XÂY DỰNG PHẦN mềm hỗ TRỢ mô PHỎNG GIAO THÔNG

xi THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt / thuật ngữ Ý nghĩa ABM Agent-Based Modeling, mô hình dựa trên Agent CAD Ứng dụng thiết kế bản vẽ kỹ thuật Car-following Mô hình tương tác g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

TRẦN THỊ MƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG PHẦN MỀM HỖ TRỢ MÔ PHỎNG GIAO THÔNG

Công nghệ thông tin

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Phạm Đăng Hải

Hà Nội – Năm 2015

i

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: Trần Thị Mơ SHHV: CB120096

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin Lớp: CH2012B

Người hướng dẫn: TS Phạm Đăng Hải

Đơn vị: Viện Công nghệ Thông tin - Truyền thông

Tên đề tài: Xây dựng phần mềm hỗ trợ mô phỏng giao thông

Tôi -Trần Thị Mơ - Cam kết Luận văn là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của TS Phạm Đăng Hải

Các kết quả nêu trong Luận văn là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 10 tháng 09 năm 2015

Tác giả Luận văn

Trần Thị Mơ

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin được gửi lời cám ơn chân thành tới các thầy cô giáo thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, những người đã tận tình chỉ dạy tất cả kiến thức chuyên ngành cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Trong quá trình thực hiện Luận văn tốt nghiệp em đã học hỏi được thêm rất nhiều điều kiến thức bổ ích Đó cũng là cơ hội để em tổng kết những kiến thức đã được học, đồng thời rút ra những kinh nghiệm quý báu cho bản thân mình Em xin chân thành cảm ơn những hướng dẫn tận tình của TS Phạm Đăng Hải - bộ môn Khoa học máy tính – Viện Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn được hoàn thành ở một mức độ nhất định Bên cạnh những kết quả đã đạt được, chắc chắn em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót

và hạn chế Sự phê bình, nhận xét của thầy cô là những bài học quý báu cho công việc và nghiên cứu của em sau này

Em cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã luôn ở bên, ủng hộ, động viên tinh thần cho em trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Xin kính chúc quý thầy cô mạnh khỏe, hạnh phúc, tiếp tục đạt được nhiều thành công trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sự nghiệp trồng người

Hà Nội, ngày 10 tháng 09 năm 2015

Học viên thực hiện

Trần Thị Mơ

iii

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Hiện nay, với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng ở nước ta, người dân đổ dồn về các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh… để làm việc, học tập làm hệ thống giao thông ở các thành phố này rơi vào tình trạng quá tải Tình trạng ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm trở thành một vấn đề hết sức nan giải Để giải quyết vấn đề này, các cấp chính quyền đề xuất mở rộng, nâng cấp hay tạo ra các con đường mới nhằm mục đích giảm tải gánh nặng giao thông Câu hỏi đặt ra cho các

cơ quan này là cần phải mở rộng hay cải tạo những con đường nào? Và sau khi thực hiện, tình trạng ùn tắc giao thông có được giải quyết triệt để không?

Để trả lời những câu hỏi này, một trong những phương pháp hiệu quả, cần thiết

và tiết kiệm ngân sách nhất là thực hiện trước quá trình mô phỏng giao thông trên máy tính Luận văn “Xây dựng phần mềm hỗ trợ mô phỏng giao thông” là kết quả nghiên cứu và phát triển một công cụ hỗ trợ mô hình hóa và mô phỏng hệ thống giao thông trong thực tế Luận văn xây dựng dựa trên lý thuyết mô phỏng, yêu cầu

cơ bản của một phần mềm mô phỏng giao thông cần có và cách mô phỏng dựa trên

mô hình đa Agent

Từ khóa: mô phỏng giao thông, mô hình dựa trên agent

iv

ABSTRACT OF THE THESIS

Currently, the speed of rapid urbanization in our country, people are flocking to the big cities like Hanoi, Ho Chi Minh City to work and study as the transport system in this city fall into overload Traffic jams at rush hour becomes a very difficult problem To solve this problem, the authorities proposed to expand, upgrade or create new roads aimed at reducing the burden of traffic load The question for these agencies is the need to expand or renovate public roads? And after execution, traffic jams can be solved it?

To answer these questions, one effective method, necessary and budget saving is

done before the traffic simulation on the computer Thesis "Traffic simulation tools implementation" is the result of research and development of a tool to support

modeling and simulation systems in real traffic Thesis based on simulation theory, the basic requirement of a traffic simulation software needed and how to simulate multi-Agent-based models

Keywords:Traffic Simulation, Agent – Based Modelling

v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iii

ABSTRACT OF THE THESIS iv

DANH MỤC HÌNH VẼ ix

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT xi

GIỚI THIỆU CHUNG 1

Chương I: MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG GIAO THÔNG 3

1.1 Bài toán mô phỏng giao thông 3

1.1.1 Giới thiệu chung 3

1.1.2 Bài toán mô phỏng giao thông 4

1.2 Một số mô hình phổ biến đang được sử dụng 4

1.2.1 Mô phỏng sự kiện rời rạc và phương pháp Monte Carlo 4

1.2.2 Mô phỏng trong thời gian liên tục 5

1.2.3 Mô hình Cellular Automata 5

1.2.4 Mô hình car-following 6

1.3 Phân loại và xu hướng mô phỏng giao thông 6

1.3.1 Phân loại ứng dụng mô phỏng giao thông 6

1.3.2 Xu hướng phát triển trong mô phỏng giao thông 7

1.4 Ứng dụng của mô phỏng giao thông trong thực tế 8

1.5 Chức năng và yêu cầu đối với phần mềm mô phỏng giao thông 11

1.5.1 Các chức năng cơ bản của một phần mềm mô phỏng giao thông 11

1.5.2 Yêu cầu cơ bản đối với hệ thống mô phỏng giao thông 12

1.6 Các hành vi được mô phỏng của phương tiện giao thông 13

vi

1.7 Một số nghiên cứu về giao thông ở nước ta 14

1.7.1 Mô phỏng giao thông sử dụng hệ thống đa tác tử 14

1.7.2 Xây dựng và đánh giá một hệ thống mô phỏng giao thông Việt Nam 14

1.7.3 Đề xuất xây dựng phần mềm mô phỏng giao thông hợp lý 15

1.8 Một số phần mềm mô phỏng giao thông 16

1.8.1 TRANSIMS 16

1.8.2 AIMSUM 17

1.8.3 SUMO 18

1.8.4 VISSIM 20

1.9 Kết luận chương I 21

Chương II: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIAO THÔNG DỰA TRÊN MÔ HÌNH ĐA AGENT 22

