NGHIÊN cứu một TIẾP cận điều KHIỂN đèn tín HIỆU GIAO THÔNG THÔNG MINH tại một GIAO lộ

Chương hai đề xuất giải thuật điều khiển đèn giao thông thích nghi tình trạng giao thông dựa trên độ ưu tiên các hướng qua giao lộ, bằng cách kết hợp bảng hướng giao thông không xung đột

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN



Trần Vạn Thúy Diễm

NGHIÊN CỨU MỘT TIẾP CẬN ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN HIỆU

GIAO THÔNG THÔNG MINH TẠI MỘT GIAO LỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Mã số: 60.48.02.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TRẦN VĨNH PHƯỚC

TP HỒ CHÍ MINH – NĂM 2016

Trên thực tế để đạt được một kết quả nhất định, ngoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân thì sự hỗ trợ của người khác sẽ góp phần rất lớn trong sự thành công của mỗi chúng ta Trong quá trình học tập tại trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin - TP.HCM và suốt thời gian thực hiện Luận văn Thạc sỹ t i đ nhận đượ rất nhi ự

an t gi đ ủa Thầ gia đ nh v ạn

Với lòng biết ơn ắc nhất, tôi xin chân thành gửi đến Thầy PGS.TS Trần Vĩnh Phước, người Thầy đ tận t nh định hướng, hướng dẫn động viên v gi đ tôi nhi u

v mặt tinh thần ũng như tr n đạt kiến thứ để t i vượt qua những khó khăn trong

sự tìm tòi hiểu biết v lĩnh vực mới, để rồi cuối cùng ngày hôm nay tôi hoàn thành được luận văn tốt nghiệp Một lần nữa xin được gửi lời cả ơn đến Thầy, kính chúc Thầy luôn khoẻ mạnh và luôn áng tạo trong nghiên ứ khoa họ để tiế tụ tr n đạt những kinh nghiệ ũng như kiến thứ giá ho thế hệ tương lai

Tôi xin chân thành cả ơn đến Quý Thầy Cô trong trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin - Đại học quốc gia Tp.HCM đ tr n đạt những hương há kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Tôi ũng xin cả ơn tất ả á ạn họ ùng lớ đ hỗ trợ gó ũng như hia ẻ những

th ng tin hữ í h trong á tr nh họ tậ

T i ũng xin cả ơn đến Cha Mẹ v người chị th n thương trong gia đ nh tất cả các bạn đồng nghiệp tại Công Ty Thảo hương đ động viên gi đ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Mặ dù t i đ nỗ lự để hoàn thành luận văn n ột cách tốt nhất có thể nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót không mong muốn, kính mong nhận được sự chỉ dẫn của Quý Thầy Cô và sự đóng gó á ạn

Trân trọng á ơn!

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Vĩnh Phước Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong luận văn sử dụng cho việc phân tích do chính tác giả thu thập Ngoài ra, trong luận văn còn

sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc từ các quy định kỹ thuật, tài liệu, tạp chí, các công trình nghiên cứu đã được công bố Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình

TP HCM, ngày 19 tháng 7 năm 2016

Trần Vạn Thúy Diễm

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI TRI ÂN

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC BẢNG 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 4

MỞ ĐẦU 5

Chương 1 GIAO THÔNG ĐÔ THỊ TP HỒ CHÍ MINH & CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG 1.1 Giới thiệu 7

1.2 Giao thông tại Tp Hồ Chí Minh 7

1.2.1 Phương tiện giao thông tại Tp Hồ Chí Minh 9

1.2.2 Cơ sở hạ tầng giao thông tại Tp HCM 10

1.2.3 Hành vi của người sử dụng cơ sở hạ tầng giao thông 11

1.2.4 Điều khiển giao thông 12

1.3 Các thành tựu kỹ thuật điều khiển đèn giao thông 14

1.3.1 Nguyên lý điều khiển đèn giao thông 15

1.3.2 Chiến lược điều khiển đèn giao thông 17

1.4 Kết luận 20

Chương 2 GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG DỰA TRÊN ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG VÀO GIAO LỘ 2.1 Giới thiệu 21

2.2 Vùng giao lộ đô thị 23

2.3 Mục tiêu 25

2.4 Mô tả bài toán 25

2.4.1 Phạm vi bài toán 25

2.4.2 Sơ đồ khối 25

2.4.2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển đèn giao thông dựa trên độ ưu tiên tại một giao lộ 25

