Vì vậy người thực hiện làm đề tài “Tối ưu hoá quy hoạch mạng lưới giao thông tỉnh Bình Dương” với mục tiêu xây dựng mô hình hồi quy tính hệ số quy đổi xe con tương đươngPassenger Car Uni
GIỚI THIỆU
Lý do hình thành đề tài
Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển kinh tế đất nước được giữ vững, GDP liên tục tăng trưởng đều qua các năm và là một trong những nước có tốc độ phát triển kinh tế nhanh nhất thế giới
Bảng 1.1 Tốc độ phát triển kinh tế và GDP bình quân (Nguồn : Cục thống kê Bình Dương) STT Năm Tăng trưởng GDP cả nước Tăng trưởng GDP Bình Dương
Bên cạnh những mặt tích cực của kinh tế phát triển cũng để lại nhiều hậu quả về môi trường sống, quy hoạch và giao thông đô thị Những hậu quả này sẽ là những yếu tố ngăn cản và làm hạn chế sự phát triển của xã hội
Mặt khác đất nước ta là một nước có dân số đông (đứng thứ 13 thế giới) với mật độ dân số trung bình là 257 người/km 2 , cao gấp 5 lần thế giới (2) và tỉ lệ tăng dân số là 1.2%/năm Chính vì những yêu cầu trên và từ thực tế về quy hoạch đô thị tại các thành phố lớn vẫn chưa đáp ứng được tốc độ phát triển kinh tế, gây ra những ảnh hưởng tới phát triển xã hội và thiệt hại kinh tế Việc quy hoạch giao thông đô thị vẫn diễn ra tự phát và đặc biệt là chưa có nhiều những nghiên cứu khoa học cụ thể về ảnh hưởng của hệ thống giao thông đô thị lên phát triển kinh tế xã hội Hơn thế nữa do đặc trưng của giao thông tại Việt Nam là có tỷ lệ xe máy rất cao nên không thể áp dụng các kết quả nghiên cứu tển thế giới để giải quyết các bài toán giao thông tại Việt Nam mà cần phải có những nghiên cứu cụ thể cho từng địa phương, từng vùng mới phản ánh được tình trạng giao thông ở Việt Nam Đó chính là lý do hình thành đề tài “Tối ưu hoá quy hoạch mạng lưới giao thông đô thị cho tỉnh Bình Dương”.
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu đề tài xây dựng mô hình tối ưu hoá mạng lưới giao thông đô thị, áp dụng tại khu dịch vụ đô thị mới tỉnh Bình Dương Để thực hiện các mục tiêu trên đề tài cần phải giải quyết các nội dung chi tiết như sau:
9 Tìm hiểu lý thuyết mạng 9 Tìm hiểu lý thuyết tương quan hồi quy 9 Tìm hiểu kỹ thuật mô phỏng bằng máy tính 9 Các tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông đô thị 9 Xây dựng mô hình tuyến tính và mô hình mô phỏng cho mạng giao thông nghiên cứu 9 Xây dựng phương trình hồi quy trong quy đổi hệ số xe bốn bánh (PCU)
9 Tìm hiểu các nghiên cứu liên quan…
9 Ứng dụng mô hình cho “Khu dịch vụ đô thị mới tỉnh Bình Dương”
Nội dung và bố cục đề tài
Nội dung nghiên cứu của đề tài được chia thành các chương mục như sau:
Chương 1 : Giới thiệu Chương 2 : Các nghiên cứu liên quan Chương 3 : Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận Chương 4 : Xây dựng mô hình
Chương 5 : Áp dụng mô hình cho “Khu dịch vụ đô thị tỉnh Bình Dương”
Chương 6 : Kết luận và khuyến nghị
Sơ đồ thực hiện đề tài
Tìm hiểu lý thuyết hồi quy-lý thuyết mô phỏng Tìm hiểu lý thuyết
QHTT và lý thuyết mạng Tìm hiểu lý thuyết quy hoạch giao thông đô thị
Xây dựng mô hình bài toán-mô hình mô phỏng Tìm hiểu về tỉnh Bình Dương- tìm hiểu khu vực nghiên cứu Áp dụng cho khu “Dịch vụ đô thị tỉnh Bình Dương”
Phân tích, đánh giá kết quả
Kết luận, kiến nghị Bắt đầu
Xây dựng các bước lời giải hàm mục tiêu
Phạm vi và giới hạn đề tài
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nhằm xây dựng mô hình hồi quy dùng quy đổi hệ số xe máy-xe ô tô và dùng lý thuyết mạng và tối ưu hóa tuyến tính trong tối ưu thiết kế đường giao thông tại tỉnh Bình Dương, nội dung đề tài giới hạn như sau:
9 Chỉ nghiên cứu với các số liệu quan sát tại địa phương Bình Dương 9 Xây dựng mô hình mạng dựa trên hệ thống mạng lưới giao thông có sẵn tại Bình Dương
9 Hàm mục tiêu cho mô hình toán là cực đại lưu lượng trong mạng và cực tiểu chi phí đi trong mạng
9 Sử dụng phần mềm Lingo và giải thuật tối ưu tuyến tính để giải bài toán mục tiêu 9 Sử dụng phần mềm mô phỏng Arena và VBA xây dựng mô hình mô phỏng kiểm chứng
9 Chỉ xây dựng mô hình cho các tuyến đường cấp I, II, III với lưu lượng nghiên cứu giờ cao điểm và giả thiết các điều kiện về thời tiết, hành vi di chuyển, điề kiện mặt đường là lý tưởng
9 Trong đề tài sử dụng các số liệu thứ cấp từ các thống kê của Cục thống kê tỉnh Bình Dương và Tổng Cục thống kê Nhà Nước
Các nội dung chưa thực hiện được : 9 Dự báo nhu cầu và năng lực hệ thống giao thông trong tương lai 9 Nghiên cứu mối quan hệ giữa vấn đề quy hoạch giao thông và việc sử dụng đất đô thị (urban land use)
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng tập trung nghiên cứu của đề tài là hệ thống giao thông tại thành phố mới phát triển Bình Dương, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng sự phát triển của các khu dân cư đô thị tới mạng lưới giao thông chính
1.5.2 Phương pháp nghiên cứu Đề tài nghiên cứu sử dụng các phương pháp sau:
- Tham khảo tài liệu và các nghiên cứu liên quan - Lấy mẫu thống kê và phân tích thiết kế thực nghiệm
Với mục đích nhằm : - Xây dựng hàm mục tiêu mô tả cực đại lưu lượng trong mạng và cực tiểu chi phí di chuyển sử dụng lý thuyết mạng và quy hoạch tuyến tính
- Xây dựng mô hình hồi quy cho quan hệ lưu lượng-bề rộng đường theo TCVN và mô hình hồi quy biểu diễn đơn vị quy đổi xe con cho xe máy ở địa phương tỉnh Bình Dương.
Từ khóa
Quy hoạch giao thông, quy hoạch tuyến tính, mạng giao thông
CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
Nghiên cứu quan hệ mật độ-lưu lượng-vận tốc
Quan hệ mật độ-lưu lượng-vận tốc là một trong hai hướng chính của nghiên cứu giao thông, đã được thực hiện bởi nhiều tác giả, trong đó nổi bật là những tác giả sau: ắ Mụ hỡnh mạng lưu lượng giao thụng vĩ mụ (Macroscopic traffic flow model for network with dynamic assignment) của M.M Khoshyaran, bài báo nghiên cứu mối quan hệ trong các cách tiếp cận khi nghiên cứu lưu lượng giao thông đó là:
- Mô hình giao nhau (Intersection models) - Mô hình cực đại lưu lượng (Flow maximize models) - Mô hình mạng lưu lượng (Link flow models)
Biểu thức quan hệ mật độ-lưu lượng-vận tốc được giới thiệu trong mô hình như sau:
Trong đó : Q là lưu lượng K là mật độ V là vận tốc Qe là lưu lượng cân bằng x, t là vị trí và thời gian khảo sát Mục đích tính lưu lượng QIi bằng hàm sau :
⎣ ∑ ⎦ ắ Mụ hỡnh cực đại lưu lượng trong mạng : Được Maria A Fonoberova, Dmitrii D Lozovanu giới thiệu với nội dung nghiên cứu xây dựng mô hình với hàm mục tiêu là cực đại lưu lượng trong mạng
Xem xét một mạng có dạng N(V,E) , trong đó V là tập hợp các nốt mạng, E là tập hợp các cung mạng Giả sử tồn tại một nút V + , và V - là nút nguồn và nút đích, mạng N được viết lại thành N(V, E, V + , V - ), xij là lưu lượng trên cung (i,j)
Hàm mục tiêu cực đại lưu lượng được viết như sau:
Nghiên cứu dòng lưu lượng bão hòa cho giao thông tại các đèn tín hiệu ở thành phố Hồ Chí Minh
Nghiên cứu được thực hiện bởi thạc sỹ Đoàn Thanh Sang, sử dụng phương pháp phân tích năng lực thông hành của dòng xe bão hòa để tính toán hệ số quy đổi xe con PCU Công thức tính hệ số quy đổi cho xe hai bánh ra xe con như sau:
SF k : Giá trị lưu lượng dòng bão hòa cần quy đổi
SF e : Giá trị lưu lượng dòng bão hòa của xe con quy đổi
N e : Năng lực thông hành của dòng xe con tiêu chuẩn
N k : Năng lực thông hành của dòng xe cần quy đổi t dx : Thời gian đèn xanh C : Chu kỳ đèn xanh-đèn đỏ Kết quả tính toán của thạc sỹ Đoàn Thanh Sang cho nút giao thông Xa Lộ Hà Nội với giá trị dòng bão hòa tiêu chuẩn là SF e 50PCU h/ , bề rộng làn xe là 3.5m Áp dụng công thức tính của HCM 2000 cho bề rộng làn xe 5m như sau:
Với w là bề rộng của một làn xe w = 5m = 16.45 ft
Theo nghiên cứu của Thạc sỹ Đoàn Thanh Sang thì áp dụng hệ số quy đổi cho xe hai bánh tại các nút giao thông trong nôi ô thành phố là 0.15PCU
2.3 Nghiên cứu về quy hoạch đô thị
Các nghiên cứu về hình thái không gian dô thị, phương pháp thể hiện mối quan hệ giữa các khu vực trong không gian đô thị mà nổi bật là các nghiên cứu của các tác giả sau: ắ Theo Krafta, 1993-1994 đó nghiờn cứu và ỏp dụng phương phỏp đồ thị hỡnh thỏi học trong quy hoạch cấu trúc không gian đô thị Nền tảng của phương phương pháp này là tập hợp các đo lường của hình thái đô thị có tên là mô hình trung tâm(centrality model), phương pháp này cung cấp cho người làm quy hoạch và các nhà hoạch định chính sách một công cụ đánh giá sự thể hiện của hệ thống không gian đô thị Ý tưởng thứ nhất của phương pháp này là nghiên cứu cấu trúc không gian trung tâm, một không gian được định nghĩa là “đơn vị xây dựng-Build Form Unit (BFU)” và từ BFU này có thể tới các BFU khác tạo thành một chuỗi không gian chung có mối quan hệ giữa mỗi cặp BFU với nhau Ý tưởng thứ hai là tính bền vững giữa các BFU và không gian chung, xem xét hệ thống gồm các BFU và không gian chung, một mối quan hệ giữa chúng là quan hệ gần kề được biểu diễn thành một đồ thị hình học với mỗi điểm(node) là một đơn vị không gian hay BFU và mỗi cạnh(arc) là một quan hệ gần kề(adjacency) Kết quả là tạo thành một mạng (theo Kruger, 1979) với các nhóm BFU
Hình 2.1 : Minh họa một mạng với các nhóm BFU ắ Sharaf Alkheder nghiờn cứu hỡnh thức phõn khu Cellular Automata trong quy hoạch đụ thị Đây là một dạng “chuẩn hóa” đặc biệt của dạng phương pháp hình thái học gọi là Cellular
Automata (CA) Như chúng ta đã đề cập có nhiều phương pháp để mô hình hóa trong quy hoạch đô thị Hình thức phân khu là một dạng tiếp cận tương đối nhanh
Không gian đô thị được tập hợp thành bởi các khu, mỗi khu sẽ mang một trạng thái thể hiện sự phát triển của đô thị theo một chu kỳ thời gian với những quy luật dịch chuyển
Nguyên tắc của CA bao gồm 3 bước sau:
9 Tồn tại (Survival) : Nguyên tắc hình thành một ô (cell) mới hay một khu vực mới là có ít nhất 2 hay 3 khu lân cận tồn tại hay là có sự trao đổi giữa một khu hiện tại với một khu khác 9 Loại bỏ (Death): Một ô hay một khu sẽ bị loại bỏ trong mô hình nếu như không có sự trao đổi giữa khu này với ít nhất một hay hai khu lân cận
9 Sinh ra (Birth): Một ô hay một khu sẽ được sát nhập vào mạng khi hình thành mối quan hệ với ít nhất một hay hai ô hiện tại
Các yếu tố của CA
9 Ô (Cell) hay khu : Là một đơn vị không gian cơ bản trong không gian khảo sát 9 Trạng thái (State) : Quy định các thuộc tính của ô hay của hệ thống, mỗi ô có thể có một thuộc tính hay nhiều thuộc tính như vị trí ô, như cầu ô…
9 Lân cận (Neighbourhood) : Là tập hợp các ô hay khu lân cận có quan hệ với ô khác trong hệ thống
9 Luật thay đổi (Transition rule) : Là quy luật thay đổi trạng thái của ô hay khu từ dạng này hay dạng kia
9 Thời gian : Chu kỳ thời gian khảo sát sự thay đổi trạng thái của ô (Cell) hay khu
Sharaf Alkheder giới thiệu một không gian với số khu là IxI và quy luật di chuyển giữa các khu là hàm F( )α = f h( ( ))α , trong đó α∈IxI, và khoảng cách di chuyển giữa khu α tới khu β được xác định bằng biểu thức sau: Để mô tả sự phát triển của đô thị ta dùng hàm cấu trúc If…Then… với điều kiện về khoảng cách như trên.
