Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Mô phỏng chuyển động không theo làn của xe mô tô 2 bánh dựa trên mô hình lựa chọn rời rạc

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này, mô phỏng chủ yếu dựa trên những hành vi của người tham gia giao thông qua các hành động tăng tốc, giảm tốc, chuyển làn, vượt xe,… và các ứng xử c

Đặt vấn đề nghiên cứu

Vấn đề giao thông ở Việt Nam rất phức tạp, do điều kiện lịch sử, điều kiện kinh tế, hạ tầng giao thông yếu kém, thành phần dòng xe hỗn hợp và việc ý thức của người tham gia giao thông chưa cao nên việc áp dụng các lý thuyết tính toán của nước ngoài vào điều kiện giao thông ở Việt Nam cho ra kết quả tương đối khác với điều kiện giao thông của các nước phát triển Vì vậy, việc nghiên cứu một hệ thống mô phỏng giao thông phù hợp với điều kiện giao thông ở Việt Nam là rất cần thiết để phân tích, đánh giá và đưa ra điều chỉnh, tổ chức, quy hoạch giao thông hợp lý nhất

Chiến lược phát triển hệ thống giao thông tối ưu là nhu cầu cần thiết để phát triển kinh tế xã hội Xây dựng được một hệ thống giao thông hiệu quả là một thách thức lớn với những người làm về quy hoạch giao thông

Việc phân tích, đánh giá mang tính lý thuyết, cần có một cái nhìn trực quan về các giải pháp lựa chọn Tuy nhiên, rất khó để kiểm tra tính hiệu quả chi phí tốn kém, mất nhiều thời gian, hoặc gặp rủi ro không lường trước được Vì vậy, cần có công cụ để mô phỏng, phân tích đánh giá, đưa ra các dự báo để điều chỉnh kịp thời cho việc phát triển hệ thống giao thông tối ưu, bền vững

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này, mô phỏng chủ yếu dựa trên những hành vi của người tham gia giao thông qua các hành động (tăng tốc, giảm tốc, chuyển làn, vượt xe,…) và các ứng xử cụ thể của các phương tiện dựa trên mô phỏng Netlogo để xây dựng mô hình.

Cơ sở hình thành đề tài

Trên thế giới đã có rất nhiều các nghiên cứu về quy hoạch, tổ chức giao thông và đã được áp dụng rất thành công ở các nước tiên tiến Tuy nhiên, việc ứng dụng các nghiên cứu đó vào hoàn cảnh nước ta vẫn chưa mang lại hiệu quả Bởi vì, nước ta có tỷ lệ sử dụng và sở hữu xe máy rất cao, điều kiện cụ thể không giống với các nước nên theo tầm nhìn xa hơn về quy hoạch cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin về mô phỏng giao thông là cơ sở để thực hiện đề tài này

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MSHV: 13011254 HV: PHAN TRÚC BÌNH

10 Nghiên cứu tập trung vào mô phỏng sự chuyển động không theo làn của xe máy

Mô phỏng các hành vi phổ biến của xe máy khi tham gia giao thông như tăng tốc- giảm tốc, xem xét sự tương tác giữa xe máy với xe máy và tương tác giữa xe máy với xe ô tô,… nhằm dự đoán sự di chuyển của xe máy trong dòng giao thông hỗn hợp để đánh giá khả năng thông hành cũng như mức độ kẹt xe do ảnh hưởng của xe máy

Mô phỏng các hành vi di chuyển không theo làn xe máy là chủ đề được quan tâm nhiều nhất trong các nghiên cứu giao thông Hành vi này là đặc trưng của chuyển động xe máy Xe máy dễ dàng chuyển hướng tìm ra những khoảng trống nhỏ (không gian an toàn chạy xe) để di chuyển nhanh hơn, thoải mái hơn Khi chạy không theo làn mật độ xe máy thay đổi nhanh chóng theo thời gian Điều này sẽ khiến cho diện tích đường được sử dụng hiệu quả hơn trong điều kiện kẹt xe Lý thuyết về lựa chọn rời rạc “Logit model” được biết đến như một lý thuyết hàng đầu trong lĩnh vực nghiên cứu về hành vi con người và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực trong đó có giao thông

Lý thuyết lựa chọn rời rạc được SHIOMI (2014) nghiên cứu và phát triển dựa trên mô phỏng hành vi của xe máy trong dòng giao thông hỗn hợp thông qua các hàm tiện ích và các thông số dự đoán Lý thuyết này phù hợp với điều kiện áp dụng ở Việt Nam cũng như mục tiêu mà tác giả muốn áp dụng vào nghiên cứu này

Với mong muốn nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thành phần xe trong dòng xe hỗn hợp, hành vi của lái xe khi tham gia giao thông, các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng vượt xe, chuyển làn trong điều kiện giao thông hỗn hợp, là cơ sở hình thành đề tài “Mô phỏng chuyển động không theo làn của xe mô tô hai bánh dựa trên mô hình lựa chọn rời rạc ”

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Ứng dụng lý thuyết lựa chọn rời rạc và sử dụng phần mềm Netlogo để mô phỏng chuyển động không theo làn của xe máy trong dòng giao thông hỗn hợp

So sánh kết quả của mô phỏng với kết quả thực tế đo đạc tại các đoạn đường trong Thành phố Hồ Chí Minh để kiểm tra độ tin cậy của mô hình mô phỏng

Phân tích các đặc điểm chuyển động của xe máy và ô tô Đề xuất các hành vi lái xe phù hợp nhằm làm giảm kẹt xe trong trong điều kiện kẹt xe

