Nghiên cứu ứng dụng bài toán điều khiển giao thông bằng làn sóng xanh trên các trục giao thông chính trong TP. Đà Nẵng

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin Nghiên cứu ứng dụng bài toán điều khiển giao thông bằng làn sóng xanh trên các trục giao thông chính trong TP. Đà Nẵng

1 T V N

trong ó là lo i xe môtô 2 bánh Do v y, mà s gia t ng c a các lo i xe hai bánh trong

dòng xe tham gia l u thông trên tuy n là dòng h n t p gây r t nhi u khó kh n cho vi c

lý và k thu t giao thông ngày càng n l c h n trong vi c phát hi n và gi i quy t các

di n tiêu bi u là : Webster(1957), Edie(1958) ã gi i quy t nhi u bài toán giao thôngph c t p K th a các thành t u ó :Roberson(1969), Kimber(1977),

Vi t Nam, v i các công trình nghiên c u c a các nhà khoa h c, các chuyên

Trong th i gian g n ây m t s thành ph l n n c ta nh : Hà N i, TP HChí Minh, H i Phòng, Hu , à N ng ã ng d ng ti n b khoa h c k thu t trong

chính i u này ã khi n cho các dòng xe l u thông trên tuy n chính nh :Lê Du n,

4,75 lít/1000 xe; xe buýt 6,0 lít/1000 xe) và ít nhi u gây tình tr ng ùn t c giao thông,

Xe ch èn xanh trên H ng Lê Du n (nút Lê Du n-Hoàng Hoa Thám)

gi i quy t bài toán giao thông ph c t p trong các ô th trên, hi n nay có r tnhiêù gi i pháp nh : m r ng các nút giao thông, m r ng nhánh d n,…tuy nhiên v i

m t b ng vì v y bài toán ph i h p các nút giao thông có èn i u khi n trên cùng m t

Nh ta ã bi t, bài toán i u khi n thích nghi c ng nh bài toán i u khi n ph i

c a nó so v i các bi n pháp t ch c giao thông khác Bài toán i u khi n thích nghi s

ng m c an toàn và gi i quy t v n ùn t c giao thông trong các nút giao thông

nâng cao kh n ng thông hành, gi m t n th t th i gian, gi m tâm lý c ng th ng cho

khi n giao thông b ng “làn sóng xanh” trên các tr c giao thông chính trong TP

2.C ÍCH VÀ N I DUNG NGHIÊN C U.

“làn sóng xanh”.

N i dung nghiên c u c a tài:

Tìm hi u t ng quan v v h th ng i u khi n tín hi u èn b ng “làn sóng xanh”

bài toán phù h p.

sau khi i u khi n “làn sóng xanh”.

3.PHNG PHÁP,I TNG VÀ PH M VI NGHIÊN C U :3.1.Phng pháp nghiên c u:

dòng xe b ng ngôn ng Visual Basic ch y trên n n Window.

3.2.i tng và ph m vi nghiên c u:

CHÆÅNG 1

ch c giao thông c a nhân lo i Hi n nay ang t n t i nhi u hình th c khác nhau c a

qu c gia.

c ng nh các chuyên gia, nhà khoa h c trong l nh v c này ph i n l c nghiên c u

phiên, ph i h p “làn sóng xanh”, i u khi n thích nghi.

1.1.M T SKHÁI NI M VHTH NG I U KHI N GIAO THÔNGB NG TÍN HI U ÈN:

th gi i.

èn i u khi n giao thông: ó là chi c èn có th c th p sáng b ng các

i u khi n giao thông b ng tín hi u èn: t c là phân chia th i gian cho các

ng chính thông qua nhi u nút hi u qu nh t, c ng nh s d ng nh ng thành t u

1.1.1 i u khi n èn c l p:

th t th i gian r t l n

1.1.2 i u khi n ph i h p :

m 20 c a th k XX g n v i k t qu nghiên c u lý thuy t c a Henry-Waston (Anh)

ph i h p có các u i m sau:

c a nút.

