Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu tổ chức tín hiệu giao thông ưu tiên xe buýt trên trục đường chính tại nút giao

TÓM TẮT Hệ thống điều khiển đèn tín hiệu ưu tiên phương tiện giao thông tại nút giao là một phần của hệ thống giao thông thông minh ITS đang được nghiên cứu áp dụng tại nhiều nước.. Đề t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS VĂN HỒNG TẤN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Chu Công Minh

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS Lê Thị Bích Thủy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

-

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

-oOo -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: ĐẶNG QUỐC CƯỜNG MSHV: 11011028

Ngày, tháng, năm sinh: 01-11-1984 Nơi sinh: Kon Tum Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố Mã ngành: 60.58.30

1 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TÍN HIỆU GIAO THÔNG ƯU TIÊN XE BUÝT TRÊN TRỤC ĐƯỜNG CHÍNH TẠI NÚT GIAO

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Luận văn bao gồm các nội dung sau:

Mở đầu Chương 1: Tổng quan về đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết về dòng xe và mô hình mô phỏng giao thông Chương 3: Phương pháp và nội dung nghiên cứu tổng quát chung Chương 4: Áp dụng thực nghiệm điển hình tại một nút giao được tổ chức tín hiệu giao thông ưu tiên xe buýt

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20-01-2014 4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 20-06-2014 5 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS VĂN HỒNG TẤN

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Nghiên cứu tổ chức tín hiệu giao thông

ưu tiên xe buýt trên trục đường chính tại nút giao” được thực hiện trong quá

trình học tập tại trường Cùng với sự cố gắng của bản thân là sự giúp đỡ, động viên của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS Văn Hồng Tấn, người đã nhiệt tình hướng dẫn, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô bộ môn Cầu đường, những người đã cho tôi những kiến thức - kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường, những người đã truyền “năng lượng”, là động lực giúp tôi nghiên cứu khoa học một cách nghiêm túc Và xin gửi lời cảm ơn đến các học viên chuyên ngành Xây dựng dựng đường ôtô và đường thành phố khóa 2011-2012, những người bạn đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình đã động viên và tạo

điều kiện tốt nhất cho tôi về vật chất và tinh thần trong thời gian học tập

Luận văn được hoàn thành nhưng không thể tránh được những thiếu xót và hạn chế Rất mong nhận được sự đóng góp của quý Thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa thực tiễn

Trân trọng!

Học viên

Đặng Quốc Cường

TÓM TẮT

Hệ thống điều khiển đèn tín hiệu ưu tiên phương tiện giao thông tại nút giao là một phần của hệ thống giao thông thông minh ITS đang được nghiên cứu áp dụng tại nhiều nước Đề tài này tập trung hoàn thiện lý thuyết và phương pháp tính tổng quát cho một hệ thống điều khiển tín hiệu ưu tiên xe buýt tại nút giao, cùng với đó là việc áp dụng thực nghiệm điển hình tại một nút giao thực tế thông qua mô hình mô phỏng Sử dụng phần mềm mô phỏng giao thông Vissim xây dựng mô hình mô phỏng là một trục tuyến cụ thể, có các dữ liệu về thông số dòng xe, tuyến đường

được khảo sát trực tiếp tại khu vực nghiên cứu (Trục tuyến Điện Biên Phủ/nút giao Điện Biên Phủ - Trương Định/Quận 3/TP.HCM) Từ cơ sở lý thuyết và phương

pháp tính, đánh giá được mối quan hệ giữa các thông số cơ bản trong hệ thống: vị trí đặt thiết bị nhận diện xe buýt ảnh hưởng đến thời gian ưu tiên (gia tăng thời gian xanh hoặc rút ngắn thời gian đỏ) và thời gian ưu tiên này có tác động trực tiếp đến chiều dài dòng xe chờ trên trục đường còn lại Qua thực nghiệm mô phỏng và lập trình điều khiển đèn tín hiệu ưu tiên buýt theo các tình huống khác nhau đã xác định

được các thông số cơ bản này phù hợp nhất Và qua đó cũng đánh giá được hiệu quả

của việc tổ chức tín hiệu giao thông ưu tiên xe buýt

ABTRACT

The transit signal priority system is a part of Intelligent Transportation System ITS, researched and applied increasingly popular around the world today This subject focus on complete the theory and general calculation procedure for Bus Signal Priority (BSP) controller system at the intersection, and then applying the typical experimental at the real cross road through simulation model Using traffic simulation software Vissim to built the simulation model There were data on the traffic flow/the route parameters, that was surveyed at the studied area (Dien Bien Phu route/Dien Bien Phu-Truong Dinh intersection/Distric 3/HCM city) From the theoretical basic and method of calculation, evaluated the relationship between the required parameters of this system: the Detector’s position impact on interval time priority (Extend green time or Reduce red time), and this interval time priority effect the queue length on the sub road By simulation experimental and Bus signal priority Actuated Programming according to the different situations, the required parameters have been determined most appropriated And thereby also evaluated the effectiveness of organizational Bus signal priority

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên: Đặng Quốc Cường xin cam đoan rằng Luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu tổ chức tín hiệu giao thông ưu tiên xe buýt trên trục đường chính tại nút giao” là do tôi tiến hành nghiên cứu và không sao chép của các luận văn đi trước

Mọi trích dẫn tham khảo trong luận văn đều được tôi ghi chi tiết nguồn trích dẫn và tên tác giả Nếu nhà trường phát hiện có điều gì gian dối, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Học viên

Đặng Quốc Cường

2.3 H th ng giao thông thông minh ITS 11

2.3.1 Khái quát chung 11

u khi 12

2.3.2.1 Tín hi c l p) 12

2.3.2.1 Tín hi m giao l ) 13

2.3.3 Quan tr c giao thông 14

2.4 Mô ph ng giao thông 17

2.4.1 Khái ni m 17

2.4.2 Mô hình mô ph ng giao thông 18

2.4.2.1 Mô hình xe theo xe 19

2.4.2.2 Mô hình tinh th n-th tr ng c a Wiedemann (1974) 20

2.4.2.3 Các ví d ng d ng mô ph ng 21

P VÀ N I DUNG NGHIÊN C U 24

4.2.2 Xây d ng mô hình mô ph ng 46

Hình 2.4.2: Hành vi c a mô hình tinh th n-th tr ng c a Wiedemann 20

Hình 2.4.3: Tuy n North Kings Highway/Shields 22

Hình 4.2.2: Khai báo các thông s tuy ng 47

Hình 4.2.3: Thi t l p v n t c và gia t c xe 47

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1.Đặt vấn đề nghiên cứu

- Hiện nay xu hướng đô thị hóa ngày càng tăng dẫn đến những sức ép lớn về nhiều mặt trong đó có giao thông vận tải ở đô thị Hiện tại ở một số nước châu Á và các nước đang phát triển trên thế giới gặp phải vấn đề là sự phát triển mất cân đối giữa vận tải hành khách công cộng (VTHKCC) và vận tải cá nhân Đây cũng là vấn

đề thực tế nan giải ở các đô thị Việt Nam, và đặc biệt là đô thị lớn nhất nước -

Thành phố Hồ Chí Minh đang gặp phải - Với việc nhu cầu đi lại đang ngày càng nhiều thì đi kèm với nó là sự gia tăng ngày càng nhiều của phương tiện cá nhân Đồng thời, hệ thống mạng lưới giao thông TP.HCM phát triển quá chậm so với nhu cầu sử dụng thực tế, phải đang chịu sự quá tải trước mức độ phát triển của phương tiện cá nhân, đặc biệt là xe máy Do

