(Luận văn) thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ

NGUYỄN TẤN ĐẠT BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ lu an va n Nguyễn Tấn Đạt HỆieTHỐNG THÔNG TIN gh tn to p oa nl w THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG ĐÔ THỊ d DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG lu ll u nf va an QUA GIAO LỘ oi m z at nh LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH z m co l gm @ 2021 an Lu n va Thành phố Hồ Chí Minh - 2021 ac th si BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ lu Nguyễn Tấn Đạt an n va tn to p ie gh THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG ĐƠ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG d oa nl w QUA GIAO LỘ an lu va Chuyên ngành : Hệ Thống Thông Tin ll u nf Mã số : 8480104 oi m z at nh LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH z @ m co l gm NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN VĨNH PHƯỚC an Lu n va Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 ac th si i LỜI CAM KẾT Tôi cam kết số liệu, kết luận văn “Thay đổi tín hiệu đèn giao thơng thị dựa mức độ ưu tiên hướng qua giao lộ” trung thực, xuất phát từ nhu cầu thực tế trình học tập, tình hình thực tế tìm giải pháp hạn chế ùn tắc giao thơng thị Trong q trình nghiên cứu có tham khảo tài liệu từ nghiên cứu liên quan dẫn nguồn cụ thể, nội dung trích dẫn luận văn Tất nội lu dung trình bày, kết luận văn học hỏi, thực nghiêm túc an thân chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khoa học, báo va n liên quan khác to p ie gh tn Học viên thực nl w d oa Nguyễn Tấn Đạt ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si ii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn “Thay đổi tín hiệu đèn giao thơng thị dựa mức độ ưu tiên hướng qua giao lộ”, Tôi nhận nhiều hỗ trợ, hướng dẫn từ phía q Thầy Cơ, cá nhân tổ chức sau: Tôi xin trân trọng gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Vĩnh Phước nhiệt tình hướng dẫn, chỉnh sửa, dạy kiến thức trực quan giao thông, khai phá liệu, hệ thống thông tin để hoàn lu thành luận văn an Trân trọng cảm ơn TS Trương Nguyên Vũ – Viện trưởng viện Cơ học va n Tin học ứng dụng thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học tạo điều kiện cho lớp gh tn to học tốt nhất, mời nhiều nhà giáo ưu tú để lớp học thành công tốt đẹp Cảm ơn Ban Giám đốc Học viện, phòng đào tạo, quý thầy cô Khoa Hệ ie p Thống Thông Tin Viễn Thông, Thầy Cô Học Viện Khoa oa nl w học Công Nghệ, quý thầy cô tham gia giảng dạy truyền đạt kiến thức cho d thân tơi suốt khóa học 2018 – 2021 lu an Tôi xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, quý đồng nghiệp Trường Cao u nf va đẳng Giao Thông Vận Tải III, bạn bè giúp đỡ đóng góp ý kiến, ll động viên tinh thần cho tơi có thêm nghị lực hoàn thành luận văn oi m Trân trọng cảm ơn z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa STT Chữ viết tắt Tập hợp hướng vào ngã tư lu D 𝑻𝒊𝑫 𝑻𝒊𝑷 𝑫𝒊𝒄𝒔 𝑫𝒊𝒄𝒇 Thời gian ngắn cần thiết cho xe hướng i vượt khỏi ngã tư Thời gian dừng (thời gian đèn đỏ) tối đa cho hướng i Tập hợp hướng không gây xung đột với hướng i ngã tư an n va Tập hợp hướng gây xung đột với hướng i gh tn to ngã tư 𝑫𝒄𝒖𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕 𝒓𝒐𝒘 Tập hợp hướng di chuyển p ie 𝑫𝒄𝒖𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕 𝒑𝒓𝒐 Tập hợp hướng cấm di chuyển nl w oa 𝑻𝒊𝒈 𝑻𝒊𝒓 10 𝑫𝒏𝒆𝒘 𝒓𝒐𝒘 Tập hợp hướng 11 𝑫𝒏𝒆𝒘 𝑷𝒓𝒐 Tập hợp hướng cấm Thời gian đèn xanh hướng i d ll u nf va an lu Thời gian