Trong bài toán i u khi n ph i h p có hai lo i:

- i u khi n ph i h p ng b

hi u èn trên t t c các ngã t trên m t dãy tuy n ph

c dùng ph bi n h n.

i u khi n ph i h p liên hoàn (“làn sóng xanh”)

H th ng này có th áp dung khi kho ng cách gi a các ngã t b t k Chính v i

Theo th i gian, cùng v i s phát tri n c a KHCN và dòng xe, bài toán i u

các tín hi u èn sao cho luôn luôn thích ng v i các dòng xe t c th i ra vào các nút

giao thông m b o kh n ng thông hành t i các nút t giá tr t i u, ng i ta ã

u i m c a bài toán i u khi n thích nghi b ng “chu k m m” là gi i quy tc tình tr ng ùn t c giao thông t i các nút giao.Và nó là m t ph n trong H Th ng

1.1.4.K t lu n:

các ô thi l n trên th gi i :Lon Don, New York, Pari,

1.2 H TH NG I U KHI N GIAO THÔNG PH I H P TÍN HI U ÈNTRÊN THGI I:

ng xe.

toán ph i h p r t thu n l i Nhi u thành ph l n trên th gi i nh : New York,

ó là “bài toán i u khi n ph i h p” Chính bài toán i u khi n này ã bi n h th ng

ch c giao thông ã nhanh chóng áp d ng nó vào trong bài toán i u khi n giao thông

ang nghiên c u và hoàn thi n H TH NG GIAO THÔNG THÔNG MINH g i t t là

quan tâm nhi u nh t

vào vi c nâng cao tính an toàn trong l u thông xe c Và trong ó bài toán i u khi n

ki n th c t

Nói tóm l i: bài toán i u khi n ph i h p èn tín hi u ã và ang c s d ng

N NG:

1.3.1Khái quát v hiên tr ng m ng li giao thông thành phà N ng:

Ban u, khi m i hình thành, Thành ph ch có m t s tuy n ph nh nh :Tr n

phía ông Thành Ph -m t khu v c lâu nay b cô l p b i dòng sông Hàn.V i t c

b ng èn nh t là tuy n Hùng V ng ã làm cho xe ch y trên tuy n m t r t nhi u th i

1.3.2Khái quát v hiên tr ng giao thông trên a bàn thành phà N ng:

chi c.

giao thông l n.

i m n i b t chung v dòng xe trong các ô th Vi t Nam Do v y trong b t k m t

t p và c n thi t h n.

hàng hoá c ng nh hành khách còn ti p t c t ng cao (n m 2010 d báo nhu c u v n

Tr c tình hình ó, tránh nh ng hi n t ng khó gi i quy t nh hi n nay Hà

h th ng giao thông và bài toán t ch c giao thông thích h p.

1.3.3.Tình hình t ch c- i u khi n giao thông trên a bàn thành phà N ng

ng hi u qu khai thác c a giao thông ô th N u áp d ng các bi n pháp t ch c

làm gi m tai n n và mang l i hi u qu kinh t cao Còn n u t ch c - i u khi n giaothông không h p lý (c v m t không gian và th i gian) thì nhi u lúc có tác d ng

Toàn thành ph hi n có 16 nút dùng èn i u khi n (b ng 1.1) Các nút èn tín

kinh nghi m, ch a tính toán xác nh chu k t i u Nhìn chung, h th ng tín hi u, t

B ng 1.1B ng th ng kê s lng nút có èn i u khi n

NÚTCÁC HNG GIAO T I NÚT

TCÁCH TC- K

trên, công ty i n chi u sáng ã xây d ng d án “Nâng c p h th ng èn tín hi u giao

d ng 40 nút, c i t o nâng c p 12 nút èn tín hi u giao thông t i các nút giao thông

M t v n t n t i hi n nay n a là : t tr c n nay, do vi c phát tri n thành

K t lu n: V i hi n tr ng t ch c - i u khi n giao thông hi n nay c a thành ph

thì không còn phù h p v i tình hình giao thông h n nay c a Thành ph c ng nh trong

tác t ch c giao thông c n có nh ng bi n pháp t ch c tiên ti n và phù h p h n.