2.1 Mô hình Agent và hệ thống đa Agent 22

2.1.1 Agent 22

2.1.2 Hệ thống đa Agent - MAS 23

2.2 Mô hình hóa dựa trên Agent 24

2.2.1 Khái niệm về mô hình dựa trên Agent – ABM 24

2.2.2 Sự khác nhau giữa Agent và đối tượng 25

2.2.3 Một số ứng dụng của ABM 26

2.2.4 Cách xây dựng một ABM 26

2.3 Một số ý tưởng mô phỏng giao thông dựa trên mô hình Agent 27

2.3.1 Một số đặc điểm của giao thông ở Việt Nam 27

2.3.2 Xây dựng hệ thống đường xá 28

2.3.3 Xây dựng Agent đóng vai trò người tham gia giao thông 29

2.4 Kết luận chương II 31

Chương III: XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIAO THÔNG 32

vii

3.1 Ngôn ngữ lập trình và công cụ phát triển 32

3.2 Tổ chức dữ liệu cho chương trình ứng dụng 32

3.2.1 Đèn tín hiệu giao thông 32

3.2.2 Làn đường 33

3.2.3 Điểm dừng/điểm xuất phát hành trình 33

3.2.4 Bản đồ giao thông 34

3.2.5 Phương tiện giao thông 34

3.3 Cấu trúc tổng quát của hệ thống 35

3.4.1.Xây dựng mô hình mạng lưới giao thông 37

3.4.1 Thiết kế làn đường giao thông 38

3.4.2 Thiết kế đèn tín hiệu 39

3.4.3 Thiết kế điểm dừng 40

3.4.4 Lưu trữ và sử dụng mạng lưới giao thông đã thiết kế 41

3.5 Mô phỏng giao thông 42

3.5.1 Giao diện mô phỏng 42

3.5.2 Mô phỏng phương tiện tham gia giao thông 43

3.6 Một số thuật toán sử dụng trong chương trình 44

3.6.1 Xác định điểm cách 1 điểm cho trước 1 đoạn h theo hướng vector u 44

3.6.2 Tìm giao điểm của hai đường thẳng AB và CD 45

3.6.3 Xác định tọa độ các đỉnh của 1 phương tiện giao thông 47

3.6.4 Kiểm tra va chạm giữa hai xe 48

3.6.5 Xác định lề đường 50

3.6.6 Xác định đường đi trong bản đồ 52

3.7 Kết luận chương III 53

Chương IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54

4.1 Kết luận 54

viii

4.2 Hướng phát triển và một số đề xuất 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

ix

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.8.1: Giao diện phần mềm TRANSIMS 16

Hình 1.8.2: Giao diện mô phỏng giao thông phần mềm Aimsum 17

Hình 1.8.3: Giao diện phần mềm SUMO 18

Hình 1.8.4: Giao diện phần mềm VISSIM 20

Hình 2.1: Ưu việt của Agent so với đối tượng 25

Hình 3.3.1: Cấu trúc tổng quan hệ thống mô phỏng giao thông 35

Hình 3.4.1: Giao diện thiết kế mạng lưới giao thông 38

Hình 3.4.2: Giao diện thêm làn đường 38

Hình 3.4.3: Làn đường hiển thị trên màn hình đồ họa 39

Hình 3.4.4: Giao diện thêm đèn tín hiệu 40

Hình 3.4.5: Giao diện thêm điểm dừng 41

Hình 3.4.6: Lưu bản đồ 41

Hình 3.5.1: Giao diện mô phỏng giao thông 42

Hình 3.5.2: Sơ đồ quá trình mô phỏng phương tiện tham gia giao thông 43

Hình 3.6.1: Thuật toán xác định tọa độ 1 điểm cách 1 điểm cho trước 1 đoạn h theo hướng vector u 45

Hình 3.6.2: Thuật toán xác định giao điểm 2 đường thẳng AB và CD 47

Hình 3.6.3: Xác định tọa độ các đỉnh của 1 xe 47

Hình 3.6.4: Thuật toán xác định tọa độ các đỉnh của 1 xe 48

Hình 3.6.5: Kiểm tra va chạm giữa 2 xe 49

Hình 3.6.6: Thuật toán kiểm tra va chạm giữa 2 xe 49

Hình 3.6.7: Thuật toán kiểm tra 1 điểm có nằm trên xe không 50

Hình 3.6.8: Mục đích xác định lề đường 51

Hình 3.6.9: Các điểm quy ước của 1 làn đường 51

x Hình 3.6.10: Xác định đường biên của các làn đường độc lập với nhau 51Hình 3.6.11: Kết quả xác định lề đường 52

xi

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt / thuật ngữ Ý nghĩa

ABM Agent-Based Modeling, mô hình dựa trên Agent

CAD Ứng dụng thiết kế bản vẽ kỹ thuật

Car-following Mô hình tương tác giữa các phương tiện trong quá trình

mô phỏng GDI+ Graphics Device Interface, thư viện đồ họa nền tảng

.Net Framework GIS Hệ thống thông tin địa lý

GPL GNU General Public License

GUI Giao diện đồ họa người dùng

Intelligent Driver

Model

Mô hình điều khiển xe thời gian liên tục sử dụng trong

mô hình hóa luồng giao thông do Treiber phát triển MAS Multi-Agent System, hệ thống đa Agent

Microscopic

Simulation

Mô hình mô phỏng vi mô

Mesoscopic Simulation Mô hình mô phỏng trung mô

Macroscopic

Simulation

Mô hình mô phỏng vĩ mô

Mô hình 3 pha của

Kerner

Lý thuyết dòng chảy giao thông được Boris Kerner phát triển từ năm 1996 đến năm 2002, chủ yếu hướng vào giải thích khía cạnh vật lý củ sự cố giao thông và kết quả của tắc nghẽn giao thông trên đường Kerner mô tả

xii

Từ viết tắt / thuật ngữ Ý nghĩa

3 pha giao thông, trong khi lý thuyết cổ điển lại chỉ dịnh nghĩa hai pha: dòng chảy tự do và tắc nghẽn giao thông Kerner chia pha tắc nghẽn thành 2 pha riêng biệt: đồng

bộ dòng chảy và mắc kẹt di chuyển diện rộng

Mô hình Gipps Mô hình tương tác phương tiện giao thông do Peter

G.Gipps phất triển cuối những năm 1970 dưới sự tài trợ của S.R.C, mô hình này hoạt động dựa vào hành vi người điều khiển và theo dõi các phương tiện khác trong dòng chảy giao thông

Mô phỏng giao thông Mô phỏng hệ thống giao thông vận tải

O/D Matrix Origin/Destination Matrix, Ma trận điểm đầu/điểm đích

làm đầu vào sinh nhu cầu giao thông cho ứng dụng Phương pháp Euler Một thủ tục số học để giải phương trình vi phân thông

thường với giá trị khởi tạo cho trước Phương pháp Heun Một thủ tục số học giải phương trình vi phân thông

thường với giá trị khởi tạo cho trước, thường dùng để cải tiến hoặc chỉnh sửa phương pháp Euler hoặc phương pháp Runge-Kutta 2 tần

Một họ các phương pháp lặp quan trọng được sử dụng

để rời rạc hóa thời gian nhằm tìm lời giải xấp xỉ cho phương trình vi phân thông thường