Các nghiên cứu trước đây

Chu Công Minh và Chu Văn An (2002) Đề cập đến việc ứng dụng mô hình mô phỏng giao thông trong quy hoạch, thiết kế và quản lý đường bộ Theo đó việc ứng dụng mô hình mô phỏng tuy đã được sử dung rộng rãi ở các nước đang phát triển trên thế giới nhưng khi áp dụng vào Việt Nam thì có nhiều khó khăn như: Giá thành mua bản quyền của các phần mềm rất đắt, chưa có những đánh giá về độ chính xác của những tham số đầu vào và kết quả ở điều kiện cụ thể ở nước ta Hơn nữa các phần mềm mô phỏng của các nước đang phát triển chủ yếu là áp dụng cho xe 4 bánh, trong khi đó ở nước ta phương tiện di chuyển chủ yếu là xe 2 bánh

Văn Hồng Tấn (2009) Đề cập đến việc sử dụng mô phỏng giao thông để chứng minh điều kiện giao thông ở Thành phố Hồ Chí Minh với những kịch bản 20 khác nhau về mức độ sử dụng xe con và xe buýt Để dự đoán chống lại tác động của việc chuyển từ sử dụng xe máy sang sử dụng xe con trong tương lai Có 4 kịch bản đã được mô phỏng là 10% 20%, 40%, 60% sử dụng xe con Kết quả là nếu 30% - 40% sử dụng xe máy chuyển sang dùng xe con thì tình trạng giao thông thành phố trở nên xấu đi Phân tích chỉ ra rằng sự thay đổi hành vi của người sử dụng xe cá nhân sẽ ảnh hưởng lớn đến người sử dụng xe buýt khi vẫn duy trì tốc độ đi lại Dựa trên những kết quả nghiên cứu trên đưa ra những kiến nghị cho cơ quan quản lý giao thông Như là giảm xe con, khuyến khích sử dụng xe buýt là yếu tố quyết định đến khả năng lưu thông của giao thông thành phố

Nghiên cứu đánh giá về sự xung đột giao thông cho sự di chuyển không theo làn của xe máy dưới điều kiện tắt nghẽn giao thông Với sự di chuyển không theo làn của xe máy như thay đổi hướng hay di chuyển xiên theo xe máy ở phía trước khi tình trạng giao thông bắt đầu trở nên tắt nghẽn Từ đó, đưa ra một mô hình đề xuất với một không gian an toàn cho xe máy để mô tả sự di chuyển không theo làn cùng với các hành vi tăng tốc, giảm tốc và chọn xe máy chạy phía trước để di chuyển theo Đánh giá sự xung đột bởi tính toán xác suất phanh đột ngột của xe máy liên quan đến sự thay đổi mật độ trong

13 dòng giao thông trong một khoảng thời gian Nghiên cứu nhấn mạnh, khi mật độ xe trong dòng giao thông càng tăng thì sự xung đột giữa xe trong dòng là càng lớn và yếu tố chính dẫn đến xung đột sự phanh đột ngột của xe máy lưu thông trong dòng giao thông

Chu Công Minh, Chu Văn An và Kazushi Sano (2002) Đề cập đến phương pháp mới thông qua ứng dụng mô phỏng của máy tính phần mềm NETSIM (Network Simulation), đánh giá tác động của chính sách giao thông lên dòng xe Phương pháp này sử dụng trong quá trình đánh giá việc tổ chức giao thông

Việc mô phỏng được tiến hành từng bước theo trình tự áp dụng cho tình trạng giao thông thực tế trước Sau đó, thay đổi một vài trạng thái giao thông rồi so sánh thời gian đi, vận tốc trên đường,… Từ đó, sẽ lựa chọn được phương án tối ưu

Bài báo đã đưa ra được các ưu-nhược điểm:

 Ưu điểm: Áp dụng mô phỏng máy tính, kết quả từ phương pháp trên rất dễ dàng phân tích và đánh giá Các giá trị trung bình về vận tốc, thời gian đi, đoạn đường đi đều được máy tính tính toán để từ đó, việc so sánh khả năng cải thiện tình hình giao thông trước và sau khi thay đổi các phương án trở nên cực kì dễ dàng

 Phương pháp trên giả sử tổng số lượng xe sử dụng đường trước và sau khi thay đổi các phương án giao thông hay xây dựng những tuyến đường mới là hầu như không đổi Để thực hiện điều này, mạng lưới tính toán phải lựa chọn đủ độ lớn

 Không thể phản ánh một cách chính xác tuyệt đối những gì đang và sẽ xảy ra trên đường Anh hưởng của các sự kiện ngắn hạn như : xe nào đó đột ngột dừng, tai nạn giao thông, người đi bộ băng ngang qua đường, trạm dừng xe buýt,… bị bỏ qua

 Chỉ thuần tuý so sánh về vấn đề kỹ thuật như vận tốc trung bình, thời gian trung bình, quãng đường đi,… Hoàn toàn không so sánh vấn đề kinh tế

 Đối với thực trạng nước ta, việc áp dụng mô phỏng còn nhiều khó khăn vì nhiều lý do chủ quan và khách quan khác nhau Trong đó, nổi bật nhất là vấn đề sử dụng xe gắn máy ở nước ta quá lớn, trái ngược hẳn với các nước phát triển (các nước xây dựng lên các phần mềm mô phỏng) là xe con chiếm đa số Do đó, việc quy đổi xe gắn máy sang xe con để áp dụng mô phỏng sẽ không tránh khỏi sai số