đó, tình trạng kẹt xe đang ngày càng diễn ra nghiêm trọng hơn

- Áp lực của công việc – cuộc sống và số lượng phương tiện cá nhân trên mạng lưới giao thông đã vượt quá năng lực khai thác của nó, đòi hỏi phải có một giải pháp khác mang tính tổng thể, đó là hệ thống giao thông công cộng Hệ thống này với các phương tiện như tàu điện, metro… có khả năng vận chuyển lượng khành khách lớn và nhanh chóng, nhưng chi phí đầu tư ban đầu lớn, hệ thống không thể bao phủ rộng khắp mà chỉ thiết lập ở một vài đầu mối tập trung như: nhà ga,bến đỗ; từ đó hành khách sẽ đi bộ hoặc sử dụng các phương tiện trung gian Cùng với cơ sở hạ tầng hiện có của TP, chi phí đầu tư, chính sách giao thông … Hệ thống giao thông công cộng (GTCC) là giải pháp duy nhất có thể giải quyết được tình trạng giao thông đang ngày càng phức tạp ở TP.HCM Trong giao thông công cộng, xe buýt là giải pháp đầu tiên và cũng là phổ biến nhất được sử dụng bởi tính cơ động và khả năng áp dụng dễ dàng của nó trên cơ sở mạng lưới đường bộ sẵn có

- Để hệ thống xe buýt hoạt động có hiệu quả TP đã có nhiều chính sách như trợ giá, hỗ trợ về vốn cho các đơn vị tham gia hoạt động khai thác các tuyến xe buýt, bước đầu nhằm đẩy mạnh phát triển hệ thống giao thông công cộng trên địa bàn

thành phố Tuy nhiên hiện nay hệ thống xe buýt có những bất cập khách quan lẫn chủ quan TP đang có những chính sách hạn chế phương tiện cá nhân, số lượng phương tiện cá nhân lớn, gây ra tình trạng kẹt xe nghiêm trọng hơn, TP đã kêu gọi mọi người tham gia hệ thống VTHKCC bằng xe buýt, nhưng mức độ phục vụ không thu hút được lượng hành khách với các nguyên nhân : xe buýt bỏ trạm, thời gian chạy trên tuyến không đảm bảo theo lộ trình, lịch trình tại mỗi trạm không cố

định … Tất cả các nguyên nhân này đều là do kẹt xe Đây là một bài toán vòng lặp,

giải quyết vấn đề kẹt xe và có những chính sách phù hợp thì mọi người sẽ không sử dụng phương tiện cá nhân và chuyển sang sử dụng xe buýt, nhưng khi đã sử dụng xe buýt thì lịch trình đi lại của hành khách không như mong muốn Mọi người lại quay sang sử dụng phương tiện cá nhân và tình trạng kẹt xe lại xảy ra Để giải quyết vấn đề trên, cần có các giải pháp đồng bộ: có các chính sách ưu đãi và phù hợp cho người sử dụng phương tiện GTCC (như hỗ trợ giá vé, tuyến đi lại bao phủ rộng khắp, lộ trình di chuyển đảm bảo đúng thời gian …); đồng thời phải có các giải pháp thiết kế riêng cho xe buýt Trên thế giới đã có nhiều nước có giải pháp thiết kế riêng ưu tiên cho xe buýt như: hệ thống xe buýt nhanh BRT (Bus Rapid Transit), có nhiều ưu tiên riêng và có làn đường dành riêng cho xe buýt Hoặc đơn giản hơn là xử dụng đèn tín hiệu giao thông hiện có để ưu tiên cho xe buýt trên trục đường chính tại các điểm giao cắt: tăng thời gian đèn xanh hoặc cưỡng bức sớm thời gian

đèn đỏ Đây là vấn đề thật sự cần thiết Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa có

nhiều đề tài nghiên cứu về vấn đề này Tiêu chuẩn Việt Nam cũng chưa có những quy định để có thể tính toán-áp dụng và đánh giá hiệu quả tối ưu

1.2.Cơ sở hình thành đề tài

- Thời gian sắp tới VTHKCC Thành phố Hồ Chí Minh sẽ có thêm hệ thống tàu

điện, tuyến xe buýt nhanh BRT (áp dụng thử nghiệm trên Đại lộ Đông Tây) nhưng

với ưu điểm nổi bật là tính linh động, rộng khắp và chi phí đầu tư thấp hơn - phù hợp với hiện trạng hạ tầng kỹ thuật của TP, xe buýt vẫn sẽ là phương tiện vận tải công cộng chính, thể hiện được tính phù hợp cao với một đô thị năng động như TP HCM Là một đô thị đang bị quá tải về diện tích đất ở và đất dành cho giao thông, Thành phố Hồ Chí Minh khó có thể tránh khỏi tình trạng kẹt xe Với các chính sách thu hút hành khách tham gia VTHKCC bằng xe buýt, cùng với đó là giải pháp thiết

kế ưu tiên cho xe buýt, giúp giảm được thời gian di chuyển trên tuyến, tăng hiệu quả khai thác

- Trong quá trình học tập và nghiên cứu, cũng như trong cuộc sống hàng ngày phải trực tiếp chịu ảnh hưởng tác động của vấn đề kẹt xe, tác giả nhận ra sự cần thiết và quan trọng của việc nghiên cứu quy trình xử lý tín hiệu đèn giao thông ưu tiên cho xe buýt thoát ra khỏi vị trí nút giao vào giờ cao điểm, đồng với với nó là các phương tiện cá nhân khác cũng được ưu tiên qua nút giao trên đoạn trục đường chính trong khoảng thời gian ưu tiên phù hợp: kéo dài thời gian đèn xanh, rút ngắn thời gian đèn đỏ trong chu kỳ đèn hợp lý, giúp giảm đáng kể phương tiện giao thông trên trục đường chính nhưng cũng không gây ra ứ đọng dòng phương tiện trên trục đường phụ và tâm lý ức chế của người điều khiển phương tiện vì chờ đợi thời gian đèn xanh quá lâu

- Đánh giá đúng tầm quan trọng, mức độ ảnh hưởng của việc kẹt xe đến thời gian cần thiết để giúp xe buýt thoát ra khỏi phạm vi nút, để từ đó có các giải pháp và tính toán phù hợp, giúp xe buýt và các phương tiện cá nhân khác thoát qua phạm vi nút giao, làm giảm được tình trạng kẹt xe trên trục đường chính tại điểm giao cắt, giảm được thời gian chờ của xe buýt tại nút Đồng thời giúp thời gian di chuyển của xe buýt trên lộ trình cố định được rút ngắn, lịch trình tại mỗi trạm luôn cố định; qua

đó thu hút được lượng hành khánh tham gia phương thức VTHKCC - giảm phương

tiện cá nhân tham gia giao thông Từ những tình hình thực tế trên và ưu điểm của giải pháp, thiết nghĩ đây là một

đề tài còn khá mới mẻ và thiết thực tại Việt Nam nên tác giả đã chọn đề tài:

“Nghiên cứu tổ chức tín hiệu giao thông ưu tiên xe buýt trên trục đường chính tại nút giao”

1.3.Mục tiêu nghiên cứu

- Mục đích chính của đề tài là việc nghiên cứu tổ chức ưu tiên cho xe buýt thông qua việc hoàn thiện lý thuyết của phương pháp tính và việc thực nghiệm trên mô hình mô phỏng ưu tiên hóa dòng xe Kết quả cần đạt được trong nghiên cứu là việc giải quyết được các vấn đề sau:

+ Nghiên cứu tổ chức đèn tín hiệu ưu tiên cho xe buýt: hệ thống, quy trình hoạt động, lý thuyết tính toán

+ Thực nghiệm mô phỏng ưu tiên xe buýt, ghi lại kết quả quá trình mô phỏng, phân tích-xác định các thông số cần tìm:

• Vị trí và khoảng đặt Detector phù hợp • Thời gian ưu tiên: gia tăng xanh-cưỡng bức đỏ phù hợp + Đánh giá hiệu quả về việc tổ chức ưu tiên cho xe buýt

1.4.Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

1.4.1 Khu vực nghiên cứu

- Tuyến đường nghiên cứu được chọn là Điện Biên Phủ, thuộc Quận 3 - một quận trung tâm của TP.HCM Tuyến nằm trên trục hành lang Đông - Tây, có lưu lượng xe tương đối lớn, đặc biệt là xe buýt

- Chiều dài tuyến khảo sát khoảng 1.1 Km Điểm đầu tuyến: tiếp giáp đường Cách Mạng Tháng 8, điểm cuối tuyến: tiếp giáp đường Nam Kỳ Khởi Nghĩa Trên tuyến có 5 nút giao với các đường: Nguyễn Thông, Bà Huyện Thanh Quan, Trương

Định, Trần Quốc Thảo, Lê Quý Đôn

Hình 1.4.1: Khu vực nghiên cứu

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Tổ chức ưu tiên xe buýt được áp dụng theo nhiều phương pháp khác nhau như: thiết kế bố trí làn dành riêng cho xe buýt; sử dụng xe buýt nhanh BRT, vừa cho phép tốc độ khai thác cao hơn các phương tiện khác trong dòng xe, vừa bố trí ưu tiên làn riêng ở những đoạn cho phép; hoặc ưu tiên bằng việc tổ chức điều khiển

đèn tín hiệu Trong phạm vi đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu vào việc tổ chức tín

hiệu giao thông ưu tiên xe buýt - Sử dụng số liệu khảo sát thực tế kết hợp với việc áp dụng thực nghiệm mô phỏng, phân tích kết quả để lựa chọn các thông số phù hợp được sử dụng trong phương pháp này Qua đó đánh giá hiệu quả của việc tổ chức tín hiệu ưu tiên cho xe buýt

1.4.3 Giới hạn nghiên cứu

Các điểm giới hạn nghiên cứu của đề tài: - Hiện tại không có nhiều đề tài nghiên cứu về hệ thống ưu tiên cho xe buýt, sử dụng thiết bị quan trắc kết hợp với bộ điều khiển đèn để đưa ra tín hiệu ưu tiên phù hợp Hầu hết các đề tài nghiên cứu chỉ thiên về hướng áp dụng công nghệ, quy trình hoạt động của hệ thống giao thông thông minh

- Việc nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc thực nghiệm mô phỏng ưu tiên xe buýt, do

đó các kết quả thu được chưa mang tính khách quan cao Các kết quả mô phỏng này

cần được kiểm chứng lại bằng việc áp dụng phương pháp này ngoài thực tế, qua đó sẽ đánh giá chính xác hơn và đưa ra được các thông số hiệu chỉnh phù hợp

- Đối tượng nghiên cứu áp dụng là xe buýt, có lưu lượng thấp hơn rất nhiều so với các phương tiện khác nên việc thu thập dữ liệu đơn giản Nguồn dữ liệu về dòng xe trên tuyến nghiên cứu là không có, do đó công tác khảo sát và xử lý số liệu về dòng xe được tiến hành thủ công Nếu mô phỏng áp dụng cho các phương tiện khác thì số liệu này chưa được tin cậy tuyệt đối do những sai sót chủ quan trong việc phân loại và đếm xe thủ công

- Công tác thu thập dữ liệu về dòng xe được tiến hành trong khoảng thời gian cận cao điểm: 16h00 ÷ 16h30 để đánh giá tốt nhất về tình trạng giao thông

- Sử dụng phần mềm mô phỏng có nhiều hạn chế trong việc mô tả các tình huống giao thông thực tế, nhất là các tình huống xung đột giữa hai phương tiện Phần mềm có thể thiết lập đầy đủ các “Luật”: rẽ-đi thẳng-nhường, nhưng dòng giao thông hỗn tạp ngoài thực tế phức tạp hơn nhiều Hoặc khoảng cách an toàn tối thiểu giữa hai phương tiện tại phạm vi nút giao là 1.0m, nhưng ngoài thực tế của giao thông thì khoảng cách giữa các xe gần như là sát nhau

- Số liệu về nhu cầu đi lại thực tế của hành khách chưa đầy đủ trên phạm vi tuyến đường khảo sát, do đó không đề xuất được lượng xe buýt cần thiết và thời gian giãn cách cần thiết cho mỗi tuyến xe buýt

- Chương 5: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.Các nghiên cứu trước đây

2.1.1 Các nghiên cứu ngoài nước

- Trên thế giới trong khoảng một thập niên gần đây đã có nhiều tổ chức tập trung nghiên cứu - phát triển hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên cho các phương tiện vận tải tại các nút giao Những nghiên cứu này chủ yếu tập trung xử lý và chuyển tín hiệu ưu tiên cho tất cả các phương tiện tham gia giao thông TSP (Transit Signal Priority) hay chỉ ưu tiên riêng cho xe buýt (Bus Priority Design)

- Tại các nước đều có những tổ chức hoặc cá nhân tiến hành nghiên cứu và áp dụng nhưng không có một quy trình “chuẩn” nào được đưa ra, riêng tại Mỹ vào năm 2005 Bộ GTVT Hoa Kỳ & Cơ quan quản lý giao thông liên bang đã xuất bản: “Transit Signal Priority: A Planning and Implementation Handbook” TSP được xem là sổ tay tham khảo về vấn đề trên và cũng được xem như là một quy trình thực hiện Để củng cố thêm về TSP, năm 2008 Bộ GTVT Hoa Kỳ đã phát hành: “Transit Signal Priority Research Tools”, là một tài liệu hướng dẫn về hệ thống các công cụ, thiết bị, công nghệ … có thể áp dụng phương pháp ra ngoài thực tế

- Bài nghiên cứu “The impact of detector placement on signalizel intersection performment” của Daniela Koltovska và Kristi M.Bombol tiến hành tại Macedonia vào năm 2009, thông qua mô hình mô phỏng để đánh giá hiệu quả khai thác đèn tín hiệu giao thông, so sánh giữa hai phương án: đèn giao thông có chu kỳ cố định và

đèn giao thông được điều khiển thông quan thiết bị quan trắc

- Đến thời điểm hiện nay, tại các thành phố lớn trên thế giới đều áp dụng hệ thống ưu tiên xe buýt, từ những phương pháp đơn giản đến hệ thống phức tạp như:

ưu tiên xe buýt bằng các các thiết bị quan trắc đơn giản được bố trí ngay phạm vi

nút giao; sử dụng các tuyến xe buýt nhanh chạy trên làn đường ưu tiên riêng biệt; hoặc áp dụng hệ thống điều khiển công nghệ cao là dạng định vị xe tự động AVL (Automatic Vehicle Location) kết hợp GPS (Globe Position System)

- Theo “ Review of Bus Priority at Traffic Signals around the World” được thực hiện vào năm 2009 bởi một nhóm các nhà nghiên cứu, nội dung của báo cáo tập trung vào tổng hợp các phương pháp điều khiển ưu tiên xe buýt tại một số thành phố trên khắp thế giới, quy trình hoạt động của các hệ thống này, và cuối cùng là