Nghiên cứu quy hoạch đô thị
3.1 Lý thuyết quy hoạch đô thị 3.1.1 Khái niệm đô thị
Một đô thị hay khu đô thị là một khu vực có mật độ gia tăng các công trình kiến trúc do con người xây dựng so với các khu vực xung quanh nó Các đô thị có thể là thành phố, thị xã, trung tâm dân cư đông đúc, các đô thị được thành lập và phát triển thêm qua quá trình đô thị hóa
Quy hoạch xây dựng đô thị là bộ môn khoa học kỹ thuật, xã hội, nhân văn, là nghệ thuật về tổ chức không gian sống cho các đô thị và các khu vực đô thị Nó là nghệ thuật sắp xếp tổ chức các không gian chức năng, khống chế hình thái kiến trúc trong đô thị trên cơ sở các điều tra, dự báo, tính toán sự phát triển, đặc điểm, vai trò, nhu cầu và nguồn lực của đô thị, nhằm cụ thể hóa chính sách phát triển, giảm thiểu các tác động có hại phát sinh trong quá trình đô thị hóa, tận dụng tối đa mọi nguồn lực, và hướng tới sự phát triển bền vững Các không gian đô thị, công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội đô thị cần được quy hoạch phù hợp với phát triển tổng thể kinh tế - xã hội- môi trường(Theo wikipedia.org)
Hoạt động quy hoạch đô thị bao gồm:
9 Chính sách quản lý và phát triển nhà ở đô thị 9 Chiến lược phát triển kinh tế xã hội cho mỗi vùng, mỗi khu vực 9 Đầu tư hạ tầng kỹ thuật như : hệ thống điện, cấp thoát nước, xử lý môi trường, giao thông…
9 Phát triển và bảo tồn các di sản kiến trúc và thiên nhiên Quy hoạch xây dựng đô thị ở Việt Nam bao gồm:
9 Quy hoạch chung về không gian đô thị : Các chiến lược về phát triển đô thị, các định hướng xây dựng đô thị
9 Quy hoạch chi tiết đô thị : Bao gồm các quy phạm pháp luật, các tiêu chuẩn cụ thể trong quy hoạch đô thị như tiêu chuẩn xây dựng nhà cao tầng, tiêu chuẩn xây dựng hệ thống điện, nước, giao thông …vvv
PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lý thuyết quy hoạch đô thị
Một đô thị hay khu đô thị là một khu vực có mật độ gia tăng các công trình kiến trúc do con người xây dựng so với các khu vực xung quanh nó Các đô thị có thể là thành phố, thị xã, trung tâm dân cư đông đúc, các đô thị được thành lập và phát triển thêm qua quá trình đô thị hóa
Quy hoạch xây dựng đô thị là bộ môn khoa học kỹ thuật, xã hội, nhân văn, là nghệ thuật về tổ chức không gian sống cho các đô thị và các khu vực đô thị Nó là nghệ thuật sắp xếp tổ chức các không gian chức năng, khống chế hình thái kiến trúc trong đô thị trên cơ sở các điều tra, dự báo, tính toán sự phát triển, đặc điểm, vai trò, nhu cầu và nguồn lực của đô thị, nhằm cụ thể hóa chính sách phát triển, giảm thiểu các tác động có hại phát sinh trong quá trình đô thị hóa, tận dụng tối đa mọi nguồn lực, và hướng tới sự phát triển bền vững Các không gian đô thị, công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội đô thị cần được quy hoạch phù hợp với phát triển tổng thể kinh tế - xã hội- môi trường(Theo wikipedia.org)
Hoạt động quy hoạch đô thị bao gồm:
9 Chính sách quản lý và phát triển nhà ở đô thị 9 Chiến lược phát triển kinh tế xã hội cho mỗi vùng, mỗi khu vực 9 Đầu tư hạ tầng kỹ thuật như : hệ thống điện, cấp thoát nước, xử lý môi trường, giao thông…
9 Phát triển và bảo tồn các di sản kiến trúc và thiên nhiên Quy hoạch xây dựng đô thị ở Việt Nam bao gồm:
9 Quy hoạch chung về không gian đô thị : Các chiến lược về phát triển đô thị, các định hướng xây dựng đô thị
9 Quy hoạch chi tiết đô thị : Bao gồm các quy phạm pháp luật, các tiêu chuẩn cụ thể trong quy hoạch đô thị như tiêu chuẩn xây dựng nhà cao tầng, tiêu chuẩn xây dựng hệ thống điện, nước, giao thông …vvv
Sự cần thiết phải quy hoạch đô thị
Theo nghiên cứu của Ban nghiên cứu kinh tế xã hội ủy ban dân số Liên Hiệp Quốc(Department of Economic and Social Affairs’ Population Division of the United Nations) năm 1900 có 13% dân số thế giới sống ở khu vực đô thị, tăng lên 29% vào năm 1950 và 49% vào năm 2005, dự báo sẽ là 60% vào năm 2030
Hiện nay các vấn đề lớn trong quy hoạch đô thị là ở các nước đang phát triển, theo nghiên cứu của dự án dân số Liên Hiệp Quốc, sự phát triển dân số đô thị tại các nước đang phát triển trung bình hàng năm từ 2005 đến 2030 là 2.2%, cao hơn tỷ lệ trung bình cùng thời kỳ là 1.8%
Hình 3.1 : Xu hướng và tỷ lệ đô thị hóa(Nguồn : HOUTRANS) Sự phát triển của đô thị kéo theo nhiều mặt tiêu cực như thu hẹp diện tích đất nông nghiệp, làm ảnh hưởng tới không gian thiên nhiên và không gian công cộng, là một trong ba nguyên nhân chính làm tăng sự thay đổi môi trường trên thế giới Ở Việt Nam, là một nước đang phát triển với tốc độ từ 7% đến 9% một năm, đang là một trong những nước phát triển nhanh nhất khu vực và trên thế giới Tốc độ phát triển đô thị và quá trình đô thị hóa ở Việt Nam cũng diễn ra rất nhanh, theo nghiên cứu của Bộ Xây Dựng tốc độ đô thị hóa ở nước ta rất cao vào khoảng 17% đến 18%, đó là chưa kể một số lượng lớn người ngoài các khu đô thị di chuyển tới để làm việc rồi di chuyển đi Hiện nay tỷ lệ dân số đô thị ở nước ta khoảng 55-60% và khoảng 76-80% vào năm 2020
Chính vì vậy mà chúng ta thấy được tầm quan trọng của quy hoạch đô thị và nghiên cứu khoa học trong quy hoạch đô thị Một đô thị tốt sẽ đem lại cho cộng đồng rất nhiều lợi ích từ môi trường sống, văn hóa, và cả những lợi ích về vật chất nữa.
Quy hoạch đô thị hướng tới tính bền vững
Đô thị hóa là một quá trình tất yếu của bất kỳ quốc gia nào, trong đó có Việt Nam Tuy nhiên, đô thị hóa tự phát, thiếu quy hoạch khoa học sẽ làm nảy sinh và để lại nhiều hậu quả tiêu cực và lâu dài, cản trở sự phát triển của đất nước Chính vì vậy, chiến lược đô thị hóa của Việt Nam phải hướng tới mục tiêu bền vững giữa tự nhiên, con người và xã hội Muốn vậy cần phải có những nghiên cứu khoa học khả thi trong quá trình quy hoạch đô thị, đặc biệt trong tình hình công nghiệp, dịch vụ phát triển rất nhanh ở nước ta thì cần có các biện pháp để xây dựng các khu công nghiệp, các khu trung tâm hành chính dịch vụ, khu dân cư sao cho đảm bảo tính hài hòa về mặt môi trường, dân số, giao thông…vv
Mặt khác phải hoàn thiện và và phát triển mạng lưới cơ sở hạ tầng đô thị, giao thông đường bộ thuận tiện, nhằm giảm ách tắc giao thông và hạn chế gây ô nhiễm môi trường Ưu tiên phát triển giao thông công cộng, đặc biệt là các phương tiện giao thông công cộng hiện đại không gây ô nhiễm Cần xem việc phát triển phương tiện vận chuyển công cộng là giải pháp trọng tâm để giảm nguy cơ tắc nghẽn giao thông và ô nhiễm môi trường đô thị Có thể nói, đô thị hoá tự phát, thiếu quy hoạch khoa học sẽ làm nảy sinh và để lại nhiều hậu quả tiêu cực và lâu dài, cản trở sự phát triển của đất nước.