14 Nghiên cứu về hành vi của xe máy tác động đến dòng giao thông hỗn hợp trong đó đề cập đến đặc điểm giao thông hỗn hợp là hiện tượng lái xe theo nhóm (group-riding phenomenon) tại nút giao thông vì đi theo nhóm sẽ làm cho người đi xe máy cảm thấy an toàn hơn và tự tin hơn trong việc đưa ra quyết định khi qua đường Do đó, đã có nhiều tương tác giữa các nhóm trong dòng giao thông hỗn hợp tại vị trí nút giao Quan trọng hơn, những tương tác này đã ảnh hưởng mạnh mẽ tới hiệu quả và an toàn của dòng giao thông hỗn hợp Sự hiểu biết sâu về cơ chế tương tác cũng như các đặc điểm mang tính

"địa phương" là vấn đề cần nghiên cứu để đưa ra các chính sách cho chiến lược phát triển và quản lý giao thông hỗn hợp dưới tác động của sự gia tăng phương tiện giao thông

Nghiên cứu phân tích sự tương tác giữa các nhóm của các phương tiện khác nhau tại nút giao có đèn tín hiệu giao thông và cả không có đèn tín hiệu giao thông

Nghiên cứu, phân tích và phát triển của các mô hình vĩ mô về giao thông của xe máy tại điểm giao nhau và tại khu vực giao nhau có đèn tín hiệu thông qua kỹ thuât ghi hình video

Các mô hình nghiên cứu sự chuyển động của xe trong giao thông

Mô hình xe theo xe (Car-following models) mô tả sự ảnh hưởng, tác động giữa các phương tiện lưu thông trên cùng một làn xe (Brackstone and McDonald, 1999) Mô hình này cung cấp nền tản cơ bản hệ thống mô phỏng giao thông, phần chính của mô phỏng vi mô mô hình chuyển động của phương tiện giao thông (microscopic vehicular movements modellings) Có ba mô hình đặc tính chính được đề cập trong phần này, Mô hình phi tuyến tổng quát (General Motors nonlinear models), mô hình tránh va chạm (collision avoidance models), mô hình psychophysical models

2.2.2 Mô hình phi tuyến tổng quát (General Motors nonlinear models)

Mô hình phi tuyến tổng quát (GM model), hoặc đôi khi được gọi là mô hình GHR (Gazis-Herman-Rothery) (Brackstone and Mcdonald, 1999) xuất phát từ một loạt nghiên cứu được tiến hành tại phòng nghiên cứu (General Motors research) tại Detroit vào cuối những năm 1950 (Chandler và cộng sự., 1958; Gazis và cộng sự., 1959, 1961) Đây là mô hình giả định các hành vi sau đây được kích thích bởi những thay đổi của điều kiện lái xe

Tốc độ của xe sau bị ảnh hưởng bởi tốc độ của xe trước đó, và tốc độ khác nhau giữa các xe theo từng cặp Công thức chung nhất được xác định như sau:

𝑎𝑛(𝑡) : Gia tốc của xe n tại thời điểm t,

17 𝜈𝑛(𝑡) : Tốc độ của xe n tại thời điểm t, Δx𝑛 : Khoản cách giữa xe thứ n và xe thứ n-1 Δν𝑛 : Tốc độ của xe thứ n và xe thứ n-1 𝜏 : Thời gian phản ứng của lái xe 𝛼,𝛽 𝑣à 𝛾 : Các hệ số

Một số lượng lớn các nghiên cứu đã được lập trên việc hiệu chỉnh và đánh giá mô hình GM models Tuy nhiên các loại mô hình này hiện đang ít được sử dụng Lý do chính là sự không xác định được chính xác các giá trị tham số, dẫn đến kết quả có nhiều điểm chưa ổn về các tham số

2.2.3 Mô hình trong dòng giao thông hỗn hợp (Mixed traffic flow models)

Trong dòng giao thông hỗn hợp, xe máy và ô tô cũng di chuyển trên cùng 1 làn Điểm khác biệt là cách thức di chuyển của xe máy và ô tô về phía trước Ô tô di chuyển trong 1 làn nhất định và hiếm khi thay đổi làn, còn xe máy thường xuyên thay đổi làn khi lưu thông trong đoạn đường chật chội có nhiều phương tiện khác nhau Mô phỏng sự di chuyển của mô tô trong dòng giao thông hỗn hợp cũng là thách thức lớn trong quy hoạch giao thông

Trong khi giao thông ở các nước phát triển chỉ bao gồm các thành phần phương tiện cơ giới (như xe ô tô con, xe buýt, xe tải) tuy nhiên trên thực tế, tại các nước đang phát triển, đa số chuyến đi được thực hiện chủ yếu bởi phương tiện cơ giới nhỏ hơn (xe máy) hoặc phương tiện thô sơ Từ những năm 1950, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để phân tích và đánh giá đặc điểm, tính chất của dòng giao thông chỉ có phương tiện cơ giới, tạm gọi là “dòng giao thông đồng nhất” như trường hợp của các nước phát triển Ngược lại, vấn đề liên quan đến “dòng giao thông hỗn hợp” thì lại bị bỏ ngỏ Chỉ mới gần đây, vấn đề này mới được chú ý và nhận được sự quan tâm đúng mức

