Luận văn Thạc sĩ Máy tính: Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn cung cấp một giải pháp điều khiển đèn giao thông tại một ngã tư đô thị với tín hiệu đèn thay đổi theo mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ. Góp phần xây dựng một hệ thống đèn điều khiển giao thông linh hoạt, giúp cho các phương tiện di chuyển hợp lý hơn, giảm ùn tắc giao thông và hạn chế thời gian chờ tại các ngã tư đô thị.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Máy tính: Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO NGUYỄN TẤN ĐẠT KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Tấn Đạt HỆ THỐNG THÔNG TIN THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH 2021 Thành phố Hồ Chí Minh - 2021
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Tấn Đạt THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ Chuyên ngành : Hệ Thống Thông Tin. Mã số : 8480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN VĨNH PHƯỚC Thành phố Hồ Chí Minh – 2021
i LỜI CAM KẾT Tôi cam kết các số liệu, kết quả trong luận văn “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ” là trung thực, xuất phát từ nhu cầu thực tế trong quá trình học tập, cũng như tình hình thực tế tìm giải pháp hạn chế ùn tắc giao thông trong đô thị hiện nay. Trong quá trình nghiên cứu có tham khảo tài liệu từ các nghiên cứu liên quan đều được dẫn nguồn cụ thể, nội dung trích dẫn trong luận văn. Tất cả nội dung trình bày, kết quả luận văn là sự học hỏi, thực hiện nghiêm túc của bản thân và chưa từng công bố trong các công trình nghiên cứu khoa học, bài báo liên quan khác. Học viên thực hiện Nguyễn Tấn Đạt
ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ”, Tôi đã nhận được nhiều sự hỗ trợ, hướng dẫn từ phía quý Thầy Cô, các cá nhân và tổ chức sau: Tôi xin trân trọng gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS. Trần Vĩnh Phước đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉnh sửa, chỉ dạy các kiến thức trực quan trong giao thông, khai phá dữ liệu, hệ thống thông tin để tôi hoàn thành luận văn này. Trân trọng cảm ơn TS. Trương Nguyên Vũ – Viện trưởng viện Cơ học và Tin học ứng dụng thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học đã tạo điều kiện cho lớp học tốt nhất, mời nhiều nhà giáo ưu tú nhất để lớp học thành công tốt đẹp. Cảm ơn Ban Giám đốc Học viện, phòng đào tạo, quý thầy cô Khoa Hệ Thống Thông Tin và Viễn Thông, cũng như các Thầy Cô của Học Viện Khoa học và Công Nghệ, quý thầy cô tham gia giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho bản thân tôi trong suốt khóa học 2018 – 2021. Tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, quý đồng nghiệp Trường Cao đẳng Giao Thông Vận Tải III, bạn bè đã giúp đỡ cũng như đóng góp ý kiến, động viên tinh thần cho tôi có thêm nghị lực hoàn thành luận văn này. Trân trọng cảm ơn.
iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Ý nghĩa 1. D Tập hợp các hướng đi vào ngã tư. Thời gian ngắn nhất cần thiết cho một chiếc xe trên 2. 𝑻𝒊𝑫 hướng i vượt ra khỏi ngã tư. 3. 𝑻𝒊𝑷 Thời gian dừng (thời gian đèn đỏ) tối đa cho hướng i. Tập hợp của các hướng đi không gây xung đột với 4. 𝑫𝒊𝒄𝒔 hướng i ở ngã tư. Tập hợp của các hướng đi gây xung đột với hướng i ở 5. 𝑫𝒊𝒄𝒇 ngã tư. 6. 𝑫𝒄𝒖𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕 𝒓𝒐𝒘 Tập hợp các hướng hiện tại được di chuyển. 7. 𝑫𝒄𝒖𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕 𝒑𝒓𝒐 Tập hợp các hướng hiện tại cấm di chuyển. 8. 𝑻𝒊𝒈 Thời gian đèn xanh hiện tại của hướng i. 9. 𝑻𝒊𝒓 Thời gian đèn đỏ hiện tại của hướng i. 10. 𝑫𝒏𝒆𝒘 𝒓𝒐𝒘 Tập hợp của các hướng mới được đi. 11. 𝑫𝒏𝒆𝒘 𝑷𝒓𝒐 Tập hợp của các hướng mới cấm đi.
iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Hướng không gây xung đột (ngã tư mô hình), 𝐷𝑐𝑠𝑖 ......................18 Bảng 4.1. Hướng đi không gây xung đột (ngã tư thực nghiệm), 𝐷𝑐𝑠𝑖 ............42
v DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Xe cứu thương bị ùn tắc trước đèn đỏ ............................................ 8 Hình 2.2: Mật độ lưu lượng các hướng không đều nhau . ............................... 9 Hình 3.1: Cấu trúc mô đun phân bổ hướng đi dựa trên thứ tự ưu tiên. .......... 13 Hình 3.2. Một ngã tư mô hình 15 hướng qua ngã tư...................................... 19 Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán. ............................................................................ 31 Hình 4.2: Giao diện chương trình mô phỏng bằng html + Javascript. ........... 32 Hình 4.3: Giao diện nhận dữ liệu đầu vào ..................................................... 33 Hình 4.4: Ngã tư mô phỏng với các đèn xanh, đỏ và mũi tên hướng được đi. ....................................................................................................................... 34 Hình 4.5: Ngã tư mô phỏng với các đèn vàng cảnh báo theo luật định. ........ 34 Hình 4.6: Tập dữ liệu "arrDs" để chương trình mô phỏng tự động. .............. 37 Hình 4.7: Khu vực cho kết quả đầu ra “Output” . .......................................... 38 Hình 4.8: Kết quả sau bước chạy thứ 1 từ tập dữ liệu "arrDs". ..................... 38 Hình 4.9: Kết quả sau bước chạy thứ 2 từ tập dữ liệu "arrDs". ..................... 39 Hình 4.10: Ảnh Google Map giao lộ đường 3/2 và đường Lý Thường Kiệt.. 40 Hình 4.11: Giao lộ đường 3/ 2 và đường Lý thường kiệt mô phỏng hóa. ...... 41 Hình 4.12: Giao diện chương trình mô phỏng ngã tư thực nghiệm. .............. 45 Hình 4.13: Giao diện chương trình thể hiện tập dữ liệu đầu vào ................... 46 Hình 4.14: Tập dữ liệu "arrDs" cho ngã tư thực nghiệm. .............................. 48 Hình 4.15: Khu vực tra kết quả đầu ra của chương trình mô phỏng .............. 49 Hình 4.16: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ 1 từ tập "arrDs". ............ 49 Hình 4.17: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ 2 từ tập "arrDs". ............ 50 Hình 4.18: Ngã tư thực nghiệm cho kết quả đèn vàng cảnh báo. .................. 51
vi MỤC LỤC LỜI CAM KẾT ................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... iv DANH SÁCH CÁC HÌNH .............................................................................. v MỤC LỤC ...................................................................................................... vi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ............................................................................ 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. ..................................................................... 1 1.1.1. Tình hình nghiên cứu nước ngoài ................................................. 1 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. ................................................. 3 1.2. Đặt vấn đề. .......................................................................................... 4 1.3. Mục tiêu nghiên cứu. .......................................................................... 5 1.4. Phạm vi nghiên cứu............................................................................. 5 1.5. Phương pháp nghiên cứu..................................................................... 5 1.6. Bố cục của luận văn. ........................................................................... 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ........................................................................... 7 2.1. Tổng quan tình hình giao thông đường bộ ở thành phố Hồ Chí Minh 7 2.2. Mạng lưới ngã tư đường đô thị tại thành phố Hồ Chí Minh ................ 9 2.3. Hệ thống đèn giao thông thông minh ................................................ 10 2.4. Các tài liệu nghiên cứu ứng dụng trong luận văn. ............................. 11 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ ................................... 12 3.1. Nội dung nghiên cứu. ........................................................................ 12 3.2. Mô tả bài toán. .................................................................................. 13 3.2.1. Khái niệm hệ thống đèn giao thông dựa trên thứ tự ưu tiên ........ 13 3.2.2. Đầu vào bài toán ......................................................................... 14 3.2.3. Đầu ra bài toán ............................................................................ 15 3.2.4. Thuật toán ................................................................................... 15