đèn đỏ hướng i oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Hướng không gây xung đột (ngã tư mơ hình), 𝐷𝑐𝑠𝑖 18 Bảng 4.1 Hướng không gây xung đột (ngã tư thực nghiệm), 𝐷𝑐𝑠𝑖 42 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si v DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Xe cứu thương bị ùn tắc trước đèn đỏ Hình 2.2: Mật độ lưu lượng hướng không Hình 3.1: Cấu trúc mơ đun phân bổ hướng dựa thứ tự ưu tiên 13 Hình 3.2 Một ngã tư mơ hình 15 hướng qua ngã tư 19 Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán 31 Hình 4.2: Giao diện chương trình mơ html + Javascript 32 Hình 4.3: Giao diện nhận liệu đầu vào 33 lu Hình 4.4: Ngã tư mô với đèn xanh, đỏ mũi tên hướng an 34 va n Hình 4.5: Ngã tư mơ với đèn vàng cảnh báo theo luật định 34 gh tn to Hình 4.6: Tập liệu "arrDs" để chương trình mơ tự động 37 p ie Hình 4.7: Khu vực cho kết đầu “Output” 38 w Hình 4.8: Kết sau bước chạy thứ từ tập liệu "arrDs" 38 oa nl Hình 4.9: Kết sau bước chạy thứ từ tập liệu "arrDs" 39 d Hình 4.10: Ảnh Google Map giao lộ đường 3/2 đường Lý Thường Kiệt 40 lu va an Hình 4.11: Giao lộ đường 3/ đường Lý thường kiệt mơ hóa 41 ll u nf Hình 4.12: Giao diện chương trình mơ ngã tư thực nghiệm 45 oi m Hình 4.13: Giao diện chương trình thể tập liệu đầu vào 46 z at nh Hình 4.14: Tập liệu "arrDs" cho ngã tư thực nghiệm 48 Hình 4.15: Khu vực tra kết đầu chương trình mơ 49 z gm @ Hình 4.16: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ từ tập "arrDs" 49 Hình 4.17: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ từ tập "arrDs" 50 l m co Hình 4.18: Ngã tư thực nghiệm cho kết đèn vàng cảnh báo 51 an Lu n va ac th si 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 lu 1.1 Tính cấp thiết đề tài an 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước va n 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu nghiên cứu ie gh tn to 1.2 Đặt vấn đề p 1.4 Phạm vi nghiên cứu nl w 1.5 Phương pháp nghiên cứu oa 1.6 Bố cục luận văn d CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN lu va an 2.1 Tổng quan tình hình giao thơng đường thành phố Hồ Chí Minh u nf 2.2 Mạng lưới ngã tư đường thị thành phố Hồ Chí Minh ll 2.3 Hệ thống đèn giao thông thông minh 10 m oi 2.4 Các tài liệu nghiên cứu ứng dụng luận văn 11 z at nh CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ 12 z gm @ 3.1 Nội dung nghiên cứu 12 3.2 Mô tả toán 13 l m co 3.2.1 Khái niệm hệ thống đèn giao thông dựa thứ tự ưu tiên 13 3.2.2 Đầu vào toán 14 an Lu 3.2.3 Đầu toán 15 n va 3.2.4 Thuật toán 15 ac th si vii 3.2.5 Thuộc tính toán 17 3.3 Giải toán 17 3.4 Đánh giá, Nhận xét 21 3.5 Kết luận 22 CHƯƠNG 4: MƠ 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 lu 4.2.2 Sơ đồ thuật toán 30 an va 4.2.3 Chương trình html mơ tốn 32 n 4.3 Giao lộ thực nghiệm 40 to 4.3.2 Áp dụng thuật toán tìm hướng theo thứ tự ưu tiên: 42 p ie gh tn 4.3.1 Mô tả giao lộ thực nghiệm 40 4.4 Chương trình html + Javascript mơ giao lộ thực nghiệm 44 nl w 4.5 Kết luận 51 d oa CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 53 an lu 5.1 Kết nghiên cứu đạt 53 u nf va 5.2 Hướng phát triển 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 ll oi m PHỤ LỤC 57 z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Trong chương giới thiệu này, luận văn trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu nước vấn đề điều khiển giao thơng ngã tư thị Từ đó, đưa mục tiêu, phạm vi, phương pháp nghiên cứu cấu trúc luận văn Tính cấp thiết đề tài 1.1 