bài thi tương ứng với 1 biểu đồ máy trạng thái và một lớp phân tích được lấy tên lầ n lượt là: DriverTest1, DriverTest2, DriverTest3, . DriverTest10. Trong đó mỗi trạng thái tương ứng với một đối tượng. Trong quá trình phân tích ta có thể sơ giản các lớp như sử dụng kế thừa, hoặc giảm thiểu lớp nếu chúng có các thuộc tính và phương thức giống nhau . Thiết kế cơ sở dữ liệu Từ các biểu đồ máy trạng thái và các lớp tìm được, ta xây dựng được cơ sở dữ liệu cho bài toán. Ứng với mỗi lớp là một bảng trong cơ sở dữ liệu, các trường trong bảng tương ứng với các thuộc tính của lớp thiết kế. Trong bài toán ta sử dụng hệ cơ sở dữ liệu SQL 2000. VI. Triển khai hệ thống Do đây là một hệ thống đặc biệt, là sự kết hợp giữa các hệ nhúng và hệ giám sát và truyền thông nên điều kiện triển khai thực tế đòi hỏi hệ thống phần cứng khá phức tạp và tốn kém. Cho nên khoá luận chỉ tập trung thiết kế phần mềm dựa trên sự mô phỏng của hệ thống phần cứng với các bộ dữ liệ u được tạo ra từ trước. Với một bộ dữ liệu mô phỏng cho bài thi thứ nhất “Xuất phát” thì kết quả xử lý được biểu diễn dưới bảng sau. Tham số Trạng thái Time S kđ rung Xl At Sen sor1 Sen sor2 Lỗi thực tế Hệ thống phản hồi Nghỉ 0 0 0 100 0 0 0 0 Không nghỉ Chưa khởi động 20 0 0 100 0 0 0 0 Kđ muộn Còn 95đ Khởi động 3 0 1 200 0 1 0 0 Không Còn 100đ Khởi động sau 20s 20 0 1 200 0 1 0 0 Dừng lâu Còn 90đ Qua vạch xuất phát 20,5 0,06 (m) 1 300 0 1 1 1 Kô bật xinhan Còn 85đ Đi được 5m 26 5(m) 1 300 0 1 0 0 Không Còn 85đ Chưa kđ sau 30s 30 0 0 100 0 0 0 0 Dừng hơn 30s Trượt Tuy nhiên trên thực tế chúng ta có thể đưa ra một chuỗi các trạng thái chuyển, như trong mô phỏng này thì chỉ có các chuỗi trạng thái đó là: Nghỉ - Chưa khởi -67- động - Khởi động sau 20s – Qua vạch xuất phát – Đi được 5m (Số điểm tối đa bị trừ trong chuỗi này là 30 điểm); Nghỉ - Khởi động – Qua vạch xuất phát – Đi được 5m (Số điểm tối đa bị trừ trong chuỗi này là 25 điểm); Nghỉ - Chưa khởi động (sau 20s)– Chưa khởi động sau 30s và kết quả là trượt. Do mỗi trạng thái có nhiề u bộ giá trị cho các tham số khác nhau nên trong khoá luận sẽ chỉ nêu ra một vài bộ dữ liệu và chuỗi các trạng thái để mô phỏng. VII. Kết luận Hệ thống sát hạch lái xe tự động trong thời điểm hiện tại là đặc biệt quan trọng và cần thiết trong nhu cầu thi bằng lái xe ô tô của mọi tỉnh, thành phố trong cả nước. Việc phát triển hệ thống đòi hỏi phải có sự đầu tư lớn và phân tích kĩ lưỡng. Sau quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài chúng em đã đạt được những kết qu ả: - Nghiên cứu, tìm hiểu được về phần mềm hướng đối tượng, hệ thống thời gian thực và ứng dụng - Vận dụng quá trình phân tích trên vào bài toán cụ thể: Xây dựng hệ thống sát hạch lái xe tự động - Thiết kế hệ cơ sở dữ liệu cho bài toán, tiến hành lập trình demo Hướng phát triển - Tiếp tục hoàn thiện chương trình - Tiến tới xây dựng các mô đ un phần cứng trong chương trình như các hệ truyền thông, các cảm biến… - Xây dựng hệ thống sát hạch tự động dành cho xe mô tô Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Văn Ba. “Phát triển hệ thống hướng đối tượng với UML 2.0 và C++”. NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2005. [2] Nguyễn Văn Vỵ. “Phân tích thiết kế các hệ thống thông tin hiện đại hướng cấu trúc và hướng đối tượng”. NXB Thống Kê, 2002 [3] Đào Kiến Quốc. Slides bài giảng UML, Đại học Công Nghệ, ĐHQGHN [4] Ian Sommerville. “Software Engineering – Sixth Edition. ” [5] Frank Vahid and Tony Givargis “Embedded System Design:A Unified Hardware/Software Approach” Department of Computer Science and Engineering University of California, 1999. . kế hệ thống thi sát hạch lái xe ô tô tự động phần thi thực hành sử dụng các phương pháp công nghệ hiện đại như công nghệ cảm biến từ, quang và công nghệ. tượng, hệ thống thời gian thực và ứng dụng - Vận dụng quá trình phân tích trên vào bài toán cụ thể: Xây dựng hệ thống sát hạch lái xe tự động - Thiết kế hệ