vii 3.2.5. Thuộc tính của bài toán. .............................................................. 17 3.3. Giải bài toán ...................................................................................... 17 3.4. Đánh giá, Nhận xét. .......................................................................... 21 3.5. Kết luận ............................................................................................. 22 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG THỰC NGHIỆM THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ ............................................................................. 23 4.1. Giới thiệu .......................................................................................... 23 4.2. Giải thuật .......................................................................................... 24 4.2.1. Mã giả. ........................................................................................ 24 4.2.2. Sơ đồ thuật toán. ......................................................................... 30 4.2.3. Chương trình html mô phỏng bài toán. ....................................... 32 4.3. Giao lộ thực nghiệm. ......................................................................... 40 4.3.1. Mô tả giao lộ thực nghiệm. ......................................................... 40 4.3.2. Áp dụng thuật toán tìm hướng đi tiếp theo theo thứ tự ưu tiên: .. 42 4.4. Chương trình html + Javascript mô phỏng giao lộ thực nghiệm. ...... 44 4.5. Kết luận ............................................................................................. 51 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ............................................................................. 53 5.1. Kết quả nghiên cứu đạt được. ........................................................... 53 5.2. Hướng phát triển. .............................................................................. 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 54 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 57
1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Trong chương giới thiệu này, luận văn sẽ trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề điều khiển giao thông tại các ngã tư đô thị. Từ đó, đưa ra mục tiêu, phạm vi, phương pháp nghiên cứu và cấu trúc của luận văn. 1.1. Tính cấp thiết của đề tài. 1.1.1. Tình hình nghiên cứu nước ngoài Trong các thành phố lớn trên thế giới vấn đề điều khiển hệ thống giao thông là một bài toán lớn trong quản lý và vận hành hệ thống giao thông thành phố. Hệ thống giao thông hiện đại là một hệ thống mà tích hợp những thành tựu về công nghệ truyền thông, công nghệ máy tính và công nghệ điện tử vào trong cơ sở hạ tầng giao thông, nhằm giải quyết các vấn đề giao thông như đáp ứng nhu cầu giao thông trong điều kiện gia tăng số lượng phương tiện giao thông gây ra tắc nghẽn giao thông, giảm ô nhiễm môi trường, làm tăng khả năng lưu thông của dòng phương tiện giao thông, tăng tính an toàn trong lưu thông của phương tiện giao thông. Trong vấn đề giám sát và điều khiển hệ thống giao thông thì vấn đề đầu tiên là thu thập dữ liệu thời gian thực về các phương tiện đang lưu thông. Việc quan trắc xác định thông số dòng phương tiện giao thông có thể dùng những phương pháp khác nhau như: vòng từ (look detector), radar, sóng siêu âm, hồng ngoại và dùng camera quan trắc, …. Phương pháp dùng sóng rada, sóng siêu âm và hồng ngoại để quan trắc phương tiện giao thông có ưu điểm không phụ thuộc điều kiện môi trường xung quanh. Phương pháp quan trắc dòng phương tiện giao thông sử dụng camera có nhiều ưu điểm nhưng đưa ra được nhiều thông tin về dòng phương tiện giao thông, có giá thành rẻ hơn so với các phương pháp trên, nhược điểm của phương pháp này là phụ thuộc nhiều vào điều kiện ngoại cảnh (thời điểm trong ngày, cường độ ánh sáng và chế độ thời tiết, …).
