GIỚI THIỆU
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, …).
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 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 TechnologySolutions – FTS), kênh VOV giao thông (Đài tiếng nói Việt Nam
- 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.
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 đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ ’’ được chọn làm luận văn tốt nghiệp.
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.
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.
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.
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 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
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.
TỔNG QUAN
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
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.
Hình 2.1: Xe cứu thương bị ùn tắc trước đèn đỏ
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.
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.
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;
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 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.
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.
HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ
Nội dung nghiên cứu
Trong nghiên cứu này, chúng ta sẽ tiếp cận hệ thống và giải bài toán điều khiển đèn giao thông ở đô thị dựa trên thứ tự ưu tiên của các hướng phương tiện giao thông đi vào giao lộ Hành trình di chuyển của các phương tiện giao thông vào giao lộ được phân tích ra thành từng hướng, các hướng có thứ tự ưu tiên được gán theo mức độ khác nhau tùy trường hợp Các hướng di chuyển vào giao lộ được kết hợp với bộ đèn điều khiển giao thông đặt ở cuối luồng phương tiện tham gia giao thông đó.
Một hệ thống đèn điều khiển giao thông dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng vào giao lộ bao gồm 02 mô đun chính, mô đun phát hiện mức độ ưu tiên của từng hướng đi và mô đun dành quyền ưu tiên di chuyển dựa trên mức độ ưu tiên đó Mô đun phát hiện mức độ ưu tiên của từng hướng đi sẽ phân tích dữ liệu của các luồng giao thông trước hệ thống đèn để xác định mức độ ưu tiên và gán chúng theo thứ tự ưu tiên giảm dần Trong hệ thống, một trong những tiêu chí để xác định mức độ ưu tiên cao hơn của các hướng đi có thể kể đến như: hướng có phương tiện tham gia giao thông khẩn cấp theo quy định hiện hành; hướng có thời gian chờ tham gia giao thông vượt quá thời gian cấm hoặc hướng có lưu lượng phương tiện tham gia giao thông lớn… Mức độ ưu tiên của các hướng tham gia giao thông tại một giao lộ sẽ được thay đổi theo thời gian.
Trong chương này, luận văn trình bày các khái niệm như: tập hợp các hướng đi, các biến về thời gian chờ, thời gian cấm tối đa, thời gian di chuyển của các phương tiện giao thông trong hệ thống đèn điều khiển giao thông dựa trên thứ tự ưu tiên Tiếp theo, luận văn sẽ xác định dữ liệu đầu vào của bài toán, xác định kết quả đầu ra của bài toán và đưa ra thuật toán cho bài toán này Sau cùng, luận văn sẽ giải bài toán và đánh giá, nhận xét bài toán, cho ra kết luận.
Mô tả bài toán
3.2.1 Khái niệm hệ thống đèn giao thông dựa trên thứ tự ưu tiên
Hệ thống điều khiển đèn giao thông dựa trên thứ tự ưu tiên tại ngã tư Đèn tín hiệu giao thông được đặt ở cuối hướng di chuyển của các phương tiện giao thông vào ngã tư giao lộ Một hệ thống điều khiển đèn giao thông dựa trên thứ tự ưu tiên tại ngã tư bao gồm hai mô đun chính, mô đun phát hiện mức độ ưu tiên lưu lượng di chuyển và mô đun phân bổ quyền ưu tiên dựa trên thứ tự.
Mô đun phân bổ hướng đi dựa trên thứ tự ưu tiên của các hướng
Là một phần của hệ thống đèn điều khiển giao thông được lắp đặt tại ngã tư dựa trên thứ tự ưu tiên Mô đun phân bổ quyền ưu tiên dựa trên thứ tự bao gồm bộ quy trình cho phép cấu thành quyền được di chuyển và một ma trận chuyển đổi đèn giao thông.
Hình 3.1: Cấu trúc mô đun phân bổ hướng đi dựa trên thứ tự ưu tiên
Dữ liệu đầu vào của mô đun bao gồm các yếu tố xác định lưu lượng di chuyển của các chuyên gia khi thiết kế đường, thiết kế ngã tư và dữ liệu từ mô đun phát hiện mức độ ưu tiên lưu lượng di chuyển.