Phương pháp tiếp cận
Khi nghiên cứu mô hình hóa đô thị chúng ta thường gặp hai mô hình tiếp cận là xác định hàm mục tiêu độc lập của hệ thống và mô tả cấu trúc, hoạt động của hệ thống
Cấu trúc hoạt động của hệ thống phát triển dựa trên các yếu tố như mô hình hoạt động, sự phát triển đô thị và kiểm soát quá trình(Chapin and Weiss 1962a) Trong đó quan trọng nhất là mô hình hoạt động đô thị, vì nó thể hiện tất cả các hoạt động của con người, các yếu tố khác như dân số, sử dụng đất, giao thông vận chuyển cũng được tập trung về hoạt động hàng ngày của con người
Kỹ thuật tiếp cận để thể hiện được cấu trúc không gian và hoạt động đô thị chúng ta ứng dụng các hàm toán học, bao gồm kỹ thuật thống kê phân tích dữ liệu, xây dựng các hàm tuyến tính và phi tuyến tính hay cao hơn là kỹ thuật mô phỏng hệ thống động.
Các phương pháp áp dụng trong quy hoạch đô thị
Theo từ điển Webster(Webster’s Dictionary) thì mô hình hóa được định nghĩa là “sự mô tả, thu thập các số liệu thống kê hay một hình thức tương tự để biểu diễn một thực thể mà không thể quan sát trực tiếp được”
Theo Chorley và Haggett (1967) thì mô hình hóa được định nghĩa là “một cách đơn giản thể hiện hay mô tả một hệ thống phức tạp hay một thực thể”
Mô hình hóa trong nghiên cứu đô thị không phải là tưởng mới tuy nhiên nó là cách tốt nhất thể hiện sự tương tác giữa môi trường sống hay thế giới thực tới đời sống của con người
Chính vì vậy những nghiên cứu về vấn đề này luôn được ứng dụng để mô tả các hệ thống phức tạp thành các mô hình đơn giản giúp cho việc tính toán và quản lý đơn giản hơn Ngày nay thông qua các mô hình chúng ta có thể hiểu được, dự đoán và giải thích được các hành vi của hệ thống thực Chính vì điều này mà mô hình hóa được ứng dụng rộng rãi trong phân phối dự báo tài nguyên và quy hoạch đô thị giúp cho việc ra quyết định trong thực tế
Mô hình hóa trong quy hoạch giao thông đô thị là hình thức sưu tập và phân tích dữ liệu, mô tả chức năng cấu trúc không gian sử dụng đất, dân số, giao thông…đô thị Quá trình mô hình hóa đô thị được tiếp cận bằng thực nghiệm, ý tưởng kiến trúc, các mối quan hệ về dữ liệu, bản đồ, lý thuyết đồ thị và các mô hình toán học cùng các chương trình máy tính ứng dụng để tính toán, kiểm tra và đánh giá.( Michael Batty-University College London)
Hình 3.2 : Sơ đồ quy trình mô hình hóa thực thể(Caldwell, J and Ram, Y M)
3.5.2 Phương pháp đồ thị - hình thái học
Phương pháp đồ thị được áp dụng rất nhiều trong quy hoạch cấu trúc không gian đô thị phương pháp này cung cấp cho người làm quy hoạch và các nhà hoạch định chính sách một công cụ đánh giá sự thể hiện của hệ thống không gian đô thị Một không gian được định nghĩa là “đơn vị xây dựng-build form unit (BFU)” và từ BFU này có thể tới các BFU khác tạo thành một chuỗi không gian chung có mối quan hệ giữa mỗi cặp BFU với nhau
Mô hình đồ thị được xây dựng theo nguyên tắc sau:
- Xác định đường đi ngắn nhất giữa các BFU theo kiểu hình học topo, khoảng ngắn nhất giữa các BFU là bước đầu tiên
- Gán mỗi đường đi ngắn nhất giữa mỗi cặp BFU một giá trị trọng số thể hiện khả năng di chuyển từ BFU này tới BFU khác
- Tổng các trọng số được gán cho mỗi cặp BFU chỉ ra mối quan hệ trung tâm của không gian hệ thống
3.5.3 Hình thức phân khu Cellular Automata trong quy hoạch đô thị Đây là một dạng “chuẩn hóa” đặc biệt của dạng phương pháp hình thái học gọi là Cellular Automata (CA) Như chúng ta đã đề cập có nhiều phương pháp để mô hình hóa trong quy hoạch đô thị Hình thức phân khu là một dạng tiếp cận tương đối nhanh
Không gian đô thị được tập hợp thành bởi các khu, mỗi khu sẽ mang một trạng thái thể hiện sự phát triển của đô thị theo một chu kỳ thời gian với những quy luật dịch chuyển
3.5.3.1 Nguyên tắc của mô hình phân khu Cellular Automata (CA) bao gồm 3 bước sau:
9 Tồn tại (Survival) : Nguyên tắc hình thành một ô (cell) mới hay một khu vực mới là có ít nhất 2 hay 3 khu lân cận tồn tại hay là có sự trao đổi giữa một khu hiện tại với một khu khác 9 Loại bỏ (Death): Một ô hay một khu sẽ bị loại bỏ trong mô hình nếu như không có sự trao đổi giữa khu này với ít nhất một hay hai khu lân cận
9 Sinh ra (Birth): Một ô hay một khu sẽ được sát nhập vào mạng khi hình thành mối quan hệ với ít nhất một hay hai ô hiện tại
3.5.3.2 Các yếu tố của CA
9 Ô (Cell) hay khu : Là một đơn vị không gian cơ bản trong không gian khảo sát 9 Trạng thái (State) : Quy định các thuộc tính của ô hay của hệ thống, mỗi ô có thể có một thuộc tính hay nhiều thuộc tính như vị trí ô, như cầu ô…
9 Lân cận (Neighbourhood) : Là tập hợp các ô hay khu lân cận có quan hệ với ô khác trong hệ thống
9 Luật thay đổi (Transition rule) : Là quy luật thay đổi trạng thái của ô hay khu từ dạng này hay dạng kia
9 Thời gian : Chu kỳ thời gian khảo sát sự thay đổi trạng thái của ô (Cell) hay khu
3.5.3.3 Hàm toán học mô tả mối quan hệ giữa các ô (cells) trong CA ij t
S x là trạng thái của ô (cell) xij tại vị trí thứ i,j ở thời gian t
S + x là trạng thái của ô xij tại vị trí i,j ở thời gian t+1, ij t
S Ω x là tập hợp các ô lân cận của ô xij tại thời gian t
Khi đó trạng thái của ô xij ở thời gian t+1 là hàm thể hiện mối quan hệ giữa ô xij ở thời gian t và các ô lận cận nó
3.5.3.4 Xác định Cell lân cận trong CA (Neighbourhood Cells)
Có nhiều nguyên tắc để định nghĩa một Cell lân cận dựa vào các mối quan hệ như :
Quan hệ về khoảng cách
If Distance n < (or >) Standard distance Then Cell n thành cell lân cận
Quan hệ về kích thước
If Size n < (or >) Standard size Then Cell n thành cell lân cận
Quan hệ về chủng loại
If Type n similar to Standard type Then Cell n thành cell lân cận
Quan hệ về lưu lượng vận chuyển
If Flow n < (or >) Standard flow Then Cell n thành cell lân cận
Quy hoạch giao thông đô thị
Quy hoạch giao thông đô thị là quá trình nghiên cứu hoạch định và xây dựng hệ thống giao thông phục vụ cho hoạt động di chuyển giữa các địa điểm trong không gian đô thị Hoạt động quy hoạch giao thông đô thị không đơn thuần là xây dựng đường giao thông nối giữa các khu vực mà nó còn là một bộ môn khoa học thu hút nhiều nhà nghiên cứu tham gia Có thể phân chia hoạt động quy hoạch giao thông đô thị thành hai mảng chính là quy hoạch mạng lưới đường giao thông và quy hoạch phương tiện giao thông bao gồm:
- Quy hoạch xây dựng đường giao thông : Bao gồm các hoạt động xây dựng mạng lưới đường giao thông, tính toàn dòng lưu lượng xe, nhu cầu vận chuyển để có các thiết kế hệ thống tối ưu và đảm bảo tính bền vững Hoạt động này cũng bao gồm các công việc nâng cấp hệ thống giao thông hiện có, xây dựng các cầu vượt, xử lý các nút thắt cổ chai, hệ thống đèn tín hiệu…vv
- Phát triển hệ thống giao thông công cộng : Hệ thống giao thông công cộng nếu được sử dụng hiệu quả sẽ làm giảm gánh nặng cho giao thông đô thị rất nhiều Ở các nước đang phát triển thì hệ thống giao thông công cộng chủ yếu là xe búyt, ở các nước phát triển thì có các hệ thống giao thông công cộng tốc độ cao như tàu điện ngầm, đường sắt cao tốc Tuy nhiên phát triển hệ thống giao thông công cộng phải có kế hoạch và chiến lược khoa học vì nếu phát triển tự phát sẽ không hiệu quả và gây phản tác dụng, mặt khác đầu tư cho hệ thống này cần có kinh phí rất lớn
- Quy hoạch phát triển phương tiện giao thông : Tùy vào trình độ phát triển, đặc thù của mỗi quốc gia và văn hóa của từng nước, từng khu vực mà có chiến lược phát triển các phương tiện giao thông cho phù hợp Ở Việt Nam, do kinh tế kém phát triển, và hệ thống đường giao thông phát triển chưa có hệ thống nên phương tiện giao thông chủ yếu vẫn là xe gắn máy bởi vì yếu tố kinh tế và tính cơ động của nó cao do có hệ số PCU của xe máy tương đối thấp chỉ từ 0.25-0.5, tuy nhiên xét về lâu dài thì hiệu quả kinh tế của xe gắn máy không cao và ảnh hưởng rất lớn về môi trường do tiêu thụ nhiên liệu rất lớn
Bảng 3.1 : So sánh các loại phương tiện giao thông (Nguồn : nghiên cứu của diễn đàn phát triển Việt Nam)
- Nâng cao năng lực quản lý giao thông : Bao gồm áp dụng các biện pháp quản lý giao thông hiệu quả và khoa học kỹ thuật hiện đại(như hệ thống GPS, hệ thống cảnh báo giao thông) trong quản lý hệ thống giao thông nhằm đảm bảo tính hiệu quả cho hệ thống giao thông