2.4.2.2 Dữ liệu không gian 27

2.4.3 Dữ liệu vào 28

2.4.4 Áp dụng 29

2.5 Giải thuật [4] 30

2.6 Tính chất của giải thuật 32

2.7 Kết luận 32

Chương 3 MINH HỌA GIẢI THUẬT TẠI GIAO LỘ TRẦN HƯNG ĐẠO VÀ NGUYỄN VĂN CỪ TẠI TP HỒ CHÍ MINH 3.1 Giới thiệu 34

3.2 Khảo sát giao lộ Trần Hưng Đạo và Nguyễn Văn Cừ 34

3.3 Sắp xếp hình học hiện hành tại giao lộ 35

3.3.1 Hệ thống đèn giao thông hiện hành tại giao lộ 36

3.3.2 Lưu thông hiện hành tại giao lộ Trần Hưng Đạo và Nguyễn Văn Cừ 36

3.4 Mô tả bài toán 38

3.5 Áp dụng giải thuật [4] 38

3.5.1 Đầu vào của giải thuật 38

3.5.1.1 Nhóm dữ liệu phụ thuộc vào không gian 39

3.5.1.2 Nhóm dữ liệu phụ thuộc vào thời gian 41

3.5.2 Thuật toán và kết quả 42

3.6 Thực nghiệm bằng chương trình 51

3.7 Kết quả 51

3.8 Kết luận 52

KẾT LUẬN 54

DANH MỤC CÔNG BỐ KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 59

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Bảng hướng không xung đột 41 Bảng 3.2: Độ ưu tiên của các hướng theo không gian và thời gian thực được giả sử

từ t 1 đến t 16 41 Bảng 3.3: Các hướng được sắp xếp theo mức độ ưu tiên tại từng chu kỳ dữ liệu 42

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 24 điểm nóng kẹt xe ở Tp Hồ Chí Minh 8

Hình 1.2 Phương tiện giao thông tại Tp Hồ Chí Minh giai đoạn 2011- 2015 9

Hình 1.3 Phương tiện di chuyển đông đúc trong giờ cao điểm 10

Hình 1.4 Hệ thống báo hiệu giao thông đường bộ 12

Hình 2.1 Tất cả các xe phải dừng đèn đỏ trong khi phương cắt ngang có ít xe di chuyển 21

Hình 2.2 Xe cứu thương phải dừng lại phía sau đám đông xe dừng trước đèn đỏ 22

Hình 2.3 Tai nạn dẫn đến ùn ứ trong vùng giao lộ 23

Hình 2.4 Vùng giao lộ đô thị 24

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống điều khiển đèn giao thông dựa trên độ ưu tiên tại một giao lộ 26

Hình 2.6 Giải thuật điều khiển đèn tín hiệu giao thông thích nghi theo thời gian thực 31

Hình 3.1 Giao thông vào giờ cao điểm tại giao lộ Trần Hưng Đạo và Nguyễn Văn Cừ 34

Hình 3.2 Hiện trạng giao thông tại giao lộ Trần Hưng Đạo và Nguyễn Văn Cừ 36

Hình 3.3 Xung đột giao thông tại giao lộ Trần Hưng Đạo và Nguyễn Văn Cừ 37

Hình 3.4 Giao lộ được tổ chức lại theo giải thuật được đề xuất 38

Hình 3.5 Các hướng không xung đột 40

Hình 3.6 Giản đồ thời gian tại một giao lộ với thời gian t từ t-1 đến t16 51

MỞ ĐẦU

Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, khoa học - kỹ thuật, giao thông luôn giữ vị trí quan trọng trong công cuộc hội nhập, đổi mới, xây dựng và phát triển một quốc gia Giao thông thuận tiện sẽ tạo điều kiện phát triển các sinh hoạt văn hoá, giáo dục, vui chơi, thể thao trong một đô thị phát triển Tốc độ phát triển của