Dữ liệu đầu ra của mô đun là các hướng đi được di chuyển qua ngã tư có được từ sự kết hợp đúng hướng cần di chuyển với từng hướng đi theo thứ tự ưu tiên giảm dần từ mô đun phát hiện mức độ ưu tiên lưu lượng di chuyển.
Cuối cùng, ma trận chuyển đổi đèn giao thông sẽ giải mã các hướng đi thuận chiều và các hướng gây xung đột giao thông cho ra một tập hợp các hướng đi tốt nhất giải quyết bài toán điều khiển đèn giao thông dựa trên thứ tự ưu tiên tại ngã tư.
Tại một ngã tư cụ thể, dữ liệu đầu vào của bài toán không thay đổi theo thời gian và được xác định bởi các chuyên gia giao thông, bao gồm:
- D = {d i , i = 1,2, ,N}: tập hợp các hướng đi vào ngã tư, không bao gồm hướng di chuyển cho mọi trường hợp.
- : thời gian ngắn nhất cần thiết cho một chiếc xe trên hướng d i vượt ra ngoài ngã tư, = ⁄ , trong đó là chiều dài của hướng di qua ngã tư và là vận tốc quy định tại ngã tư.
- : thời gian dừng (thời gian đèn đỏ) tối đa cho hướng d i
- , : Tập hợp của các hướng đi thuận chiều và tập hợp các hướng đi xung đột với d i , i = 1,2, ,N ;
Bên cạnh đó, dữ liệu đầu vào của bài toán do mô đun phát hiện mức độ ưu tiên lưu lượng cung cấp sẽ được xác định trong một khoảng thời gian đều nhau T s Nghĩa là, sau T s thời gian, dữ liệu đầu vào của bài toán gồm:
- Một chuỗi các hướng i ã ược sắp xếp giảm dần theo thứ tự ưu tiên dành cho hướng ∈
- : Tập hợp các hướng ược di chuyển hiện tại
- : Tập hợp các hướng cấm di chuyển hiện tại.
- : Thời gian hiện tại của èn xanh của hướng i.
- : Thời gian hiện tại của èn ỏ của hướng i.
Như vậy, các điều kiện đầu vào của bài toán được phân tích như sau:
- với i = 1,2, , N, được cấu trúc như một bảng hướng đi không gây xung đột theo từng hướng i.
- D = {di , i = 1,2, ,N}, Tập hợp các hướng đi được sắp xếp theo thứ tự ưu tiên giảm dần.
- Điều kiện 3: Phương tiện giao thông đi qua ngã tư không xung đột với nhau.
- : Tập hợp của các hướng được đi mới.
- : Tập hợp của các hướng cấm mới.
Kiểm tra điều kiện của bài toán: ≥
< , thì bảo toàn tình trạng hiện tại của đèn giao thông Ngược lại, tìm:
Hướng thứ nhất được đi:.
, , trong đó là hướng có thứ tự ưu tiên cao nhất của D.
Hướng thứ hai được đi: có nguồn gốc từ bảng các hướng đi không xung đột, nếu 1 = ∅, bỏ qua kết quả.
Ngược lại 2 ← , 1 , trong đó là hướng có thứ tự ưu tiên cao nhất của 1
Xét ( −1) có nguồn gốc từ bảng các hướng đi không xung đột,
( −1) ⊂ −{ ( −1) } Nếu ⋂ ( −1) = ∅ , thì bỏ qua kết quả.
Ngược lại ← , ∈ ⋂ ( −1) , trong đó là hướng ưu tiên cao nhất của ⋂ ( −1)
… } và = − Ứng dụng: Các kết hợp hiện tạivàđược thay thế bằng kết hợp mới và như sau.
Các hướng thuộc ∩ được bảo toàn quyền được đi,
Các hướng thuộc ∩ được chuyển sang quyền được đi,
Các hướng thuộc ∩ được bảo toàn cấm,
Các hướng thuộc ∩ được chuyển sang lệnh cấm.
Các quá trình chuyển đổi từ quyền được đi sang lệnh cấm được làm mịn bằng tín hiệu của đèn vàng để làm chậm phương tiện và dừng lại.