2 Một cấu thành quan trọng trong hệ thống giao thông thông minh là hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông. Việc điều khiển tín hiệu đèn giao thông một cách hợp lý góp phần rất lớn đến sự thông suốt của dòng phương tiện trên hệ thống giao thông và giảm thời gian chờ đợi tại các điểm giao cắt. Điều khiển hệ thống đèn giao thông cơ bản có: điều khiển với chu kì tín hiệu lập trình sẵn; điều khiển động và điều khiển phối hợp [1]. Điều khiển lập trình sẵn là khi thời gian hoạt động của đèn giao thông được tính toán trước phù hợp với từng điểm giao cắt và là một giá trị cố định. Kiểu điều khiển này có ưu thế là hệ thống điều khiển đơn giản và chỉ phù hợp khi lưu lượng giao thông ít biến đổi. Nhưng nhược điểm là chu kỳ cố định, mà lưu lượng giao thông tại các điểm giao cắt là một biến số luôn thay đổi. Điều khiển đèn giao thông động là một phương pháp điều khiển đèn giao thông khi mà chu kỳ bật tắt tín hiệu giao thông thay đổi theo những yếu tố như lưu lượng, thời điểm trong ngày. Phương pháp điều khiển giao thông này giúp tối ưu hóa việc lưu thông các phương tiện giao thông. Tuy nhiên rất khó khăn để đạt được hệ thống điều khiển động tối ưu bởi vì những đặc tính ảnh hưởng như tính động, tính rời rạc và tính không dự đoán của hệ thống giao thông. Những nghiên cứu về hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông động được tiến hành rộng rãi. Những nghiên cứu này áp dụng những kỹ thuật điều khiển thông minh như điều khiển mạng thần kinh (neural network); điều khiển mờ (fuzzy control); điều khiển gen di truyền (genetic control); thuật toán học (learning algorithm) [2]. Chúng ta sẽ xem xét qua những công trình áp dụng các thuật toán trên vào điều khiển đèn giao thông. Trong điều khiển tín hiệu giao thông động thì kỹ thuật điều khiển mờ được áp dụng rộng rãi nhất. Hàng loạt các công trình nghiên cứu về điều khiển mờ [3], [4], [5]. Một phương pháp tiến hành chung: xây dựng hàm quan hệ để mờ hóa thông số đầu vào thông số dòng phương tiện giao thông, như số lượng xe đến trên mỗi làn đường, độ dài của dãy phương tiện giao thông, …; định dạng các luật điều khiển mờ. Sau đó từ những luật điều khiển mờ để xác định kết quả đầu ra như: chu kì tín hiệu đèn
3 giao thông; thời gian bật tắt các pha. Ứng dụng phương pháp mờ để điều khiển tín hiệu giao thông có nhiều ưu điểm. Một trong các ưu điểm đó là sử dụng ít tài nguyên hệ thống máy tính, thuật toán đơn giản hơn so với các thuật toán điều khiển thông minh khác. Ưu điểm nữa so với phương pháp điều khiển đèn đường thời gian cố định là giảm thời gian chờ của phương tiện giao thông, tăng khả năng lưu thông của phương tiện giao thông. Một khó khăn trong sử dụng phương pháp điều khiển mờ là việc xây dựng các luật điều khiển mờ và điều này phụ thuộc vào nền tảng kiến thức tổng hợp về điều khiển và giao thông của người nghiên cứu, vì vậy điều này gây khó khăn lớn khi đạt được kết quả tối ưu [6]. Hơn thế điều khiển mờ áp dụng khó khăn khi trong hệ thống điều khiển nhiều điểm giao cắt. Trong nhiều nghiên cứu sử dụng mạng neural và thuật toán học để điều khiển tín hiệu đèn giao thông [7], [8], [9]. Ưu điểm thuật toán đem lại nhiều ưu điểm tận dụng được vốn kinh nghiệm cho các trường hợp giao thông đặc thù các thành phố khác nhau, kết quả đưa lại khả quan. Nhược điểm việc điều khiển tín hiệu giao thông tại các điểm giao cắt cần các thuật toán phức tạp và sử dụng trong khi điều khiển nhiều nút trong hệ thống tín hiệu giao thông. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. Về quan trắc dòng phương tiện giao thông, một số hệ thống quan trắc dòng phương tiện giao thông đã được một số nhóm nghiên cứu và thử nghiệm. Chẳng hạn, nhóm nghiên cứu của công ty FPT đã sử dụng dữ liệu từ camera để đếm xe từ video clip quay dòng xe. Kết quả của họ hiện chỉ đếm xe cho trên một làn xe. Các kiểm chứng về hiệu quả của việc sử dụng camera trong các thời điểm khác nhau về cường độ ánh sáng, mật độ dòng xe cao di chuyển với vận tốc thấp cũng chưa được thể hiện rõ ràng. Nhóm nghiên cứu tại Trường đại học Quốc tế - Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh cũng có những nghiên cứu cơ bản để đánh giá hệ thống giao thông thông minh, các hệ thống quang báo cảnh báo tình trạng kẹt xe. Công ty TNHH Giải pháp Công nghệ FPT (FPT Technology Solutions – FTS), kênh VOV giao thông (Đài tiếng nói Việt Nam
4 - VOV) và Sở Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh hợp tác để đưa thông tin giao thông do kênh VOV giao thông cung cấp lên hệ thống Bảng quang báo điện tử nhằm cung cấp kịp thời thông tin tình trạng kẹt xe trên địa bàn Thành phố để người tham gia giao thông tự điều tiết thay đổi hướng di chuyển cho phù hợp. Ngoài ra, để đảm bảo an toàn giao thông, tất cả các xe ôtô tham gia dịch vụ giao thông, vận chuyển hàng hóa hay hành khách đều phải gắn các hệ thống giám sát hành trình cảnh báo tình trạng hoạt động của xe. 1.2. Đặt vấn đề. Tình trạng kẹt xe đang là đề tài rất nóng tại Việt Nam, đặc biệt tại hai thành phố lớn là thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội. Tình trạng kẹt xe gây ra rất nhiều thiệt hại về tài sản của nhà nước cũng như của nhân dân như tốn rất nhiều thời gian để di chuyển, lãng phí về xăng dầu và giảm tuổi thọ của các phương tiện tham gia giao thông, thiệt hại kinh tế xã hội…Ngoài ra, tình trạng kẹt xe cũng gây ra nhiều ức chế về mặt tâm lý cho tham gia giao thông, gây ô nhiễm môi trường, … Rất nhiều giải pháp của Nhà nước, Bộ Giao thông vận tải, Sở Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh, và các đơn vị tư vấn được đề xuất nhằm giải quyết tình trạng kẹt xe như thay đổi điều chỉnh giờ làm việc của cá bộ công chức, học sinh sinh viên; thay đổi dải phân cách, quy họach lại các tuyến đường giao thông, và gần đây là xây dựng các cầu vượt tại các giao lộ, chương trình VOV giao thông, … đã có những tác động tốt làm giảm tình trạng kẹt xe. Tuy nhiên, một thực tế nhận thấy rõ là các giải pháp đề xuất trên chỉ là các giải pháp giải quyết cục bộ tạm thời. Tình trạng ùn tắc giao thông tại thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội vẫn tiếp tục xảy ra. Một trong các nguyên nhân gây nên tình trạng kẹt xe là do hệ thống đèn điều khiển giao thông tại các giao lộ, một số hệ thống đèn này đang hoạt động một cách độc lập với các chu kỳ đèn xanh, đèn đỏ cố định và chưa có tín hiệu đèn phù hợp cho các hướng lưu thông có các phương tiện ưu tiên. Vì vậy, đề tài nghiên cứu “Thay đổi tín hiệu