1.3.4.M t s thông s liên quan n bài toán t ch c - i u khi n giao thông :1.3.4.1.V n an toàn và tai n n giao thông:

khi n giao thông, ngoài ra còn ph thu c vào nhi u y u t khác Tuy nhiên, tai n n

dân v tai n n giao thông mà còn em l i hi u qu kinh t cao Có th nói an toàn giaothông là tiêu chu n cao nh t trong thi t k b t k m t nút giao thông nào Ch a có

Nh ã trình bày, các nút giao thông th ng c t ch c h n h p cho t t ccác lo i xe i chung, không có phân làn cho xe r trái, r ph i hay i th ng Nhi u

t ch c giao thông phù h p.

1.3.4.2.Ý th c ch p hành lu t giao thông c a ngi dân:

nút, c ng nh toàn b h th ng giao thông ô th Qua quá trình quan tr c th c nghi m

nh ng nh n xét nh sau :

ng ph

không có èn i u khi n dòng xe r trái linh ho t h n trong vi c tìm m t c a

s th i gian c t dòng khác Nh ng c ng vì i u ó mà dòng xe r trái

tham gia giao thông b ng cách áp d ng các bài toán i u khi n giao thông tiên ti n

Vu ki n giao thông :

- Dòng xe tham gia giao thông là dòng xe h n h p, thành ph n ph c t p trong

- T i các nút giao thông dòng xe càng tr nên ph c t p h n Hành trình xe r

Vu ki n tín hi u giao thông :

m c.

áng k c i thi n tình tr ng hi n nay thì vi c t ng c ng t ch c - i u khi n giaothông t i các nút giao thông trên các tr c giao thông chính c a thành ph là i u c nthi t

CHÆÅNG 2

thuy t này.

ng trên các tr c giao thông chính c a thành ph và t nh ng lý thuy t tính toán ãnghiên c u ta l a ch n bài toán phù h p

2.1 LÝ THUY T TÍNH TOÁN U KHI N ÈN B NG “LÀN SÓNGXANH”

2.1.1 M t s khái ni m c b n:

khái ni m c b n sau:

có chi u dăi b ng nhau, c ng nh xe ch y m t chi u thì tr s c a “b ng th i gian”

2.1.2 Nguyín t c chung khi thi t k ph i h p câc ỉn tín hi u:

Khi thi t k ph i h p câc ỉn i u khi n ta ph i u tiín cho dòng xe i th ng

Sóng lên

Sóng xuống

Giai o n 1: Xác l p tiêu chu n t i u hoá ch ng trình ph i h p i v i h

2.1.3 M c tiêu c a h th ng u khi n ph i h p èn “làn sóng xanh”.

i v i bài toán i u khi n ph i h p các èn tín hi u b ng “làn sóng xanh” thì

xe là nh nh t.

V i m c ích nh trên c a bài toán i u khi n èn b ng “làn sóng xanh” ,

toán th hi n k t qu sát th c t nh t

2.1.4 Trình t tính toán bài toán i u khi n èn b ng “làn sóng xanh”:

th nh sau.

2.1.4.1 Thu th p s li u :

ph thu c vào hai i u ki n

• i u ki n thành ph n dòng xe mà ch y u là l ng xe ô tô qua nút v i

lo i :

3,5÷ 4

Ghi chú : Các lo i xe buýt và xe t i c a c hai phng pháp quy i c l yng ng theo tiêu chu n 20TCN 104-83.

Vi c ch n cách 1 hay cách 2 tu thu c vào t l xe ô tô nhi u hay ít, n u thành

pháp này ch th c s thích h p khi có s phân chia s d ng các làn trên tuy n b ng các

nghiên c u v dòng thu n nh t theo tác gi [2] s h p lý h n.

K t lu n:V i u ki n và c m c a giao thông à N ng thì ta s d ngphng pháp quy i dòng xe c a các tác gi [2]- ngh quy i v xe con hay xemáy ch y u c n c vào thành ph n xe con là phù h p.

b) Xác nh n ng l c thông hành c a nhánh d n trong nút có èn i u khi n.

hoà và th i gian xanh có hi u.