3.2.5 Thuộc tính của bài toán.
Sự hội tụ: Thuật toán chọn cho = { 1 , 2 , 3 , … } từ ⋂ ( −1) là hữu hạn Thật vậy, ( ∉ ) ∧ (⋂ = ⋂ (
−1) ∩ ) ⟹ ∉ ⋂ , ∀ = 1,2, … , Biểu thức này cho thấy rằng bất kỳ hướng đi nào của ⋂ đều được đưa ra cho cho đến khi không có hướng nào tồn tại trong ⋂ , tức là cho đến khi ⋂ = ∅
An toàn giao thông: Tất cả các hướng đi thuộc đều không xung đột với nhau.
Tính chất giao hoán của sự không xung đột các hướng được ký hiệu là
Giải bài toán
Ở phần này, luận văn sẽ giải bài toán với một ngã tư được thiết kế cụ thể như sau:
Một giao lộ được thiết kế thành bốn tham gia giao thông, trong đó có năm dòng chảy của các phương tiện giao thông tiến vào ngã tư Các phương tiện giao thông trên các dòng chảy này được chia ra thành mười lăm hướng ( 1 , 2 , … , 15 ) cần đi ra khỏi ngã tư, trong đó có hướng 3 được chỉ định là hướng luôn luôn được đi và không xung đột với các hướng còn lại Các hướng được gọi là không xung đột với một hướng đang được chọn được thiết kế bởi các chuyên gia giao thông (bảng 1). i Hướng được Hướng không gây xung đột ( ) chọn ( )
Bảng 3.1: Hướng không gây xung đột (ngã tư mô hình),
Giả sử, đầu vào của bài toán được cung cấp bởi mô đun phát hiện mức độ ưu tiên lưu lượng như sau:
Hệ thống đèn tín hiệu hiện tại đáp ứng các điều kiện (1) và (2) cho thời gian và
Hình 3.2 Một ngã tư mô hình 15 hướng qua ngã tư Áp dụng thuật toán trên ta có các hướng được xác định đi tiếp theo như sau:
Theo giả thuyết, ta có:
= { 5 , 2 , 7 , 15 , 12 , 11 , 1 , 4 , 10 , 9 , 8 , 13 , 6 , 14 } là tập các hướng đi đầu vào đã được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm dần của mô đun phát hiện ưu tiên lưu lượng và hệ thống đèn tín hiệu hiện tại đáp ứng các điều kiện (1) và (2) cho thời gian và Do đó, áp dụng thuật toán trên, ta có:
Hướng thứ nhất được đi: 1 ← 5 ( 5 là hướng có thứ tự ưu tiên cao nhất của D)
Hướng thứ ba được đi: 3
Hướng thứ tư được đi: 4
Hướng thứ năm được đi: 5
Hướng thứ sáu được đi: 6
Hướng thứ bảy được đi: 7
Ta có kết quả của bài toán như sau:
= { 2 , 7 , 11 , 1 , 10 , 8 , 13 , 14 } Áp dụng: Từ (2) và kết quả trên ta có:
- Các hướng bảo toàn đèn xanh:
- Các hướng bảo toàn đèn đỏ:
- Các hướng chuyển từ đèn đỏ sang đèn xanh:
- Các hướng chuyển từ đèn xanh sang đèn vàng, rồi sang đèn đỏ:
Đánh giá, Nhận xét
Giải pháp thay đổi tín hiệu đèn giao thông tại ngã tư đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ giúp khắc phục phần nào chưa hợp lý của hệ thống đèn giao thông hiện tại ở các Thành phố lớn Nhằm mục đích hạn chế ùn tắc giao thông tại một số ngã tư trọng điểm, giải pháp này tận dụng tối đa diện tích đường bộ và loại bỏ các các yếu tố gây ùn tắc từ những hướng di chuyển gây xung đột giao thông giữa ngã tư Bên cạnh đó, nó cũng phối hợp độ dày xe hợp lý tại chỉ đường đi vào ngã tư và thông xe đang chờ đèn xanh phía trước ngã tư đường vắng.
Cách tiếp cận xác định độ dày xe để kiểm soát nhiều hơn đèn giao thông linh hoạt, không chỉ để giảm độ dày của xe trước giao thông đèn mà còn để sử dụng hiệu quả đường giao nhau Cách tiếp cận loại bỏ di chuyển xung đột trong ngã tư để tăng tốc độ của phương tiện, và xóa sự nhầm lẫn giao thông do vượt đèn đỏ của các phương tiện khẩn cấp với nhau với sự bám víu của người khác để giảm sự nhầm lẫn và rủi ro kẹt xe.