5 đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ’’ được chọn làm luận văn tốt nghiệp. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu. Cung cấp một giải pháp điều khiển đèn giao thông tại một ngã tư đô thị với tín hiệu đèn thay đổi theo mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ. Góp phần xây dựng một hệ thống đèn điều khiển giao thông linh hoạt, giúp cho các phương tiện di chuyển hợp lý hơn, giảm ùn tắc giao thông và hạn chế thời gian chờ tại các ngã tư đô thị. 1.4. Phạm vi nghiên cứu. Áp dụng thử nghiệm mô phỏng với một ngã tư ở Thành phố Hồ Chí Minh: thiết kế, lập trình phần mềm mô phỏng tình trạng giao thông tại một ngã tư đô thị được điều khiển bằng đèn giao thông dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng. 1.5. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp toán được áp dụng để triển khai thuật toán điều khiển đèn giao thông dựa trên độ ưu tiên các hướng qua giao lộ. Phương pháp mô phỏng được áp dụng để mô phỏng tình trạng giao thông tại một ngã tư có đèn giao thông điều khiển theo độ ưu tiên các hướng qua giao lộ. 1.6. Bố cục của luận văn. Cấu trúc của luận văn “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ’’ được trình bày trong 5 chương với bố cục cụ thể như sau : Chương 1: Giới thiệu Chương này trình bày đặt vấn đề, nêu lý do chọn đề tài, mục tiêu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và bố cục của luận văn. Chương 2: Tổng quan về tình hình giao thông và hệ thống đèn giao thông tại các Thành phố lớn của Việt nam
6 Chương 3: Hệ thống đèn tín hiệu giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ. Chương 4: Mô phỏng thực nghiệm thay đổi tín hiệu đèn giao thông tại một ngã tư đô thị. Chương 5: Kết luận.
7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN Trong chương này, luận văn sẽ trình bày tổng quan về tình hình giao thông đường bộ ở Thành phố Hồ Chí Minh, Mạng lưới giao thông và các hệ thống đèn giao thông tại Thành phố Hồ Chí Minh . 2.1. Tổng quan tình hình giao thông đường bộ ở thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh đã được xây dựng trong hơn ba trăm năm. Tổng diện tích hiện tại 2.061 km², với hơn 9 triệu dân, trong đó, dân số thành thị hiện tại là 7.125.494 người, dân số nông thôn chiếm 1.867.589 người. Tuy nhiên, nếu tính thêm những người cư trú không đăng ký hộ khẩu (người đến từ các tỉnh khác cho giáo dục, kinh doanh hoặc công việc của họ và một số khách du lịch…) thì dân số thực tế của Thành phố Hồ Chí Minh khoảng hơn 14 triệu người. Người dân thành phố đang sử dụng gần 9 triệu xe ô tô và xe máy cá nhân, không bao gồm một số phương tiện giao thông công cộng và phương tiện đi theo người đến từ các tỉnh khác. Mạng lưới đường đô thị ở thành phố Hồ Chí Minh có thể là được mô hình hóa như một mạng hình học với nhiều ngã tư, các ngã tư này là một điểm giao nhau của nhiều tuyến đường, từ 3 đến 7 đường, được gọi là ngã tư n nhánh (n = 3,4,5,6,7). Mạng lưới bao gồm các con đường với chiều rộng và hình học khác nhau đa hình đa dạng. Độ dài của các đoạn đường giữa hai ngã tư không bằng nhau, nhiều đoạn quá ngắn hoặc quá dài. Một số ngã tư có đường vòng ở trung tâm (vòng xuyến), một số khác có đảo nhỏ tại các góc để hình thành đường phụ nhằm để rẽ phải để tạo thành các luồng tự do.