Các nỗ lực ban đầu nhằm giải quyết vấn đề này có thể kể đến ý tưởng xem dòng giao thông hỗn hợp là một dạng đặc biệt của dòng giao thông đồng nhất bằng cách quy đổi tất cả các phương tiện về đơn vị xe con, sau đó, áp dụng các tính chất, đặc điểm của dòng xe đồng nhất được đề cập trong Highway Capacity Manual Tuy nhiên, tồn tại hai trở ngại lớn đối với phương pháp này: một là sai số trung gian sinh ra trong quá trình quy đổi; hai là thói quen điều khiển phương tiện của mỗi người thì khác nhau phụ thuộc vào

18 loại phương tiện và văn hóa giao thông của người điều khiển phương tiện Chính vì vậy, các kết luận rút ra được từ mô hình dòng xe hỗn hợp sử dụng phương pháp quy đổi xe con e rằng sẽ không thể áp dụng được do tồn tại sai số quá khác biệt so với thực tế Sau đó, các khái niệm và đại lượng đặc trưng cho dòng giao thông hỗn hợp lần lượt được giới thiệu qua các nghiên cứu

Năm 1983, Chari S R., và K M Badarinath đề cập đến hai vấn đề chính khi nghiên cứu dòng giao thông hỗn hợp: định nghĩa mật độ phương tiện và phương pháp lấy số liệu về tốc độ Kết quả của nghiên cứu đã đưa ra được các phương trình thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ, mật độ và tốc độ dòng cũng như sự tương tác giữa các loại phương tiện với nhau Điều đáng nói là các kết quả này khác hẳn với các kết quả áp dụng cho trường hợp dòng xe đồng nhất

Năm 1986, Gupta A K và S K Khanna thực hiện nghiên cứu dòng xe hỗn hợp thông qua số liệu thu được từ máy ghi hình time-lapsed Nghiên cứu sử dụng các số liệu về tốc độ của từng loại phương tiện và khoảng cách giữa các phương tiện để cho thấy sự tương tác giữa các loại phương tiện và ảnh hưởng của chúng đến tốc độ vận hành của từng loại

Một số mô hình mô phỏng đơn giản đã được xây dựng Hai nghiên cứu dòng giao thông hỗn hợp gần đã ứng dụng những mô hình này để phân tích Năm 1993, Chari S.R., K M Badarinath, và P R Bhanumurthy đã đưa ra được sự tương tác giữa người đi bộ và các loại phương tiện khác nhau trong dòng xe sử dụng số liệu mô phỏng Năm 1994, Agarwal R K A K Gupta, S S Jain và S K Khanna đã công bố mức sai khác giữa thời gian headway thực tế và mô phỏng khi nghiên cứu về dòng giao thông hỗn hợp dao động trong khoảng từ 2% đến 10% Tuy nhiên, bên cạnh các kết quả khả quan đó, cả hai nghiên cứu này đều không cung cấp chi tiết mô tả phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng

Palaniswamy et al (1985) đã phát triển một mô hình mô phỏng rời rạc dựa trên sự kiện ngẫu nhiên cho giao thông hỗn hợp, cụ thể là INSWERTS (Indo-Thụy Điển giao thông đường bộ mô hình mô phỏng) Mô hình này áp dụng cho đường có bề rộng từ 3,75 (m) đến 13 (m) với các loại vai khác nhau Chín loại xe khác nhau đã được mô hình hóa, bao gồm cả xe, xe bán tải, xe jeep, xe tải, xe buýt, máy kéo nông nghiệp, súc vật kéo xe, xe máy, xe đạp Các mô hình mong muốn tốc độ, vượt qua khoảng cách chấp nhận, năng

19 suất phân bố xác suất, tốc độ đi qua, và mức tiêu thụ nhiên liệu được phát triển Dữ liệu đầu ra từ các mô hình bao gồm khoảng cách theo thời gian (headway), tốc độ di chuyển, tốc độ tại một thời điểm, và số lượng các cuộc diễn tập qua Mô hình này đã được xác nhận bằng cách so sánh giữa kết quả mô phỏng và tương ứng với dữ liệu thực tế về tốc độ di chuyển, headways Tuy nhiên, các dữ liệu được sử dụng để xác nhận là thấp so với điều kiện lưu lượng giao thông trung bình

Năm 1988, Ramanayya T V sử dụng số liệu từ mô hình mô phỏng để nghiên cứu về mối quan hệ giữa tốc độ vận hành của phương tiện, mật độ và tốc độ dòng ứng với trường hợp dòng giao thông hỗn hợp Ý tưởng sử dụng mô hình mô phỏng đã được ứng dụng trong lĩnh vực giao thông trong vòng 30 năm trở lại đây Với sự hiểu biết ngày càng sâu sắc về đặc điểm vận hành của giao thông cũng như các tiến bộ của khoa học máy tính, việc sử dụng mô hình mô phỏng đã chứng tỏ được thế mạnh của nó, đặc biệt khi việc lấy số liệu vô cùng phức tạp và khó khăn Ramanayya (1988) đã phát triển một mô hình mô phỏng vi mô, MORTAB (Model cho Miêu tả Giao thông đường bộ Behavior) với điều kiện giao thông hỗn hợp Tám loại xe khác nhau đã được mô hình hóa trong MORTAB bao gồm xe hơi, xe buýt, xe tải, ô tô-xe kéo, xe máy, chu kỳ, chu kỳ xe kéo và xe bò Các phần mềm mô phỏng được sử dụng để phát triển tốc độ, lưu lượng, và các mối quan hệ mật độ giao thông hỗn hợp, mức ước tính của dịch vụ, tiêu chuẩn năng lực và các khoản tương đương xe chở khách cho dòng giao thông hỗn hợp Một số mô hình thành phần, bao gồm (i) tạo ra các mô hình đến; (ii) tạo ra các loại khác nhau của xe; (iii) mô hình tốc độ; (iv) theo dõi xe; (v) đặc trưng mối liên hệ giữa lái xe và phương tiện sử dụng; (vi) khoảng cách tối thiểu mong muốn; (vii) các đặc tính tăng tốc; (viii) các đặc tính giảm tốc; (ix) mô hình xe theo xe; (x) vượt tiêu chuẩn; (xi) khoảng trống hai bên;