D a trên quan i m ó, m t s tác gi trên th gi i ã thi t l p các công th cxác nh n ng l c thông hành c a nhánh d n nh : R.M Kimber (1986), Tuy nhiên

c n ph i xu t phát t th c nghi m giao thông Vi t Nam.

và b ng các quan tr c th c nghi m t i hai ô th l n : Hà N i, à N ng, Ts.Phan CaoTh [2] ã công b k t qu xác nh kh n ng thông hành c a nhánh d n trong nút

Ngoài ra, còn có nhi u k t qu nghiên c u khác v KNTH c a nút giao thông

trong ô th Hà N i là 800 - 1000 (xcq /h) Các k t qu nghiên c u này ph n l nc ng xu t phát t c s dòng b o hoà, m t s d a trên quan i m cho r ng KNTH c a

nút Tuy nhiên, dù là k t qu nghiên c u nào khi v n d ng vào i u ki n c th c a

m b o ph n ánh úng th c tr ng dòng xe t i nút

Nh n xét : V i c m c a giao thông n c ta hi n nay nói chung và ô thà N ng nói riêng vi c tính toán kh n ng thông hành c a nhánh d n vào nút có èni u khi n theo [2] là phù h p và cho k t qu sát v i th c t h n.

Các nhân tnh hng n n ng l c thông hành c a nhánh d n vào nút:

dòng xe r ,

.Nhân t này ã c các tác gi a vào trong các công th c tính toán c a mình nhta ã nêu m c trên.

Xe t i, xe buýt lo i nhXe t i, xe buýt lo i v aXe t i, xe buýt lo i l nMôtô, xe máy

B ng 2.4 H s quy i xe c a Indonesia (pcu)

Xe con

Xe t i, xe buýtMôtô

1,01,30,50,2

V i : ptr-t l xe r trái (<25%)

Nh n xét : Tu vào i u k n th c t c a dòng xe và các y u t khác mà ta l a

* K t lu n:

V i m t vài nh n xét trên ,tôi rút ra k t lu n sau v vi c xác nh kh n ngthông hành :

- Các nghiên c u c a m t s tác gi trên th gi i ch phù h p v i dòng xe thu n

con l n (>15%) ,trên các tr c giao thông chính

tác gi trên th gi i áp d ng không hi u qu nh t là khi thành ph n xe máy chi m t l

t h n.

c) Bài toán xác nh t n th t th i gian trong nút giao thông có èn i ukhi n.

nhi u mô hình khác nhau, trong ó có các mô hình c a Webster, Miller, Newll, Allsop,

gian ch m xe b ng mô hình ph ng m t cách n gi n dòng “ n” và “ i” k t h p v i

(s/xe) (2.3).

Trong ó :

Tuy nhiên, công th c tính th i gian ch m xe trung bình c a m t xe theo (2.7)

ngh tính th i gian ch m xe trung bình c a m t xe theo công th c t ng quát sau :

− −

−=

n gi n Webster ã thay th b ph n th ba b ng cách gi m 10% th i gian

bình c a 1 xe nh sau :

(s/xe) (2.5)

t ng th i gian t n th t c a toàn nút b ng t ng các gi ch m xe trung bình nhân v i

gian ch m xe d d a vào m i quan h sau :

B ng 2.5.Tiêu chu n m c ph c v c a nút giao thông u khi n b ng tín hi u èntheo th i gian ch m xe trung bình c a m t xe [HCM 2004]

 −

+ −

22

d) Xác nh chu kèn.

*Th i gian xen k gi a hai xanh

N u th i gian cho xe ch y thoát h t qua nút mà l n h n 3s tránh x y ra

c c b n: có hi u l c cho m t s luông

vào chi u r ng c a nút gi a hai v ch d ng xe

nh th i gian xen k gi a hai xanh nh sau :txk =t +

Trong ó:

T ng th i gian t n th t c nút :

th i gian D theo C và cho b ng 0:

= 0

Cmin =

−

d n vào nút)

vì v y Ct.t là :

Ctt =

C0 =

55,1

ôtô, Khi r c ng gây c n tr cho ôtô y là các nhi u, làm gi m hi u qu c a th igian xanh.

có giá tr trong kho ng 35% < x < 60%.

tính nh sau:

C’ = C.α

tính theo các công th c (2.2)-(2.3)

Phân ph i èn xanh cho các pha

Th i gian xanh th c t là:

tt =−1=(−)

nh t làm chu k chung cho c h liên k t.