Kết luận
Thuật toán thay đổi tín hiệu đèn giao thông tại ngã tư đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ giúp khắc phục phần nào chưa hợp lý của hệ thống đèn giao thông hiện tại ở các Thành phố lớn như Thành Phó HồChí Minh Phương pháp đề xuất đối với đèn giao thông điều khiển dựa trên ưu tiên cung cấp một giải pháp tích hợp để dọn đường cho xe ưu tiên, ngăn chặn tắc nghẽn trước đèn giao thông và tránh kẹt xe hướng xung đột qua ngã tư Ưu tiên được xác định trong cách tiếp cận là ước tính dựa trên yêu cầu của phương tiện tình huống khẩn cấp, thời gian dừng xe chờ phía trước đèn đỏ và giảm đều mật độ lưu lượng xe tại ở hướng đi vào và trong ngã tư.
MÔ PHỎNG THỰC NGHIỆM THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN
Giới thiệu
Hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông hiện tại của các Thành phố lớn đang thể hiện sự hữu ích của mình trong việc phân luồng giao thông qua giao lộ, tuy nhiên với những giao lộ có mật độ lưu lượng tham gia giao thông không đều nhau ở các hướng, hoặc hướng đang ùn tắc mà có phương tiện tham gia giao thông ưu tiên cần đi qua thì hệ thống điều khiển đèn giao thông này lộ rõ sự lỗi thời Trong chương này, luận văn muốn mô phỏng bằng hình ảnh một giải pháp thay đổi tín hiệu điều khiển phân luồng giao thông phù hợp hơn tại các ngã tư giao lộ, giảm đều mật độ giao thông trên các hướng, giải quyết tức thời cho các hướng có phương tiện tham gia giao thông ưu tiên mà ít bị cản trở hoặc gây ùn tắc.
Mục tiêu của chương này là nâng cao tính trực quan của giải pháp 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 lập trình với ngôn ngữ Java và mô phỏng các hướng được di chuyển qua ngã tư giao lộ bằng html.
Nhằm đạt được mục tiêu trên, chương bốn này sẽ trình bày phân tích giải thuật của thuật toán bằng mả giả, sơ đồ thuật toán và lập trình mô phỏng bằng ngôn ngữ Java và html Tiếp theo đó, luận văn sẽ áp dụng thuật toán và giải thuật thay đổi tín hiệu điều khiển đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ vào một ngã tư thực tế tại Thành phố Hồ ChíMinh nhằm làm thực nghiệm Cuối chương, luận văn sẽ tóm tắt các kết quả đạt được tại ngã tư thực nghiệm cho thấy tính hữu dụng của giải pháp trên.
Giải thuật
1 Định nghĩa Bảng các hướng di chuyển không gây xung đột với hướng thứ i: var arrD_1_cs = [d2, d6, d8, d9, d10, d12, d15]; var arrD_2_cs = [d1, d9, d11, d12, d13, d15]; var arrD_3_cs = [d1, d2, d4, d5, d6, d7, d8, d9, d10, d11, d12, d13, d14, d15]; var arrD_4_cs = [d5, d6, d7, d8, d9, d11, d12, d13, d15]; var arrD_5_cs = [d4, d6, d8, d9, d12, d14, d15]; var arrD_6_cs = [d1, d4, d5, d9, d10, d11, d12, d14, d15]; var arrD_7_cs = [d4, d8, d9, d11, d12, d13, d15]; var arrD_8_cs = [d1, d4, d5, d7, d9, d12, d14, d15]; var arrD_9_cs = [d1, d2, d4, d5, d6, d7, d8, d10, d11, d12, d14, d15]; var arrD_10_cs = [d1, d6, d9, d11, d12, d15]; var arrD_11_cs = [d2, d4, d6, d9, d10, d12, d15]; var arrD_12_cs = [d1, d2, d4, d6, d7, d9, d10, d11, d13, d14, d15]; var arrD_13_cs = [d4, d6, d7, d9, d12, d14, d15]; var arrD_14_cs = [d5, d6, d8, d9, d10, d12, d13, d15]; var arrD_15_cs = [d1, d2, d4, d5, d6, d7, d8, d9, d10, d12, d13, d14];
2 Kiểm tra các giá trị INPUT var strD = giá trị Textbox arrD; var strD_current_row = giá trị Textbox arrD_current_row; var strD_current_pro = giá trị Textbox arrD_current_pro;
- Kiểm tra arrD khác rỗng if(strD == ""){
Hiện thị lỗi "Please input." ở Textbox arrD Set forcus return false;
Xóa nội dung message lỗi }
- Kiểm tra arrD_current_row khác rỗng if(strD_current_row
Hiện thị lỗi "Please input." ở Textbox arrD_current_row Set forcus return false;
Xóa nội dung message lỗi }
- Kiểm tra arrD_current_pro khác rỗng if(strD_current_pro
Hiện thị lỗi "Please input." ở Textbox arrD_current_pro Set forcus return false;
Xóa nội dung message lỗi}
- Kiểm tra strD = arrD_current_row + arrD_current_pro
Trường hợp strD, arrD_current_row, arrD_current_pro đã được nhập
Nếu strD = arrD_current_row + arrD_current_pro thì tiếp tục mục 3.