TRACI Traffic Control Interface, giao diện điều khiển giao

thông, có khả năng truy cập mô phỏng giao thông đang chạy, lấy thông tin của các đối tượng được mô phỏng

xiii

Từ viết tắt / thuật ngữ Ý nghĩa

rồi điều khiển hoạt động đối tượng đó trực tuyến qua kết nối TCP client/server

TRANSIMS TRansportation ANalysis SIMulation System

SUMO Simulation Urban of Mobility

1

GIỚI THIỆU CHUNG

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng dẫn đến việc một lượng lớn lao động đổ dồn về các thành phố lớn Việc ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm trở thành một vấn đề hết sức nhức nhối dư luận Để giải quyết vấn đề này, các cấp chính quyền tại các thành phố lớn đề xuất giải pháp là phải mở rộng, nâng cấp hay tạo ra các con đường mới nhằm mục đích giảm tải gánh nặng giao thông Nhưng trước khi thực hiện việc nên mở rộng, nâng cấp hay xây dựng một con đường mới cần phải có sự tính toán

kỹ lưỡng, hợp lý và hiệu quả Một trong những giải pháp hiệu quả, cần thiết và tiết kiệm là thực hiện quá trình mô phỏng giao thông trước trên máy tính Từ kết quả

mô phỏng, việc đánh giá một giải pháp sẽ tối ưu hơn

Trên thế giới đã có nhiều phần mềm cho phép mô phỏng giao thông trên máy tính Nhưng đa số các phần mềm này chỉ phù hợp với từng khu vực, từng quốc gia Còn đối với giao thông ở Việt nam với tình trạng đường xá chằng chịt, tình trạng thiếu ý thức của người tham gia giao thông cũng như đặc trưng của “đất nước nhiều

xe máy” làm cho các phần mềm này không thực sự phù hợp với điều kiện thực tế ở nước ta Mặt khác, hầu như các phần mềm mô phỏng giao thông đều không có khả năng mô phỏng người đi bộ tham gia giao thông Vậy nên yêu cầu cấp thiết đặt ra là cần một phần mềm mô phỏng giao thông “sát sườn” với tình trạng giao thông ở nước ta, phù hợp với các đặc trưng và tình trạng văn hóa giao thông hiện nay

Luận văn “Xây dựng phần mềm hỗ trợ mô phỏng giao thông” là nghiên cứu mong muốn phát triển một công cụ hỗ trợ mô hình hóa và mô phỏng hệ thống giao thông trong thực tế Luận văn xây dựng dựa trên lý thuyết mô phỏng, yêu cầu cơ bản của một phần mềm mô phỏng giao thông cần có và cách mô phỏng dựa trên mô hình đa Agent

Bố cục tổ chức luận văn trình bày với 4 chương như sau:

 Chương 1: Một số nghiên cứu về mô hình mô phỏng giao thông giới thiệu

bài toán mô phỏng giao thông, phân loại, xu hướng và ứng dụng mô phỏng giao thông trong thực tế, các chức năng một phần mềm mô phỏng giao thông cần

phải có và một số phần mềm mô phỏng giao thông hiện nay

 Chương 2: Mô phỏng hệ thống giao thông dựa trên mô hình đa Agent cung

cấp lý thuyết về Agent và đa Agent, quá trình mô hình hóa dựa trên Agent như

thế nào và một số ý tưởng mô phỏng giao thông sử dụng mô hình Agent

2

 Chương 3: Xây dựng phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông giới thiệu

về ngôn ngữ lập trình, cách thức tổ chức dữ liệu, cấu trúc tổng quát của hệ thống và quá trình xây dựng mạng lưới giao thông cho đến quá trình tiến hành

mô phỏng

 Chương 4: Kết luận và hướng phát triển trình bày kết quả đạt được của luận văn, hướng phát triển và một số đề xuất

3

Chương I: MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG GIAO

THÔNG

1.1 Bài toán mô phỏng giao thông

1.1.1 Giới thiệu chung

Mô phỏng được định nghĩa là một cách trình diễn động một phần thế giới thực bằng cách xây dựng một mô hình máy tính và cho nó hoạt động trong một khoảng thời gian [1] Mô phỏng hệ thống giao thông vận tải (Simulation of Traffic and Transportation) là một lĩnh vực trong mô phỏng máy tính Trong đó, phần mềm được xây dựng để mô phỏng các cấu trúc giao thông, bao gồm cơ sở hạ tầng, các phương tiện, các tình huống giao thông… Các phần mềm này sẽ mô tả việc lưu thông của các phương tiện trên các mạng lưới giao thông được xây dựng sẵn, có áp dụng các quy tắc giao thông tùy thuộc yêu cầu của người dùng Tùy theo từng phần mềm và cách nhìn của các nhà phát triển mà mỗi phần mềm có những đặc tính riêng, chủ yếu liên quan đến việc xây dựng một mạng lưới giao thông và tiến hành

mô phỏng quá trình lưu thông các phương tiện trên đó Theo Kallberg [2], người đầu tiên đề cập đến việc sử dụng máy tính để mô phỏng là D.L Gerlough trong luận

văn của ông: “Simulation of freeway traffic on a general-purpose dicrete variable computer”, tạm dịch là “Mô phỏng giao thông tự do trên máy tính biến thiên rời rạc

đa năng” tại trường đại học California, Los Angenles năm 1955 Trong lịch sử 60

năm phát triển, từ một vài công cụ nghiên cứu phục vụ cho một nhóm nhỏ các chuyên gia, các phần mềm mô phỏng giao thông đã được ứng dụng ngày một rộng rãi trong nghiên cứu, lập kế hoạch, trình diễn cũng như phát triển hệ thống giao thông thực

Cũng giống như hầu hết các loại mô phỏng khác, giao thông được đưa vào mô phỏng do khó khăn khi giải quyết bài toán phân tích bằng tay, nhu cầu kiểm thử, ước lượng, trình diễn một đề án giao thông trước khi nó được thực thi hoặc phát triển nhằm mục đích nghiên cứu và huấn luyện con người Các hệ thống mô phỏng giao thông được đẩy mạnh phát triển nhờ sự tiến bộ trong lý thuyết giao thông, trong công nghệ phần cứng máy tính và công cụ lập trình, sự phát triển của cơ sở hạ tầng kỹ thuật thông tin và nhu cầu của xã hội trong việc phân tích chi tiết hơn kết quả thu được từ đo đạc và lập kế hoạch giao thông

4

1.1.2 Bài toán mô phỏng giao thông

Bài toán mô phỏng giao thông được phát biểu như sau: Trong giao thông vận tải, hãy tìm cách làm sao cho người tham gia giao thông di chuyển được thuận lợi qua các con đường cũng như toàn mạng lưới Hệ thống giao thông được đặc trưng bởi một số nét khiến cho nó trở nên khó phân tích, điều khiển và tối ưu Các hệ thống giao thông thường bao phủ một vùng rộng lớn, số lượng thành phần hoạt động lớn, mục đích và mục tiêu của các thành phần này cũng không cần thiết song song với các thành phần khác và với các mục tiêu tối ưu hệ thống hoặc do người dùng chọn