Tp Hồ Chí Minh đã và đang thu hút nhiều lao động về thành phố dẫn đến sự gia tăng nhu cầu giao thông với phương tiện đi lại đa dạng gây ra tình trạng ùn tắc, ùn ứ xảy ra thường xuyên Ùn tắc, ùn ứ giao thông không những làm lãng phí năng lượng, tổn thất về kinh tế, lãng phí thời gian lao động của người điều khiển phương tiện, ảnh hưởng lớn đến hoạt động sản xuất mà còn làm ô nhiễm môi trường vì chất thải của xe Không những thế, ùn tắc giao thông còn tác động xấu đến môi trường đầu tư, du lịch,v.v…

Tình trạng ùn ứ giao thông là do sự mất cân đối cung-cầu trong giao thông, phương tiện giao thông ngày càng gia tăng trong khi bề rộng mặt đường không đáp ứng được Bên cạnh đó, giao thông đô thị không chỉ đa dạng về phương tiện mà còn

đa dạng về hành vi của người sử dụng phương tiện, nhiều loại phương tiện với những chủng loại khác nhau như xe tải, xe khách, xe buýt, xe du lịch, xe ba gác, xe máy 2 bánh, xe đẩy bán hàng rong, xe lăn người tàn tật, người đi bộ, v.v…, di chuyển san sát lẫn lộn với nhau Ngoài ra, hệ thống điều khiển giao thông đặc biệt

là hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông tồn tại những bất hợp lý làm cho hiệu suất sử dụng mặt đường không cao gây ra tình trạng ùn ứ, ùn tắc không mong muốn Trong đó, sự di chuyển xung đột trong vùng giao lộ là một trong những nguyên nhân làm cho tình trạng ùn ứ, ùn tắc càng thêm trầm trọng

Những thành tựu khoa học kỹ thuật về điều khiển đèn giao thông hiện nay được nghiên cứu áp dụng cho các hệ thống giao thông của các đô thị chỉ có xe 4 bánh di chuyển nối đuôi nhau theo từng làn có trật tự Những kết quả này khó có thể

áp dụng trong điều kiện giao thông đa dạng về đối tượng sử dụng mặt đường, tính chất hình học mặt đường, vùng giao lộ, và đặc biệt là tình trạng lộn xộn của những

khiển đèn giao thông thích hợp với tình trạng giao thông đa dạng về phương tiện và cách sử dụng mặt đường để nâng cao hiệu suất sử dụng mặt đường đồng thời với các giải pháp khắc phục tình trạng mất cân đối cung-cầu trong giao thông và cải thiện hành vi người sử dụng mặt đường

Ý tưởng chính của luận văn này là đề xuất một giải thuật điều khiển đèn tín hiệu giao thông dựa trên độ ưu tiên của các hướng vào giao lộ tại một giao lộ Giải thuật dựa trên độ ưu tiên của từng hướng vào giao lộ kết hợp với sự di chuyển không xung đột trong vùng giao lộ phù hợp với tình trạng giao thông đa dạng Giải thuật cung cấp các tập đèn xanh cho các hướng qua giao lộ tại những thời điểm nhận được chuỗi hướng giao thông ưu tiên qua giao lộ Đặc tính của giải thuật là các chu kỳ đèn xanh của một hướng không bằng nhau tại các thời gian khác nhau và tập đèn xanh của vùng giao lộ tại các chu kỳ xử lý không giống nhau

Luận văn này được cấu trúc như sau Tiếp theo chương mở đầu là chương một trình bày những đặc trưng tình trạng giao thông Tp Hồ Chí Minh, các chiến lược và một số thành tựu khoa học kỹ thuật trong điều khiển đèn giao thông đang được áp dụng tại nhiều thành phố Chương hai đề xuất giải thuật điều khiển đèn giao thông thích nghi tình trạng giao thông dựa trên độ ưu tiên các hướng qua giao lộ, bằng cách kết hợp bảng hướng giao thông không xung đột áp dụng cho từng giao lộ với chuỗi thứ tự các hướng ưu tiên thay đổi theo thời gian, tùy theo tình trạng giao thông tại các hướng vào giao lộ Chương ba của luận văn minh họa giải thuật cho một giao lộ gồm có 12 hướng qua giao lộ, trong đó có một hướng không cần đèn điều khiển; dữ liệu không gian là bảng hướng không xung đột được thiết lập theo ý kiến chuyên gia và dữ liệu thời gian là chuỗi thứ tự hướng ưu tiên được cung cấp ngẫu nhiên Chương kết luận tổng kết những kết quả đạt được của giải thuật và những vấn đề cần nghiên cứu tiếp tục