Quy trình nghiên cứu

Hình 3.1 Tổng quan quy trình nghiên cứu

* Các dữ liệu đầu vào thu thập từ camera quan sát (2)

- Tuyến đường và các thông số kỹ thuật của tuyến đường khảo sát tại Tp.HCM

- Lưu lượng và vận tốc của xe máy ở giờ cao điểm

- Tổng hợp các thông số như vận tốc trung bình, lưu lượng xe thông qua phần mềm phân tích từ camera quan sát và đưa vào mô phỏng

- Đánh giá về lưu lượng, vận tốc: Nhằm so sánh lưu lượng và vận tốc thực tế với lưu lượng và vận tốc mô phỏng, từ đó rút ra độ tin cậy của phần mềm sử dụng.

Lý thuyết lựa chọn rời rạc

Hiệu chỉnh lại mô hình Đúng Sai

Xây dựng mô hình sử dụng phần mềm NetLogo (3) Sử dụng lý thuyết lựa chọn rời rạc (Logit model), đưa mô hình lý thuyết dòng xe vào phần mềm NetLogo (1)

Các dữ liệu đầu vào (2)

25 Mô hình hành vi lựa chọn của người lái xe được định nghĩa là một hình quạt như hình 3.2 bao gồm 15 sự lựa chọn thay thế Mô hình được giả thiết với sự tương quan về cấu trúc dựa trên vận tốc và hướng di chuyển, chúng được định nghĩa như 5 lưới Bao gồm, tăng, giảm tốc độ, giữ nguyên vận tốc, giữ hướng, rẽ trái và rẽ phải, tất cả được thể hiện ở hình 3.2 Ở đây sự tăng tốc độ và giảm tốc độ được xem như là chung một lưới bởi vì cả hai hành vi đều thể hiện là thay đổi vận tốc Một sự lựa chọn liên quan đến nhiều lưới vì vậy đề xuất mô hình cross-nested logit model để mô tả hành vi di chuyển của người lái xe Xác suất lựa chọn của xe máy (n) cùng với sự lựa chọn (i) là Pn(i): m m m m m m m m m m m m m nj j nj j nj j

Trong đó: y ni = exp(V ni ), V ni là hàm tiện ích của lựa chọn i do được người n ra quyết định α im = là là thông số chỉ sự tương quan giữa lưới m và lựa chọn i ( 0 im 1,  im 1) à là thụng số tỉ lệ tổng thể, à m là thụng số tỉ lệ xỏc định cho lưới m

Hàm tiện ích cho lựa chọn i của xe máy n được định nghĩa như sau: dir i R dir R dir i L dir L m ni I I

) 1 1 3 ( des i R des R des i K des K des i L des

 Dm Dm ml ml ml n d ml d ml ml ml n a ml a D v I v

Hình 3.2 Các sự lựa chọn cho xe máy

Trong hàm tiện ích được nêu ra ở trên, công thức (3.1.1) – (3.1.4) liên quan đến các tình huống không bắt buộc, còn lại là liên quan đến điều kiện bắt buộc I L , I R , I K , Ia, I d là bằng 1 nếu sự lựa chọn tương ứng là rẽ trái, rẽ phải, giữ hướng di chuyển hiện tại, sự lựa chọn từ 1 đến 5 và sự lựa chọn từ 11 đến 15 Thay vào đó các giá trị này bằng 0 trong các trường hợp còn lại Mỗi công thức được nêu ra trong hàm tiện ích được định nghĩa như sau:

3.2.1 Giữ nguyên hướng di chuyển hiện tại

Công thức được nêu ra ở (3.1.1) nắm giữ đặc điểm hành vi rằng người lái xe sẽ có xu hướng giữ nguyên hướng di chuyển hiện tại của mình βdir,I và βdir,R là các thông số được dự đoán θi,dir cho biết giá trị góc theo radian giữa hướng di chuyển hiện tại và hướng qua điểm trung tâm của lựa chọn i Thường thì xe máy có xu hướng hiện tại nên thường các thông số dự đoán βdir,I và βdir,R mang giá trị âm

Công thức (3.1.2) biểu thị hành vi hướng về đích đến của xe máy Nghiên cứu này tập trung vào xe di chuyển 1 chiều và đích đến coi như là cuối dòng θ i,des được định

27 nghĩa là giá trị góc giữa hướng về cuối dòng và hướng qua trung tâm điểm lựa chọn β des,L , β des,K , β des,R là thông số chưa xác định và được dự đoán là số âm

3.2.3 Sự tăng tốc trong điều kiện không bắt buộc

Khi xe máy đạt vận tốc đủ cao hoặc đủ thấp thì coi như là xe không có khả năng tăng hoặc giảm tốc nữa và giả thiết rằng xe máy xe có xu hướng giữ nguyên vận tốc hiện

