nghiên cứu tối ưu hóa dòng xe trong giao thông của tp.hcm

Trang 1 BÁO CÁO CUỐI KỲ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA DÒNG XE TRONG GIAO THÔNG TẠI TP. HCM Chủ nhiệm: PGS. TS Hồ Thanh Phong, Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. Thành viên: 1. Th.S. Nguyễn Văn Chung, BM Kỹ Thuật Hệ Thống Công Nghiệp, ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM. 2. Th.S. Trần Văn Sƣ Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. 3. Th.S. Hồ Doãn Quốc Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. 4. Th.S. Trƣờng Bá Huy Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. 5. Th.S. Bùi Phạm Lan Phƣơng Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. 6. TS. Nguyễn Đình Uyên Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. 7. TS. Hoàng Tuấn Anh Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. 8. Th.S. Trần Thị Thanh Nguyên Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. 9. Th.S. Võ Minh Thạnh Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. 10.KS. Nguyễn Ngọc Trọng Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. Trang 2 TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đề tài ―Nghiên cứu tối ƣu hóa dòng xe giao thông tại TP.HCM‖ nhằm xây dựng một công cụ hỗ trợ ra quyết định cho ngƣời quản lý để đánh giá các phƣơng án kiểm soát và đầu tƣ vào hệ thống giao thông nội thành. Đề tài này là sự phát triển mở rộng từ hai đề tài của cùng tác giả: "Ứng dụng kỹ thuật mô phỏng và tối ƣu vào việc nghiên cứu giao thông ở TP. HCM" (năm 1999) và "Các biện pháp trƣớc mắt giảm kẹt xe ở TP.HCM" (năm 2003). Kỹ thuật mô phỏng đã đƣợc xử dụng trong đề tài, nhằm khảo sát và thực hiện mô phỏng một mạng giao thông có nhiều nút, từ đó xác định đƣợc trạng thái của mạng giao thông qua các thông số đặc trƣng nhƣ lƣu lƣợng, mật độ và vận tốc trung bình… của các phƣơng tiện giao thông. Với cách tiếp cận dùng kỹ thuật mô phỏng, mô hình của đề tài đã giúp nghiên cứu đƣợc một hệ thống giao thông phức tạp vốn bao gồm rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên và hàm chứa nhiều mối liên kết. Đề tài cũng xây dựng, áp dụng cách phối hợp tín hiệu đèn sao cho trong mạng có ít điểm kẹt xe nhất, lƣu lƣợng xe qua mạng cao nhất, thời gian các xe lƣu thông trong mạng ít nhất. Đề tài đề xuất đến việc ứng dụng mô hình mô phỏng để khảo sát việc điều khiển đèn giao thông thông minh, xây dựng "Hệ thống cảnh báo và điều khiển giao thông", có thể ghi nhận và xử lý điều khiển giao thông tƣơng đối thông minh, có khả năng báo kẹt xe trong phạm vi rộng thông qua kỹ thuật nhận dạng bằng hình ảnh, kỹ thuật truyền tin cho ngƣời tham gia giao thông. Ngoài ra, đề tài đề xuất xây dựng các mô hình toán để mô phỏng các trạng thái giao thông đặc trƣng của hiện trạng giao thông Việt Nam, cụ thể là thành phố Hồ Chí Minh. Đề tài đã đề xuất một cách tiếp cận cho giải pháp vấn đề giao thông bằng công cụ mô phỏng vi mô và giải pháp giao thông thông minh. Trang 3 SUMMARY OF RESEARCH CONTENT Project "Optimization of vehicle traffic in Vietnam" has built a tool to support decision makers evaluating the traffic control plans and investment in urban transport systems. This topic was developed from two previous projects of the same author: "Application of simulation and optimization to the study of traffic in