Nghiên cứu đánh giá và xây dựng mô hình thay đổi hướng đi qua nút giao thông cùng mức ở Hà Nội

Trong thời gian qua ở Hà Nội, rất nhiều nút giao cùng mức đã được tổ chức giao thông theo cách thay đổi hướng đi của một số hướng chỉnh qua nút, mà cách gọi đơn giản là bịt nút, nhằm tăng khả năng thông qua của nút. Sự thay đổi này đã phát huy hiệu quả ở một số nút nhưng cũng gây ra kết quả ngược lại ở một số vị trí. Chính sự khác biệt này đã khiến cho nhiều ý kiến khác nhau xuất hiện xung quanh vấn đề trên, và một điều đặc biệt là, hầu hết các ý kiến chưa đưa ra được kết quả tính toán cụ thể nào để chúng tỏ cho những luận điểm của mình.

Chương I:Đặt vấn đề

Trong thời gian qua ở Hà Nội, rất nhiều nút giao cùng mức đã được tổ chức giaothông theo cách thay đổi hướng đi của một số hướng chỉnh qua nút, mà cách gọi đơngiản là bịt nút, nhằm tăng khả năng thông qua của nút Sự thay đổi này đã phát huyhiệu quả ở một số nút nhưng cũng gây ra kết quả ngược lại ở một số vị trí Chính sựkhác biệt này đã khiến cho nhiều ý kiến khác nhau xuất hiện xung quanh vấn đề trên,

và một điều đặc biệt là, hầu hết các ý kiến chưa đưa ra được kết quả tính toán cụ thểnào để chúng tỏ cho những luận điểm của mình

Có thể thấy rằng, việc tính toán khả năng thông hành của nút giao cùng mứckhông hề đơn giản, nhất là đối với dòng xe hỗn hợp Giải pháp bịt nút đã chuyển từmột nút giao thông thường thành một hệ thống nhiều nút giao liên hệ chặt chẽ vớinhau trong một phạm vi hẹp, nên sự tác động giữa các nút nhỏ được hình thành từgiải pháp bịt nút này tương tác lên nhau khiến cho việc tính toán theo cách thôngthường rất khó thực hiện

Phương pháp mô phỏng được biết đến như một giải pháp hữu hiệu để giải quyếtcác bài toán mang tính cụ bộ nhưng có độ phức tạp cao.Đối chiếu với điều kiện thực

tế tại nút trước và sau khi bịt lại, thì có thể thấy độ phức tạp ở đây đạt mức cao và chỉ

có thể giải quyết được với mức độ chính xác chấp nhận được bằng phương pháp mô

Do dòng xe qua nút giao là một dòng gồm nhiều loại xe, do đó để đơn giản hóaquá trình tính toán, người ta thực hiện việc quy đổi xe Trong trường hợp nghiên cứunày, do công cụ mô phỏng không cho phép biểu diễn xe máy nên phải quy đổi xemáy về xe con, còn các loại xe ô tô khác vẫn giữ nguyên đặc tính như khảo sát.

Cấu tạo hình học của nút giao trên thực tế, sau một số lần cải tạo, có cấu tạo kháphức tạp, do đó bắt buộc phải thực hiện việc mô hình hóa lại nút giao theo mô hình

mà công cụ mô phỏng có thể chấp nhận được

Một yếu tố đặc trưng cho giải pháp mô phỏng là tính cục bộ của nó, tức là nó chỉ phùhợp với từng trường hợp cụ thể, do đó việc nghiên cứu phải được tính hành đối vớitrường hợp cụ thể, trong đề tài này, đối tượng nghiên cứu được chọn là nút giaoNguyễn Chí Thanh – Đường Láng – Trần Duy Hưng Để có thể triển khai nghiêncứu, bắt buộc phải tiến hành khảo sát thực tế, bao gồm đo vẽ cấu tạo hình học nút vàthu thập số liệu về dòng xe qua nút theo tất cả các hướng Từ dữ liệu này sẽ tiến hành

mô phỏng để đánh giá hiệu quả của việc thay đổi cách tổ chức giao thông qua nút với

2 trường hợp mô phỏng là mô hình nút chưa bịt và mô hình nút đã bịt

Đối tượng nghiên cứu ở đây là phương pháp mô phỏng, dòng xe qua nút, khảnăng thông hành của nút và nút giao Nguyễn Chí Thanh – Đường Láng – Trần DuyHưng

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong đề tài này là kết hợp giữa nghiêncứu lý thuyết và khảo sát thực tế

Mục tiêu nghiên cứu là đưa ra được số liệu tính toán cụ thể về khả năng thôngqua của nút cũng như một số các số liệu khác tương ứng với 2 trường hợp là đã bịt vàchưa bịt nút.