Ngược lại, hiển thị thông báo lỗi : Vui lòng nhập các hướng còn thiếu vào Textbox arrD_current_row hoặc Textbox arrD_current_pro.
3 Hiển thị trạng thái đèn XANH cho các quyền hiện tại
4 Hiển thị trạng thái đèn ĐỎ cho các quyền cấm
5.1 Gán mảng arrD vào mảng giao arrIntersec var arrIntersec = arrD;
5.2 Dùng vòng lặp Do While để lặp lại thao tác xử lý cấu thành quyền ưu tiên
5.2.1 Lấy ra hướng có độ ưu tiên cao nhất trong mảng giao arrIntersec (1)
5.2.2 Xác định tập hợp HƯỚNG DI CHUYỂN KHÔNG GÂY XUNG ĐỘT tiếp theo (2) do { var arrDnext; var newd; switch(arrIntersec[0].name) { case "d1": arrDnext = arrD_1_cs; newd = d1; break; case "d2": arrDnext = arrD_2_cs; newd = d2; break; case "d3": arrDnext = arrD_3_cs; newd = d3; break; case "d4": arrDnext = arrD_4_cs; newd = d4; break; case "d5": arrDnext = arrD_5_cs; newd = d5; break; case "d6": arrDnext = arrD_6_cs; newd = d6; break; case "d7": arrDnext = arrD_7_cs; newd = d7; break; case "d8": arrDnext = arrD_8_cs; newd = d8; break; case "d9": arrDnext = arrD_9_cs; newd = d9; break; case "d10": arrDnext = arrD_10_cs; newd = d10; break; case "d11": arrDnext = arrD_11_cs; newd = d11; break; case "d12": arrDnext = arrD_12_cs; newd = d12; break; case "d13": arrDnext = arrD_13_cs; newd = d13; break; case "d14": arrDnext = arrD_14_cs; newd = d14; break; case "d15": arrDnext = arrD_15_cs; newd = d15; break; default:
5.2.3 Lấy phần giao giữa tập hợp arrIntersec và (2) arrIntersec = getIntersec(arrIntersec, arrDnext);
5.2.4 Gán (1) vừa tìm thấy ở trên vào mảng kết hợp mới của các hướng bên phải. arrD_new_row.push(newd);
5.3 Xác định sự kết hợp mới của các hướng cấm : arrD_new_pro arrD - arrD_new_row arrD_new_pro = getNotIntersec(arrD, arrD_new_row);