3.6.1 Các đặc tính giao thông
Theo Prof L.H Immers và Avishai Ceder- Traffic Flow Theory, trong nghiên cứu giao thông được chia thành hai nhánh chính là:
- Nghiên cứu giao thông vi mô(Microscopic) - Nghiên cứu giao thông vĩ mô(Macroscopic)
Hình 3.3 : Sơ đồ các mô hình nghiên cứu giao thông
Nghiên cứu mô hình mối quan hệ tốc độ- mật độ-lưu lượng(Speed-density- flow relation) Nghiên cứu mô hình dòng xe(car following)
Nghiên cứu mô hình khoảng cách an toàn(gap acceptance)
Nghiên cứu mô hình chuyển làn(lane changing)
Trong đề tài này chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu mô hình quan hệ tốc độ-mật độ-lưu lượng(Speed-density-flow relation)
Hình 3.4 : Quan hệ lưu lương-mật độ-vận tốc (Nguồn : Traffic theory)
Lưu lượng là đại lượng được định nghĩa bằng số lượng xe đi qua mặt cắt ngang đường trên một đơn vị thời gian Lưu lượng là đại lượng vô cùng quan trọng trong nghiên cứu vĩ mô hệ thống giao thông Lưu lượng phụ thuộc nhiều yếu tố như thời gian khảo sát, không gian, phương tiện giao thông di chuyển trên đường Tại thời điểm s 2 , với m là tổng số xe trong khoảng thời gian Δt tại vị trí x 2 , lưu lượng q được tính bằng biểu thức sau
Hình 3.5 : Biểu diễn quan hệ không gian-thời gian trong nghiên cứu lưu lượng giao thông Trong nghiên cứu ta thường khảo sát lưu lượng trên đơn vị thời gian là giờ nên ta có lưu lượng giờ được tính như sau:
Trong đó : m : Là tổng số xe h : Là thời gian trung bình giữa 2 xe tính theo giây Trong thiết kế hệ thống giao thông ta sử dụng khái niệm lưu lượng phục vụ, tức là lưu lượng tại thời điểm cực đại mà hệ thống giao thông có thể đáp ứng và hoạt động Tuy nhiên phân bố xác suất của lưu lượng lại phụ thuộc vào lưu lượng thực, khi q q≤ pv thì phân bố lưu lượng tuân theo phân bố Poison, khi q q> pv phân bố lưu lượng tuân theo phân bố Uniform
Chúng ta chia lưu lượng thành hai loại là : - Lưu lượng tự nhiên(free flow) : Là lưu lượng di chuyển khi mật độ nhỏ hơn mật độ cho phép k c (capacity density)
- Lưu lượng tắc nghẽn(congest flow) : Khi vận tốc giao thông dưới vận tốc tối thiểu và mật độ giao thông lớn hơn mật độ cho phép và tiến đến mật độ tối đa k c < 0.7 là đạt yêu cầu
Hệ số tất định R 2 Tính tương quan 0.9 – 1.0 Tương quan rất cao 0.7 – 0.89 Tương quan cao 0.4 – 0.69 Tương quan trung bình 0.2 – 0.39 Tương quan thấp 0.0 – 0.19 Tương quan rất thấp R 2 = 1 : 100% dữ liệu quan sát nằm trên đường hồi quy
R 2 =0 : Không có mối quan hệ tương quan giữa X và Y Hệ số R 2 được tính bằng công thức sau
Hồi quy bội được sử dụng khi diễn tả quan hệ giữa các biến là ngẫu nhiên độc lập với một biến ngẫu nhiên phụ thuộc
- Các giả thuyết cho mô hình hồi quy bội : Giả sử các biến X1, X2, X3… Xn là biến ngẫu nhiên độc lập, Y là biến ngẫu nhiên phụ thuộc
Với n+1 biến độc lập X với biến phụ thuộc Y ta có phương trình hồi quy cho đám đông là:
Cơ sở về quy hoạch tuyến tính
Quy hoạch tuyến tính là bài toán cơ bản được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, dạng chuẩn tắc của bài toán quy hoạch tuyến tính như sau:
Trong đó Cij có thể là chi phí hay lợi nhuận đơn vị, xij là sản lượng, vv Tuy nhiên trong thực tế các bài toán chúng ta gặp thường là các lời giải đa mục tiêu, đồng thời các tổ chức, công ty cũng thường quan tâm tới các lời giải đa mục tiêu hơn là đơn mục tiêu Trong đó bài toán quy hoạch mục tiêu là được quan tâm và nghiên cứu nhiều nhất
Mục tiêu của bài toán là tìm ra một lời giải dung hòa (compromise solution) giữa các mục tiêu hơn là chỉ thỏa mãn một mục tiêu mà hy sinh các mục tiêu khác
Trong phương pháp này chúng ta sẽ xây dựng lời giải bằng cách so sánh khoảng cách giữa các điểm “hiệu quả” đến điểm “lý tưởng” với mục tiêu là cực tiểu độ lệch khoảng cách
Các bước xây dựng lời giải bằng quy hoạch thỏa hiệp như sau
• Sắp thứ tự ưu tiên các hàm mục tiêu
• Dùng quy hoạch tuyến tính giải riêng rẽ các hàm mục tiêu, biến các hàm mục tiêu kém quan trọng thành ràng buộc
• Thành lập một hàm mục tiêu tổng thể Dạng tổng quát của bài toán quy hoạch mục tiêu như sau:
Cở sở về lý thuyết mạng
Bài toán quy hoạch mạng nghiên cứu các nội dung sau:
9 Tìm cực đại lưu lượng trong mạng : Bài toán nghiên cứu về lưu lượng vận chuyển trong mạng, được ứng dụng nhiều trong giao thông, vận chuyển hàng hóa, vận chuyển xăng, dầu…vv
9 Điều độ công việc: Bài toán nghiên cứu điều độ thời gian cho công việc, mục tiêu bài toán điều độ thời gian này nghiên cứu các nội dung sau : o Tổng thời gian cần thiết hoàn thành công việc o Phân loại hoạt động công việc thành hoạt động then chốt và hoạt động không then chốt
9 Cự tiểu đường đi di chuyển trong mạng : Mục tiêu bài toán là cự tiểu đường đi trong mạng hay tìm đường đi ngắn nhất trong mạng giữa điểm nguồn và đích(O : Original – D : Destination) Bài toán sẽ cho ta hàm mục tiêu với kết quả là khoảng cách cực tiểu khoảng cách giữa hai điểm mạng, hay trong mạng
Bài toán quy hoạch mạng có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như có thể dùng tính toán chi phí tối ưu trong mạng giao thông, tìm đường đi ngắn nhất để tiết kiệm chi phí di chuyển, Đặc điểm dễ xây dựng mô hình toán học, có thể dễ dàng dùng các công cụ lập trình để giải hàm mục tiêu
Tuy nhiên đối với những mạng có số lượng nút mạng lớn thì hàm mục tiêu sẽ rất phức tạp và các chương trình tính toán sẽ mất thời gian rất lâu để tìm kết quả và cũng cần những thuật toán phức tạp hơn để giải hàm mục tiêu.
Cơ sở về mô phỏng bằng máy tính
Mô phỏng là phương pháp thể hiện một hệ thống thực thông qua chương trình máy tính, các đặc tính của hệ thống thực được trình bày thông qua các biến thay đổi theo thời gian nhằm mục đích mô tả được bản chất động hay tính ngẫu nhiên của hệ thống thực
Mô phỏng hiện nay đang là một trong những kỹ thuật tiên tiến và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế, kỹ thuật mô phỏng bằng máy tính cho phép rút ngắn thời gian và tiết kiệm chi phí rất nhiều, đặc biệt kỹ thuật mô phỏng được ứng dụng rất nhiều trong hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D)
Ngày nay kỹ thuật mô phỏng được ứng dụng rất rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực thực tế vì tính phức tạp và yêu cầu ngày càng cao trong tính toán
Thuận lợi của kỹ thuật mô phỏng bằng máy tính ngày càng phát triển càng cho phép ta thực hiện quá trình mô phỏng dễ ràng hơn và tiết kiệm thời gian nhiều hơn, hơn thế nữa kỹ thuật mô phỏng bằng máy tính còn giúp ta tiết kiệm chi phí nhiều hơn thay vì phải đưa vào sản xuất với những hệ thống có độ tin cậy không cao bằng những hệ thống được kiểm chứng bằng mô phỏng
9 Thiết kế và phân tích hệ thống sản xuất bao gồm quan hệ giữa các tài nguyên, máy móc, con người , công việc, thời gian
9 Trong thiết kế, kiểm tra tính toán các yêu cầu phần cứng và phần mềm của hệ thống
9 Trong lĩnh vực tính toán, mô tả phục vụ thiết kế hệ thống giao thông như phân tích các mô hình quan hệ lưu lương, mật độ, vận tốc
9 Trong lĩnh vực nghiên cứu không gian vũ trụ như mô tả sự ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên, thời gian lên hoạt động của hệ thống
9 Kiểm tra và mô tả hệ thống vũ khí quân sự nhằm thử và xác định ảnh hưởng của hệ thống vũ khí trong điều kiện thực
9 Phân tích, tính toán hệ thống tài chính như các mô hình người phục vụ, mô hình xếp hàng trong các ngân hàng…vvv
3.11 Các bước nghiên cứu mô phỏng
Các bước nghiên cứu mô hình mô phỏng có thể được mô tả như hình 3.10 dưới đây
Hình 3.10 : Sơ đồ quá trình thực hiện mô phỏng(Nguồn : Kỹ thuật mô phỏng trong SXDV-
PGS.TS Hồ Thanh Phong)
Thu thập số liệu và định nghĩa mô hình
Mô hình có giá trị
Xây dựng chương trình máy tính để kiểm tra
Mô hình máy tính có giá trị Thiết kế thực nghiệm
Thực hiện mô phỏng Phân tích kết quả Lưu trữ và ứng dụng
Từ yêu cầu thực tế ta tiến hành xác định vấn đề, đây là bước đầu tiên và cũng là bước quan trọng nhất, nếu vấn đề không được xác định thì ít có cơ hội thành công trong quá trình nghiên cứu Khi ta tạo ra một sự thay đổi trong quá trình nghiên cứu thì phải có kế hoạch và các tiêu chuẩn đánh giá phù hợp cho sự thay đổi đó Trước khi bắt đầu nghiên cứu nên có kế hoạch về thời gian, con người và chi phí cụ thể