Hochiminh city" (1999) and "The immediate measures to reduce traffic congestion in Hochiminh city "(2003). Simulation was used in the project to examine and implement a network traffic simulation with multiple nodes, then to determine the status of network traffic through characteristic parameters such as traffic flow, density and the average velocity of the vehicles. With this approach, the model helped researchers or managers to study a complex traffic system which includes a lot of random factors and contain multiple links. This study has also built, and applied a combination of traffic lights so that the network has the least congestion, the most traffic flow, and the least time of vehicle in the network. The project initiated the application of the proposed simulation model to investigate the smart traffic light controller, to develop "The warning and traffic control system", which can monitor, control traffic, report traffic jam by using image recognition technique and sending guiding information to commuters. In addition, the study proposed the building of mathematical models to simulate the traffic which is relevant to conditions in Vietnam, particularly in Hochiminh city. The study suggested an approach to traffic problems in the micro-simulation tools and solutions for intelligent traffic. Trang 4 MỤC LỤC  PHẦN MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG 1 - GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ 12 1.1 GIỚI THIỆU 12 1.2. VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 18 1.3. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 20 1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 20 CHƢƠNG 2 - PHÂN TÍCH HỆ THỐNG GIAO THÔNG 21 2.1. ĐẶC TÍNH LƢU LƢỢNG 21 2.1.1. Thời gian giữa 2 xe (Time headway) 21 2.1.2 Lƣu lƣợng 22 2.1.3. Phép đo lƣu lƣợng 23 2.2. ĐẶC TÍNH VẬN TỐC 24 2.2.1. Vận tốc vi mô 24 2.2.2. Vận tốc vĩ mô 25 2.2.3. Phép đo vận tốc 26 2.3. ĐẶC TÍNH MẬT ĐỘ 27 2.3.1. Khoảng cách đầu xe ( Distance headway) 27 2.3.3. Phép đo mật độ 29 2.4. VẤN ĐỀ TẮC NGHẼN 30 2.4.1. Hiện tƣợng tắc nghẽn giao thông 30 2.4.2. Các đại lƣợng liên quan đến tắc nghẽn giao thông: 30 2.4.3. Hệ số tắc nghẽn và cách xác định: 30 CHƢƠNG 3 - MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIAO THÔNG 33 3.1. CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG GIAO THÔNG 33 3.1.1. Hệ thống đƣờng 33 Trang 5 3.1.2. Phƣơng tiện giao thông 34 3.1.3 Ngƣời lái xe 35 3.1.4. Hệ thống điều khiển 36 3.2. CÁC MÔ HÌNH CỦA HTGT 38 3.2.1. Mô hình gia tốc 38 3.2.2. Mô hình chuyển làn 39 3.2.3. Mô hình chuyển hƣớng 40 3.2.4. - Mô hình dừng – chạy 41 3.2.5. Mô hình tranh chấp 41 CHƢƠNG 4 - PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 44 4.1. MỤC TIÊU 44 4.2. PHÂN TÍCH : 45 4.2.1. Chi tiết 45 4.2.2. Các mô hình toán 46 4.3. PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 47 4.4. THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU 48 4.4.1. Thông số vật lý của hệ thống: 48 4.4.2. Thông số cấu hình mô phỏng : 49 4.4.3. Trạng thái hệ thống : 49 4.4.4. Tập tin Amination 50 4.5. DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CHO CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 50 4.5.1. Dữ liệu đầu vào cho chƣơng trình mô phỏng: 50 4.5.2 Phƣơng pháp thu thập số liệu: 51 CHƢƠNG 5 - CÁC THUẬT TOÁN TỐI ƢU MẠNG 52 5.1. THUẬT TOÁN ĐƢỜNG ĐI NGẮN NHẤT 52 Thuật toán của Dijkstra 52 Trang 6 Thuật toán của Floyd 52 5.2. MÔ HÌNH DÒNG LỚN NHẤT 55 CHƢƠNG 6 - MỘT TRƢỜNG HỢP NGHIÊN CỨU 58 6.1. GIỚI THIỆU 58 6.2. CÁC THÔNG SỐ GIAO THÔNG 60 6.3 MÔ TẢ CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MẠNG GIAO THÔNG 60 6.3.1 Chƣơng trình Road Structuring 61 6.3.2 Chƣơng trình Simulation 62 CHƢƠNG 7 – CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA HỆ THỐNG 64 7.1. ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU ĐÈN GIAO THÔNG 64 7.1.1. Giải thuật điều khiển đèn 64 7.1.2 Thực hiện mô phỏng với tín hiệu đèn đƣợc điều khiển 66 7.1.3 Kết luận 73 7.2. XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO TÌNH TRẠNG GIAO THÔNG 73 7.2.1 Hệ thống thiết bị giám sát tại nút giao thông 74 7.2.2. Hệ thống trung tâm điều hành 77 7.2.3. Hệ thống mạng truyền dữ liệu 79 7.3. GIẢI PHÁP CAMERA CHO HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH 79 7.3.1. Hệ thống camera giao thông 79 7.3.2 Phƣơng pháp xử lý video giao thông 82 7.3.3. Phần mềm và kết quả 88 CHƢƠNG 8 - KẾT LUẬN 90 PHỤ LỤC A - THAM SỐ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 94 PHỤ LỤC B - BẢNG SỐ LIỆU THU THẬP 96 PHỤ LỤC C - MÃ NGUỒN CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 105 Trang 7 DANH SÁCH HÌNH VẼ  1- Các trục giao thông chính trong nội thành 15 2 - Các hướng di chuyển chính của phương tiện giao thông 16 3 - Bức tranh giao thông 2010 17 4 - Các loại nghiên cứu về giao thông thích hợp và sự tương tác của chúng . 18 5 - Dùng cảm biến để đo khoảng cách thời gian 23 6 - Dùng cảm biến đếm để đo lưu lượng 24 7 - Đo mật độ xe 31 H 8 - Cách phân chia làn phụ 33 9 - Mô tả phản ứng của người lái xe với tín hiệu đèn 37 10 - Mô hình gia tốc 38 11 - Mô tả việc chuyển làn 39 12 - Động tác chuyển làn xe khi xe chạy 39 13 - Mô hình chuyển hướng 40 14 - Mô hình tranh chấp dừng – chạy từ hai hướng ngược nhau 41 15 - Vùng tranh chấp từ hai nhánh khác nhau 42 16 - Trường hợp khác của tranh chấp xe từ hai hướng vuông góc 42 17 - Trường hợp khác của tranh chấp xe từ hai hưống vuông góc (tt) 43 18 - Quy tắc quẹo tại giao lộ 44 19 - DFD cấp 0 47 20 - Lưu đồ phần mềm 48 21 - Quan hệ dữ liệu trong tập tin Animation 50 22 - Mô hình mạng 3 điểm 53 23 - Bước k trong mô hình mạng 3 điểm 54 Trang 8 24 – Mô hình dòng lớn nhất 55 25 - Sơ đồ mạng dòng chảy trong bài toán maximum flow 57 26- Bản đồ mạng giao thông cho trường hợp nghiên cứu 58 27 - Mô hình mạng logic của khu vực nghiên cứu 59 28 - Mô tả dòng dữ liệu trong hệ thống chương trình Simulation for Traffic . 61 29 - Nhập mạng giao thông được nghiên cứu vào chương trình mô phỏng 62 30 - Vùng tranh chấp và hệ thống đường vào vùng tranh chấp 65 31 - Sơ đồ giải thuật đìều khiển đèn 65 32 - Mô tả diện tích chiếm chỗ 66 33 - Hình ảnh mô phỏng tại thời điểm 600 giây cho trường hợp không điều khiển 67 34 - Hình ảnh cho trường hợp có điều khiển đèn tại 600 giây 68 35 - Tỷ lệ chiếm chỗ 69 36 - Số xe vào ra vùng tranh chấp 69 37 - Thời điểm khoảng 450 giây của mô phỏng 70 38 - Biểu đồ mật độ theo thời gian 71 39 - Kết quả mô phỏng tại thời điểm 455 giây 72 40 - Biểu đồ số xe vào ra vùng tranh chấp 73 41 - Sơ đồ khối tổng quát hệ thống 74 42 - Minh họa cảm biến nhân công 76 43 - Sơ đồ khối handy