6 Kết quả trả về arrD_new_row : sự kết hợp mới của các hướng bên phải. arrD_new_pro : sự kết hợp mới của các hướng cấm.
7 Hiển thị trạng thái đèn XANH cho các quyền mới
8 Hiển thị trạng thái đèn ĐỎ cho các quyền cấm mới
Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán
4.2.3 Chương trình html mô phỏng bài toán.
Giao diện html của chương trình Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ như sau:
Hình 4.2: Giao diện chương trình mô phỏng bằng html + Javascript
Với giao diện mô phỏng thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ (Hình4.2) chương trình sẽ bắt đầu thực hiện với tập các hướng đi đầu vào có thứ tự ưu tiên giảm dần như sau:
Và các hướng được di chuyển là = { , 2 , 9 , , }; hướng
Các tập dữ liệu đầu vào này được thể hiện trên giao diện phần mềm như sau:
Hình 4.3: Giao diện nhận dữ liệu đầu vào
Bên cạnh đó, nhằm mục trực quan hơn cho người xem, các hướng được đi qua ngã tư còn được thể hiện bằng các đèn màu xanh lá và mũi tên màu xanh xá trên giao lộ mô phỏng; còn các hướng cấm không được đi thể hiện bằng các đèn tín hiệu màu đỏ (không thể hiện mũi tên di chuyển trong mô phỏng). Bên cạnh đó, cũng như các hệ thống đèn hiện tại, để chuyển hướng điều khiển từ đèn xanh (được đi) sang đèn đỏ (không được đi) phần mềm sẽ thể hiện 3 giây đèn vàng nhằm báo hiệu cho người tham gia giao thông theo luật định.
Hình 4.4: Ngã tư mô phỏng với các đèn xanh, đỏ và mũi tên hướng được đi
Hình 4.5: Ngã tư mô phỏng với các đèn vàng cảnh báo theo luật định Ý đồ luận văn là một hệ thống điều khiển thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng sẽ được cập nhật tập dữ liệu tiếp theo sau mỗi 10 giây, chương trình điều khiển hệ thống sẽ cập nhật bộ các hướng đi mới có thứ tự ưu tiên giảm dần dựa trên các yếu tố như: hướng có đèn đỏ quá thời gian quy định, hướng có xe ưu tiên theo luật định, hướng có mật độ lưu lượng xe đông,…để đưa vào hoạt động.
Như vậy, để chương trình mô phỏng hoạt động liên tục, luận văn xây dựng giả lập một tập hợp "arrDs" gồm 50 tập dữ liệu các hướng đi vào ngã tư được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm dần để chương trình chạy tự động sau mỗi 10 giây Ở chương trình mô phỏng này, ta có tập " arrDs" sau:
Hình 4.6: Tập dữ liệu " arrDs" để chương trình mô phỏng tự động
Sau mỗi lần chương trình xử lý tập dữ liệu đầu vào, chương trình sẽ cho kết quả đầu ra “Output” là tập các hướng được đi mới và các hướng cấm mới Và như thế, chương trình sẽ chạy tự động cho đến khi hết tập dữ liệu
Hình 4.7: Khu vực cho kết quả đầu ra “Output”
Như vậy, với tập D = (d 9 , d 10 , d 4 , d 5 , d 6 , d 11 , d 1 , d 8 , d 15 , d 7 , d 2 , d 13 , d 12 , d 14 ) đầu tiên từ tập " arrDs" , chương trình sẽ cho kết quả mô phỏng như sau:
Hình 4.8: Kết quả sau bước chạy thứ 1 từ tập dữ liệu " arrDs"
Tiếp theo, sau 10 giây, tập D = (d 5 ,d 10 ,d 14 ,d 8 d 13 ,d 7 ,d 2 ,d 6 ,d 1 ,d 11 ,d 12 ,d 9 ,d 15 ,d 4 ) thứ
2 từ tập " arrDs" , chương trình sẽ cho kết quả mô phỏng:
Hình 4.9: Kết quả sau bước chạy thứ 2 từ tập dữ liệu " arrDs"
Và cứ như vậy, sau 10 giây, chương trình mô phỏng sẽ đưa vào tập D gồm các hướng đi mới đã được sắp theo thứ tự ưu tiên từ tập dữ liệu " arrDs" để thực hiện thay đổi tín hiệu điều khiển hệ thống đèn giao thông và cho ra kết quả là tập các hướng đi mới và các hướng cấm mới tối ưu hơn, và để làm mịn sự chuyển đổi trong tín hiệu từ đèn xanh sang đèn đỏ, hệ thống sẽ thể hiện đèn màu vàng trong thời gian là 3 giây Chương trình sẽ thực hiện mô phỏng sẽ liên tục với 50 tập con của tập dữ liệu " arrDs"
Giao lộ thực nghiệm
4.3.1 Mô tả giao lộ thực nghiệm.
Giao lộ thực nghiệm trong luận văn này là giao lộ ngã tư đường 3/2 và đường Lý Thường Kiệt có hệ thống đèn điều khiển giao thông, có bốn luồng phương tiện tham gia giao thông tiến vào ngã tư Các luồng phương tiện này được chia thành 12 hướng (d 1 , d 2 , …, d 12 ) cần đi ra khỏi ngã tư, trong đó có hướng d 3 và hướng d 12 là hướng luôn được di chuyển, không xung đột với các hướng còn lại.