Có rất hiều đầu vào nằm ngoài kiểm soát của người điều hành cũng như các thành phần tham gia như điều kiện thời tiết, số lượng người tham gia giao thông… Thêm vào đó, hệ thống giao thông biến động một cách tự nhiên, nghĩa là số lượng đơn vị trong hệ thống thay đổi theo thời gian thực một cách ngẫu nhiên Số phần tử đang hoạt động tại một thời điểm là rất lớn đồng nghĩa với số tương tác đồng thời

Hệ thống vận tải là hệ thống người - máy điển hình Các hoạt động trong hệ thống bao gồm cả tương tác người - người, tức giữa người điều khiển phương tiện - phương tiện - người khác và tương tác người - máy giữa người điều khiển phương tiện và phương tiện, thông tin giao thông, hệ thống điều khiển giao thông và môi trường đường phố Thêm nữa, luật tương tác được ước lượng một cách tự nhiên Sự quan sát và phản ứng của người điều khiển phương tiện bị chi phối bởi nhận thức con người chứ không phải là công nghệ dựa trên hệ thống cảm ứng và theo dõi [3] Nói chung, hệ thống giao thông là một môi trường tuyệt vời cho mô phỏng dựa trên kỹ thuật nghiên cứu và lập kế hoạch, một lĩnh vực ứng dụng mà ở đó ứng dụng của các công cụ phân tích, mặc dù rất quan trọng, nhưng lại bị giới hạn ở mức hệ thống con và các bài toán nhỏ

1.2 Một số mô hình phổ biến đang được sử dụng

Các phương pháp mô phỏng giao thông vận tải có thể sử dụng một trong số những lý thuyết, xác suất thống kê, phương trình vi phân và phương pháp số [2]

1.2.1 Mô phỏng sự kiện rời rạc và phương pháp Monte Carlo

Trong hướng tiếp cận mô phỏng giao thông dựa trên mô phỏng sự kiện rời rạc,

mô phỏng Monte Carlo là một trong những mô hình ra đời sớm nhất Phương pháp

5

Monte Carlo được biết đến như là một lớp rộng các thuật toán tính toán dựa trên việc lấy mẫu ngẫu nhiên để thu được kết quả dạng số Chúng thường được sử dụng trong các bài toán vật lý, toán học và có ích nhất là khi khó hoặc không thể sử dụng các phương pháp toán khác Phương pháp Monte Carlo chủ yếu được sử dụng trong

ba lớp bài toán riêng biệt: tối ưu hóa, tích hợp số học và sinh hình vẽ từ phân phối xác suất [5] Khi áp dụng phương pháp Monte Carlo vào mô phỏng giao thông, các

mô hình mô phỏng sự kiện rời rạc tuân theo một loạt các biến thống kê ngẫu nhiên với các thành phần ngẫu nhiên và biến đổi động theo thời gian Để mô phỏng và quản lý các sự kiện, một server chứa hàng đợi được xây dựng và đặt tại một điểm duy nhất

1.2.2 Mô phỏng trong thời gian liên tục

Mô phỏng trong thời gian liên tục khác với mô phỏng sự kiện rời rạc Nó có thể giải quyết những thiếu sót của mô phỏng sự kiện rời rạc nhưng lại yêu cầu phải có đường cong đầu vào, trạng thái và đầu ra trong một khoảng thời gian Phương pháp này đòi hỏi việc sử dụng các phương trình vi phân, phương pháp tích hợp số đặc biệt Những phương trình này có thể dao động từ phương pháp đơn giản, chẳng hạn như phương pháp Euler [6], phương pháp chuỗi Taylor bậc cao, phương pháp Heun [7] và Runge-Kutta [8]

1.2.3 Mô hình Cellular Automata

Cellular Automata là một mô hình rời rạc được nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực như lý thuyết tính toán, toán học, vật lý, khoa học phức hợp, sinh học lý thuyết và

mô hình hóa vi kiến trúc [9] Mỗi Cellular Automata chứa một số trạng thái hữu hạn Việc xây dựng mô hình và chuyển trạng thái giữa các Cellular Automata có thể sinh ra mô hình giao thông ngẫu nhiên từ các định luật đơn định Hệ thống mô phỏng giao thông tiêu biểu nhất sử dụng mô hình này là TRANSIMS của Mỹ Trong khi nhiều phần mềm định nghĩa chi tiết rất nhiều đối tượng giao thông lớn nhỏ khác nhau, TRANSIMS lại coi mạng lưới giao thông như một tập các thành tố giống nhau Mỗi thành tố chỉ có thể chứa tối đa một phương tiện trong một đơn vị thời gian Khi thời gian trôi đi, các phương tiện này sẽ nhảy qua các phần tử sao cho vẫn tuân thủ các định luật di chuyển vật lý

6

1.2.4 Mô hình car-following

Mô hình car-following là một lớp của các mô hình thời gian liên tục dựa trên các phương trình vi phân để mô hình hóa sự tương tác giữa các phương tiện [10] Mô hình lâu đời nhất và cũng được biết đến nhiều nhất là mô hình General Motors-GM Các mô hình quan trọng bao gồm mô hình điều khiển giao thông thông minh (Intelligent Driver Model) và mô hình của Gipps Hành vi của mỗi phương tiện được mô hình hóa và xem xét tác động của nó trên toàn bộ hệ thống giao thông vĩ

mô Sử dụng một phương pháp số với một mô hình car-following như Gipps sử dụng phương pháp Heun có thể tạo ra được các thông tin quan trọng về điều kiện giao thông, chẳng hạn như độ trễ hệ thống và xác định các nút thắt cổ chai

1.3 Phân loại và xu hướng mô phỏng giao thông

1.3.1 Phân loại ứng dụng mô phỏng giao thông

Các ứng dụng mô phỏng giao thông có thể được phân loại theo một số cách Một trong các cách đó là ứng dụng sẽ được phân làm 3 loại: mô phỏng vi mô (microscopic simulation), mô phỏng vĩ mô (macroscopic simulation) và mô phỏng trung mô (mesoscopic simulation)

Mô phỏng vi mô (microscopic simulation)

Mô phỏng chi tiết hành vi của từng phương tiện trong hệ thống, phạm vi mô phỏng phụ thuộc vào tốc độ xử lý và dung lượng bộ nhớ của máy tính Ngày nay, công nghệ thông tin có những bước phát triển vượt bậc nên xu hướng là phát triển các phần mềm mô phỏng vi mô có khả năng mô phỏng quá trình giao thông trên phạm vi rộng

Mô phỏng vĩ mô (macroscopic simulation)

Mô phỏng quá trình giao thông trên một phạm vi rộng, với sự có mặt của một lượng lớn phương tiện giao thông, do đó khó mà có thể mô phỏng chi tiết hành vi của từng phương tiện trong hệ thống Độ tin cậy và thông tin thu được trong kết quả

mô phỏng vì thế cũng bị hạn chế

7

Mô phỏng trung mô (mesoscopic simulation)