sensor 76 44 - Sơ đồ khối biển báo 77 h 45 - Trung tâm điều hành 77 46 - Thành phần xe tham gia giao thông ở Tp.HCM 79 47 - Hệ thống camera giám sát giao thông tại Tp.HCM 80 48 - Hệ thống camera IP (Brickcom) 81 Trang 9 49 - Trung tâm điều khiển giao thông với bản đồ GIS và hệ thống xử lý camera thông minh 82 50 - Tiền xử lý ảnh để lọc bỏ nhiễu 82 51 - Xác định tự động giải phân cách sau 900 frame ảnh (30 giây) 83 52 - Tìm kiếm vector chuyển động 84 53 - Block matching và xác định vector chuyển động 84 54 - Adaptive block matching 85 55 - Kết quả tính toán motion vector trong vùng chính 86 56 - Kết quả canny edge detection 87 57 - Fuzzy Logic với đầu vào là mật độ giao thông và vận tốc trung bình 87 58 - Kết quả thử nghiệm thu hình và phân tích tại ngã tư Thủ Đức 88 59 - Hệ thống camera WiMAX và máy tính trung tâm xử lý camera 89 Trang 10 DANH SÁCH BẢNG BIỂU  1 - Phân bố lượt đi của người dân thành phố năm 1996 13 2 - So sánh lượng xe đếm được qua các trục chính năm 1995 và 1996 13 3 - Ước lượng lượt đi lại giữa nơi đi và nơi đến trong cụm đô thị 14 4 - Bảng phân nhóm xe theo đặc tính 35 5 - Thuộc tính gia tốc của phương tiện giao thông 35 6 - Đặc tính của người lái xe 36 7 - Bảng thuộc tính kỹ thuật và các thông số vật lý 45 8 - Các tuyến đường trong mạng nghiên cứu 58 9 - Kết quả khi áp dụng và không áp dụng giải thuật điều khiển 66 10 - Giá trị khảo sát cho trường hợp không áp dụng giải thuật điều khiển đèn 68 11- Kết quả trường hợp có điều khiển 70 12 - Chỉ số tốc độ làn xe (kmi) 94 13 - Bảng phân nhóm xe theo đặc tính 94 14 - Bảng thuộc tính gia tốc của phương tiện giao thông 94 15 - Bảng đặc tính của người lái xe 95 16 - Bảng hệ số  ,  ,  95 17 - Bảng số liệu phát xe (xe/phút) trên các lane của các tuyến đường trong mạng nghiên cứu 96 [...]... gian các xe lƣu thông trong mạng ít nhất Trong nghiên cứu này, tác giả có đề cập đến việc ứng dụng mô hình mô phỏng để khảo sát việc điều khiển đèn giao thông thông minh, xây dựng "Hệ thống cảnh báo và điều khiển giao thông" , có thể ghi nhận và xử lý điều khiển giao thông tƣơng đối thông minh, có khả năng báo kẹt xe trong phạm vi rộng Nó là sự tiếp nối của đề tài "Ứng dụng kỹ thuật mô phỏng và tối ƣu... hình giao thông - Đề ra giải pháp giải pháp tối ƣu hóa hệ thống: giải pháp điều khiển tối ƣu đèn giao thông, giải pháp thông báo tình trạng giao thông, giải pháp dự báo và cảnh báo giao thông Trang 20 CHƢƠNG 2 - PHÂN TÍCH HỆ THỐNG GIAO THÔNG 2.1 ĐẶC TÍNH LƢU LƢỢNG 2.1.1 Thời gian giữa 2 xe (Time headway) Thời gian giữa 2 xe đƣợc định nghĩa là khoảng cách giữa thời gian đến một mốc cố định của 2 xe, và... các biện pháp cho vấn đề tối ƣu hóa hệ thống giao thông thành phố bao gồm: mô phỏng và tối ƣu hóa dòng xe với mục tiêu cực tiểu hóa tình trạng ùn tắc, thu thập cung cấp thông tin kẹt xe trên các phƣơng tiện truyền tin, xử lý tín hiệu video bằng kỹ thuật nhận dạng phục vụ việc đánh giá tình trạng giao thông 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Xây dựng các mô hình toán mô tả hệ thống giao thông, qua đó phát triển... ra giải pháp giải pháp tối ƣu hóa hệ thống: giải pháp điều khiển tối ƣu đèn giao thông, giải pháp thông báo tình trạng giao thông, giải pháp dự báo và cảnh báo giao thông 4 Sản phẩm của đề tài: - Chƣơng trình mô phỏng giao thông - Giải thuật tối