Hình 4.10: Ảnh Google Map giao lộ đường 3/2 và đường Lý Thường Kiệt Để tiện lập trình mô phỏng thay đổi tín hiệu điều khiển đèn giao thông tại ngã tư đường 3/2 và đường Lý Thường Kiệt bằng html +Javascript, luận văn sẽ mô phỏng hóa ngã tư trên dưới dạng ngã tư giao lộ với các hướng đi từ d 1 , d 2 , …, d 12 như sau:
Hình 4.11: Giao lộ đường 3/ 2 và đường Lý thường kiệt mô phỏng hóa
Từ ngã tư giao lộ trên được mô phỏng hóa trên, ta dễ dàng xác định bảng các hướng không gây xung đột với một hướng thứ i đang được chọn bằng quy định luật giao thông đường bộ của Việt Nam như sau: i Hướng được
Hướng không gây xung đột ( ) chọn ( )
Bảng 4.1 Hướng đi không gây xung đột (ngã tư thực nghiệm),
Giả sử ở trạng thái ban đầu, mô đun phát hiện hướng đi cho ta tập hợp các hướng đi đã được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm dần tại ngã tư là,
Tập các hướng đang được di chuyển và hướng cấm,
Hệ thống đèn tín hiệu hiện tại đáp ứng các điều kiện (1) và (2) cho thời gian và
4.3.2 Áp dụng thuật toán tìm hướng đi tiếp theo theo thứ tự ưu tiên:
Từ giả thuyết ban đầu, ta có tập các hướng đi đã được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm dần tại ngã tư là = { 5 , 2 , 7 , 11 , 1 , 4 , 10 , 9 , 8 , 6 } và hệ thống đèn tín hiệu hiện tại đáp ứng các điều kiện (1) và (2) cho thời gian và Do đó,
Hướng thứ nhất được đi: 1 ← 5 ( 5 là hướng có thứ tự ưu tiên cao nhất của D)
Hướng thứ hai được đi: 2
Hướng thứ ba được đi: 3
Hướng thứ tư được đi: 4
Hướng thứ năm được đi: 5
Hướng thứ sáu được đi: 6
Ta có kết quả của bài toán như sau: Áp dụng: Từ (2) và kết quả trên ta có:
- Các hướng bảo toàn đèn xanh:
- Các hướng bảo toàn đèn đỏ:
- Các hướng chuyển từ đèn đỏ sang đèn xanh:
- Các hướng chuyển từ đèn xanh sang đèn vàng, rồi sang đèn đỏ:
Chương trình html + Javascript mô phỏng giao lộ thực nghiệm
Tương tự chương trình mô phỏng ngã tư giao lộ trong bài toán mô hình trên, Chương trình mô phỏng ngã tư đường 3/2 và đường Lý thường kiệt được lập trình mô phỏng bằng html + Javascipt trong đó, các hướng được đi qua ngã tư được thể hiện bằng các đèn tín hiệu màu xanh lá và mũi tên màu xanh xá trên giao lộ mô phỏng; còn các hướng cấm (hướng không được đi) thể hiện bằng các đèn tín hiệu màu đỏ (không thể hiện mũi tên di chuyển trong mô phỏng). Bên cạnh đó, cũng như các hệ thống đèn hiện tại, để chuyển hướng điều khiển từ đèn xanh (được đi) sang đèn đỏ (không được đi) phần mềm sẽ thể hiện 3 giây đèn vàng nhằm báo hiệu cho người tham gia giao thông theo luật định.