đánh giá hiệu quả của từng hệ thống Một số hệ thống ưu tiên xe buýt được áp dụng

tại một số nước như sau:

+ Tại bang Portland-Mỹ: áp dụng hệ thống ưu tiên xe buýt sử dụng hệ thống quan trắc bằng sóng hồng ngoại, đó là kỹ thuật không xâm nhập, thiết bị quan trắc

được đặt ở trên trụ đèn giao thông Dự án này thực hiện trên 8 trục đường với 250

nút giao và thực hiện ưu tiên cho khoảng 650 xe buýt Mục tiêu của dự án là cải thiện chất lượng phục vụ, đảm bảo thời gian đi lại trên lộ trình Tín hiệu ưu tiên

được áp dụng là gia tăng thời gian xanh (7-10s) hoặc rút ngắn thời gian đỏ với thời

gian khống chế là 30s hoặc trễ hơn

+ Ở London-Anh: từ năm 2009 đã áp dụng hệ thống định vị xe tự động AVL

để ưu tiên cho xe buýt Dự án được tiến hành với quy mô lớn, kiểm soát tín hiệu ưu

tiên tại 3200 nút giao và ưu tiên cho hơn 8000 xe buýt Thay vì phải điều chỉnh cơ sở hạ tầng để nâng cao khả năng vận chuyển hành khách, thì TP đã chọn giải pháp

điều khiển tín hiệu ưu tiên xe buýt với chi phí được tiết giảm rất nhiều và kết quả

thu được cũng được nâng cao: thời gian trễ giảm 29% vào giờ bình thường và đạt 35% vào giờ cao điểm buổi sáng

+ Ngoài ra, hệ thống xe buýt nhanh cũng được áp dụng nhiều nước Hệ thống này được ưu tiên làn đường riêng, tốc độ khai thác cao hơn các phương tiện khác trong cùng dòng xe Để tiết giảm đến mức thấp nhất thời gian tổn thất khi dừng đón trả khách, nhiều biện pháp đã được đưa ra như: sàn xe thấp giúp lên xuống nhanh chóng, bán vé ngoài xe, dịch vụ liên tục … Nhiều nước áp dụng thành công hệ thống này với lượng khách trên ngày đạt trên 1 triệu như: Brazil, Colombia, Trung Quốc; và tại Đông Nam Á nước đầu tiên áp dụng là Indonesia, với chiều dài tuyến khai thác là 172 Km, dài nhất thế giới, hệ thống này được khai thác rất thành công

2.1.2 Các nghiên cứu trong nước

- Ở TP.HCM cũng như trong nước, thực sự chưa có nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống giao thông thông minh, đặc biệt là hệ thống ưu tiên riêng cho xe buýt

- Đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa trong điều hành và quản lý hệ thống giao thông đô thị” của PGS.TS Lê Hùng Lân (ĐH GTVT) vào năm 2005 Đề tài này tập trung nghiên cứu về ITS nói chung, mang tính chất giới thiệu về hệ thống, thiết bị công nghệ áp dụng, phần mềm mô phỏng, khả năng áp dụng vào hai đô thị lớn là Hà nội và TP.HCM Đề tài không đi sâu vào lý tính tính toán, nhưng cũng có nhiều ý nghĩa bước đầu trong việc đưa ITS vào khai thác ở Việt Nam

- Một đề tài nghiên cứu vừa được nghiệm thu năm 2014: “Xây dựng cấu trúc hệ thống giao thông thông minh và các quy chuẩn công nghệ thông tin, truyền thông,

điều khiển áp dụng trong hệ thống giao thông thông minh tại Việt Nam” do TS Tạ

Anh Tuấn là chủ nhiệm đề tài cùng các cộng sự tại Trung tâm tin học và tính toán, Viện hàn lâm KH&CN Việt Nam thực hiện Nội dung cơ bản của đề tài là nghiên cứu công nghệ áp dụng trong phát triển hệ thống giao thông thông minh tại Việt Nam, với các hệ thống thành phần, chuẩn giao tiếp… Đề tài đã được thử nghiệm thành công trên tuyến đường Cầu Giẽ - Ninh Bình, hệ thống camera giám sát giao thông thành phố Hà Nội, hệ thống kiểm soát thu phí đường bộ Trạm Hoàng Mai và Bãi Cháy

- TP.HCM đang thực hiện dự án xây dựng trung tâm điều khiển giao thông với tổng mức đầu tư khoảng 131 triệu euro từ vốn ODA của chính phủ Pháp, đơn vị quản lý là Khu quản lý giao thông đô thị số 1 Trung tâm này sẽ điều khiển đèn giao thông tại hơn 1400 nút giao, quản lý xe buýt, thu phí, quản lý an toàn giao thông … Dự án đang trong giai đoạn hoàn chỉnh đề cương

Trước đó, từ năm 1998 đến 2005, có 159 đèn tín hiệu được lắp đặt hệ thống theo dõi và liên kết mạng nhưng hiện đã bị mất tần số và đứt cáp đường truyền từ đèn

đến trung tâm điều khiển

- Tại TP.HCM, đang có đề tài nghiên cứu áp dụng tuyến xe buýt nhanh BRT (Bus Rapid Transit) trên Đại lộ Võ Văn Kiệt, chương trình do ngân hàng thế giới WB tài trợ, Sở GTVT TP.HCM quản lý Hiện tại đề tài này đang được nghiên cứu khả thi “Giai đoạn 2”, thời gian muộn nhất để triển khai là năm 2017

2.2 Lý thuyết dòng xe

- Dòng xe bao gồm tất cả yếu tố cấu thành nên dòng chuyển động của xe trên

đường Đặc điểm của mỗi dòng xe là quá trình tổng hòa tương tác của các yếu tố

đèn tín hiệu, tốc độ xe, khoảng cách từ xe đến vạch dừng, thái độ-tâm lý của người

lái Quá trình tương tác của tất cả các yếu tố này tạo nên đặc điểm của dòng xe - Sự chuyển động của mỗi xe trong dòng xe đều theo những quy luật chung, xét trên không gian hai chiều là sự di chuyển theo phương dọc và phương ngang Chuyển động của xe được xây dựng với nhiều mô hình khác nhau, tùy thuộc vào

đối tượng cần nghiên cứu trong dòng xe

- Các mô hình được sử dụng trong mô phỏng chuyển động của dòng xe: + Mô hình xe theo xe:

Mô hình này xét sự di chuyển của xe theo phương dọc Về cơ bản mô hình xe theo xe được chia thành 4 nhóm:

• Mô hình khoảng cách an toàn • Mô hình General Motors hay GHR • Mô hình phân vùng

• Mô hình tinh thần-thể trạng + Mô hình thay đổi làn:

Mô hình thay đổi làn xét sự di chuyển của xe theo phương ngang, việc thay đổi làn thể hiện việc chuyển làn của một xe đang di chuyển Quá trình này gồm 2 bước

cơ bản: quá trình lựa chọn làn và quá trình chuyển làn, nhưng ngay khi quyết định chuyển làn thì người lái phải xem xét gián cách thời gian với xe trước-sau có đảm bảo không, nếu an toàn thì chuyển ngay, còn nếu không thì phải chờ Các quá trình trên được xét qua 2 mô hình:

• Mô hình lựa chọn làn • Mô hình lựa chọn gián cách thời gian

2.3 Hệ thống giao thông thông minh ITS

2.3.1 Khái quát chung

- ITS (Intelligent Transportation System) áp dụng trong giao thông công cộng là

ứng dụng kỹ thuật phát hiện phương tiện lưu thông trên đường & điều khiển đèn tín

hiệu ưu tiên phương tiện giao thông qua giao lộ.- Kỹ thuật phát hiện phương tiện giao thông là một hệ thống quan trắc (Traffic Surveillance Systems), hệ thống này sẽ thu thập dữ liệu về dòng xe với các thông số cơ bản như: lưu lượng, tốc độ, mật độ …

Hình 2.3.1: Quy trình xử lý ưu tiên của một ITS - Điều khiển đèn tín hiệu có thể là những phương án đèn cố định được định sẵn hay được điều chỉnh sau mỗi chu kỳ căn cứ vào dòng xe quan trắc được Trong một

phạm vi nhỏ chỉ điều khiển đèn tín hiệu đơn lẻ qua 1 nút; ở phạm vi khu vực (cụm giao lộ) là việc kiểm soát tín hiệu đèn liên

- Trong hệ thống tổ chức ưu tiên xe buýt, là một phần của hệ thống giao thông thông minh, việc ưu tiên đèn tín hiệu cho xe buýt được thực hiện bằng cách chuyển trạng thái tín hiệu ở một giao lộ để hổ trợ cho việc lưu thông xe buýt Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tổ chức xử lý tín hiệu giao thông ưu tiên cho xe buýt trên trục đường chính, đó là việc phát hiện ra xe, tính toán-xử lý đưa ra tín hiệu ưu tiên

đảm bảo xe thoát qua nút an toàn bằng cách kéo dài thời gian đèn xanh hoặc cưỡng

bức thời gian đèn đỏ Đó là kiểu ưu tiên dạng gia hạn (extensions) và ưu tiên dạng lệnh gọi (recalls)

2.3.2 Điều khiển đèn thông minh

- Điều khiển đèn thông minh là việc sử dụng hệ thống quan trắc kết hợp với hệ thống máy tính điều khiển, tùy vào các phương thức ưu tiên có thể thiết lập các dạng điều khiển phù hợp như: kích hoạt, điều chỉnh, phản ứng … Tùy vào các tình huống giao thông, máy tính điều khiển sẽ phân tích đưa ra tín hiệu ưu tiên giao thông, và kết quả là đèn tín hiệu sẽ hiển thị trạng thái phù hợp

- Tín hiệu ưu tiên giao thông - TSP (Transit Signal Priority) là thuật ngữ chung chỉ một tập hợp các hoạt động sử dụng công nghệ để giảm thiểu thời gian sống tại các đèn tín hiệu giao thông cho các phương tiện vận tải bằng cách giữ thời gian đèn xanh dài hơn hoặc rút ngắn thời gian đèn đỏ

TSP là một phần trong hệ thống giao thông thông minh (ITS)

2.3.2.1 Tín hiệu đèn đơn lẻ (1 đèn độc lập)

- Trước vạch dừng đèn tín hiệu, bố trí thiết bị quan trắc (cảm biến điện tử, vòng từ, vi sóng rada, xử lý ảnh…) Điều khiển đèn kích hoạch sử dụng các thông tin của thiết bị quan trắc chuyển đến bộ điều khiển

- Điều khiển đèn kích hoạt dưới 2 dạng: bán phần và toàn phần + Dạng kích hoạt bán phần: trong dạng này, đèn trên trục đường chính sẽ hoạt động theo chế độ không kích hoạt, có nghĩa nó luôn ở trạng thái đèn xanh nếu không có phương tiện nào trên trục phụ còn lại xin xanh Thiết bị nhận diện xe chỉ cần lắp đặt trên trục phụ để phát hiện ra xe xuất hiện và cần xin xanh để qua đường

Nếu không có xe xuất hiện trên trục phụ thì đèn trên trục chính sẽ chuyển sang trạng thái xanh Dạng kích hoạt bán phần áp dụng cho trường hợp xe trên trục phụ

đến nút một cách ngẫu nhiên và lưu lượng trên trục phụ rất ít, bằng khoảng 20% so

với trục chính

+ Dạng kích hoạt toàn phần: được sử dụng cho cả các hướng vào nút và cho tất cả các pha đèn Được sử dụng cho các giao lộ độc lập Vì chu kỳ thay đổi liên tục, dạng này có thể áp dụng cho cả giao lộ có lác đác xe và cả giao lộ có phân bố xe không đều theo thời gian

Hình 2.3.2: Điều khiển đèn độc lập dạng kích hoạt toàn phần

2.3.2.1 Tín hiệu đèn liên hoàn (cụm giao lộ)

- Việc kiểm soát tín hiệu đèn liên hoàn cho phép các nhóm xe có thể qua các nút liên tục trong một khu vực mà không bị dừng (Làn sóng xanh/Intergreen) Phương pháp này được áp dụng hữu hiệu khi dòng xe di chuyển theo nhóm và thời gian di chuyển đến nút của chúng có thể dự đoán được

- Dạng điều khiển đèn là dạng phản ứng, đèn được điều chỉnh sau mỗi chu kỳ, căn cứ vào dòng xe quan trắc được từ các hướng

- Để áp dụng được phương pháp này phải đảm bảo được các điều kiện: + Các nút giao phải gần nhau, đủ để tạo ra hiện tượng xe đến nút theo nhóm Nếu các nút giao cách xa nhau, khi nhóm xe di chuyển sẽ có xu hướng phân tán làm phá vỡ cấu trúc nhóm

+ Tất cả các đèn trong cùng hệ thống phải có cùng chu kỳ Yêu cầu này cho phép điểm bắt đầu xanh lệch nhau một khoảng offset (s) để tạo ra khoảng thời gian xanh (bandwidth) cho phép các nhóm xe có thể di chuyển xuyên qua các đèn mà không bị dừng lại

Hình 2.3.3: Biểu đồ Không gian-Thời gian kiểm soát đèn liên hoàn - Mục đích chính của phương pháp này là hỗ trợ dòng xe trên một hành lang trục chính có lưu lượng giao thông lớn, tối đa hóa năng lực thông hành cũng như giảm thiểu thời gian trễ của hành lang này

2.3.3 Quan trắc giao thông

- Khảo sát thực dữ liệu hay quan trắc dò tìm là việc theo dõi tình trạng của hệ thống giao thông Công tác quan trắc sẽ thu thập dữ liệu về dòng xe với ba thông số cơ bản: lưu lượng, tốc độ và mật độ

- Phương pháp quan trắc dò tìm sử dụng nhiều kỹ thuật để thu thập dữ liệu như:

kỹ thuật xâm nhập (instrusive), kỹ thuật không xâm nhập (non-intrusive) và kỹ thuật tách khỏi đường (off-roadway):

+ Các thiết bị cảm biến xâm nhập được lắp đặt trong phạm vi dành cho xe chạy như: sử dụng Vòng từ - Inductive loop detector; Ống hơi - Pneumatic tube; Cảm biến áp điện - Piezoelectric sensor)

+ Các thiết bị cảm biến không xâm nhập được lắp đặt phía trên mặt đường

(bảng chỉ dẫn hướng, đèn tín hiệu treo ngang) hoặc trên vỉa hè, dải phân cách mà không gây cản trở giao thông khi lắp đặt hay theo dõi: sử dụng Thiết bị dò tìm bằng

vi sóng radar - Microwave radar detector; Cảm biến hồng ngoại - Infared sensors; Cảm biến siêu âm - Ultrasonic detector; Cảm biến âm thanh - Acoustic detectors; Xử lý ảnh video - Video image processing)