Dung hòa mâu thuẫn giữa hai mô hình mô phỏng vi mô và mô phỏng vĩ mô bằng cách giảm yêu cầu mô tả chi tiết hành vi của mỗi phương tiện để có thể mở rộng phạm vi mô phỏng

1.3.2 Xu hướng phát triển trong mô phỏng giao thông

Hầu hết các xu hướng mô phỏng hiện nay là nhằm vào mô phỏng vi mô Bên cạnh đó, một số ứng dụng mô phỏng vi mô khá tốt đã chuyển sang làm việc với cả

mô phỏng trung mô Một số xu hướng chính có thể được kể đến như:

Các ứng dụng mô phỏng được phát triển về quy mô

Từ các ứng dụng khá tốt cho một địa phương hoặc một loại phương tiện nào đó đến việc hỗ trợ mạng lưới đường xá rộng lớn, tích hợp nhiều loại phương tiện

Mô tả chi tiết và chính xác hơn môi trường vật lý đường phố

Xu hướng này làm tăng nhu cầu về năng lực tính toán, đặc biệt là trong các ứng dụng mô phỏng giao thông địa phương, kiểu như mô phỏng một nút giao thông nào

đó Trong trường hợp này, sử dụng giao diện đồ họa người dùng tích hợp với các hệ thống GIS và CAD là phương pháp khả thi

Tiếp cận mạng lưới giao thông

Công tác phát triển TRANSIMS của Mỹ hay gói phần mềm SUMO của Đức là những ví dụ về việc tiếp cận mạng lưới giao thông Mô phỏng hệ thống giao thông một thành phố dựa trên sử dụng một lượng lớn tính toán song song, song có thể đạt được thông qua sử dụng đồng thời nhiều máy vi tính giao tiếp thông qua mạng nội

bộ

Ảnh hưởng của các phương pháp lập trình đến mô phỏng

Ngoài tính toán song song, các nguyên tắc và phương pháp lập trình hiện đại cũng có ảnh hưởng đến mô phỏng Lập trình hướng đối tượng rất thích hợp trong

8

các mô tả về số lượng lớn của các tương tác thực tế song song trong giao thông Các đối tượng, Agent có thể được lập trình để tương tác một cách rất tự nhiên Từ đó sinh ra mô hình chính xác hành vi của dòng chảy giao thông

Tìm hướng tiếp cận khác ngoài hướng tiếp cận truyền thống

TRANSIMS là một ví dụ về sự thay đổi trong cách tiếp cận Các mô tả dòng chảy giao thông truyền thống dựa trên các biến tốc độ và khoảng cách liên tục TRANSIMS như đã nói, sử dụng một cách tiếp cận khác biệt, trong đó mạng lưới đường phố được xây dựng từ các ô tế bào chỉ có thể chứa một chiếc xe tại một thời điểm Trong cách tiếp cận này, các phương tiện khi di chuyển sẽ nhảy từ ô tế bào hiện tại sang một ô tế bào mới theo quy tắc mô tả hành vi điều khiển và duy trì các định luật cơ bản của vật lý hiện nay khi di chuyển xe [11]

Mô phỏng dòng chảy giao thông

Sử dụng logic mờ để mô tả nhận thức con người đang được sử dụng trong xu hướng này

Hệ thống thực tế ảo kết hợp với công cụ lập trình phổ biến

Sự kết hợp này là cần thiết trong những mô phỏng mà phản ứng và hành vi của người lái xe phải được phân tích rất chi tiết Sự kết hợp giữa mô phỏng lái xe truyền thống và hệ thống mô phỏng dòng chảy giao thông truyền thống trở nên khả thi nhờ các kỹ thuật thực tế ảo Trong mô phỏng lái xe truyền thống, người lái thử nghiệm phản ứng với dòng phương tiện cố định nhìn thấy trên màn hình Mô phỏng sẽ tự nhiên hơn nếu giao thông cũng phản ứng với các hành vi của lái xe thử nghiệm Khi

đó, chiếc xe với lái thử nghiệm trở thành một phần tương tác của dòng chảy giao thông mô phỏng

1.4 Ứng dụng của mô phỏng giao thông trong thực tế

Mô phỏng giao thông giúp cho người sử dụng có thể trả lời một số câu hỏi:

9

 Khả năng thông qua của dòng phương tiện tại nút giao thông X sẽ thay đổi thế nào nếu ta sử dụng một phương pháp điều khiển mới hay làm thay đổi một số tuyến đường xung quanh?

 Có nên đổi đường Y từ đường hai chiều thành một chiều hay ngược lại hay không?

 Có cần thiết phải mở rộng con đường A hay thêm 1 đường mới từ A đến Z hay không?

Ví dụ: Bằng cách mô phỏng trên một số tuyến đường với lưu lượng

phương tiện tùy chỉnh, người ta có thể có một số ước lượng tương đối chính xác rằng tuyến đường này nên được mở rộng thế nào, các nút giao thắt nên được bố trí ở đâu, các đường nhánh bố trí ra sao, độ rộng thế nào… để tránh ùn tắc

 Xa hơn, các phần mềm mô phỏng giúp tiên đoán được các tình huống giao thông thực tế, nếu được xây dựng ở mức độ phù hợp, nó sẽ là phương tiện rất hữu ích trong việc xây dựng hệ thống giao thông thông minh trong tương lai, khi mà các phương tiện đường bộ có mức độ tự động hóa cao, có thể liên lạc với một trung tâm điều phối nhằm xác định đường đi tốt nhất cho mình và tránh được những trường hợp đáng tiếc

10

Ví dụ: Nhiều xe đang ở chế độ tự lái và có kết nối với trung tâm điều

phối và thông báo về lộ trình dự kiến của mình Khi đó, trung tâm điều phối tập hợp được lộ trình của các xe trong vùng mình quản lý, nhờ phần mềm mô phỏng, trung tâm có thể tiên liệu được các tình huống ách tắc, va chạm có thể xảy ra và có hướng điều chỉnh lộ trình phù hợp

và an toàn hơn cho các xe

Có nhiều lĩnh vực đã và đang được giới nghiên cứu quan tâm đến khi đề cập đến

mô phỏng giao thông:

An toàn giao thông và tầm ảnh hưởng của hệ thống thông tin và điều khiển

An toàn giao thông là một bài toán tương đối khó trong mô phỏng Trong các chương trình mô phỏng truyền thống, người điều khiển phương tiện được lập trình

để tránh va chạm Điều đó là không thể làm được Mô phỏng an toàn giao thông thuộc loại mô phỏng lấy con người làm trung tâm, khi đó hệ thống nhận thức – phản ứng của người lái xe được mô tả với tất cả những điểm yếu Cách tiếp cận này đôi

khi được gọi là nanosimulation để tách biệt nó ra khỏi các mô phỏng vi mô truyền

thống

Ước lượng nhu cầu giao thông thông qua mô phỏng vi mô

Câu hỏi đặt ra là tìm cách tái tạo mô hình các hành trình của người dân trong một khu vực (số lượng, thời gian trong ngày, mục đích, phương pháp phân chia và sử dụng làn đường) thông qua tổng hợp hành vi mỗi cá nhân