1) Khái niệm khả năng thông hành của nút giao thông.

Khả năng thông hành của một nút giao thông cùng mức là số lượng

xe lớn nhất có thể thông qua nút của một làn xe hoặc một nhóm làn xe trong một đơn vị thời gian (giờ) dưới một chất lượng dòng xe nhất định

2) Tính toán khả năng thông hành của nút giao thông.

Tính toán khả năng thông hành của nút giao thông nhằm xác địnhnăng lực làm

của phương án nút được xây dựng mới hay cải tạo Năng lực thông hànhcủa nút là cơ sở để quyết định các chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế nút như địnhkích thước hình học, số làn xe và bề rộng phần xe chạy trong nút… Nó là

một chỉ tiêu khai thác quan trong để đánh giá hiệu quả phương án nút lựachọn.

Khi tính toán khả năng thông hành của nút cần phân biệt cáctrường hợp nút không có đèn điều khiển và có đèn điều khiển, loại giaothông cùng mức hay khác mức, loại vòng xuyến hay ngã ba, ngã tư…

3) Khả năng thông hành của một nút giao thông và công thức

chung.

Là số lượng xe lớn nhất có thể thông qua nút theo tất cả các hướngtrong một đơn vị thời gianthông thường đơn vị thời gian thường đượcchọn là 1 giờ (giờ cao điểm)

Khả năng thông xe của nút phụ thuộc vào nhiều nhân tố như: cấutạo của nút, tốc độ xe chạy trong nút, giải pháp tổ chức giao thông; tìnhhình mặt đường, thành phần và lưu lượng xe chạy theo các hướng chính,phụ; tỉ lệ các dòng rẽ trái, rẽ phải

4) Các phương pháp tính toán khả năng thông hành của nút giao thông.

 Công thức tính toán khả năng thông hành của nút giao của 2 đường cùng cấp.

Với phương pháp 1:

 Khả năng thông xe của một đường có 2 làn xe vào nút:

N đ= t 7200

1 +t2+t3+∆ t

Trong đó: t1 – thời gian phản ứng tâm lý của lái xe

t2– thời gian lái xe gài số đầu

t3 – thời gian lái xe cho tăng tốc độ ban đầu

∑N đ i – Khả năng thông xe của tất cả các đường vào nút.

F – Diện tích nút giao thông, m2

Với phương pháp 3:

Khả năng thông hành của mỗi đường là một hàm, hàm này lại phụthuộc vào lượng giao thông các đường dẫn khác.Các ham số trongcông thức dưới đây được kí hiệu trên sơ đồ hình bên

Khả năng thông hành được xác định theo công thức:

L S – số lần xe trên đường dẫn đang xét;

L0 – số làn xe trên đường dẫn đối diện;

LT P0- tỷ lệ lưu lượng xe rẽ trái trên đường dẫn đối diện sơ với lưu lượng trên đường dẫn đối diện;

RT P0 – tỷ lệ lưu lượng xe rẽ phải trên đường dẫn đối diện;

LT P c – tỷ lệ xe rẽ trái ở các đường dẫn xung đột;

LT P c – tỷ lệ xe rẽ phải ở các đường dẫn xung đột;

Chương III: Xây dựng mô hình mô phỏng

1.Giới thiệu chung về mô phỏng

Mô phỏng là việc mô tả lại một quá trình, hệ thống nào đó trong thực tếthông qua một quá trình hay hệ thống khác, có thể là với qui mô khác, cóthể là ảo trên môi trường máy tính

Mô phỏng giao thông đã có từ rất sớm, vào những năm 1960 và 1970.Cho đến nay, các mô hình mô phỏng (hay các phần mềm mô phỏng) đã

có những bước tiến vượt bậc và đang được áp dụng rộng rãi, nhất là ở cácnước phát triển và đã thể hiện được vai trò nổi bật của mình trong các vấn