3.11.2 Xác định mô hình và số liệu Đây là một bước xác định mô hình khả thi hoặc tồn tại, bao gồm việc thu thập các số liệu của mô hình thực tế và dùng để xác định trình tự vận hành và phân tích xác suất của hệ thống
Công việc xây dựng một mô hình toán và logic là một công việc vừa mang tính nghệ thuật vừa mang tính khoa học.Một mô hình đầy đủ và giá trị phải thể hiện được các thông tin và bản chất của hệ thống thực
3.11.3 Xây dựng chương trình máy tính
Quá trình mô phỏng là quá trình ứng dụng kỹ thuật máy tính để giải quyết vấn đề bài toán
Việc lập mô hình trên máy tính có thể sử dụng các ngôn ngữ lập trình như Visual Basic, C, C++ , Fortran, Pascal, Java,…vvv.Tuy nhiên hiện nay có rất nhiều các phần mềm mô chuyên dùng phỏng được thiết kế cho phép chúng ta có thể tạo mộ hình bằng các ngôn ngữ mô phỏng này Mỗi phương pháp hay ngôn ngữ đều có những ưu nhược điểm riêng của nó Tuy nhiên hoàn hảo nhất là việc kết hợp giữa hai ngôn ngữ lập trình và ngôn ngữ mô phỏng
Là bước chạy thử mô hình mô phỏng đã lập với mục đích là kiểm chứng giá trị của chương trình trong bước kế tiếp Bước thử nghiệm trên dùng để kiểm tra độ nhạy các số liệu đầu ra của mô hình khi có sự thay đổi ở số liệu đầu vào Nếu kết quả đầu ra thay đổi lớn khi có sự thay đổi nhỏ số liệu đầu vào thì cần phải xem xét lại số liệu đầu ra Nếu có một mô hình tương tự thì kết quả đầu ra nên được so sánh với kết quả của mô hình này
Là công đoạn thiết kế những thay đổi của mô hình mô phỏng, đối với các mô hình mô phỏng cần phải xác định các thông số ban đầu như chiều dài đoạn khởi động, chiều dài mô phỏng và số lần chạy mô phỏng
Là bước chạy mô hình để lấy các số liệu đầu ra mà ta quan tâm
Là bước phân tích thống kê cho dữ liệu đầu ra, ta thường xây dựng một khoảng tin cậy cho một bộ thông số đầu ra
3.12 Ưu nhược điểm của hệ thống mô phỏng 3.12.1 Ưu điểm
Kỹ thuật mô phỏng và lời giải mô phỏng là một kỹ thuật tiên tiến ứng dụng thế mạnh của máy tính Ưu điểm của kỹ thuật mô phỏng là:
9 Có thể kiểm tra, thử nghiệm hệ thống đang hoạt động mà không cần phải gián đoạn hệ thống
9 Có thể phân tích hệ thống đang tồn tại bất cứ khi nào để kiểm soát những thay đổi bất thường của hệ thống và thấy được những sự thay đổi quan trọng của hệ thống
9 Xác định được những điểm tắc nghẽn của hệ thống, giúp hiểu được quá trình vận hành của hệ thống
9 Đánh giá và kiểm soát được những hệ thống ngẫu nhiên và phức tạp 9 Cho phép quan sát hệ thống trong thời gian dài mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố chi phí, thời gian
Tuy nhiên khi nghiên cứu thực thể bằng mô phỏng cũng gặp những khó khăn riêng như:
9 Đòi hỏi phải có huấn luyện đặc biệt để có thể thành lập và xây dựng mô hình mô phỏng trên máy tính vì đây là một vấn đề mang tính khoa học
9 Đôi khi có những kết quả mô phỏng rất khó giải thích được bản chất ngẫu nhiên của hệ thống
9 Mặc dù có các phần mềm chuyên dụng tuy nhiên để có được một mô hình mô phỏng tốt thì vẫn cần phải có kỹ năng lập trình
Ưu nhược điểm của hệ thống mô phỏng
4.1 Tổng quan khu “Đô thị mới tỉnh Bình Dương”
Khu đô thị dịch vụ tỉnh Bình Dương được quy hoạch là khu công nghiệp, dịch vụ, hành chính, dân cư cao cấp của tỉnh Bình Dương nằm trong quy hoạch phát triển thành phố Bình Dương trong tương lai Với diện tích quy hoạch 4200 ha sẽ là trung tâm của tỉnh Bình Dương trong tương lai, với thiết kế dạng đô thị liên hợp cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế ổn định và nhanh chóng của tỉnh Bình Dương, khu vực nghiên cứu sẽ là một thành phố sầm uất trong tương lai Quy hoạch khu vực nghiên cứu được chia thành các khu chuyên nghiệp theo chức năng
Ta sẽ xây dựng một mạng lưới gồm các khu có mối quan hệ với nhau cho mô hình khu đô khị mới tỉnh Bình Dương
Hình 4.1 : Bản đồ chi tiết khu vực nghiên cứu
XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN
Tổng quan khu “Đô thị mới tỉnh Bình Dương”
Khu đô thị dịch vụ tỉnh Bình Dương được quy hoạch là khu công nghiệp, dịch vụ, hành chính, dân cư cao cấp của tỉnh Bình Dương nằm trong quy hoạch phát triển thành phố Bình Dương trong tương lai Với diện tích quy hoạch 4200 ha sẽ là trung tâm của tỉnh Bình Dương trong tương lai, với thiết kế dạng đô thị liên hợp cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế ổn định và nhanh chóng của tỉnh Bình Dương, khu vực nghiên cứu sẽ là một thành phố sầm uất trong tương lai Quy hoạch khu vực nghiên cứu được chia thành các khu chuyên nghiệp theo chức năng
Ta sẽ xây dựng một mạng lưới gồm các khu có mối quan hệ với nhau cho mô hình khu đô khị mới tỉnh Bình Dương
Hình 4.1 : Bản đồ chi tiết khu vực nghiên cứu
Sơ đồ phân khu và mạng lưới giao thông
Ta sẽ xác định mạng lưới gồm các khu có mối quan hệ vận chuyển với nhau Các khu hành chính được chia thành như sau:
Bảng 4.1 : Cơ cấu phân chia sử dụng đất (Nguồn : Công ty Becamex Bình Dương) Khu Dân
Khu Công Nghiệp(KCN) Khu Hành Chính & DV Khu Vui Chơi KDC Tân vĩnh hiệp CKN VISP 2 Trung Tâm Hành Chính
Khu liên hợp thể thao
KDC Phú Chánh KCN Sóng Thần 3 Trung Tâm Cao Ốc Văn
Khu dịch vụ du lịch
KDC Định Hòa Khu Công Nghệ Cao - Công viên trung tâm
Từ sơ đồ quy hoạch sử dụng đất và giả sử nhu cầu di chuyển như sau:
- Nhu cầu vận chuyển hay di chuyển sẽ bắt đầu từ các khu dân cư tới các khu công nghiệp vào buổi sáng để làm việc và di chuyển ngược lại vào buổi chiều tan việc
- Nhu cầu di chuyển từ nơi ở tới các khu vui chơi giải trí - Nhu cầu di chuyển từ nơi ở tới các khu hành chánh, dịch vụ…
Bảng khảo sát số liệu phân bố tỷ lệ tuổi tại khu vực nghiên cứu từ nguồn của công ty Becamex Bình Dương và Ủy ban dân số tỉnh Bình Dương như sau:
Bảng 4.2 : Tỉ lệ dân số (Nguồn : Công ty Becamex và Ủy ban dân số tỉnh Bình Dương nam 2009)
Khu Dân Cư Dân số
Hình 4.2 : Sơ đồ phân khu vực
4.2.2 Sơ đồ quan hệ di chuyển
Ta có mô hình quan hệ mạng di chuyển như sau với các nút nguồn – gốc, ta chỉ xét tới các tuyến đường cấp 1 là các đường nối liên khu, và các tuyến đường nhỏ cấp 2, 3 nối với đường cấp 1, các tuyến đường nhỏ hơn không xét trong mạng
9 KDC Tân Vĩnh Hiệp - S01 9 KDC Định Hòa - S02 9 KDC Hòa Lợi - S03 9 KDC Phú Mỹ - S04 9 KDC Phú Chánh - S05 - Điểm Đích :
9 KCN VSIP II - D01 9 KCN Sóng Thần III - D02 9 Trung Tâm Hành Chánh - D03 9 Khu Du Lịch Dịch Vụ - D04 9 Khu Công Nghệ Cao – D05 9 Khu Khách Sạn, Dịch Vụ -D06 9 Khu Quảng Trường – Công Viên –D07 9 Khu Liên Hợp Thể Thao – D08
Hình 4.3 : Sơ đồ nút mạng giao thông
Hình 4.4 : Sơ đồ mạng nghiên cứu
- Mô hình mạng giao thông sau khi thành lập với các cung đường và nút là các điểm xuất phát, điểm đến, điểm giao nhau bao gồm:
Số nút (node) : 20 Bảng 4.3 : Các tuyến đường nghiên cứu
STT Cung(arc) Tên đường STT Cung(arc) Tên đường
1 N01-N02 KOTL5 15 N10-N13 HT2A 2 N01-N04 NE1 16 N11-N14 NE6 3 N02-N03 KOTL5 17 N11-N12 NA7 4 N03-N06 DT4B 18 N13-N17 NH2 5 N04-N05 NT10B 19 N13-N18 DT4B 6 N04-N08 DT6 20 N16-N17 XT1A 7 N05-N06 NT10B 21 N16-N15 DT4B 8 N06-N11 NT10B 22 N14-N15 NA7 9 N07-N08 DT4B 23 N12-N17 NE8 10 N07-N09 NT9 24 N12-N14 NE7 11 N07-N10 DT7 25 N02-N05 TẠO LỰC 2 12 N08-N13 DT6 26 N05-N09 TẠO LỰC 2 13 N08-N18 NT9 27 N09-N12 TẠO LỰC 2 14 N10-N12 DT4B
Thông số các tuyến đường nghiên cứu
Theo nghiên cứu của R.R.Rawl và R.D Michelhaugh trong chương trình nghiên cứu vận chuyển quốc gia, đại học Tennessee Mỹ thì chi phí vận tải đường bộ bao gồm các chi phí sau:
- Chi phí nhiên liệu : Chi phí tiêu hao nhiên liệu cần thiết để di chuyển trên một đơn vị chiều dài, thường được tính trên km
- Chi phí thời gian di chuyển : Tính bằng thời gian dùng di chuyển một đơn vị chueu62 dài, bao gồm cả thời gian tiêu chuẩn và thời gian tăng thêm
- Chi phí sở hữu xe : là chi phí cố định khi mua xe
- Chi phí đường bộ : Chi phí cầu đường phát sinh khi di chuyển
- Chi phí khấu hao xe: Bao gồm các chi phí khấu hao bên trong và khấu hao bên ngoài xe
- Chi phí về môi trường : Chi phí tái tạo môi trường do ảnh hưởng của khói xả và khí CO2 trong quá tình xe lưu hành vvv