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi Trong thành phố lớn giới vấn đề điều khiển hệ thống giao lu thơng tốn lớn quản lý vận hành hệ thống giao thông thành an n va phố Hệ thống giao thông đại hệ thống mà tích hợp thành tn to tựu công nghệ truyền thông, công nghệ máy tính cơng nghệ điện tử vào gh sở hạ tầng giao thông, nhằm giải vấn đề giao thông đáp p ie ứng nhu cầu giao thông điều kiện gia tăng số lượng phương tiện giao w thông gây tắc nghẽn giao thông, giảm ô nhiễm môi trường, làm tăng khả oa nl lưu thơng dịng phương tiện giao thơng, tăng tính an tồn lưu d thơng phương tiện giao thông lu va an Trong vấn đề giám sát điều khiển hệ thống giao thông vấn đề đầu u nf tiên thu thập liệu thời gian thực phương tiện lưu thông Việc ll quan trắc xác định thông số dịng phương tiện giao thơng dùng m oi phương pháp khác như: vòng từ (look detector), radar, sóng siêu âm, hồng z at nh ngoại dùng camera quan trắc, … Phương pháp dùng sóng rada, sóng siêu z âm hồng ngoại để quan trắc phương tiện giao thơng có ưu điểm khơng phụ @ gm thuộc điều kiện môi trường xung quanh Phương pháp quan trắc dịng phương l tiện giao thơng sử dụng camera có nhiều ưu điểm đưa nhiều m co thơng tin dịng phương tiện giao thơng, có giá thành rẻ so với an Lu phương pháp trên, nhược điểm phương pháp phụ thuộc nhiều vào điều kiện ngoại cảnh (thời điểm ngày, cường độ ánh sáng chế độ thời n va tiết, …) ac th si 53 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Kết nghiên cứu đạt 5.1 Q trình nghiên cứu thuật tốn mơ “Thay đổi tín hiệu đèn giao thơng thị dựa mức độ ưu tiên hướng qua giao lộ” luận văn đạt số kết sau: - Bằng phương pháp toán học, luận văn phân tích áp dụng thuật tốn tìm hướng theo thứ tự ưu tiên góp phần làm giảm mật độ phương tiện lưu thông hướng vào ngã tư đảm bảo an toàn giao lu an thơng n va - Sử dụng ngơn ngữ lập trình Javascript thiết kế giao diện html mô tn to hướng qua giao lộ có hệ thống đèn giao thơng thay gh đổi tín hiệu dựa mức độ ưu tiên hướng cách trực quan p ie - Hệ thống “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa mức độ ưu w tiên hướng qua giao lộ” cho thấy thêm giải pháp góp phần oa nl giảm ùn tắc giao thông ngã tư giao lộ đô thị lớn Việt d Nam Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội an lu Hướng phát triển va 5.2 ll u nf - Tích hợp thêm mô đun nhận diện, phát hướng có xe ưu oi m tiên, hướng có mật độ lưu lượng phương tiện lớn phương ngã tư đô thị z at nh pháp phân tích hình ảnh qua camera phương pháp trực quan hóa z - Hiệu chỉnh phần mềm mơ trực quan, sinh động để dễ dàng @ gm thể rõ ưu điểm giải pháp phần mềm mô m co l chuyên nghiệp phát triển sở hạ tầng giao thông - Mở rộng giải pháp “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa mức an Lu độ ưu tiên hướng qua giao lộ” cho tất giao lộ khác ngã 3, ngã điểm giao có vịng xuyến Thành phố lớn n va ac th si 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T A Litman, "Smart Congestion Relief: Comprehensive Evaluation of Traffic Congestion Costs and Congestion Reduction Strategies," Victoria Transport Policy Institute 2015 [2] M Papageorgiou, C Diakaki, V Dinopoulou, A Kotsialos, and Y Wang, "Review of Road Traffic Control Strategies," Proceedings of the IEEE, vol 91, pp 2043-2067, 2003 lu [3] M Wiering, J v Veenen, J Vreeken, and A Koopman, "Intelligent an Traffic Light Control," Institute of Information and Computing Sciences va n - Utrecht University 2004 Trần Vạn Thúy Diễm, "Nghiên cứu tiếp cận điều khiển đèn tín