+ Kỹ thuật tách khỏi đường sử dụng xe thăm dò probe vehicle

- Một vài hình ảnh về các phương pháp quan trắc:

Hình 2.3.4: Phương pháp quan trắc sử dụng Vòng từ

Hình 2.3.5: Phương pháp quan trắc sử dụng vi sóng rada

Hình 2.3.6: Phương pháp quan trắc sử dụng xe thăm dò

Hình 2.3.7: Phương pháp quan trắc sử dụng GPS - Phương pháp quan trắc dò tìm thông dụng, hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện thời tiết, không gây cản trở giao thông, được nhiều nước trên thế giới sử dụng Trên cơ sở hạ tầng giao thông hiện có tại Việt Nam cũng như Tp.HCM & phạm vi

đề tài nghiên cứu, việc sử dụng kỹ thuật không xâm nhập bằng thiết bị dò tìm bằng

vi sóng radar để phát hiện ra xe và thu thập dữ liệu về xe với thông số cơ bản là vận tốc là phù hợp

2.4.Mô phỏng giao thông

2.4.1 Khái niệm

- Mô phỏng giao thông (GT) là việc mô hình toán học, hiển thị động của thế giới thực Dựa trên máy tính mô tả hoạt động giao thông theo thời gian hoặc các tình huống giao thông phức tạp trong phòng thí nghiệm

- Hệ thống GT là một hệ thống động, trong đó có sự tương tác của các thành phần đối tượng với nhau Mô phỏng GT sẽ tích hợp sự tương tác hay hành vi của các đối tượng Tổng hợp lại các yếu tố đó, phần mềm sẽ phân tích cả một mạng lưới

đó như thế nào, hoạt động ra sao … mô hình mô phỏng được ứng dụng:

+ Đánh giá các giải pháp xử lý khác nhau: đánh giá các chiến lược điều khiển tín hiệu giao thông Nó còn được dùng để tối ưu hóa việc điều khiển đèn

+ Kiểm tra thiết kế khả năng thông hành của một tuyến đường, nút giao thông Giúp hiệu chỉnh các chi tiết thiết kế để có được thiết kế tối ưu nhất

+ Mô phỏng giao thông để kiểm chứng lại các công thức, giả định về giao thông; thông qua mô hình sẽ hiệu chỉnh các công thức về giao thông phù hợp trong các điều kiện thực tế

+ Tái hiện các trường hợp tai nạn, giúp người thiết kế hoàn thiện tuyến

đường và phương tiện

- Mô hình mô phỏng giao thông có thể phân loại như sau: + Mô phỏng giao thông vi mô: mô phỏng sự di chuyển của từng xe cá nhân trong dòng giao thông dựa trên lý thuyết về xe theo xe và sự chuyển làn

+ Mô phỏng vĩ mô: mô phỏng các đại lượng cơ bản của hệ thống giao thông hơn là mối quan hệ của từng xe riêng lẻ Mô hình mô phỏng vĩ mô dựa trên mối quan hệ giữa các đại lượng là lưu lượng, vận tốc, và mật độ dòng xe

+ Mô phỏng trung gian: kết hợp các đặc điểm của mô phỏng vĩ mô và vi mô Trong đó từng xe cá nhân di chuyển bị kiểm soát bởi mối quan hệ vĩ mô Ví dụ như khoảng cách an toàn của xe sau và xe trước phụ thuộc vào hành vi của người lái và bị ảnh hưởng bởi vận tốc trung bình trên dòng xe

- Các phần mềm mô phỏng giao thông được sử dụng trong mô phỏng vi mô: Vissim, Paramics, Corsim … ; mô phỏng vĩ mô: Strada, Contram, Netcell …

2.4.2 Mô hình mô phỏng giao thông

- Xây dựng mô hình mô phỏng giao thông đòi hỏi qua 5 bước cơ bản: + Xác định vấn đề và các mục tiêu

+ Định nghĩa hệ thống sẽ nghiên cứu + Xây dựng mô hình

+ Xác định các tham số của mô hình + Chạy và kiểm chứng mô hình Việc xây dựng mô hình là các vòng lặp của các bước trên Khi kết quả cuối cùng không như mong đợi, ta sẽ quay lại xem xét các yếu tố của thông số đầu vào và hiệu chỉnh cho đến khi phù hợp

- Trong một mô hình mô phỏng giao thông vi mô yêu cầu phải có đủ 7 module: + Mô hình kể đến thuộc tính của xe và người lái xe: xác định các thông số cơ bản của xe (kích thước, nhân tốc động lực, gia tốc tăng-giảm tốc độ …) và hành vi của người lái trong hệ thống (quyết định vượt xe, lấn làn, tăng-giảm tốc …)

+ Mô hình phát sinh số ngẫu nhiên: phát sinh các tình huống ngẫu nhiên khi áp dụng

+ Mô hình phát sinh xe: xác định địa điểm và thời gian phương tiện tham gia vào hệ thống

+ Mô hình xe theo xe: xác định cách thức một xe và nối đuôi theo xe khác thông qua việc tăng tốc-giảm tốc và giữ khoảng cách an toàn

+ Mô hình chuyển làn xe: xác định cách thức và khi nào xe sẽ chuyển làn Phương tiện chuyển làn theo kiểu bắt buộc hoặc tự do

+ Mô hình kiểm soát của đèn tín hiệu giao thông: đề cập đến sự hoạt động của đèn tín hiệu trong hệ thống Đèn hoạt động theo chu kỳ cố định, hoặc điều khiển theo các chế độ thiết lập khác nhau

+ Mô hình hoạt cảnh: diễn tả mô hình hoạt cảnh xe trong hệ thống - Trong phạm vi đề tài và phần mềm mô phỏng, mô hình chuyển động của xe

được sử dụng là mô hình xe theo xe (Car Following Model), xét sự di chuyển của

xe theo phương dọc; và ảnh hưởng của hành vi tinh thần-thể trạng của người lái xe

2.4.2.1 Mô hình xe theo xe

- Các nghiên cứu mô hình xe theo xe bắt đầu vào đầu những năm 1950 bởi Reuschel (1950) và Pipes (1953) Mô hình xe theo xe sau này đã được mở rộng bởi Kometani & Saski (1958), Forbes (1958), và các nghiên cứu khác nhau bởi Herman, Rothery và các cộng sự (1958-1963) Nghiên cứu tại General Motors từ những năm 1950 đến 1960 thường được gọi là mô hình xe theo xe của General Motors

- Mô hình xe theo xe xác định vị trí và tương tác theo phương dọc đường giữa một xe nối đuôi xe trước di chuyển trên cùng một làn xe Theo mô hình này, sự tương tác theo dạng phản ứng (response) lại của người điều khiển với các tác nhân (stimulus) từ môi trường xung quanh Sự tương tác theo dạng phản ứng với tác nhân, chính là độ nhạy của người lái đối với một tình huống xảy ra trên đường

Responsen (t) = sensitivityn (t) ~ stimulus ( t – τn ) - Phản ứng ở thời điểm t quan sát có nguồn gốc từ tác nhân môi trường gây ra trước đó một khoảng τn là thời gian phản ứng của lái xe n Đây là thời gian nhận biết và thời gian phản ứng tay chân Mức độ phản ứng nhanh hay chậm tùy thuộc vào độ nhạy trước ảnh hưởng của tác nhân môi trường của lái xe n