Tuy nhiên trong nghiên cứu này chúng ta chỉ quan tâm tới các chi phí như thời gian, nhiên liệu để tính toán chi phí đơn vị cho nghiên cứu
Bảng nghiên cứu chi phí di chuyển của xe máy và xe con của chương trình “Nghiên cứu cải tiến năng lực giao thông Việt Nam do JICA tài trợ như sau:
Bảng 4.4 : Chi phí di chuyển đơn vị
Xe máy Ô tô con Xe bus
Chi phí di chuyển(VOC)
Nguồn : Diễn đàn phát triển Việt Nam PCU : Đơn vị ô tô con quy đổi tương đương VOC : Chi phí hoạt động của phương tiện
Bảng 4.5 : Chi phí di chuyển trên các con đường
STT Cung(arc) Tên đường Chiều dài
(km) Chi phí đơn vị(x1000VND/km) Chi phí di chuyển/cung(x1000VND)
24 N12-N14 NE7 6.3 3.2 20.2 25 N02-N05 TẠO LỰC 2 12 3.2 38.4 26 N05-N09 TẠO LỰC 2 13 3.2 41.6
4.3.2 Nhu cầu các tuyến đường nghiên cứu
Bảng 4.6 : Ma trận nhu cầu(xe/phút)
Nhu cầu(Capacity) STT Cung(arc) Tên đường
Xe máy(Mean) Xe hơi(Mean)
1 N01-N02 KOTL5 134.84 6.42 2 N01-N04 NE1 139.99 6.84 3 N02-N03 KOTL5 140.93 6.56 4 N03-N06 DT4B 141.14 6.54 5 N04-N05 NT10B 131.51 5.49 6 N04-N08 DT6 108.63 4.10 7 N05-N06 NT10B 131.58 5.27 8 N06-N11 NT10B 156.04 6.35 9 N07-N08 DT4B 160.46 6.65 10 N07-N09 NT9 170.61 6.19 11 N07-N10 DT7 169.18 6.09 12 N08-N13 DT6 165.57 5.99 13 N08-N18 NT9 154.82 6.17 14 N10-N12 DT4B 149.10 5.71 15 N10-N13 HT2A 169.86 6.48 16 N11-N14 NE6 182.30 9.80 17 N11-N12 NA7 190.95 10.75 18 N13-N17 NH2 193.01 10.45 19 N13-N18 DT4B 188.89 10.22 20 N16-N17 XT1A 191.42 9.99 21 N16-N15 DT4B 190.95 9.97 22 N14-N15 NA7 184.87 9.64 23 N12-N17 NE8 192.19 10.24 24 N12-N14 NE7 197.37 9.37 25 N02-N05 TẠO LỰC 2 253.42 16.28 26 N05-N09 TẠO LỰC 2 243.40 15.83 27 N09-N12 TẠO LỰC 2 243.40 16.31
4.3.3 Khoảng cách các tuyến đường nghiên cứu
Bảng 4.7 : Ma trận khoảng cách( Distance)-(Nguồn : Công Ty Becamex Bình Dương)
STT Cung(arc) Tên đường Bề rộng(m) Chiều dài(km)
21 N16-N15 DT4B 12 3.5 22 N14-N15 NA7 12 4.8 23 N12-N17 NE8 22.5 5.5 24 N12-N14 NE7 22.5 6.3 25 N02-N05 TẠO LỰC 2 22.5 12
4.3.4 Quan hệ gần kề giữa các nút trong mạng
Ma trận gần kề : Là ma trận nhị phân, thể hiện quan hệ giữa các nút trong mạng, có giá trị là 1 nếu có quan hệ di chuyển trực tiếp và ngược lại
Bảng 4.8 : Bảng quan hệ di chuyển
Bảng ma trận quan hệ gần kề(Adjacent matrix) Node 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
4.4 Xây dựng mô hình quy hoạch tuyến tính
Với bài toán quy hoạch mạng lưới giao thông thường ta phải nghĩ tới làm sao xây dựng được một mạng lưới giao thông tối ưu tất cả các mặt như:
- Các tuyến đường phải hợp lý, tức là các tuyến đường phải có vị trí tối ưu để đảm bảo cho hệ thống tối ưu với lưu lượng di chuyển cực đại giữa các tuyến đường và với chi phí nhỏ nhất cùng thời gian tiết kiệm nhất
- Độ rộng của đường phải tối ưu : Kích thước bề rộng, chiều dài của đường hợp lý để cực đại được dòng vận chuyển và lưu lượng giữa các tuyến đường
- Hướng di chuyển của dòng phương tiện : Là chiều dòng phương tiện di chuyển, ảnh hưởng tới mục tiêu cực đại lưu lượng di chuyển trong mạng
- Độ quay tại các điểm giao nhau trong mạng giao thông : Ảnh hưởng tới tính linh động của hệ thống, là khả năng số xe có thể di chuyển từ tuyến đường này tới tuyến đường khác trong mạng
Các ký hiệu sử dụng:
- Gọi G(i,j) là mạng gồm có các nút (i,j)
- C(i,j) là chi phí trên cung (i,j)
- Q(i,j) là lưu lượng trên cung (i,j)
- ai là tổng cung (supply) tại i | 0 < i ≤ 5
- bi là tổng nhu cầu (demand) tại j | 0 < j ≤ 8
- k(i,j) là mật độ trên cung (i,j)
- v(i,j) là vận tốc trên cung (i,j)
- h(i,j) là tổng cung trên cung (i,j)
- w(i,j) là bề rộng cung đường (i,j)
Xây dựng hàm mô hình quy hoạch tuyến tính
Cực đại lưu lượng vận chuyển trong mạng là cực đại số lượng xe di chuyển trên các cung mạng trong một đơn vị thời gian, tức là với mục tiêu sao cho trên một con đường có khả năng cho càng nhiều xe di chuyển qua càng tốt hay trong mạng giao thông có khả năng vận chuyển càng nhiều càng tốt
Qij = kij.vij (Quan hệ mật độ-lưu lượng-vận tốc : Theo Kara M Kockelman, The University of Texas at Austin)
Trong đó : Z= f(k,v) kij : Mật độ xe vij: Vận tốc xe Xij : Biến nhị phân thể hiện quan hệ giữa (i,j) Qij : Lưu lượng giữa nút (i,j) wij : Kích thước bề rộng đường
Hàm mục tiêu có thể được viết lại như sau :
Xij là biến nhị phân
1 Có đường nối từ nút i đến nút j
- Ràng buộc về lưu lượng vào ra tại một nút mạng
Nếu: bij =0 : Bài toán có nghiệm khả thi bij >0 : Khả năng cung lớn hơn cầu, xuất hiện các nút cung tượng trưng bij 25000 Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 4054 :
Cấp I >15000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa lớn của đất nước - Đường quốc lộ
Cấp II >6000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa lớn của đất nước- Đường quốc lộ
Cấp III >3000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị văn hóa lớn của đất nước, của địa phương - Đường quốc lộ hay đường tỉnh
Cấp IV >500 Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập hàng, các khu dân cư - Đường quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện
Cấp V >200 Đường phục vụ giao thông địa phương Đường tỉnh, đường huyện, đường xã
Cấp VI t n k − − 1, α =t 4,0.05 =2.132ẻ bỏc bỏ giả thuyết H0, ta cú phương trình hồi quy như sau :
Q : là lưu lượng/giờ w : là bề rộng đường
Giải hàm mục tiêu bài toán
Từ thực thể đô thị sau khi mô hình thành bài toán mạng, các bước giải bài toán được tập trung vào giải bài toán mạng với hàm mục tiêu là cực đại lưu lượng vận chuyển và cực tiểu chi phí di chuyển trong mạng
4.6.1 Giải bài toán mạng bằng quy tuyến tính 4.6.1.1 Cơ sở áp dụng
Mô hình mạng giao thông là một lĩnh vực nghiên cứu không mới tuy nhiên vẫn thu hút rất nhiều nhà nghiên cứu Thực thể đô thị và mạng giao thông đô thị sau khi mô hình hóa thành dạng bài toán mạng ta có nhiều phương pháp giải, một phương pháp truyền thống nhất đó là ứng dụng quy hoạch tuyến tính
Trong bài toán này chúng ta sẽ ứng dụng quy hoạch tuyến tính để giải bài toán, với phương pháp tiếp cận là quy hoạch thỏa hiệp(Compromise Programming)
Mô hình bài toán nghiên cứu là dạng đa nguồn-đa đích (Multi source – multi sink) với hàm mục tiêu là cực đại lưu lượng và cực tiểu chi phí
Trong phương pháp này chúng ta sẽ xây dựng lời giải bằng cách so sánh khoảng cách giữa các điểm “hiệu quả” đến điểm “lý tưởng” với mục tiêu là cực tiểu độ lệch khoảng cách
Các bước xây dựng lời giải bằng quy hoạch thỏa hiệp như sau
• Sắp thứ tự ưu tiên các hàm mục tiêu
• Giải riêng rẽ các hàm mục tiêu, biến các hàm mục tiêu kém quan trọng thành ràng buộc
• Thành lập một hàm mục tiêu tổng thể
Ta có hai hàm mục tiêu như sau theo thứ tự ưu tiên từ trên xuống dưới
Obj1: Cực đại lưu lượng
Obj2: Cực tiểu chi phí
Giải lần lượt từng hàm mục tiêu Các hàm mục tiêu được viết lại với các ràng buộc như sau:
Obj1: Cực đại lưu lượng
Obj2: Cực tiểu chi phí
Với ràng buộc: o Tổng lưu lượng vào tại nút bằng tổng các lưu lượng ra khỏi nút
A là tập hợp số cung, N là tập hợp số nốt o Lưu lượng trên mỗi đoạn đường phải nhỏ hơn khả năng lưu lượng thiết kế(capacity) ij ij
Q ≤Cap ij N∀ ∈ o Lưu lượng trên các đoạn đường lớn hơn 0 ij 0 ,
- Giải hàm mục tiêu thứ nhất:
Mô hình bài toán gồm có tổng cộng 32 cung, 20 node với 5 node nguồn, 8 node đích và 7 node trung gian
Gọi Q0 là cung nhân tạo(artificial arc):
Maximize Z =Q 0 o Các ràng buộc về lưu lượng(flow constrain):
• Lưu lượng của cả mạng bằng tổng lưu lượng vào tại các nút nguồn
T ij ik k ij n nn nni
• Lưu lượng vào ra tại các nút mạng bằng nhau
∑ ∑ o Ràng buộc về khả năng di chuyển(Arc capacity constrain) ij ij ,
Cap là lưu lượng thiết kế trên cung (i,j)- (Xem bảng lưu lượng thiết kế) o Ràng buộc tính nguyên dương của lưu lượng ij 0,
Mô hình tuyến tính trên có thể giải bằng phần mềm Lingo hay phần mềm sử dụng thư viện liên kết động DLL của Lindo và Visual Basic để giải
- Giải hàm mục tiêu thứ hai:
9 Với Cij là ma trận (nxn) chi phí đơn vị / km như bảng trên được quy đổi ra xe ô tô
9 Qij là ma trận (nxn) lưu lượng trên cung (ij) o Gọi Z1 là giá trị hàm mục tiêu thứ nhất, ta có thêm một ràng buộc mới như sau(vẫn đảm bảo được mục tiêu thứ nhất không bị mất)