2.1.4.3 Xây d ng bài toán tính toán i u khi n èn b ng “làn sóng xanh” :

toán iêù khi n ph i h p èn b ng “làn sóng xanh” C th :

-Phng pháp 1 : ph ng pháp tính toán d a trên c s h s b ng th i gian

l n nh t.(bài toán 1)

-Phng pháp 2 : ph ng pháp này tính toán d a trên c s t n th t th i gianc a dòng xe qua nút M c tiêu c a bài toán là làm sao cho t ng th i gian t n th t qua

- Phng pháp 3 : ph ng pháp này s d ng bài toán i u khi n theo ki u luânphiên (bài toán 3)

t i M t s bài toán tiêu bi u c a các tác gi nh : Morgan và Little, Whighting vàHivier, Th.S V Hoài Nam, .

a) Bài toán c a Morgan và Little :

ây là bài toán n n t ng cho ph ng pháp b r ng b ng th i gian Bài toán này

không có kh n ng nâng c p, m r ng.

b) Bài toán c a Whighting và Hivier:

xe xuôi chi u làn sóng xanh c a D.J Robertson công báo n m 1969 ó là:

t : b ng 0,8 l n th i gian xe ch y trung bình trên chi u dài, trên ó tính toáns phân tán c m xe.

F =

lùi gi a t ng c p các nút sao cho k t qu t ng t n th t th i gian qua nút theo hai lu ng

Ta có :

Dji= f(θji) = f(C -θij)

c) Bài toán i u khi n luân phiên :

M i c p nút li n k cho các hi u l nh khác nhau N u mõi nút li n k luân phiên

phiên 3,

V(mph) =

V(Km/h) =

-lùi gi a các nút trong h liên k t theo công th c sau:V(Km/h) =

)(

D - kho ng cách gi a các nút trong h liên k t (m).

hi u qu khi kho ng cách gi a các nút trong h liên k t b ng nhau, còn khi kho ng

Xu t phát t nh ng nghiên c u c ng nh nhi u bài toán th c nghi m c a mình

xanh” d a trên c s là bài toán t i u b r ng b ng xanh.

Vij và Vji là c p v n t c c a sóng i và sóng v trong c p nút (ij).

Xét m t c p nút có quan h kho ng cách th i gian nh hình v sau:

Hình 2.4 Quan h th i gian và không gian

èn xanh.Vây ta có:

Uij = Lij + Rj/2 -Ri/2-tij

Vì Lij 1 nên ta có th dùng ph n nh tr c a nó ký hi u là D(Lij).T công

có th thay th b ng 0 ho c 1/2.T ng quát :

Lij =

= (0 ho c 1/2)

Thay vào () vào ta có :

σ22

e) K t lu n:

i u khi n ph i h p èn tín hi u thì bài toán i u khi n luân phiên s cho hi u qu caonh t.

t o nh m t ng kh n ng thông hành c a nút và gi m ùn t c giao thông khi thi t k ph ih p các tín hi u èn thì hai bài toán s 1 và s 2 cho hi u qu cao h n.

2.1.4.4 ánh giá hi u qu c a bài toán :

“làn sóng xanh” ta có th s m t s ch tiêu sau:

*Phng pháp c a V A Vladimirôv:

qu c a bài toán i u khi n ph i h p ta hãy xem hình v minh ho sau:

Hình 2.5

*Phng pháp c a A.E Stramentôv và M.S Phisens n

theo công th c sau:

Trong ó:

*Phng pháp ánh giá thông qua h s b r ng b ng xanh(K).

ph i c n c vào i u ki n hi n t i và ánh giá chính xác k t qu bài toán.

2.1.5 Nh n xét và k t lu n:

T nh ng phân tích trên tôi rút ra m t vài nh n xét sau:

Tb= 26s

TX =35s

Κ=0,75

- Trong m i b c, hi n nay ang có r t nhi u ph ng pháp th c hi n Tuy

(trong ô th ).

K t lu n: Do c m hi n nay c a dòng xe tham gia l u thông trên ng

V i c s h t ng giao thông nh hi n nay thì bài toán “ i u khi n luân phiên”

Do có các u i m c a bài toán i u khi n èn b ng “làn sóng xanh” theo

2.2.N CL A CH N BÀI TOÁN TÍNH TOÁN I U KHI N ÈN B NG“LÀN SÓNG XANH” CHO THÀNH PHÀ N NG.