Hình 2.4.1: Mô hình xe theo xe Trong đó: n: chỉ số xe; t: thời gian

∆t: khoảng thời gian xe chạy Ln (t): chiều dài của xe n

xn (t): vị trí của xe n ở thời điểm t vn (t): vận tốc của xe n ở thời điểm t an (t): gia tốc của xe n ở thời điểm t

- Thời gian phản ứng liên quan đến 4 hành động của người lái: + Nhận biết (Perception): là khả năng nhận ra hiện tượng, vật cản nào đó cần phải phản ứng

+ Xác nhận (Identification): xác nhận và nhận diện hiện tượng, vật cản đó + Quyết định (Emotion hay Decision): quyết định hành động nhằm phản ứng lại trước hiện tượng, vật cản đó

+ Hành động (Volition hay Reaction): phản ứng sau khi đã quyết định

2.4.2.2 Mô hình tinh thần-thể trạng của Wiedemann (1974)

- Mô hình diễn tả hành vi tinh thần-thể trạng của người lái xe Theo Wiedemann, người lái sẽ giảm tốc độ khi nhận thấy xe phía trước quá gần, vì không thể xác định

được vận tốc chính xác của xe phía trước nên người lái xe sau sẽ giảm tốc nhanh

xuống dưới vận tốc của xe trước, ngay sau đó người lái phải tăng tốc nhẹ vận tốc lên gần bằng với xe trước Điều này dẫn đến quá trình lặp đi lặp lại việc tăng tốc rồi giảm tốc (occilation)

Hình 2.4.2: Hành vi của mô hình tinh thần-thể trạng của Wiedemann

- Theo Wiedemann, người lái xe có thể rơi vào một trong 4 trạng thái sau: + Lái tự do: ở trạng thái này, người lái điều khiển xe với một vận tốc có thể mà người đó muốn mà không bị ảnh hưởng của xe phía trước

+ Trạng thái tiếp cận: khi nhận thấy xe phía trước chạy chậm, người lái bắt

đầu giảm tốc độ xe đến mức bằng với vận tốc của xe trước và tạo một khoảng cách

an toàn với xe trước nó

+ Nối đuôi: người lái chạy nối đuôi theo xe trước mà không có ý định vượt xe hay tăng tốc Tuy nhiên việc điều khiển gascenti của xe không đều nên vận tốc xe có dao động đôi chút

+ Hãm phanh: khi khoảng cách giữa hai xe nằm dưới ngưỡng an toàn, người lái xe sau sẽ hãm phanh với gia tốc hãm phanh từ mức trung bình đến cao Tình huống này xảy ra khi xe trước hãm phanh hoặc chuyển làn

- Trong mỗi tình huống giao thông, sự thay đổi về vận tốc xe, khoảng cách an toàn giữa xe trước và xe sau hoàn toàn tùy thuộc vào đặc điểm của từng người lái xe Sự kết hợp giữa yếu tố tâm lý và thể trạng của mỗi người sẽ quyết định khả năng nhận thức của người lái xe, do vậy mô hình này được gọi là mô hình tinh thần-thể trạng xe theo xe (psycho-physical car following model)

2.4.2.3 Các ví dụ ứng dụng mô phỏng

- Sử dụng mô phỏng Vissim để đánh giá hoạt động hiệu quả các đèn tín hiệu trên

đoạn đường dài 8.8 dặm từ : Fairfax County Parkway (phía nam) đến North Kings

Highway / Shields (phía bắc) tại Mỹ Thời gian mô phỏng kiểm tra là vào giờ cao

điểm của buổi sáng, khi có khoảng 3000 xe quá cảnh và một lượng lớn xe buýt cũng

tham gia vào hệ thống từ hướng bắc Thông qua mô phỏng sẽ điều chỉnh chu kỳ đèn hợp lý, tăng hiệu quả khai thác trên tuyến đường Thời điểm nghiên cứu 10/2004

- Hay việc ứng dụng mô phỏng bằng phần mềm Vissim để đánh giá tính khả thi của HOV (High-Occupancy Vehicle) trên đường cao tốc I-5 nối từ North Vancouver, Washington đến Portland, bang Oregon, được tiến hành bởi Cơ quan giao thông địa phương Sử dụng Vissim để phân tích khả năng khai thác cực hạn của đoạn đường nhưng vẫn đảm bảo lịch trình; và đánh giá hiệu quả khai thác một khu vực nhỏ từ đường dẫn vòng xuyến SR-14 đến cầu Interstage

Hình 2.4.3: Tuyến Fairfax County Parkway đến North Kings Highway/Shields

Hình 2.4.4: Mô phỏng kiểm tra hoạt động đèn tín hiệu

Hình 2.4.5: Đoạn I-5 nối từ North Vancouver, Washington đến Portland

Hình 2.4.6: Mô phỏng kiểm tra khả năng khai thác cực hạn của tuyến đường

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1.Khái quát

- Trong phương pháp tổ chức ưu tiên xe bus trên trục đường chính tại nút giao, các số liệu cần thu thập được như: kích thước mặt cắt ngang đường, số làn xe, chu kỳ đèn, các thông số cơ bản của dòng xe tại khu vực nghiên cứu (loại phương tiện, lưu lượng, tốc độ, tỉ lệ dòng rẽ) …

- Trước vạch dừng của đèn tín hiệu trên trục đường chính, bố trí thiết bị phát hiện xe bus (Detector) Vị trí đặt Detector phải không quá gần hoặc quá xa, để phù hợp với các tình huống ưu tiên trong pha xanh hoặc pha đỏ, và vị trí này đảm bảo không gây ra việc chuyển trạng thái đèn đột ngột khi đặt quá gần, hay không đặt quá xa để đảm bảo bus đi qua khỏi nút giao trong chu kỳ đèn ưu tiên

- Thời gian ưu tiên: gia tăng thời gian đèn xanh và rút ngắn thời gian đèn đỏ phải

đảm bảo rằng thời gian phương tiện đứng chờ đèn xanh trên trục đường còn lại

không quá lâu, điều này sẽ gây ra tâm lý ức chế của người điều khiển phương tiện và làm chiều dài dòng xe chờ (Queue Length) tăng lên, dễ dẫn đến tình trạng kẹt xe cục bộ trên trục phụ Do đó thời gian ưu tiên trên trục đường chính này bị khống chế theo chiều dài dòng chờ trên trục đường phụ; thời gian ưu tiên có thể tăng đến một giá trị max tương ứng với chiều dài dòng chờ nằm ở khoảng giới hạn cho phép, hay chiều dài này nhỏ hơn giá trị L (m) khống chế

- Vị trí Detector là khoảng cách S (m) từ điểm đặt Detector đến vạch dừng của

đèn tín hiệu Vị trí đặt Detector còn phụ thuộc vào vận tốc trung bình/vận tốc tức

thời của loại xe mà nó ưu tiên và phụ thuộc tình huống ưu tiên phù hợp trong pha xanh hay pha đỏ

- Trong phạm vi đề tài, cùng với việc hoàn thiện lý thuyết của phương pháp tính là việc thực nghiệm trên mô hình mô phỏng ưu tiên hóa dòng xe Sử dụng phép tính lặp tại các vị trí S khác nhau, xác định được các thông số cần tìm:

+ Vị trí và khoảng đặt Detector phù hợp + Thời gian ưu tiên: gia tăng xanh-rút ngắn đỏ tối ưu

Qua đó, đánh giá được hiệu quả của việc tổ chức tín hiệu ưu tiên xe bus như:

+ Thời gian trễ của bus (Delay time) + Thời gian chờ của bus (Wait time)