Hình 4.12: Giao diện chương trình mô phỏng ngã tư thực nghiệm
Với giao diện mô phỏng thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ thực nghiệm đường 3/2 và đường Lý Thường Kiệt, chương trình sẽ bắt đầu thực hiện với tập các hướng đi đầu vào có thứ tự ưu tiên giảm dần như sau:
= { 5 , 2 , 7 , 11 , 1 , 4 , 10 , 9 , 8 , 6 } và các hướng được di chuyển là = { 1 , 2 , 9 , 6 }; hướng không được đi là = { 4 , 5 , 7 , 8 , 10 , 11 }
Các tập dữ liệu đầu vào này được thể hiện trên giao diện phần mềm như sau:
Hình 4.13: Giao diện chương trình thể hiện tập dữ liệu đầu vào Để chương trình mô phỏng ngã tư giao lộ thực nghiệm đường 3/2 và đường
Lý Thường kiệt hoạt động liên tục, luận văn xây dựng giả lập một tập hợp dữ liệu " arrDs" gồm 50 tập các hướng đi vào ngã tư được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm dần để chương trình chạy tự động sau mỗi 10 giây Ở chương trình mô phỏng này, ta có tập "arrDs" sau:
Hình 4.14: Tập dữ liệu " arrDs" cho ngã tư thực nghiệm
Sau mỗi lần chương trình mô phỏng xử lý tập dữ liệu đầu vào, chương trình sẽ cho kết quả đầu ra “Output” là tập các hướng được đi mới và các hướng cấm mới
Hình 4.15: Khu vực tra kết quả đầu ra của chương trình mô phỏng
Như vậy, với tập D = (d 7 , d 8 , d 1 , d 6 , d 2 , d 4 , d 5 , d 9 , d 10 , d 11 ) đã được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm dần đầu tiên từ tập
" arrDs" , kết hợp với các hướng được di chuyển là = { 5 , 11 , 4 , 10 , 6 } và các hướng cấm (không được đi) là = { 2 , 7 , 1 , 9 , 8 } chương trình sẽ cho kết quả mô phỏng như sau:
Hình 4.16: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ 1 từ tập " arrDs"
Tiếp theo, sau 10 giây, với tập D = (d 11 , d 7 , d 4 , d 2 , d 1 , d 10 , d 9 , d 8 , d 5 , d 6 ) thứ 2 đã được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm dần từ tập " arrDs" , kết hợp với các hướng được di chuyển là = { 7 , 8 , 1 , 2 , 9 } và các hướng cấm (không được đi) là = { 6 , 4 , 5 , 10 , 11 } chương trình sẽ cho kết quả mô phỏng tiếp theo như sau:
Hình 4.17: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ 2 từ tập " arrDs"
Hình 4.18: Ngã tư thực nghiệm cho kết quả đèn vàng cảnh báo
Và cứ như vậy, sau 10 giây, chương trình mô phỏng sẽ đưa vào tập D gồm các hướng đi mới đã được sắp theo thứ tự ưu tiên từ tập dữ liệu " arrDs" để thực hiện thay đổi tín hiệu điều khiển hệ thống đèn giao thông và cho ra kết quả là tập các hướng đi mới và các hướng cấm mới tối ưu hơn, và để làm mịn sự chuyển đổi trong tín hiệu từ đèn xanh sang đèn đỏ, hệ thống sẽ thể hiện đèn màu vàng trong thời gian là 3 giây Chương trình sẽ thực hiện mô phỏng sẽ liên tục với 50 tập con của tập dữ liệu " arrDs"
Kết luận
Cải thiện hệ thống điều khiển đèn giao thông đô thị là một trong những yêu cầu thực tế góp phần làm giảm ùn tắc giao thông tại các giao lộ cho các thành phố lớn hiện nay tại Việt Nam Giải pháp “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ” là một trong những giải pháp ít tốn kém về chi phí đầu tư và có sự cải thiện tốt, đảm bảo phân luồng các phương tiện tham gia giao thông tại các giao lộ một cách hợp lý.
Kết quả mô phỏng tại ngã tư thực nghiệm trên cho ta thấy, hướng lưu thông nào được xác định có mật độ phương tiện lớn hơn thì chu kỳ đèn xanh được duy trì nhiều hơn và ngược lại, đảm bảo sự phân luồng và giảm mật độ lưu thông ở các hướng đều nhau Bên cạnh đó, với các xe được quyền ưu tiên theo luật định cũng dễ dàng đi qua giao lộ mà không gây xung đột, ùn tắc với các hướng di chuyển khác.