Chương 1

GIAO THÔNG ĐÔ THỊ TP HỒ CHÍ MINH &

CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG

1.2 Giao thông tại Tp Hồ Chí Minh

Tp Hồ Chí Minh là nơi tập trung dân số đông với hơn 8 triệu người và ngày càng gia tăng Do đó, nhu cầu giao thông tại thành phố này là rất lớn Thực trạng cho thấy, Tp Hồ Chí Minh thường xuyên xảy ra các vụ ùn ứ giao thông nghiêm trọng tại một số khu vực, trên nhiều tuyến đường gây ra những thiệt hại lớn về kinh

tế, ảnh hưởng xấu đến đời sống và sinh hoạt của người dân, ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động phát triển xã hội và môi trường của thành phố Trong năm 2012, Tp Hồ Chí Minh có 76 điểm ùn ứ Đến năm 2014, mặc dù số lượng điểm ùn ứ, ùn tắc tại thành phố có xu hướng giảm đi, nhưng trong thời gian gần đây, ùn ứ có dấu hiệu tái

diễn thường xuyên xảy ra các vụ ùn ứ nghiêm trọng trong một số giao lộ Trên các trục giao thông chính và trên các đường ở trung tâm thành phố, dòng phương tiện dừng chờ rất dài khi qua các giao lộ Theo Sở Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh, hiện thành phố vẫn đang tồn tại 24 điểm nóng đến nay vẫn chưa thể giải quyết được nạn ùn ứ giao thông trong giờ cao điểm (hình 1.1)

1.2.1 Phương tiện giao thông tại Tp Hồ Chí Minh

Quản lý giao thông tại Tp Hồ Chí Minh ngày càng phức tạp do sự phát triển của các phương tiện xe cơ giới cùng với sự phát triển kinh tế và gia tăng dân số, đặc biệt sự gia tăng đột biến lượng xe hai bánh và xe ô tô cá nhân là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ùn ứ, ùn tắc trong giao thông

Hình 1.2.Phương tiện giao thông tại Tp Hồ Chí Minh giai đoạn 2011- 2015

(Nguồn: Sở Giao thông vận tải TP.HCM)

Do sự gia tăng quá nhanh của các loại phương tiện, vận tốc đi lại trung bình

đã chậm hơn nhiều so với các năm trước Theo số liệu thống kê của Sở Giao thông vận tải Tp Hồ Chí Minh năm 2011 toàn thành phố có khoảng 5,5 triệu xe gắn máy

và gần 500.000 xe ô tô Nhưng thống kê năm 2015, thành phố đã có hơn 7,4 triệu phương tiện gồm xe ôtô, xe gắn máy đăng ký lưu hành, trong có gồm hơn 6,8 triệu

xe gắn máy và khoảng 560.000 ô tô Với lượng xe gắn máy hơn 6,8 triệu chiếc, tăng gần 2 triệu xe so với năm 2011 (hình 1.2) Tp Hồ Chí Minh là đô thị lớn có lượng

xe gắn máy đứng đầu cả nước, chiếm hơn 15% tổng số xe gắn máy của cả nước, mỗi năm lượng xe gắn máy tăng từ 300.000 - 350.000 chiếc, chưa kể khoảng trên 1 triệu xe gắn máy vãng lai ở các tỉnh do người dân mang vào thành phố lưu thông hằng ngày trên đường dẫn đến hệ quả ùn ứ, ùn tắc giao thông là điều khó có thể

tránh khỏi, điều này đã gây áp lực rất lớn lên hạ tầng giao thông, gây quá tải cho hệ thống giao thông đô thị dẫn đến tình trạng ùn ứ, ùn tắc giao thông

Trên các trục giao thông chính và trên các đường ở trung tâm thành phố, dòng phương tiện dừng chờ rất dài khi qua các giao lộ và để qua được một giao lộ trung bình phải mất từ 2 - 3 chu kỳ đèn tín hiệu giao thông; hiện tượng này là một trong những nguyên nhân chính gây ra ùn tắc và rối loạn giao thông Vào giờ cao điểm buổi chiều, trên các trục giao thông chính, từng dòng xe di chuyển rất chậm qua các giao lộ bởi có quá nhiều xe 2 bánh (hình 1.3)