8 Hình 2.1: Xe cứu thương bị ùn tắc trước đèn đỏ (Nguồn:http://vietbao.vn/) Theo quy định của luật giao thông Việt Nam, tất cả các phương tiện di chuyển bên phải làn đường. Trong tổ chức đường bộ, một số đoạn đường được sử dụng làm đường hai chiều, đường một chiều. Các phần đường của đường hai chiều được phân cách bằng các dải phân cách bằng các đường sơn kẻ đơn hoặc kép, đảo, rào chắn. Một số làn đường được chia riêng biệt dành cho xe bốn bánh hoặc xe hai bánh, trong đó xe bốn bánh gồm xe hơi, xe buýt, xe tải và xe hai bánh xe đạp, xe máy, xe ba bánh, xe tay ga và xe đạp. Các làn đường dành riêng được phân tách bằng dải phân cách như vạch kẻ, rào chắn hoặc đảo. Đường lớn dành cho xe bốn bánh có thể được phân chia bằng các vạch kẻ nét đứt (vạch sơn không liên tục). Đèn điều khiển giao thông được lắp đặt ở cuối đường, nơi các phương tiện tham gia giao thông giao nhau tại ngã tư. Mỗi bộ bao gồm ba màu sắc thường được bố trí hàng dọc hoặc ngang, trong đó đèn tín hiệu xanh lục cho phép phương tiện trên làn đường đó được di chuyển, đèn tín hiệu màu vàng nhằm để cảnh báo các phương tiện trên làn đó chạy chậm lại và dừng hẳn lại trước vạch khi đèn tín hiệu chuyển sang màu đỏ.
9 Hình 2.2: Mật độ lưu lượng các hướng không đều nhau . (Ghi vào lúc 7:30 ngày 1 tháng 9 năm 2015 tại ngã tư đường HMG và HH, Thành phố Hồ Chí Minh ) Nói đến tình trạng giao thông, thành phố Hồ Chí Minh hiện được biết đến là thành phố có quá nhiều xe máy và một số trong số những người điều khiển phương tiện này di chuyển không đảm bảo tuân thủ luật Giao thông đường bộ. Họ cố vượt qua xe phía trước hoặc chen lấn qua những khoảng trống, chạy lên lề đường để có thể để vượt qua đám đông các xe đang lưu thông phía trước, bất kể những chiếc xe phía trước là xe hai bánh hay xe bốn bánh. Trong những giờ cao điểm, tình trạng ùn tắc, tắc nghẽn giao thông xảy ra thường xuyên tại một số ngã tư. Dẫn đến tình trạng giao thông hiện nay là do của cơ sở hạ tầng giao thông kém chưa đáp ứng đủ nhu cầu đi lại của người dân, tình trạng chiếm dụng đường bộ bởi những người bán hàng rong, đậu xe hơi ở lòng lề đường, bên cạnh đó còn do sự bất hợp lý của hệ thống điều khiển đèn giao thông với chu kỳ đơn giản, được lập trình cố định. 2.2. Mạng lưới ngã tư đường đô thị tại thành phố Hồ Chí Minh Sự phát triển của thành phố Hồ Chí Minh qua nhiều giai đoạn lịch sử dẫn đến sự đa dạng của mạng lưới đường đô thị, dạng hình học và phần đường sử dụng. Làn đường kết nối đến ngã tư có thể có chiều rộng khác nhau và được sử dụng làm đường một chiều, đường hai chiều vào và ra ngã tư. Mỗi hướng di chuyển vào ngã tư hoặc rời khỏi ngã tư của các phương tiên tham gia giao thông có thể xem như một dòng chảy hỗn hợp hoặc hai dòng chảy tách biệt cho xe hai bánh và xe bốn bánh.