đề về quản lý và quy hoạch giao thông Các mô hình mô phỏng nhìnchung đi theo 2 hướng lớn: mô hình mô phỏng vĩ mô và mô hình môphỏng vi mô

Mô hình mô phỏng vĩ mô: coi các phương tiện giao thông như là dòng,hoạt động có quy luật, cũng giống như phương pháp cổ điển, nhưng thêmvào đó là rất nhiều yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của dònggiao thông được biểu diễn thông qua các phương trình vi phân và đượctính toán với sự trợ giúp của máy tính điện tử Mô hình mô phỏng vĩ mô,

một khi đã được hoàn thành có thể được áp dụng nhanh chóng trong thựctiễn, thích hợp cho mục đích quản lý toàn mạng lưới giao thông với yêucầu về độ chính chính xác không quá khắt khe.

Mô hình mô phỏng vi mô: các phương tiện giao thông được xem xét như

là từng thực thể trong dòng giao thông, có tương tác với các đối tượngkhác trong dòng giao thông và chịu sự chi phối của các điều kiện về chấtlượng, yếu tố hình học,… của tuyến đường Loại mô hình này có độchính xác rất cao, có thể mô tả gần đúng với quá trình giao thông thựctế.Tuy nhiên, để xây dựng hoàn chỉnh mô hình này, cần tốn rất nhiều thờigian, nhân lực và đầu tư tài chính.Ngoài ra, cần phải có hệ thống máy tính

đủ mạnh để thực hiện mô hình này Tuy nhiên, xu thế hiện nay trên thếgiới đang dần chuyển sang loại mô hình này, bởi ưu điểm về khả năngtính toán với độ chính xác cao, cũng như các kết quả xuất đa dạng, đápứng cho các nhu cầu nghiên cứu khác nhau Bên cạnh đó, với sự pháttriển của ngành công nghiệp phần cứng máy tính thì hạn chế về tốc độtính toán là điều không đáng lo ngại

2.Điều tra và nghiên cứu thực tế giao thông trong nút.

 Nghiên cứu thực tế giao thông tại nút là nhằm thu thập những sốliệu liên quan đến dòng xe thực tế cũng như rút ra các đặc điểm

hoạt động cửa chúng trong nút Đây là cơ sở cho việt thiết kế nútcũng như số liệu đầu vào cho các chương trình mô phỏng.

 Nút được chọn để triểu khai nghiên cứu thực tế là nút giao Láng –Nguyễn Trí Thanh – Trần Duy Hưng

 Tại nút giao này đã có 2 phương án được đưa ra để điềukhiển giao thông:

 Điều khiển bằng đèn khi chưa bịt nút

 Như kết quả điều tra, vào giờ cao điểm, lượng xe lưuthông qua nút là rất lớn Và có sự khác nhau giữa giờ caođiểm buổi sáng và giờ cao điểm buổi chiều Một sốhướng rẽ không đáp ứng được nhu cầu đi lại

 Thành phần dòng xe đa dạng, xe máy chiếm phần lớn

 Xảy ra xung đột tại nút vào giờ cao điểm do một lượnglớn các xe rẽ trái Nó làm cản trỏ dòng đi thẳng củahướng đối diện

 Điều khiển giao thông bằng thay đổi hướng đi khi đã bịt nút

 Các xe di chuyển trong nút độc lập

 Dòng xe không có sự xung đột

 Trong nút, các phương tiện lưu thông khá ổn định

 Dựa trên 2 phương án đã trình bày, chúng tôi đã xây dựng 2 môhình mô phỏng giao thông trong nút sử dụng chương trìnhTrafficWare của Mỹ.

3.Mô hình hóa nút.

Khi mô hình hóa nút chúng ta làm trên Module Synchro:

Giao diện chính của chương trình:

Mô hình hóa làn xe.

Các bước thực hiện quá trình mô hình hóa nút giao thông:

1 Mô hình hóa cấu tạo hình học trên mặt bằng.

o Mô hình hóa nút giao thông điều khiển bằng đèn.