Trong công thức (3.1.3) νn, νmax, λad biểu thị vận tốc của xe n, vận tốc tối đa của xe máy, thông số dương tương ứng Các giá trị này nắm bắt đặc tính hành vi của người điều khiển giao thông trong hành vi không muốn thay đổi vận tốc Thông số dự đoán β v,a , β v,d được dự đoán là âm

3.2.4 Giữ đúng luật giao thông đường bộ

Liên quan đến luật giao thông đường bộ ở Việt Nam Xe máy phải chạy trong phần làn của mình nhưng hầu hết người tham gia giao thông không tuân thủ theo luật wn trong công thức (3.1.4) là khoảng cách giữa xe máy n và bó vĩa của đường W là bề rộng của 2 làn đường Công thức này nắm bắt hành vi khi xe máy chạy ra khỏi làn của nó thì có xu hướng trở về lại làn để giữ đúng luật hoặc tối thiểu là chạy ở vị trí giữa 2 làn Vì vậy, các thông số β w,K , β w,R được dự đoán là dương

Hình 3.3 Cấu trúc lưới CNL model

3.2.5 Mô hình chạy theo xe máy

Công thức (3.1.5) biểu thị hành vi của xe máy là chạy theo xe máy phía trước Xe máy (n) sẽ có 5 hướng di chuyển Cụ thể, xe máy n sẽ chọn một trong những xe máy có phần đuôi nằm trong phần lựa chọn của hình nón k o dài được diễn tả ở hình 3 thường thì

28 xe máy n co xu hướng chọn xe nào gần mình nhất D ml là khoảng cách giữa đầu xe người ra quyết định (n ) đến đuôi xe của người ở phía trước (a) Nếu mà ở trước không có xe thì D ml =∞ ν n , v ml , Δθml tương ứng cho biết vận tốc xe máy của người ra quyết định (n), vận tốc xe máy đi trước (a), giá trị góc giữa hướng di chuyển của người ra quyết định và người đi trước và λ Dm là thông số được dự đoán là mang giá trị dương Người ra quyết định sẽ tăng hay giảm tốc dựa vào khoảng cách của người ở trước Giả thiết rằng người quyết định sẽ tăng tốc hoặc giảm tốc dựa vào khoảng cách so với người dẫn trước và sự khác biệt trong vận tốc Nếu khoảng cách lớn, trong khi đó vận tốc nhỏ thì quyết định được đưa ra là tăng tốc và ngược lại Nói cách khác là giá trị

 cos càng nhỏ thì người đi theo sẽ có xu hướng là tăng tốc Vì vậy, các thông số βml,a và βml,d được dự đoán là dương tương ứng

Hình 3.4 Mô hình chạy theo xe của xe máy

3.2.6 Sự tương tác với xe máy

Giả thiết rằng người lái xe dự đoán được sự di chuyển của giao thông xung quanh cho bước đi kế tiếp và họ có hướng đi để tránh xung đột với nhau.(3.1.6) Nắm bắt hành

29 vi của người điều khiển phương tiện giao thông là tương tác với các phương tiện giao thông khác Xe máy xung quanh được cho rằng là di chuyển vào vùng tầm nhìn của xe máy (n) Theo báo cáo OECD (2006) thì tầm nhìn được thể hiện như hình 3.4 Mặc dù người lái xe có thể quan sát giao thông thông qua gương chiếu hậu nhưng trường hợp này không được x t đến Để xây dựng sự tương tác, quỹ đạo có thể của các xe máy xung quanh được xác định là một đoạn thẳng với 2 điểm được xác định như sau Điểm đầu là điểm đầu xe máy (a) trong trường hợp nó tăng tốc tối đa để đi đến vị trí kế tiếp Điểm cuối là điểm đuôi xe máy (a) trong trường hợp chạy tốc độ tối thiểu để đi đến vị trí kế tiếp Sau đó khoảng cách nhỏ nhất từ điểm trung tâm của lựa chọn i đến quỹ đạo có thể xung quanh xe máy k m được định nghĩa là d inkm d inkm = 0 thì xe nếu xe máy phải cắt ngang qua quỹ đạo để tìm kiếm sự lựa chọn Ví dụ ở hình 3.4 thì d inkm của lựa chọn 1, 2, 6, 5, 10 bằng 0 Λ am là thông số không thay đổi và mang giá trị dương nhỏ hơn 1 Giá trị min / max c c ink m k d d lớn thì người đưa ra quyết định sẽ lựa chọn vị trí đó bởi vì xác suất xảy ra sự gián đoạn hay va cham là nhỏ β am thông số được dự đoán là dương

Hình 3.5 Mô hình tương tác giữa các xe máy

Khảo sát và thu thập số liệu

Để dữ liệu sử dụng cho mô hình đề xuất có giá trị thì việc khảo sát dòng giao thông cần thỏa mãn một số điều kiện tất yếu như sau:

Lưu lượng xe máy cần đủ lớn lưu thông trong dòng giao thông hỗn hợp

Camera phải được đặt ở vị trí cao và tốt nhất là ống kính được đặt sao gần vuông góc với mặt đường nhất

Nơi đặt camera thì không có sự ảnh hưởng nhiều của việc đậu xe ví dụ như bến xe bus hay bãi giữ xe

Hình 4.1 Vị trí đặt camera ở tòa nhà 95A Phan Đăng Lưu

Hình 4.2 Các mốc được đánh dấu trên dòng lưu thong

Thu thập số liệu

32 Số liệu được lấy bằng cách đặt camera ở tòa nhà cao tầng 9A đường Phan Đăng Lưu.Các sự quan sát được lấy ra từ video bao gồm thông tin về vị trí của xe được chọn là tiêu biểu và các xe máy khác có ảnh hưởng đến xe được chọn tại một thời điểm Bước thời gian nhằm để quan sát xe được lựa chọn ở thời điểm tiếp theo là 0.5s nhằm nắm bắt bất cứ sự thay đổi nào từ vận tốc đến thay đổi về hướng