10 Các phương tiện khi đến ngã ba hoặc ngã tư giao lộ có thể đi thẳng, rẽ phải hoặc rẽ trái; đến ngã năm, sáu, hoặc ngã bảy, một chiếc xe có thể đi thẳng, rẽ phải ngay lối thứ 1, thứ 2 hoặc thứ 3…, rẽ trái ở lối thứ 1 hoặc các lối thứ 2, thứ 3… Nói cách khác, một luồng giao thông đến một ngã tư được chia thành nhiều hướng. Hầu hết các hướng cần phải được phối hợp với đèn điều khiển tín hiệu giao thông một cách hợp lý cho các phương tiện đi ra khỏi giao lộ; 2.3. Hệ thống đèn giao thông thông minh Hệ thống đèn tín hiệu điều khiển giao thông (còn được gọi tên khác là đèn tín hiệu giao thông, đèn điều khiển giao thông, hay đèn xanh đèn đỏ) là một thiết bị được dùng để điều khiển giao thông ở những giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn (thường là ngã ba, ngã tư đông xe qua lại). Đây là một thiết bị quan trọng không những an toàn cho các phương tiện mà còn giúp giảm ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm. Nó được lắp ở tâm giao lộ hoặc trên vỉa hè. Đèn tín hiệu giao thông có thể hoạt động tự động hay cảnh sát giao thông điều khiển. Nhằm mục đích giảm thời gian chờ đợi của xe trước đèn giao thông, hoạt động đựa trên hệ điều khiển đèn giao thông thông minh [3,4] của một số tác giả đã tiếp cận hệ thống điều khiển thích ứng cho nhiều ngã tư gần dựa trên logic mờ [7] hoặc hệ chuyên gia với if-then quy tắc cho một ngã tư bị cô lập [6], [5]. Những cách tiếp cận này phân tích dữ liệu lưu lượng trên luồng tỷ lệ, mật độ và vận tốc của ô tô trên các đoạn đường nối với ngã tư [2], [3]. Số lượng ô tô đi vào một đoạn đường được tính theo thời gian thực theo cảm ứng các vòng lặp, hệ thống định vị toàn cầu (GPS), RFID hoặc máy quay video [2-5], [8-10]. Phân tích dữ liệu của những chiếc xe đi vào một đoạn đường, cách tiếp cận dự đoán số lượng xe và thời gian khi chúng xuất hiện ở ngã tư tiếp theo để chuyển đèn giao thông. Các cách tiếp cận trên khó triển khai tại Thành phố Hồ Chí Minh do ngoài sự đa dạng của phương tiện, sự khác biệt giữa ngã tư và sự phức tạp trong hành vi
11 của người tham gia giao thông trên đường. Ngã tư ở thành phố Hồ Chí Minh được xây dựng với nhiều nhánh có chiều rộng khác nhau và cách tổ chức đường bộ cũng không đều nhau. Trên nhiều con đường, xe 4 bánh và 2 bánh đi lại trong một khoảng cách rất gần (đi chung trong 1 làn đường). Ngoài ra, các phương tiện từ trường học, bến tàu và ngõ hẻm kết nối với đường tại bất kỳ vị trí nào giữa hai ngã tư đều làm thay đổi số lượng xe đếm bằng cảm biến. Hơn nữa, các cách tiếp cận trên chưa xem xét đến các quy định phương tiện ưu tiên trên các luồng phương tiện hướng đến ngã tư như đoàn xe, xe cứu hỏa, xe cứu thương, …vv. Trong khi đó, hệ thống điều khiển đèn giao thông [11, 12] tập trung vào việc xóa đường cho sự di chuyển của các phương tiện khẩn cấp và không giải quyết vấn đề ùn tắc trước đèn giao thông cũng như kẹt xe ở ngã tư. 2.4. Các tài liệu nghiên cứu ứng dụng trong luận văn. Bài báo khoa học nghiên cứu [13] đã trình bày cách tiếp cận thuật toán thay đổi tín hiệu điều khiển đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ bằng phương pháp toán học. Kết quả bài báo khoa học này đã chứng minh được tính tối ưu của thuật toán và đề xuất giải pháp tiếp cận, đưa thuật toán vào xây dựng hệ thống đèn giao thông thông minh hơn góp phần giảm thiểu ùn tắc giao thông tại các giao lộ của Thành phố lớn như Thành phố Hồ Chí Minh. Bài báo khoa học [14] đã trình bày phần nghiên cứu mô hình phân luồng giao thông một cách vĩ mô. Nghiên cứu đã đề xuất mô hình thống kê giao thông theo không gian-thời gian để ước tính tỷ lệ đám đông phương tiện phía sau đèn tín hiệu giao thông từ đó xác định mức độ ưu tiên của các hướng đi qua giao lộ. [15, 16, 17] Mô hình phân tích khu vực có phương tiện giao thông như một biến lưu lượng tùy thuộc vào không gian và thời gian, áp dụng khái niệm thống kê không gian trong GIS để thể hiện khu vực có xe cộ dưới dạng biểu đồ không gian ở các trường hợp khác nhau.