Hình 1.3.Phương tiện di chuyển đông đúc trong giờ cao điểm

(Hình chụp vào lúc 17g35 ngày 04/3/2016 tại giao lộ Trần Hưng Đạo và Nguyễn Văn Cừ)

1.2.2 Cơ sở hạ tầng giao thông tại Tp HCM

Tp Hồ Chí Minh một đô thị lớn đang phải đối diện tình hình dân số tăng quá nhanh với hạ tầng giao thông quá tải, tình trạng ùn ứ, ùn tắc xảy ra thường xuyên Những năm qua, diện tích mặt đường được xây dựng mới tăng lên đáng kể, từ đường đô thị đến đường quốc lộ, đường cao tốc, đồng thời số lượng phương tiện giao thông di chuyển trên mặt đường cũng ngày càng nhiều hơn Theo số liệu thống

kê vào cuối năm 2007, Tp Hồ Chí Minh có khoảng 3.365 tuyến đường với tổng chiều dài 3.223 km Đến nay thành phố có khoảng 3.900 tuyến đường, tổng chiều dài khoảng 3.670 km; diện tích đường giao thông so với diện tích đất của thành phố chưa đạt yêu cầu để giao thông thông suốt Hạn chế của cơ sở hạ tầng giao thông chưa đáp ứng được so với tình hình thực tế, hàng năm đầu tư xây dựng hạ tầng giao thông có mức tăng rất thấp đã góp phần tăng thêm khoảng 2% diện tích cầu, đường giao thông, trong khi đó số lượng xe cá nhân tăng 10%, tỉ lệ diện tích mặt đường bị chiếm bởi phương tiện giao thông trung bình trong ngày rất cao, không gian bề rộng

mặt đường không đáp ứng được số lượng lớn nên mặt đường thường xuyên bị bão hòa, thậm chí bị ùn tắc tại những giờ cao điểm Ngoài ra mặt đường thành phố rất

đa dạng có nhiều độ rộng khác nhau, giao lộ có nhiều làn đường, giao lộ với nhiều loại: phân kênh hẹp, phân kênh mở rộng, phân kênh có đường rẽ trái chéo góc,v.v…Các quy định về đường 1 chiều, 2 chiều, tại cùng giao lộ có phân đoạn 1 chiều, phân đoạn 2 chiều, biển báo hiệu đường đa dạng, phân làn đường không cân xứng

Sau nhiều năm chính phủ thực hiện các giải pháp như đầu tư nâng cấp hàng loạt tuyến đường, đưa hệ thống cầu vượt vào khai thác, xây dựng 12 tuyến metro, lắp đặt dải phân cách, tổ chức lại giao thông các khu vực,v.v…nhưng tình trạng ùn tắc giao thông tại Tp Hồ Chí Minh vẫn không được giải quyết triệt để, cũng như hệ thống đèn giao thông chưa được nâng cấp tương ứng

1.2.3 Hành vi của người sử dụng cơ sở hạ tầng giao thông

Trong khi cơ sở hạ tầng tồn tại nhiều hạn chế, phương tiện giao thông quá đông là những nguyên nhân được đưa ra, nhưng ý thức của người tham gia giao thông cũng là một yếu tố ảnh hưởng rất đáng kể đến tình hình giao thông ùn ứ tăng đột biến Tại Tp Hồ Chí Minh một số cá nhân điều khiển phương tiện khi tham gia giao thông chưa cao, trên thực tế tình hình lưu thông tại Tp Hồ Chí Minh khá lộn xộn, tranh phần đường, lấn tuyến vượt ẩu với dòng xe lưu thông hướng ngược lại, không theo tín hiệu đèn giao thông, lạng lách, nhiều chủng loại phương tiện khác nhau di chuyển san sát xen kẻ nhau không đi theo đúng làn đường quy định, vượt đèn đỏ, đậu không đúng vạch dừng, không nhường đường ưu tiên, điều khiển các phương tiện di chuyển không nối đuôi, người sau cố gắng chèn vào những khoảng

hở có thể được để vượt mặt người trước, có nhiều phương tiện chạy lẫn lộn, như xe đẩy, xe lăn, xe bán hàng rong chiếm dụng mặt đường, v.v…[4] là một trong những nguyên nhân chính gây nên tình trạng ùn tắc ngày càng gia tăng Trên nhiều tuyến đường trong thành phố thường xuyên xảy ra tình trạng kẹt xe cục bộ vào giờ cao điểm, dù lực lượng cảnh sát giao thông luôn luân phiên nhau điều tiết phân luồng nhưng một số người điều khiển phương tiện luôn vượt đường, lấn tuyến vô cùng nguy hiểm Đặc biệt, tại những giao lộ không có sự điều khiển của cảnh sát giao

thông hoặc thanh niên xung phong, tình trạng người điều khiển phương tiện vi phạm giao thông ngày càng phổ biến và chưa có sự thay đổi đáng kể