Bởi vì nghiên cứu này chỉ x t đến sự di chuyển và sự tương tác của các xe máy nên các phương tiện khác như ô tô, xe bus hay xe thô sơ sẽ được loại ra Đường Phan Đăng Lưu: rộng 8.4 m, vận tốc trung bình của dòng là 20 km/h Dữ liệu được lấy ở dòng giao thông đoạn đầu là chỗ giao cắt giữa đường Phan Đăng Lưu và đường Trần Kế Xương đi về hướng chợ Bà Chiểu với chiều dài đoạn đường khảo sát là 40m Đoạn đường này được đánh dấu bằng các điểm sơn tròn màu trắng đã được đo đạc trắc địa bao gồm trục xác định và tọa độ các điểm mốc

Dữ liệu quan sát được lấy ngày 30-31, 2010, từ 6:00 đến 8:00 và từ 15:30 đến 17:30 pm để quan sát được dòng di chuyển trong khung giờ cao điểm nhằm đánh giá chính xác hơn mô hình đã đề xuất – Cross - nested logit model ( CNL)

Hình 4.3 Sơ đồ điểm và nơi đặt Camera đường Phan Đăng Lưu

Bảng 4.1 Mốc trắc địa trên đường

Phân tích số liệu

Phần mềm SEV được sử dụng để chuyển đổi số liệu từ màn hình video sang số liệu thực tế trên đường Phần mềm này được phát triển bởi Thầy Chu Công Minh Số liệu đầu vào là video file và số liệu đầu ra là Excel file chứa số liệu hành trình của xe máy với bước thời gian là 0.5s Dữ liệu dùng để phân tích được lấy được từ 114 xe máy tiêu biểu với 971 sự quan sát.

Kết quả phân tích

Mô hình đề xuất được tối ưu hóa với định nghĩa kích thước mô hình chọn lựa cho mỗi sự lựa chọn Khảo thí về sự thay đổi vận tốc, cụ thể là tỉ số vận tốc hiện tại so với vận tốc trước đó Ngoài ra còn khảo sát về sự thay đổi hướng, nó làm rõ sự khác nhau giữa hướng hiện tại và hướng trước đó của xe máy

Trong bài nghiên cứu này lấy bước thời gian là 0.5s Từ hình 4.4 hình 4.5 đánh giá được tần suất thay đổi vận tốc và tần suất thay đổi hướng của xe máy trong dòng giao thông Lưu ý, góc chuyển hướng được định nghĩa là dương nếu xe di chuyển về phía bên phải và ngược lại

Dựa vào kết quả ở biểu đồ, các thông số hình quạt lựa chọn của xe máy được định nghĩa như sau: pm1 = 0.0348 rad (= 2 o ) , p m2 = 0.103 rad (= 6 o ) , p m3 = 0.175 ( o ), v m1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MSHV: 13011254 HV: PHAN TRÚC BÌNH

34 1.5v t , v m2 = 1.1v t , v m3 = 0.9v t và v m4 = 0.6v t , v t được định nghĩa là vận tốc ở thời điểm hiện tại

Hình 4.4 Quan hệ tần suất và tỉ lệ chuyển hướng

Hình 4.5 Quan hệ tần suất và tỉ lệ tăng tốc

Các thành phần trong chương trình mô phỏng

Netlogo không phải là một phần mềm chuyên dụng cho lĩnh vực giao thông Vì vậy, phải xây dựng các moduls là các chương trình con (procedures) thực thi các biến điều khiển cũng như các tác vụ của chương trình thông qua các biến được định nghĩa và khai báo trong toàn bộ chương trình

Các thành phần chính trong mô hình mô phỏng bao gồm: Các nút lệnh khởi tạo chương trình, các slides hiển thị các giá trị đầu vào cho mô hình, vùng hiển thị mô hình là kích thước hình học, đường, số làn xe, chiều xe chạy, các biểu đồ hiển thị các kết quả chạy mô hình.

Xây dựng vùng hiển thị mô hình mô phỏng

Vùng hiển thị của mô hình là môi trường hoạt động mà trong đó các xe di chuyển theo một thuật toán đã được xây dựng trong các chương trình con (procedures) thực thi chương trình

Các yếu tố về hình học đường mô phỏng bao gồm:

 Số làn xe : 4 làn xe chạy

 Số chiều xe chạy : 2 chiều xe chạy

 Bề rộng làn đường: 10 m/ 1 làn

 Chiều dài đoạn đường mô phỏng: 210 mét

 Số làn xe ô tô mỗi chiều: 1 làn

 Số làn xe máy mỗi chiều: 1 làn.