ƣu đèn tín hiệu giao thông - Giải pháp camera và hệ thống tin nhắn cho hệ thống giao thông thông minh Trang 11 CHƢƠNG 1 - GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ 1.1 GIỚI THIỆU Thành... chiều dài xe n+1 xn : vị trí của xe thứ n xn+1 : vị trí xe n+1 xn+1 : vận tốc xe n+1 ( km/giờ) 2.3.2 Mật độ Mật độ là số lƣợng xe chiếm chỗ trên một đơn vị chiều dài trong một làn xe Mật độ giao thông thay đổi từ zero (chƣa có xe nào ) đến lúc đạt đến trạng thái nghẽn buộc phải dừng lại Giới hạn tối đa tùy thuộc vào chiều dài của xe Quan hệ giữa mật độ giao thông và trị trung bình khoảng cách đầu xe (distance... thành phố có thêm 1.129 xe gắn máy và 117 xe ô tô đăng ký mới Hiện tổng phƣơng tiện giao thông của thành phố là hơn 5 triệu chiếc (gần 5 triệu xe gắn máy và trên 400.000 xe ô tô) Số xe gắn máy và ô tô này nếu đem so với diện tích mặt đƣờng và dân số của TP.HCM thì tốc độ tăng của phƣơng tiện giao thông cá nhân hiện đang ở mức không thể kiểm soát Trang 14 1- Các trục giao thông chính trong nội thành Trang... Study) Nghiên cứu Vi mô (Microscopic Study) Hệ thống giao thông Các quyết định Vĩ mô (Macroscopic Decision) Các quyết định Vi mô (Microscopic Decision) 4 - Các loại nghiên cứu về giao thông thích hợp và sự tương tác của chúng Cho đến nay, phần lớn các nghiên cứu về giao thông ở Việt Nam tập trung vào lĩnh vực Vĩ mô (Macroscopic study) Loại nghiên cứu này hoàn toàn thích hợp khi nhìn ở phạm vi lớn, nghiên. .. phần và hành vi của các đối tƣợng trong mô hình Tác giả cũng đã phát triển mô hình của nhóm trên nền tảng của Petri Net Việc phát triển và sử dụng các phần mềm mô phỏng giao thông vi mô rất thiết thực trong việc khảo sát hành vi của các đối tƣợng tham gia giao thông trong một số tình huống cụ thể tại các giao lộ hay một mạng giao thông nhỏ Tác giả Kok Khiang Tan và các cộng sự đã nghiên cứu mô hình điều... khiển đèn thông minh dựa trên lý thuyết mờ; hay tác giả Daniel Krajzewicz và các cộng sự đã phát triển và mô phỏng giải thuật điều khiển đèn trên phần mềm mô phỏng giao thông nguồn mở SUMO Nghiên cứu tối ƣu hóa dòng xe tại TP.HCM" nhằm khảo sát và thực hiện mô phỏng một mạng giao thông có nhiều nút giao, đề xuất cách phối hợp tín hiệu đèn sao cho trong mạng có ít điểm kẹt xe nhất, lƣu lƣợng xe qua mạng... vdesign : vận tốc thiết kế Các tham số mô hình xem ở phần phụ lục A 3.1.2 Phƣơng tiện giao thông Phƣơng tiện giao thông trên đƣờng phố hiện nay bao gồm các loại xe sau: 1 Xe đạp 2 Xích lô, ba-gác 3 Xe hai bánh gắn máy 4 Xe ba bánh gắn máy 5 Xe con (4 chỗ ngồi) 6 Xe tải nhẹ 7 Xe tải nặng 8 Xe khách 9 Xe bus Các đặc tính của phƣơng tiện bao gồm:  Kích thƣớc xe  Vận tốc cực đại Vmax  Gia tốc cực đại a+max . phát xe (xe/ phút) trên các lane của các tuyến đường trong mạng nghiên cứu 96 Trang 11 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tên đề tài: Nghiên cứu tối ƣu hóa dòng xe trong giao thông tại Tp. HCM. . Trang 1 BÁO CÁO CUỐI KỲ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA DÒNG XE TRONG GIAO THÔNG TẠI TP. HCM Chủ nhiệm: PGS. TS Hồ Thanh Phong, Trƣờng ĐH Quốc Tế – ĐHQG TP. HCM. Thành viên: 1. Th.S. Nguyễn. 1- Các trục giao thông chính trong nội thành 15 2 - Các hướng di chuyển chính của phương tiện giao thông 16 3 - Bức tranh giao thông 2010 17 4 - Các loại nghiên cứu về giao thông thích hợp