Phân tích mô hình car-following

Các mô hình car-following cũng như phân tích nút giao cắt, là một trong những câu hỏi cơ bản của lý thuyết dòng chảy giao thông và mô phỏng vẫn được tích cực nghiên cứu cho đến nay

Mô phỏng dòng chảy giao thông

Các thông số như lưu lượng, các chỉ số đặc trưng, độ trễ và độ dài hàng đợi phương tiện ở nút giao cắt đều được quan tâm đến

11

Điều khiển tín hiệu đèn giao thông

Các bộ điều khiển tín hiệu đèn giao thông hiện đại khác với bộ điều khiển truyền thống vốn chỉ bắt giao thông phải phản ứng theo tín hiệu nó đề ra, mà thêm vào đó,

nó cũng phản ứng lại với tình hình giao thông và tự điều chỉnh cho phù hợp

Mạng lưới giao thông

Hầu hết các vấn đề giao thông vận tải đô thị liên quan đến mạng lưới đường xá Trong mạng, một người phải đi qua nhiều loại giao cắt (có tín hiệu hoặc không có tín hiệu) và đường nối (đường chính, cao tốc, đường phố…) khiến cho việc mô phỏng trở nên tương đối phức tạp Vì vậy, số lượng công cụ mô phỏng dùng cho phân tích mạng giao thông là tương đối ít so với số chương trình chỉ phân tích một nút giao cắt hay một đoạn đường cô lập

1.5 Chức năng và yêu cầu đối với phần mềm mô phỏng giao thông

1.5.1 Các chức năng cơ bản của một phần mềm mô phỏng giao thông

Một phần mềm mô phỏng giao thông hoàn chỉnh thường bao gồm các chức năng sau:

Mô phỏng hành vi trong mối quan hệ tương tác giữa các phương tiện giao thông với nhau, và giữa các phương tiện giao thông với các công trình trong hệ thống cơ

sở hạ tầng giao thông, tái tạo các tình huống giao thông trong thực tế như vượt xe, bám xe, chuyển làn, chiếm chỗ trống, đỗ xe… Chức năng này cho phép tạo ra “quá trình giao thông ảo” trên máy tính giúp các nhà quản lý và điều hành phát hiện, phân tích các tình huống giao thông, đánh giá hiệu quả các phương án quản lý, điều khiển giao thông, phát hiện và hiệu chỉnh các khiếm khuyết trước khi ứng dụng vào thực tế

Thiết kế mô hình mạng giao thông, nút giao thông Mô hình này chính là “hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông ảo”, nơi diễn ra “quá trình giao thông ảo” như đã đề cập ở chức năng mô phỏng Việc xây dựng mô hình cụ thể là xác định các thông số

về hình dạng, kích thước của nút hoặc đường giao thông, hiển thị hình ảnh đồ họa của mô hình mạng giao thông trên máy tính

12

Xác định các quy tắc giao thông trên mô hình: ấn định tốc độ, loại xe cho mỗi làn đường Xác định chế độ hoạt động cho nút giao thông: điều khiển bằng đèn hay không điều khiển bằng đèn, có hay không có đảo xoay, có hay không có đường dành riêng cho dòng xe rẽ phải…

Ấn định tham số cho các phương pháp điều khiển tín hiệu tại nút giao thông: xác định số pha, trình tự các pha, thời gian kéo dài của mỗi pha

Ngoài ra một số phần mềm còn có khả năng cung cấp các chức năng mở rộng khác:

 Cung cấp giao diện kết nối với các hệ thống khác như: hệ thống điều khiển giao thông, hệ thống dẫn đường, hệ thống thông tin địa lý (GIS)

 Mô phỏng bãi đỗ xe

 Mô phỏng bến xe, nhà ga…

1.5.2 Yêu cầu cơ bản đối với hệ thống mô phỏng giao thông

Trong quá trình tìm hiểu các phần mềm mô phỏng giao thông cùng các nghiên cứu tương tự, tôi nhận thấy các phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông cần có đảm bảo các yêu cầu:

 Có modul giúp thiết kế và xây dựng mạng lưới giao thông với đầy đủ các tùy chỉnh cần thiết, đáp ứng theo thông số của các hệ thống giao thông thực tế

 Có khả năng tiến hành mô phỏng bằng giao diện đồ họa người dùng (GUI) với lượng phương tiện lớn, đáp ứng yêu cầu giải quyết các bài toán trong thực tế

 Có khả năng mô phỏng đa dạng và trực quan, có khả năng đưa ra các thông số trạng thái của một mô hình giao thông đang được tiến hành

mô phỏng ở một thời điểm bất kỳ, giúp có những cơ sở để đánh giá hiệu quả của mô hình giao thông

 Cho phép xuất dữ liệu giả lập ra tệp tin

13

1.6 Các hành vi được mô phỏng của phương tiện giao thông

Một phần mềm mô phỏng giao thông cần mô phỏng được các hành vi thường gặp của phương tiện giao thông:

Chiếm chỗ trống (Gap-Acceptance): Chiếm dụng khoảng trống trên đường phía

trước

Chuyển làn (Lane-Changing): Chuyển làn trái để vượt xe phía trước hoặc

chuyển làn phải để nhường đường cho xe phía sau

Bám xe (Car-Following): Duy trì khoảng cách không đổi tới xe phía trước Điều chỉnh tốc độ (Turning Speed): Thay đổi tốc độ tùy thuộc bán kính đường

cong tại khúc cua, số làn đường, mật độ xe…

Phản ứng trước đèn vàng (Reaction to Yellow): Tùy thuộc khoảng cách từ xe

đến vạch cấm trước đèn tín hiệu mà lái xe quyết định giảm tốc, dừng lại hay vượt qua vạch cấm khi gặp đèn vàng

Thời gian phản ứng của lái xe (Variable Driver Reaction Time): Khoảng thời

gian từ khi xảy ra một sự kiện đến khi lái xe có hành động phản ứng đối với sự kiện

đó Khoảng thời gian này có thể khác nhau tùy thuộc kinh nghiệm, độ tuổi của lái

Giới hạn vùng quan sát (Sight-Distance Limits): Giới hạn khoảng không gian

phía trước mà lái xe có thể quan sát được

Phản ứng đối với người đi bộ (Vehicles Interact With Pedestrians): Xe có thể

giảm tốc độ hoặc dừng lại khi có người đi bộ qua đường

Friendly Merging: Là tình huống xe phía sau (following vehicle) giảm tốc độ

hoặc dừng lại để tạo ra một khoảng trống phía trước cho một xe khác hòa vào dòng

xe

Đỗ xe (Parking Maneuvers)