≥ ∀ ∑ ∑ o Các ràng buộc về lưu lượng(flow constrain): ắ Lưu lượng của cả mạng bằng tổng lưu lượng vào tại cỏc nỳt nguồn
T ij ik k ij n nn nni
L ắ Lưu lượng vào ra tại cỏc nỳt mạng bằng nhau
∑ ∑ o Ràng buộc về khả năng di chuyển(Arc capacity constrain) ij ij
Cap là lưu lượng thiết kế trên cung (i,j)- (Xem bảng lưu lượng thiết kế) o Ràng buộc tính nguyên dương của lưu lượng ij 0,
Mô hình tuyến tính trên có thể giải bằng phần mềm Lingo hay phần sử dụng thư viện liên kết động DLL của Lindo và Visual Basic để giải
Hàm mục tiêu tổng thể được viết lại như sau với mục tiêu là cực tiểu độ lệch từ điểm hiệu quả đến điểm lý tưởng
- Ta có giá trị các hàm mục tiêu là Z1 và Z2
- Áp dụng quy hoạch thỏa hiệp với hệ số p=1 Hàm mục tiêu tổng thể :
T ij ik k ij n nn nni
Dùng phần mềm Lingo hay thư viện liên kết động DLL của Lindo và Visual Basic để giải hàm mục tiêu tổng thể trên
Phần mềm giải bài toán quy hoạch tuyến tính được viết bằng Visual Basic sử dụng thư viện liên kết động DLL của LINDO Giao diên phần mềm có dạng như sau:
Hình 4.6 : Phác hoạ giao diện phần mềm bài toán
- Sử dụng : Dữ liệu bài toán được nhập vào một file văn bản text sau đó được nhập vào từ phần mềm bằng nút “Load Data…” Để chạy mô hình bài toán ta click nút “Run”, sau khi chạy hết các vòng lặp thì sẽ hiển thị kết quả trong textbox “Solution window”, chúng ta cũng có thể xem kết quả ở file “Ketqua.txt” được tạo ra trong thư mục gốc của phần mềm
Giá trị hàm mục tiêu tốt nhất Giá trị hàm mục tiêu hiện tại
Cửa sổ in kết quả
Nút thoát Số ràng buộc Đường dẫn tậ tin input Số cung
Xây dựng mô hình hồi quy quan hệ quy đổi hệ số PCU
Hệ số PCU-Passenger Car Unit là một phương pháp nghiên cứu hành vi giao thông rất phổ biến trên thế giới Hệ số PCU phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ lệ các loại xe lưu thông trên đường, khi lưu thông trên đường có tỷ lệ xe máy trên các loại xe khác nhỏ thì hệ số PCU của xe máy tương đối cao Khi lưu thông trên đường chỉ có xe máy thì hệ số PCU của xe máy là tương đối nhỏ, trong các nghiên cứu về giao thông ta thường sử dụng hệ số PCU cho xe máy từ 0.25 – 0.50, tuy nhiên trong đề tài này ta sẽ sử dụng hệ số PCU “động” tùy theo điều kiện giao thông trên đường
Diện tích chiếm chỗ khác nhau của các loại xe con có thể đo lường và tính toán dựa vào “Đơn vị diện tích chiếm chỗ của ô tô con-PCU” tức là số ô tô con có thể đỗ tại khoảng không gian mà phương tiện đang được xem xét chiếm chỗ Các số liệu trong quá trình nghiên cứu được ứng dụng sẽ được quy đổi tương đương thành xe máy Chúng ta sẽ dùng kỹ thuật mô phỏng để nghiên cứu và phát dòng xe bão hòa phục vụ xây dựng mô hình hồi quy cho quy đổi xe con
Trong đề tài với không gian nghiên cứu chúng ta chỉ quan tâm đến loại đường cấp II, III, và IV với bề rộng mặt đường là 22.5m, 12m và 9m
Hình 4.7 : Biểu đồ Pareto phân bố lưu lượng
4.7.1 Chương trình mô phỏng phát xe
Trong phần này ta sẽ dùng phần mềm mô phỏng do PGS.TS Hồ Thanh Phong phát triển để xây dựng chương trình mô phỏng phát dòng xe di chuyển giữa hai nút giao thông để nghiên cứu hệ số PCU, các phân bố đầu vào cho mô phỏng được lấy từ khảo sát thực tế tại nơi nghiên cứu thực hiện đề tài Giả sử dòng xe nghiên cứu là dòng xe hỗn độn (Mixed traffic) mà ta chỉ quan tâm tới 2 loại xe là xe hơi và xe gắn máy
Ngoài ra để kiểm chứng và so sánh kết quả tính toán bằng hồi quy và tối ưu hoá tuyến tính ta dùng phần mềm Arena để mô phỏng xác định dòng lưu lượng cực đại và tính ngẫu nhiên của các yếu tố vận tốc, số xe đến trong khoảng thời gian Các yếu tố của mô hình mô phỏng như sau:
- Mô hình và sơ đồ mô phỏng:
Hình 4.8 : Sơ đồ mô phỏng bằng Arena Thực thể vào hệ thống
Phân bố phát xe máy Phân bố phát xe
Gán chức năng di chuyển
Gán vận tốc, quãng đường di chuyển
- Loại xe(Vehicle types) : Xe đi vào hệ thống được xem như một thực thể, ta chỉ quan tâm tới hai loại xe trong hệ thống là xe ô tô và xe gắn máy Khi thực thể vào hệ thống sẽ được chỉ định và phân loại xe theo phân bố xác suất, vận tốc và chiều dài quãng đường di chuyển cũng được định nghĩa trong bước này
Bảng 4.12 : Phân bố xe đầu vào mô hình mô phỏng Đường 9m Đường 12m Đường 22.5m
Xe máy Pois(127) Pois(186) Pois(217)
Xe hơi Pois(8) Pois(13) Pois(127)
- Vận tốc : Giả sử chọn phân bố vận tốc cho xe tuân theo phân bố chuẩn như bảng sau
Bảng 4.13 : Phân bố vận tốc mô hình mô phỏng
Vận tốc(km/h) Đường 9m Đường 12m Đường 22.5m
Trung bình(Mean) Độ lệch chuẩn(Std)
Trung bình(Mean) Độ lệch chuẩn(Std)
Trung bình(Mean) Độ lệch chuẩn(Std)
- Thời gian mô phỏng : Chọn số lần mô phỏng n = 10, chiều dài mô phỏng m = 400 (sec) Kết quả mô phỏng quan sát được như bảng dưới bao gồm lưu lượng xe ra, thời gian trung bình, vận tốc, diện tích chiếm chỗ
Bảng 4.14 : Bảng kết quả mô phỏng phát xe
Lưu lượng ra(xe/phút) Đường 9m Đường 12m Đường 22.5mm
Tỷ lệ xe ôto Xe hơi(Mean)
Bảng 4.15 : Bảng kết quả mô phỏng và kết quả tính PCU Đường 9m Lưu lượng ra(xe/phút) Diện tích chiếm chỗ
Xe hơi(Mean) Xe máy(Mean) Xe hơi(Mean) Xe máy(Mean) PCU
34.47 0.00 302.24 170.01 0.40 Đường 12m Lưu lượng ra(xe/phút) Diện tích chiếm chỗ
Xe hơi(Mean) Xe máy(Mean) Xe hơi(Mean) Xe máy(Mean) PCU
41.20 0.00 336.60 216.40 0.35 Đường 22.5m Lưu lượng ra(xe/phút) Diện tích chiếm chỗ Xe hơi(Mean) Xe máy(Mean) Xe hơi(Mean) Xe máy(Mean) PCU
Hình 4.9 : Biểu đồ quan hệ PCU-lưu lượng xe gắn máy đường 9m
Hình 4.10 : Biểu đồ quan hệ PCU-lưu lượng xe gắn máy đường 12m
Hình 4.11 : Biểu đồ quan hệ PCU-lưu lượng xe gắn máy đường 22.5m
4.7.2 Xây dựng mô hình hồi quy cho quy đổi xe con
Mục đích xây dựng mô hình hồi quy cho từng vùng, từng địa phương là do đặc thù giao thông ở mỗi vùng, mỗi nước đều có đặc trưng riêng và khác nhau Ta sẽ đi xác định mô hình hồi quy để quy đổi giữa xe ô tô và xe máy
Dạng của phương trình hồi quy như sau:
X là lưu lượng xe máy/phút
4.7.2.1 Mô hình hồi quy cho đường 9m
Từ bảng số liệu quan sát sau ta sẽ đi tính toán xây dựng mô hình hồi quy cho quan hệ lưu lượng giữa xe gắn máy và xe ô tô
Dùng phần mềm Minitab phân tích hồi quy ta có bảng sau
Hệ số Sai số tiêu chuẩn Trị thống kê t Hằng số 1.03558 0.02681 38.63
Kiểm định chung về tính hồi quy:
Ta tra bảng trị số F k n k , − − 1, α = F 1,11,0.05 = 4.48< F 1.67ẻ bỏc bỏ H 0 , vậy cú ớt nhất một hệ số bn khác không
Kiểm định cho trị số b với giả thuyết :
Ta cú trị thống kờ t8.63 > t n k − − 1, α =t 11,0.05 =1.796ẻ bỏc bỏ giả thuyết H0, ta cú phương trình hồi quy như sau : Y = 1.0356 - 0.00630X
Trong đó : X là lưu lượng xe máy/phút
4.7.2.2 Mô hình hồi quy cho đường 12m
Dùng phần mềm Minitab phân tích hồi quy ta có bảng sau
Hệ số Sai số tiêu chuẩn Trị thống kê t Hằng số 0.70173 0.05215 13.46
Kiểm định chung về tính hồi quy:
Ta tra bảng trị số F k n k , − − 1, α = F 1,11,0.05 = 4.48< F 73ẻ bỏc bỏ H 0 , vậy cú ớt nhất một hệ số bn khác không
Kiểm định cho trị số b với giả thuyết :
Ta cú trị thống kờ t.46 > t n k − − 1, α =t 11,0.05 =1.796ẻ bỏc bỏ giả thuyết H0, ta cú phương trình hồi quy như sau : Y = 0.70173 - 0.0031065 X
Trong đó : X là lưu lượng xe máy/phút
4.7.2.3 Mô hình hồi quy cho đường 22.5m
Dùng phần mềm Minitab phân tích hồi quy ta có bảng sau
Hệ số Sai số tiêu chuẩn Trị thống kê t Hằng số 0.43783 0.03915 11.18
Kiểm định chung về tính hồi quy:
Ta tra bảng trị số F k n k , − − 1, α = F 1,11,0.05 = 4.48< F P.29ẻ bỏc bỏ H 0 , vậy cú ớt nhất một hệ số bn khác không Kiểm định cho trị số b với giả thuyết :
Ta cú trị thống kờ t.18 > t n k − − 1, α =t 11,0.05 =1.796ẻ bỏc bỏ giả thuyết H0, ta cú phương trình hồi quy như sau : Y = 0.43783- 0.0011154X
Trong đó : X là lưu lượng xe máy/phút
ÁP DỤNG CHO MẠNG GIAO THÔNG KHU ĐÔ THỊ MỚI TỈNH BÌNH DƯƠNG
Các biểu thức hồi quy và xác định số làn xe
- Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai (viết tắt là N tbnd ) có thứ nguyên xcqđ/nđ (xe con quy đổi/ngày đêm) Lưu lượng này được tham khảo khi chọn cấp thiết kế của đường và tính toán nhiều yếu tố khác
Số làn xe quy đổi là một đại lượng dùng để thiết kế bề rộng đường, chiều rộng một làn xe được xác định theo kết cấu xe và theo bảng xxx ,TCVN 4054 : 2005
Số làn xe được tính theo công thức sau:
Trong đó : lx : n Số làn xe và n lx ≥ 2