Đồng thời, khi tín hiệu ưu tiên được đưa ra, không chỉ xe bus được ưu tiên mà các

phương tiện đang lưu thông trong dòng xe này cũng được “hưởng” chế độ ưu tiên theo bus

3.2.Hệ thống và quy trình hoạt động

3.2.1 Hệ thống ưu tiên xe bus

- Một hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên xe bus bao gồm: + Hệ thống quan trắc: thiết bị thu phát tín hiệu (Detector) và hệ thống máy tính xử lý

+ Đèn tín hiệu và bộ điều khiển đèn tín hiệu Thiết bị điều khiển đèn tín hiệu giao thông này được kết nối với hệ thống máy tính xử lý của hệ thống quan trắc

+ Phương tiện được quan trắc là xe bus Xe bus được lắp đặt thiết bị nhỏ (Transceiver: send-receiver) có thể “giao tiếp” với Detector

- Mô hình của một hệ thống ưu tiên bus được thể hiện như sau:

Hình 3.2.1: Mô hình hệ thống ưu tiên xe bus

3.2.2 Quy trình hoạt động

- Khi bus đi qua khu vực có tổ chức ưu tiên, Detector nhận diện được bus và truyền tín hiệu đến hệ thống máy tính, ngay lập tức hệ thống sẽ xác định được thông số của bus Cùng với thời điểm đó, hệ thống máy tính sẽ kết hợp với trạng thái đèn tín hiệu đang hiển thị, sẽ phân tích-tính toán và đưa ra tín hiệu ưu tiên Tín hiệu này

được truyền đến bộ điều khiển đèn tín hiệu Kết quả cuối cùng là đèn tín hiệu sẽ

hiện thị trạng thái xanh (hoặc đỏ) phù hợp, đảm bảo xe bus qua nút an toàn - Sơ đồ quy trình hoạt động của hệ thống:

Hình 3.2.2: Sơ đồ quy trình hoạt động của hệ thống - Các chế độ hoạt động được thiết lập:

Tùy vào thời điểm xe bus xuất hiện trong khu vực tổ chức tín hiệu ưu tiên, có thể là trong pha xanh hoặc pha đỏ, tùy mỗi trường hợp sẽ thiết lập các chế độ khác nhau như: gia tăng xanh, cưỡng bức đỏ, hay không cần ưu tiên

+ Trong pha xanh: • Xe chạy đến vạch dừng trong khoảng thời gian của pha xanh thì không có

ưu tiên nào xảy ra, hay thời gian pha xanh sẽ không đổi

• Xe chạy gần đến vạch dừng (chưa đến vạch dừng) nhưng đã hết thời gian pha xanh, thì bộ điều khiển sẽ tăng thêm thời gian xanh để xe có thể vượt qua nút,

nhưng thời gian gia tăng xanh phải nằm trong khoảng thời gian hợp lý Nếu hệ thống máy tính phân tích thời gian gia tăng vượt quá ngưỡng này thì sẽ không có ưu tiên nào xảy ra, bộ điều khiển sẽ ngưng đèn tín hiệu xanh trên trục chính, chuyển trạng thái đèn tín hiệu cho hướng trên trục đường phụ

+ Trong pha đỏ: • Thời gian cưỡng bức pha đỏ phụ thuộc vào thời gian pha xanh trên trục phụ Việc cưỡng bức thời gian đỏ quá nhiều, dẫn đến thời gian đèn xanh trên trục phụ ít đi, dẫn đến dòng xe chờ trên trục phụ không qua hết nút giao và dòng xe này tiếp tục tăng thêm trong thời gian chờ đèn xanh tiếp theo Do đó thời gian cưỡng bức pha đỏ lớn nhất được khống chế bởi thời gian xanh tối thiểu trên trục phụ, đảm bảo chiều dài dòng xe chờ trên trục phụ nằm dưới một mức cho phép

• Bus đến khi thời gian đèn xanh trên trục phụ vẫn còn nằm trong khoảng xanh tối thiểu, hay thời gian xanh trên trục phụ chưa đủ nhiều thì cũng không có ưu tiên nào xảy ra

• Các trường hợp còn lại, Detector nhận diện ra bus đến, khi thời gian xanh trên trục phụ ở mức lớn hơn giá trị tối thiểu thì bộ điều khiển đèn chuyển trạng thái từ đèn đỏ sang đèn xanh trên trục chính ngay lập tức, ưu tiên bus đi qua nút

3.3.Dữ lệu cơ sở trn trục tuyến

3.3.1 Trục tuyến khảo sát

- Chọn một trục đường phù hợp theo các tiêu chí chính: + Có lượng xe bus tương đối lớn chạy trên tuyến + Trên tuyến có các nút giao đồng mức và có bố trí đèn tín hiệu + Đoạn tuyến được tổ chức ưu tiên có bề rộng mặt đường không đổi và dòng xe ổn định

- Đoạn tuyến lựa chọn, có tổ chức hệ thống ưu tiên xe bus là trục chính Trục phụ là các đường giao cắt Trên trục chính có lưu lượng xe lớn hơn và có nhiều làn xe hơn so với trục phụ

- Các yếu tố cần xác định trên trục đường: + Bề rộng mặt đường, số làn đường, làn đường ưu tiên của mỗi phương tiện

+ Khoảng cách giữa các nút giao + Chu kỳ đèn tại mỗi nút giao

3.3.2 Dòng xe khảo sát

- Hiện nay có nhiều phương pháp khảo sát dòng xe như: tự động, bán tự động và thủ công Với phương pháp tự động và bán tự động đòi hỏi việc trang bị thiết bị công nghệ hiện đại, công tác lắp đặt cũng không dễ dàng cho tất cả những vị trí cần khảo sát Ngoài ra, cần phải có phần mềm xử lý và tính toán các thông số hiệu chỉnh phù hợp với dòng xe hỗn hợp tại nước ta Tất cả các yếu tố trên là hạn chế cho việc sử dụng phương pháp trên

Trong phạm vi đề tài, việc khảo sát dòng xe dừng lại ở việc sử dụng phương pháp thủ công

- Tổng chiều dài đoạn tuyến khảo sát và các trục giao cắt nên lớn hơn 1.0 Km, hoặc khoảng cách giữa hai nút giao lớn hơn thì khảo sát ít nhất hai nút giao để việc xây dựng mô hình có những tình huống phát sinh giống thực tế nhất

- Vị trí đặt camera: tại sau mỗi vị trí nút giao nên bố trí một điểm thu hình ảnh, tại vị trí này vừa có thể xác định được dòng xe trên trục chính và cả trên trục phụ,

đồng thời biết được các phương tiện rẽ sang trục đường khác

- Thời điểm khảo sát được tiến hành trong giờ cận cao điểm, khi đó lưu lượng dòng xe ở mức gần bão hòa Thời gian trong ngày vào buổi sáng từ 06h45÷07h15, buổi chiều từ 16h00÷16h30 Mỗi vị trí được khảo sát vào các ngày khác nhau trong tuần (không khảo sát vào thứ 7 và chủ nhật); thời gian ghi hình khoảng 15 phút

- Để xác định vận tốc trung bình từng loại phương tiện ngoài thực tế, sử dụng

đồng hồ bấm giây, xét xe chạy trên đoạn tuyến lựa chọn với chiều dài đã biết

- Các thông số dòng xe cần xác định như sau: + Phân loại phương tiện

+ Số lượng từng phương tiện + Tỉ lệ rẽ từ trục chính → trục phụ + Tỉ lệ rẽ từ trục phụ → trục chính + Tốc độ trung bình của mỗi phương tiện