Phát tín hiệu xin đường trước khi rẽ (Modeling of Turn Signaling)

14

U-Turns: Lái xe phải quay theo hình chữ U để đi xe chiều ngược lại tình huống

này thường xảy ra tại các điểm quay xe hoặc nút giao thông

1.7.Một số nghiên cứu về giao thông ở nước ta

Vấn đề mô phỏng nói chung và mô phỏng bài toán giao thông nói riêng không còn là khái niệm mới Ở nước ta, đã có một số nghiên cứu về mô phỏng giao thông

được thực hiện như báo cáo “mô phỏng giao thông sử dụng hệ thống đa tác tử - traffic simulation using the multi-agent system” đăng trong tạp chí khoa học và

công nghệ, đại học Đà Nẵng – số 5(40)/2010 của ThS Nguyễn Thanh Tuấn hay

khóa luận tốt nghiệp “xây dựng và đánh giá một hệ thống mô phỏng giao thông Việt Nam” của sinh viên Ngô Đức Hải Ngoài ra còn rất nhiều các nghiên cứu về bài

toán mô phỏng giao thông khác của các học giả trong và ngoài nước nhưng trong phạm vi luận văn này sẽ chỉ dẫn ra hai nghiên cứu này Các nghiên cứu được thực hiện chủ yếu là các báo cáo khoa học, hay khóa luận, đồ án tốt nghiệp chỉ được thực hiện nhất thời và không được nâng cấp, phát triển hay tạo dựng thành một sản phẩm thương mại hóa

1.7.1 Mô phỏng giao thông sử dụng hệ thống đa tác tử

Nội dung báo cáo khoa học triển khai xây dựng một phần mềm mô phỏng giao thông sử dụng phần mềm nguồn mở NetLogo Trong báo cáo này, mục đích tác giả xây dựng một phần mềm mô phỏng giao thông vi có khả năng mô phỏng 2 phương tiện chủ yếu là ô tô và xe máy Tuy nhiên, phần mềm mô phỏng chủ yếu chỉ mô phỏng các hành vi thay đổi tốc độ của phương tiện, không thấy đề cập đến các hành

vi phổ biến khác của phương tiện như vượt xe, bám xe, đổi làn đường, lấp chỗ trống… Báo cáo cũng không đề cập đến khả năng mô phỏng giao thông trên bản đồ đường đi thực tế mà chỉ tập trung mô phỏng các phương tiện đi trên một đoạn đường ngắn có nhiều làn đường Vậy nên kết quả mô phỏng của phần mềm có thể

sẽ không phù hợp với thực tế giao thông ở Việt Nam

1.7.2 Xây dựng và đánh giá một hệ thống mô phỏng giao thông Việt Nam

Khóa luận “xây dựng và đánh giá một hệ thống mô phỏng giao thông Việt Nam”

được thực hiện bởi sinh viên Ngô Đức Hải, khóa luận tốt nghiệp ngành Công nghệ Thông tin, đại học Công Nghệ - đại học Quốc Gia Hà Nội Bài khóa luận trình bày

15

khá chi tiết về mô hình Agent, đa Agent và ứng dụng trong việc xây dựng mô hình

mô phỏng giao thông ở Việt Nam Theo như nội dung bài khóa luận này, mục đích tác giả muốn xây dựng một phần mềm mô phỏng giao thông chủ yếu mô phỏng hành vi của người điều khiển phương tiện giao thông; sự ảnh hưởng của tuổi tác, giới tính, tính cách, kinh nghiệm… đến cách lái xe của mỗi đối tượng tham gia giao thông mà ít chú trọng vào các loại phương tiện giao thông Phần mềm đã mô phỏng được hành vi thay đổi tốc độ, bám xe và vượt xe của các đối tượng tham gia giao thông Tuy nhiên, phần mềm chỉ có thể mô phỏng giao thông trên các đoạn đường đơn giản và tự thiết kế sẵn, không có khả năng mô phỏng giao thông trên bản đô thực tế

1.7.3 Đề xuất xây dựng phần mềm mô phỏng giao thông hợp lý

Như đã đề cập ở trên, các nghiên cứu trước đây, mỗi nghiên cứu đều có những

ưu, nhược điểm khác nhau Vì vậy, mục đích của luận văn này là xây dựng một phần mềm mô phỏng giao thông hợp lý bằng cách kết hợp ưu điểm, loại bỏ hoặc làm hạn chế các nhược điểm trong các nghiên cứu Ngoài ra có thể mở rộng thêm các tính năng của phần mềm để phần mềm có thể mô phỏng sát với thực tế giao thông và phù hợp với điều kiện giao thông của nước ta hiện tại và trong tương lai không xa

Kết hợp các nghiên cứu trên, luận văn đã xây dựng được phần mềm mô phỏng giao thông có khả năng:

 Mô phỏng nhiều loại phương tiện cùng tham gia giao thông

 Xây dựng ứng dụng mô phỏng mới, không bị ảnh hưởng bởi các giấy phép của phần mềm nguồn mở, có khả năng thương mại hóa sản phẩm

 Mô phỏng đầy đủ các hành vi cơ bản của các phương tiện khi tham gia giao thông: thay đổi tốc độ, bám xe, vượt xe…

 Mô phỏng giao thông trên bản đồ thực tế phức tạp

 Mở rộng khả năng ứng dụng mô phỏng giao thông

16

1.8 Một số phần mềm mô phỏng giao thông

1.8.1 TRANSIMS

Hình 1.8.1: Giao diện phần mềm TRANSIMS

TRANSIMS (TRansportation ANalysis SIMulation System) là bộ công cụ tích hợp được phát triển nhằm quản lý việc phân tích hệ thống giao thông vận tải trong một vùng Với mục đích thiết lập TRANSIMS trở thành tài nguyên chung được phát triển liên tục cho cộng đồng nghiên cứu giao thông vận tải, TRANSIMS đã được cung cấp dưới dạng nguồn mở dưới giấy phép NASA Open Source Agreement TRANSIMS hoạt động theo mô hình mô phỏng Cellular Automata là một mô hình

mô phỏng giao thông mới So với các mô hình tổng hợp giao thông vận tải khác, TRANSIMS biểu diễn thời gian một cách nhất quán và liên tục Dự án đã được ngừng hỗ trợ từ năm 2013

17

1.8.2 AIMSUM

Hình 1.8.2: Giao diện mô phỏng giao thông phần mềm Aimsum

Aimsum là một trong những phần mềm hàng đầu trong lớp những phần mềm mô phỏng giao thông hiện nay được phất triển và thương mại hóa bởi công ty TSS (Transport Simulation Systems) TSS có trụ sở chính ở Barcelona (Tây Ban Nha), ngoài ra còn có các văn phòng tại New York (Mỹ), Sydney (Australia) và Paris (Pháp) Vào cuối những năm 1980, công ty đã giới thiệu một sản phẩm mô phỏng giao thông vi mô trên những máy tính tiêu chuẩn và sau đó đã tiến tới phát triển thành Airsum