hiệu gh giao thơng thơng minh giao lộ," Luận văn Thạc sĩ ngành Công tn to [4] p ie B Zhou, J Cao, and H Wu, "Adaptive Traffic Light Control of Multiple oa nl [5] w nghệ thông tin, Trường Đại học Công Nghệ Thông Tin 2016 d Intersections in WSN-based ITS," presented at the IEEE International lu S Mehta, "Fuzzy Control System For Controlling Traffic Lights," in u nf [6] va an Conference on Vehicular Technology, Yokohama, Japan, 2011 ll International MultiConference of Engineers and Computer Scientists oi m IMECS 2008, Hong Kong, 2008 z at nh [7] W Wen, "A dynamic and automatic traffic light control expert system z for solving the road congestion problem," Expert Systems with @ R S Parmar and B Trivedi, "Identification of Parameters and Sensor m co [8] l gm Applications, vol 34, pp 2370–2381, 2007 Technology for Vehicular Traffic - A Survey," International Journal of an Lu Traffic and Transportation Engineering, vol 3, pp 101-106, 2014 n va ac th si 55 [9] M Tubaishat, Q Qi, Y Shang, and H Shi, "Wireless Sensor-Based Traffic Light Control," in IEEE CCNC 2008, 2008, pp 702-706 [10] M Tubaishat, Y Shang, and H Shi, "Adaptive Traffic Light Control with Wireless Sensor Networks," pp 187-191, 2007 [11] W L Mitchell, "Traffic light control for emergency vehicles," United States Patent 4,443,783, Apr 17, 1984 [12] Chung-Cheng Chiu, Min-Yu Ku And Chun-Yi Wang, “Automatic Traffic Surveillance System for Vision-Based Vehicle Recognition and Tracking,” Journal of Information Science and Engineering 26, 611-629, lu an 2010 va n [13] P V Tran, T T Bui, D Tran, P Q Pham, and A V T Tran, “Approach to gh tn to Priority-based Controlling Traffic Lights," in Intelligent Information and Database Systems, ACIIDS 2016, Danang, Vietnam, 2016, pp 746- p ie 754 w oa nl [14] T T Bui, T V Tran, L H T Le, H H T Duong, and P V Tran, "An d Approach to Representing Traffic State on Urban Roads Used by lu an Various Types of Vehicles," in 10th Asian Conference on Intelligent u nf va Information and Database Systems, ACIIDS 2018, Dong Hoi City, Vietnam, 2018, LNAI 10751, pp 179-188 DOI: 10.1007/978- 3-319- ll oi m 75417-8 z at nh [15] J Zheng, K Suzuki, and M Fujita, "Evaluation of Car-following Models Using Trajectory Data from Real Traffic," in 8th International z m co l 2012, pp 356-366 gm @ Conference on Traffic and Transportation Studies, Changsha, China, [16] P V Tran and H T Nguyen, "Visualization Cube for Tracking Moving Information and Electronics Engineering, 2011 an Lu Object," presented at the Computer Science and Information Technology, n va ac th si 56 [17] Tsai, L W., Chean, Y C., Ho, C P., Gu, H Z., and Lee, S Y “MultiLane Detection and Road Traffic Congestion Classification for Intelligent Transportation System” Energy Procedia, 2011 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 57 PHỤ LỤC lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 58 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 59 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 60 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 61 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 62 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 63 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 64 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 65 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 66 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 67 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si