Thực hiện mô hình hóa 1 nút giao thông, chọn biểu tượng để thêm 1 đoạn đường:

Nếu 2 đoạn đường có giao cắt thì điểm giao cắt sẽ được phát sinh 1 nút tương ứng:

2 Mô hình hóa làn xe.

Thiết lập các thông số chủ yếu cho từng làn xe:

- Lanes and sharing: Thiết lập số làn xe là kiểu làn xe cho từng hướng đi cự thể của nút

- Lane Width(ft) : Thiết lập bề rộng làn (tính the oft, 1ft = 0,3048 mét)

- Grade( %) : thiết lập độ dốc dọc

- Storage Length (ft): Thiết lập chiều dài làn chờ

- Storage Lanes : Thiết lập số làn chờ tương ứng

- Right Turn Channelized: Làn rẽ phải liên tục

- Curb Radius(ft) : Bán kính của đường cong làm làn rẽ phải liên tục

- Add Lanes: Số làn cần phải thêm vào cho hướng rẽ phải liên tục

- Right Turn on Red: cho phép rẽ phải liên tục khi được chọn

3 Nhập các thông số về dòng xe

Nhập vào thông số về dòng xe từ giữ liệu mà chúng ta thu thập được:

- Traffic volume: lưu lượng từng hướng rẽ tương ứng (xe /h)

- Ngoài ra chúng ta có thể nhập số lượng xe khi mô hình hóa làn xe

- Ở giao diện này chúng ta cũng chỉnh được làn xe của mỗi đoạn đường

4 Khai báo đèn

Nhập các thông số cần thiết cho điều khiển quá trình giao thông:

- Control type: Loại nút giao thông bao gồm các loại nút chủ yếusau:

+ Pretimed: Điều khiển giao thông bằng đèn

+ Unsignalize: Nút giao thông không có đèn

+ Roundabout: Nút giao thông có vòng xuyến

Để điều khiển giao thông bằng đèn, chọn loại nút làPretimed

- Turn Type: Cho phép thiết lập cách ứng xử của tùng hướng rẽ tráihoặc phải

+ Protected: Hướng rẽ có 1 đèn pha đèn dành riêng, không cógiao cắt với bất kí hướng nào trong toàn bộ thời gian của pha đèn + Permitted: Không có pha rẽ riêng, các hướng rẽ phải ưu tiêncho hướng đang đi tới

+ Custom: Ngưới sử dụng có thể tùy biến hoạt động của 1 pha + Free: Dành tiêng cho hướng rẽ phải, hướng rẽ phải được hoạtđộng liên tục nhưng phải ưu tiên cho người đi bộ

- Protected Phases: Nhập vào số thứ tự của pha đèn ứng với dòng dichuyển của giao thông trên hướng này.

- Premitted Phases: Nhập vào số thứ tự của từng pha đèn ứng vớidòng di chuyển của giao thông trên hướng này

- Chú ý trong quá trình thiết lập các pha đèn, người dung cần phảivạch sẵn các pha đèn và các hướng đi trong pha đèn đó, Nếu mộthướng đi có tham gia nhiều hơn một pha đèn, người sử dụng có thểnhập vào số thứ tự của các pha, cách nhau bởi dấu cách trắng

 Thiết lập thời gian cho từng pha đèn

 Thiết lập thời gian cho từng pha đèn.

- Yellow Time (s): Thời gian đèn vàng của một pha tính bằng giây

- All – Red Time (s): Thời gian đèn đỏ cho tất cả các pha, ngay tiếpsau thời gian đèn vàng Khoảng thời gian này đủ để cho lượng xetrong nút thoát hết trước khi dòng xe từ các hướng khác đi vào nút

- Minimun Spit (s): Thời gian ngắn nhất cho một pha đèn tính bằnggiây Khoảng thời gian này đã bao gồm cả thời gian đèn vàng vàthời gian đèn đỏ chung cho các pha

- Maximum Split (s): Thời gian dài nhất cho một pha đèn, tính bằnggiây Khoảng thời giàn này đã bao gồm cả thời gian đèn vàng vàthời gian đèn đỏ chung của các pha Để cố định thời gian cho từngpha đèn, chọn Minimun Spit và Maximum Split bằng nhau

5 Thực hiện mô phỏng:

 Nhán tổ hợp phím Ctrl + G để thực hiện quá trình mô phỏng hoạtđộng giao thông của nút mà người sử dụng đã thiết lập Thao tácnày sẽ tiến hành thực thi chương trình Sim Traffic

 Thiết lập các thông số của quá trình mô phỏng

 Xuất giữ liệu đầu ra.