Phân tích mô hình

Khảo sát thu thập dữ liệu về lưu lượng xe và phần trăm thành phần xe qua một mặt cắt được xác định vị trí tại hiện trường Lưu lượng giao thông được tính thường là xe/h, xe/s Quay camera, sử lý số liệu tại phòng bằng phương pháp thủ công, phương pháp này thường cho số liệu khá chính xác về lưu lượng, phần trăm thành phần xe tham gia giao thông, tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi người xử lý số liệu phải tập trung cao độ và tính đếm cẩn thận mất khá nhiều thời gian và công sức

Dữ liệu được lấy trên đường Phan Đăng Lưu - Thành phố Hồ Chí Minh

Khoảng cách giữa các xe là phần đặc biệt quan trọng từ quan điểm về an toàn, về khả năng thông hành, về mức độ phục vụ Khoảng không chiếm giữ bởi một loại xe tùy thuộc vào kích thước vật lý từng loại xe cũng như khoảng cách giữa các xe Để đo khoảng cách dọc giữa các, người ta sử dụng hai thông số đại lượng vi mô khoảng cách hai xe (Distance headway) khoảng trống giữa hai xe (Distance gap) Khoảng cách của phía trước được xác định là khoảng cách từ đầu của xe đằng trước đến điểm tương ứng của xe ngay phía sau Vì vậy, khoảng cách với xe trước (Distance headway) bao gồm cả chiều dài của xe phía trước và khoảng trống giữa 2 xe liền kề nhau

Mô hình chuyển làn là phức hợp các chuyển động của xe máy trong dòng giao thông hỗn hợp Trong đó, yếu tố về vận tốc, khoảng cách các xe là điều kiện cần để đưa vào mô phỏng

Trong nghiên cứu này, tác giả mô phỏng giao thông theo hình quạt dựa trên lý thuyết về “ Lựa chọn rời rạc ” của Shiomi Đây cũng là yếu tố phù hợp với ngôn ngữ lập trình của Netlogo

Quy ước đơn vị các thông số cơ bản xây dựng mô hình mô phỏng:

 1m = 2 patches; 1s = 10 ticks; 1 giờ = 36000 ticks (ticks: đơn vị thời gian trong Netlogo ; patches: đơn vị khoảng cách trong Netlogo)

 Vận tốc trong mô hình 1m /s = 0,2 patch/ tick

 Vận tốc mong muốn: 40km/h = 2,2 patch/ tick

TH1: Đèn tín hiệu xanh 55s, đèn tín hiệu vàng 5s, đèn tín hiệu đỏ 0s

Số liệu mỗi trường hợp sẽ được thống kê liên tục sau mỗi 10 phút

Kết quả số liệu từ mô hình mô phỏng: (Xem thêm trong phần Phụ lục 1)

 Đèn xanh giảm dần từ 55 giây xuống 0 giây

Hình 6.1 Biểu đồ quan hệ giữa Vận tốc (Km/hr) và Lưu lượng (Veh/hr/lane)

Hình 6.2 Biểu đồ quan hệ giữa Vận tốc (Km/hr) và Mật độ (Veh/m2)

Hình 6.3 Biểu đồ quan hệ giữa Lưu lượng (Veh/hr/lane) và Mật độ (Veh/m2)

Kết luận

Trong nghiên cứu này, tác giả tập trung vào mô phỏng sự chuyển động không theo làn của xe máy Mô phỏng các hành vi phổ biến của xe máy khi tham gia giao thông như tăng tốc – giảm tốc, xem xét sự tương tác giữa xe máy với xe máy và tương tác giữa xe máy với xe ô tô,… nhằm dự đoán sự di chuyển của xe máy trong dòng giao thông hỗn hợp để đánh giá khả năng thông hành cũng như mức độ kẹt xe do ảnh hưởng của xe máy

Mô phỏng các hành vi di chuyển không theo làn xe máy là chủ đề được quan tâm nhiều nhất trong các nghiên cứu giao thông Đã có những nghiên cứu trước đây cũng từng đề cập và mô phỏng các trường hợp về sự chuyển làn của xe máy trong dòng giao thông hỗn hợp nhưng không đạt kết quả

Luận văn này góp phần bổ sung thêm những kết quả mới trong nghiên cứu như:

 Mô phỏng hành vi chuyển làn của xe máy trong dòng giao thông hỗn hợp dựa trên lý thuyết về mô hình lựa chọn rời rạc

 Bổ sung vào mô hình các sensor đếm lưu lượng xe, từ đó tính ra mật độ xe trong vùng được đánh giá là có khả năng gây ra hiện tượng kẹt xe

 Thể hiện được mối quan hệ giữa lưu lượng và vận tốc, giữa lưu lượng và mật độ, giữa mật độ và vận tốc thông qua các biểu đồ trong mô hình mô phỏng

Tuy nhiên, nghiên cứu vẫn còn hạn chế là thời gian đếm lưu lượng xe trong mô phỏng quá ngắn nên không phản ánh hết hiện tượng ùn tắt giao thông trên phạm vi được đánh giá là có khả năng gây ra hiện tượng kẹt xe.

Kiến nghị

Tác giả đề xuất những nghiên cứu tiếp theo sẽ khắc phục những hạn chế của mô phỏng này bằng cách hoàn thiện phương pháp tính lưu lượng xe, để từ đó hoàn chỉnh thêm mô hình mô phỏng chuyển động của xe không theo làn dựa trên mô hình lựa chọn rời rạc, nhằm rút ngắn sự sai biệt giữa kết quả trong mô phỏng với thực tế đo đạc trên các tuyến đường khảo sát, đem lại độ tin cậy cao hơn cho mô phỏng

Tiêu đề	Mô phỏng chuyển động không theo làn của xe mô tô 2 bánh dựa trên mô hình lựa chọn rời rạc
Tác giả	Phan Trúc Bình
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Xuân Long
Trường học	Đại học Quốc gia TP. HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật Xây dựng
Thể loại	Luận văn Thạc sĩ
Năm xuất bản	2017
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	73
Dung lượng	1,29 MB