Airsum rất nổi bật với tính năng hỗ trợ việc tạo ra các mạng lưới giao thông một cách thuận tiện Ngoài việc tự tạo ra mạng các trục đường theo mong muốn, Aimsum còn hỗ trợ người dùng nhập các file bản đồ của một số phần mềm khác, các file cấu hình mạng lưới như XML hoặc file xuất từ OpenStreetMap nên rất thuận tiện cho người dùng mô hình hóa mạng lưới giao thông trong thực tế Khả năng hỗ trợ việc tạo ra bản đồ phục vụ cho mô phỏng của Aimsum khá tốt

Aimsum cũng cung cấp rất tốt những thông tin thống kê về tình trạng giao thông ngay khi đang tiến hành mô phỏng

Aimsum là một phần mềm có bản quyền Vậy nên cũng giống hầu hết phần mềm

có bản quyền thuộc lớp này, một số tính năng của Aimsum bị hạn chế trong bản demo, như chỉ có phép mô phỏng với số lượng phương tiện không lớn và không hỗ

18

trợ đầy đủ trong việc nhập dữ liệu bản đồ từ các phần mềm và cơ sở dữ liệu bên ngoài Hiện tại, phiên bản Aimsum 8 đã cho phép cài đặt trên cả 3 hệ điều hành thông dụng nhất là Windows, Linux Ubuntu và Mac OS

1.8.3 SUMO

Hình 1.8.3: Giao diện phần mềm SUMO

Sumo (Simulation of Urban Mobility) là một gói mô phỏng giao thông đường bộ

vĩ mô, mã nguồn mở, có tính di động cao Được thiết kế để xử lý những mạng lưới đường bộ lớn Nó được phát triển chủ yếu bởi các nhân viên của viện hệ thống giao thông vận tải của Trung tâm vũ trụ Đức SUMO được cấp giấy phép GPL Mô phỏng cho phép giải quyết một số lượng lớn các vấn đề trong quản lý giao thông Mỗi chiếc xe được mô phỏng một cách rõ ràng, có một con đường riêng và di chuyển độc lập trong mạng SUMO có thể tải về từ địa chỉ

sử dụng một kiến thức và cơ sở mô hình chung Cũng có nhiều công cụ mô phỏng

19

giao thông mã nguồn mở khác nhưng chúng thường là đồ án của sinh viên, những người này sau đó thường không phát triển tiếp nữa Một nhược điểm chính, đó là bên cạnh việc tái phát minh gì người khác đã làm, hầu như không thể tồn tại một so sánh nào giữa các mô hình hay thuật toán mô phỏng đã được thực thi Thứ hai là nhận thêm sự giúp đỡ đóng góp từ những người khác

Trong hơn 1 thập kỷ qua, SUMO đã phát triển thành một gói nhiều tính năng tiện ích cho mô phỏng giao thông bao gồm nhập mạng lưới đường đi, hỗ trợ nhiều định dạng nguồn khác nhau, sinh nhu cầu và định tuyến với một lượng lớn nguồn đầu vào (ma trận từ diểm gốc tới điểm đích – O/D Matrix, bộ đếm giao thông…), một ứng dụng mô phỏng hiệu năng cao có thể sử dụng cho một nút giao cắt cũng như toàn bộ thành phố với một giao diện điều khiển từ xa TraCI thích ứng với mô phỏng trực tuyến và một lượng lớn công cụ và kịch bản bổ sung Phần lớn thành quả phát triển được thực hiện bởi Học viện các hệ thống giao thông vận tải, trực thuộc Trung tâm hàng không vũ trụ Đức Các tổ chức bên ngoài hỗ trợ những mở rộng khác nhau cho bộ công cụ mô phỏng

SUMO rất linh hoạt, hỗ trợ chạy trên nhiều hệ điều hành thông dụng như Windows, Linux, Mac OS Về khả năng hỗ trợ tạo lập các mạng lưới giao thông, SUMO không có công cụ tạo lập bằng đồ họa tích hợp ngay trong phần mềm Thay vào đó là sử dụng dòng lệnh Tuy nhiên, SUMO cho phép nhập dữ liệu bản đồ từ nhiều nguồn khác nhau như Visum, Vissim, Shapefiles, OpenStreetMap, RoboCup, MATsim, OpenDrive và các loại tập tin mô tả bằng XML khác Điều này là hết sức thuận lợi cho người dùng trong các ứng dụng thực tiễn SUMO có thể tiến hành mô phỏng trên mạng lưới lên tới 10000 con đường Tốc độ thực hiện nhanh (cập nhật đến 100000 xe/s trên một máy 1GHz), cho phép mô hình hóa những hệ thống giao thông tương đối lớn có sự tương tác giữa các phương tiện

Ngoài ra, SUMO cũng cho phép xác địnhtrạng thái của hệ thống giao thông tại những thời điểm trong quá trình mô phỏng Điểm yếu lớn nhất của SUMO so với các phần mềm mô phỏng giao thông khác có lẽ là vấn đề hiển thị giao diện đồ họa

20

1.8.4 VISSIM

Hình 1.8.4: Giao diện phần mềm VISSIM

VISSIM là một sản phẩm thương mại của công ty PTV AG, Đức VISSIM thuộc loại microscopic, là một trong những phần mềm mô phỏng giao thông hoàn thiện nhất trên thế giới hiện nay Có khả năng cung cấp thông tin chi tiết về trạng thái hoạt động của xe, thông tin được cập nhật theo sự kiện VISSIM có khả năng

mô phỏng nhiều hành vi phức tạp của xe, đặc biệt là các hành vi diến ra trong nút như chiếm chỗ trống hoặc đỗ xe trên phố

Giá bán lẻ một bản đơn của VISSIM là #2,495.00

Ngoài ra, VISSIM là một thành phần trong bộ công cụ phần mềm ứng dụng giao thông vận tải được phát triển bởi PTV Bộ công cụ này bao gồm các gói phần mềm sau:

VISUM: hệ thống thông tin và lập kế hoạch trong quá trình vận tải với các chức

năng chính là thiết kế mạng giao thông, pân tích, đánh giá, phân công, dự báo nhu cầu giao thông và lợi nhuận thu về

INTERPLAN: lập lịch trình cho phương tiện, lên kế hoạch về nhân lực cùng

quản lý và điều hành giao thông

xá nước ta Một điểm chung nữa là các phương tiện tham gia giao thông trong hệ thống này chủ yếu là ô tô, sự di chuyển không quá phức tạp để tính toán

Tuy nhiên, những hệ thống nêu trên cũng có một số ưu điểm nhất định Bên cạnh việc tiếp thu những cơ sở lý thuyết, phương pháp xây dựng của các hệ thống này, chúng ta cần tìm các phương pháp mới nhằm nghiên cứu xây dựng một hệ thống mô phỏng giao thông phù hợp với tình hình giao thông ở Việt Nam, nhất là các thành phố lớn có mật độ giao thông dày đặc