Vào file chọn Create report

Chương IV: Đánh giá hiệu quả việc thay đổi hướng đi qua nút giao thông cùng mức

ở Hà Nội

1 Hệ số quy đổi và kích thước xe theo tiêu chuẩn tiêu chuẩn

Trong tiêu chuẩn thiết kế đường đô thị TCXDVN 104-2007 đã quyđịnh hệ số quy đổi các loại xe thành xe con quy đổi và kích thước củatường loại xe tương ứng Và được thể hiện trong bảng sau (trích dẫn nộidung liên quan đến đề tài):

0,251,04,0

0,151,04,5

Bảng 1 Các kích thước của xe thiết kế (đơn vị: m)

Loại xe thiết kế

Kích thước chung

2 Mô tình hóa nút giao Nguyễn Chí Thanh –Đường

Láng-Trần Duy Hưng với hệ số quy đổi theo tiêu chuẩn

2.1.Trường hợp nút giao thông chưa bịt

Để mô hình hóa nút giao thông này trong phần mềm Traffic Ware, ta sử

dụng công cụ “Add link” trên thanh công cụ ở góc trái màn hình

Vẽ hai link tạo thành một ngã tư

Chọn nút đó bằng cách kéo thả con chỏ chuột Sau đó chọn mục “Lane

seting” trên thanh công cụ phía trên hoặc ấn phím F3

Một bảng hộp thoại xuất hiện và lựa chọn các thông số (số làn, lưu lượng

các hướng, tín hiệu đèn…) dựa trên kết quả khảo sát thực tế ta có nút giao

thông như sau:

(H1)2.2 Trường hợp nút giao thông đã đặt giải phân cách (bịt nút)

Sử dụng công cụ “Add link” trên thanh công cụ vẽ các điểmgiao nhau

( ngã ba ) Sử dụng công cụ di chuyển “Move Node” di chuyển cácnút về vị trí thích hợp sao cho khoang cách giữa các nút đúng như trongthực tế ( dựa vào tọa độ của từng nút hiển thị trên màn hình)

Từ đó ta có được mô hình hóa nút giao thông đã đặt giải phân cáchnhư sau:

Trường hợp nút giao đã có giải phân cách (đã bịt):

Từ

Kết quả mô phỏng như sau:

STT Đặc trưng Đơn vị Nút chưa bịt Nút đã bịt

1 Số xe đưa vào mô phỏng Xe/h 7754 7754

2 Số xe qua được nút Xe/h 4256 3989

3 Số xe không qua được nút Xe 3498 3765

4 Tổng thời gian các xe đi qua nút Giờ 1781.3 2629.2

5 Tổng quãng đường ác xe đi qua nút Km 3637 3618

6 Vận tốc trung bình Km/h 14kph 17kph

Kết quả mô phỏng trên được thực hiện với số liệu đầu vào là số

liệu khảo sát từ thực tế (sử dụng hệ số quy đổi theo tiêu chuẩn đối với xe

máy) Tuy nhiên có thể thấy rằng lượng xe không qua được nút khá lớn

(chiếm khoảng trên 40%), trong khi đó thực tế lượng xe qua được nút là

xấp xỉ số trên Do đó có thể thấy rằng hệ số quy đổi được sử dụng ở đây

chưa hợp lý, mà cụ thể là hệ số quy đổi xe máy thành xe ô tô con Đã có

nhiều nghiên cứu đề xuất thay đổi hệ số quy đổi này, và thực tế hệ số quy

đổi theo tiêu chuẩn khác xa so với thực tế, do đó bắt buộc phải xác định

lại hệ số này Trong trường hợp nghiên cứu này, việc xác định lại hệ số

quy đổi xe máy thành xe con được thực hiện trên nguyên tắc sau:

- Đảm bảo lượng xe thoát qua nút phải phù hợp với thực tế, tức là

lượng xe thoát qua nút theo mô phỏng và lượng xe thoát qua nút

trong thực tế phải tương ứng với nhau về tỷ lệ