N N : Được tính bởi số xe con quy đổi với
N k là lưu lưu lượng thiết kế giờ cao điểm,
Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm trong năm tương lai có thứ nguyênlà xcqđ/h (xe con quy đổi/giờ) Lưu lượng này để chọn và bố trí số làn xe, dự báo chất lượng dòng xe, tổ chức giao thông…
N k có thể tính bằng cách: ắ Khi cú thống kờ, suy từ N tbnd bằng cỏc hệ số khụng đều theo thời gian; ắ Khi cú đủ thống kờ lượng xe giờ trong 1 năm, lấy lưu lượng giờ cao điểm thứ 30 của năm thống kê ắ Khi khụng cú nghiờn cứu đặc biệt dựng N k , = (0,10 - 0,12) N tbnd
N tk là năng lực thông hành thực tế, khi không làm nghiên cứu thực nghiệm có thể lấy theo bảng sau
Bảng 5.1 : Bảng lựa chọn hệ số Ntk
STT Đặc tính đường N tk
1 Khi có dải phân cách giữa phần xe chạy trái chiều và có dải phân cách bên để phân cách ôtô với xe thô sơ
Khi có dải phân cách giữa phần xe chạy trái chiều và không có dải phân cách ôtô với xe thô sơ
3 Khi không có phân cách trái chiều và ôtô chạy chung với xe thô sơ 1000 xe/h/làn
Z : Hệ số sử dụng năng lực thông hành được tra theo bảng sau Bảng 5.2 : Bảng lựa chọn hệ số Z
2 v = 60km h/ 0.55 cho đồng bằng và 0.77 cho vùng núi
(Nguồn : TCVN 4054 : 2005 –Đường ô tô, yêu cầu thiết kế)
5.1.2 Các hàm hồi quy tuyến tính
9 Hàm hồi quy PCU-lưu lượng xe máy cho đường 9m
Y = 1.0356 - 0.00630X 9 Hàm hồi quy PCU-lưu lượng xe máy cho đường 12m
Y = 0.70173 - 0.0031065 X 9 Hàm hồi quy PCU-lưu lượng xe máy cho đường 22.5m
X là lưu lượng xe máy/phút 9 Hàm hồi quy quan hệ lưu lượng bề rộng theo TCVN 4054 : 2005
Q : Là lưu lượng/giờ w : Là bề rộng đường
Xác định lưu lượng tối ưu bằng quy hoạch tuyến tính
Sử dụng phương pháp mặt cắt dòng xe (Flow profile) để khảo sát và thu thập số liệu lưu lượng tại 27 con đường nghiên cứu Kết quả khảo sát từ ngày 08/06/2010 tới ngày 11/06/2010 như trong cột 7, và kết quả tính bề rộng đường như dưới đây
Dùng phần mềm viết bằng VB và thư viện liên kết động của LINDO – LINDO DLL để giải các hàm mục tiêu của bài toán ta có các kết quả như sau:
Bảng 5.3 : Kết quả tính theo phương pháp hồi quy
ST T Cung(arc) Tên đường
Ngày thu thập số liệu
Lưu lượng giờ cao điểm (xe/ph)
Bề rộng cần thêm/bớ t đi(+/-)
1 N01-N02 KOTL5 1.2 9 8/6/10 134.8 2427.1 3 0.186 10.7 1.7 2 N01-N04 NE1 3 9 8/6/10 140.0 2519.7 3 0.154 11.1 2.1 3 N02-N03 KOTL5 5 9 8/6/10 121.5 2186.3 3 0.270 9.6 0.6 4 N03-N06 DT4B 2.5 9 8/6/10 141.1 2540.5 3 0.146 11.2 2.2 5 N04-N05 NT10B 3.5 9 8/6/10 131.5 2367.2 3 0.207 10.4 1.4 6 N04-N08 DT6 4 9 8/6/10 108.6 1955.3 3 0.351 8.6 -0.4 7 N05-N06 NT10B 1.5 9 9/6/10 131.6 2368.4 3 0.207 10.4 1.4 8 N06-N11 NT10B 6 9 9/6/10 156.0 2808.7 3 0.053 12.4 3.4 9 N07-N08 DT4B 5.3 9 9/6/10 160.5 2888.3 3 0.025 12.7 3.7 10 N07-N09 NT9 2.1 9 9/6/10 145.2 2614.1 3 0.121 11.5 2.5 11 N07-N10 DT7 2 9 9/6/10 121.2 2180.7 3 0.272 9.6 0.6 12 N08-N13 DT6 3.6 9 9/6/10 132.0 2376.2 3 0.204 10.5 1.5 13 N08-N18 NT9 1.8 9 10/6/10 154.8 2786.7 3 0.060 12.3 3.3 14 N10-N12 DT4B 6 9 10/6/10 149.1 2683.8 3 0.096 11.8 2.8 15 N10-N13 HT2A 2.1 9 10/6/10 128.2 2307.6 3 0.228 10.2 1.2 16 N11-N14 NE6 6 12 10/6/10 182.3 3281.3 4 0.135 14.9 2.9 17 N11-N12 NA7 4.2 12 10/6/10 191.0 3437.1 4 0.109 15.6 3.6 18 N13-N17 NH2 3.5 12 10/6/10 193.0 3474.1 4 0.102 15.8 3.8 19 N13-N18 DT4B 2.8 12 10/6/10 188.9 3399.9 4 0.115 15.5 3.5 20 N16-N17 XT1A 5 12 10/6/10 191.4 3445.5 4 0.107 15.7 3.7 21 N16-N15 DT4B 3.5 12 10/6/10 191.0 3437.1 4 0.109 15.6 3.6 22 N14-N15 NA7 4.8 12 11/6/10 184.9 3327.6 4 0.127 15.1 3.1 23 N12-N17 NE8 5.5 22.5 11/6/10 221.4 3984.7 5 0.191 18.1 -4.4 24 N12-N14 NE7 6.3 22.5 11/6/10 203.5 3663.0 5 0.175 16.7 -5.9 25 N02-N05 TẠO
5.3 Kết quả mô phỏng kiểm chứng
Bảng 5.4 : Kết quả mô phỏng
STT Cung(arc) Tên đường Chiều dài
Lưu lượng xe máy ra cực đại (xe/phút)
Lưu lượng xe hơi ra cực đại (xe/phút)
Số làn xe Hệ số
PCU Bề rộng cần thiết
Bề rộng cần thêm/bớt đi(+/-)
1 N01-N02 KOTL5 1.2 9 127.80 8.70 3.00 0.23 14.89 5.89 2 N01-N04 NE1 3 9 124.90 8.50 3.00 0.25 14.69 5.69 3 N02-N03 KOTL5 5 9 126.20 8.90 3.00 0.24 14.80 5.80 4 N03-N06 DT4B 2.5 9 127.30 9.10 3.00 0.23 14.88 5.88 5 N04-N05 NT10B 3.5 9 125.80 8.60 3.00 0.24 14.76 5.76 6 N04-N08 DT6 4 9 125.80 8.70 3.00 0.24 14.76 5.76 7 N05-N06 NT10B 1.5 9 125.60 8.80 3.00 0.24 14.76 5.76 8 N06-N11 NT10B 6 9 120.70 8.90 3.00 0.28 14.45 5.45 9 N07-N08 DT4B 5.3 9 123.80 8.70 3.00 0.26 14.64 5.64 10 N07-N09 NT9 2.1 9 123.00 8.70 3.00 0.26 14.59 5.59 11 N07-N10 DT7 2 9 123.00 8.40 3.00 0.26 14.57 5.57 12 N08-N13 DT6 3.6 9 124.00 9.00 3.00 0.25 14.67 5.67 13 N08-N18 NT9 1.8 9 123.50 8.50 3.00 0.26 14.61 5.61 14 N10-N12 DT4B 6 9 120.70 8.60 3.00 0.28 14.44 5.44 15 N10-N13 HT2A 2.1 9 123.00 8.90 3.00 0.26 14.60 5.60 16 N11-N14 NE6 6 12 187.20 13.10 4.00 0.12 18.91 6.91 17 N11-N12 NA7 4.2 12 187.50 13.40 4.00 0.12 18.95 6.95 18 N13-N17 NH2 3.5 12 185.00 12.90 4.00 0.13 18.76 6.76 19 N13-N18 DT4B 2.8 12 187.70 13.60 4.00 0.12 18.97 6.97 20 N16-N17 XT1A 5 12 188.00 14.10 4.00 0.12 19.02 7.02 21 N16-N15 DT4B 3.5 12 189.10 13.60 4.00 0.11 19.06 7.06 22 N14-N15 NA7 4.8 12 187.10 12.80 4.00 0.12 18.88 6.88 23 N12-N17 NE8 5.5 22.5 218.30 15.20 5.00 0.19 21.00 -1.50 24 N12-N14 NE7 6.3 22.5 217.80 15.70 5.00 0.19 21.00 -1.50
5.4 Phân tích đánh giá kết quả
5.4.1 Phân tích kết quả hiện tại
Từ kết quả trong bảng tính giá trị PCU và đề xuất ra bề rộng đường bằng mô hình hồi quy ta có các con đường có bề rộng 9m cần mở rộng thêm so với thực tế từ 1.1m tới 5.9m, các con đường có bề rộng 12m cần mở rộng thêm từ 5.4m tới 6.4m, các con đường có bề rộng 22.5m vẫn chưa khai thác hết khả năng phục vụ và chưa cần mở rộng
Mặt khác kết quả do mô phỏng cho ta kết luận như sau:
Các con đường có bề rộng 9m cần mở rộng thêm từ 5.4m tới 5.9m, các con đường có bề rộng 12m cần mở rộng thêm 7m so với thực tế và các con đường có bề rộng 22.5m vẫn chưa khai thác hết khả năng phục vụ
Như vậy kết quả có tính tới tối ưu thu được cho ta kết quả sát với thực tế hơn
Phân tích đánh giá kết quả
Với mục tiêu của đề tài là tối ưu dòng lưu lượng giao thông Đây là một trong những hướng nghiên cứu chính trên thế giới trong nghiên cứu quy hoạch giao thông vì xu hướng phát triển của xã hội trong tương lai là sẽ tăng số lượng xe con và các phương tiện vận chuyển công cộng như xe bus Đặc trưng của giao thông tại Việt Nam là số người sử dụng phương tiện di chuyển là xe máy chiếm tỷ lệ rất lớn chiếm 90.8% ở các thành phố lớn và trên 85% ở các vùng khác Do đó đề tài chỉ tập trung nghiên cứu quy đổi xe máy ra xe con
Luận văn đã xây dựng được mô hình hồi quy cho quy đổi xe máy tại tỉnh Bình Dương, đồng thời xây dựng mô hình hồi quy giữa lưu lượng và bề rộng dùng trong thiết kế đường giao thông đô thị Luận văn cũng hoàn thành xây dựng mô hình mạng và mô hình quy hoạch tuyến tính cho khu vực nghiên cứu, đồng thời xây dựng và phát triển được phần mềm sử dụng thư viện liên kết động và lập trình Visual Basic để tự động hóa quá trình giải bài toán quy hoạch tuyến tính
Hoàn thành thu thập số liệu, phân tích kiểm định để chạy mô hình tính toán dòng lưu lượng tối ưu và áp dụng mô hình hồi quy tính toán bề rộng các tuyến đường nghiên cứu.Tìm hiểu các nghiên cứu liên quan và các lý thuyết về tương quan hồi quy, lý thuyết mạng và quy hoạch tuyến tính Đề tài đã chỉ ra việc hoàn toàn có thể áp dụng lý thuyết mạng và lý thuyết tối ưu hóa tuyến tính trong tính toán tối ưu thiết kế đường giao thông đô thị
Hiện nay tính toán tối ưu cho việc thiết kế đường chưa được quan tâm nhiều và cũng chưa có nhiều những nghiên cứu khoa học cho vấn đề này được áp dụng, mà xây dựng đường giao thông đô thị chủ yếu là phát triển dựa trên các tuyến đường hiện có và nếu có phát triển mới cũng không để ý tới các dự báo và xu hướng phát triển giao thông trong tương lai Do đó dẫn đến việc giao thông ở Việt Nam hết sức hỗn độn và tiêu tốn một lượng lớn tiền ước tính khoảng 1.07 tỷ USD hàng năm(theo số liệu báo cáo của ngân hàng phát triển châu á - ADB), vì vậy:
- Trong tương lai rất cần những nghiên cứu và sự quan tâm của các nhà khoa học nghiên cứu trong lĩnh vực quy hoạch giao thông đô thị.