Chính phủ có nhiều giải pháp như điều phối thanh niên xung phong hướng dẫn cho người sử dụng mặt đường trật tự hơn, tuyên truyền, giáo dục nâng cao ý thức người sử dụng phương tiện giao thông và điều khiển phương tiện trên đường nhằm nâng cao mức độ an toàn giao thông chưa mang lại kết quả Bên cạnh đó, phòng cảnh sát giao thông đường bộ phối hợp với đài truyền hình, báo đài, v.v tuyên truyền luật lệ giao thông nhưng chủ yếu mang tính chất phóng sự, chưa thường xuyên và chưa có các hình thức thu hút sự chú ý của người dân

1.2.4 Điều khiển giao thông

Điều khiển giao thông là các biện pháp được đưa ra nhằm điều khiển sự di chuyển của dòng phương tiện để duy trì trật tự an toàn giao thông, nâng cao hiệu suất cơ sở hạ tầng sẵn có, người sử dụng mặt đường được đi lại bình thường, tránh

ùn ứ và tai nạn giao thông Hiện nay giao thông trên đường bộ được điều khiển bởi

hệ thống báo hiệu đường bộ như hiệu lệnh của người điều khiển giao thông, biển báo hiệu, vạch kẻ đường, cọc tiêu hoặc tường bảo vệ (hình 1.4) [QCVN 41: 2012/BGTVT]

Hình 1.4.Hệ thống báo hiệu giao thông đường bộ

 Hiệu lệnh của người điều khiển giao thông như hiệu lệnh bằng tay, hiệu lệnh bằng còi, hiệu lệnh bằng gậy chỉ huy và hàng rào chắn

 Biển báo hiệu gồm có biển báo cấm, biển báo nguy hiểm,biển hiệu lệnh, biển chỉ dẫn,…

 Vạch kẻ đường là vạch chỉ sự phân chia làn đường, vị trí hoặc hướng đi, vị trí dừng lại như vạch chỉ dẫn, vạch cấm, vạch cảnh báo,…

 Cọc tiêu hoặc tường bảo vệ được đặt ở mép các đoạn đường nguy hiểm để hướng dẫn cho người tham gia giao thông biết phạm vi an toàn của nền đường và hướng đi của đường

 Hàng rào chắn được đặt ở nơi nền đường bị thắt hẹp, ở đầu cầu, đầu cống, ở đầu các đoạn đường cấm, đường cụt không cho xe, người qua lại hoặc đặt ở những nơi cần điều khiển, kiểm soát sự đi lại

Quan trọng hơn hết trong điều khiển giao thông là sự điều khiển bằng tín hiệu đèn giao thông Có 3 loại tín hiệu đèn [QCVN 41:2012/BGTVT]: Tín hiệu xanh là được đi; Tín hiệu đỏ là cấm đi; Tín hiệu vàng là báo hiệu sự thay đổi tín hiệu Khi đèn vàng bật sáng, người điều khiển phương tiện phải cho xe dừng lại trước vạch dừng, trừ trường hợp đã đi quá vạch dừng thì được đi tiếp Đèn tín hiệu hoạt động cả ngày, đến khoảng 23 giờ thì chuyển sang chế độ đèn vàng nhấp nháy hoặc ngừng hoạt động Khi đèn vàng nhấp nháy, phương tiện được đi nhưng vẫn phải chú ý, người đi bộ được phép sang đường Đến 6 giờ sáng ngày hôm sau đèn lại hoạt động bình thường trở lại Ở một vài giao lộ đông đúc, đèn tín hiệu có thể hoạt động 24/24 mà không hoạt động đèn vàng nhấp nháy Cơ chế hoạt động của đèn giao thông tại hầu hết các thành phố lớn ở Việt Nam là khi đèn xanh của làn đường 1 được bật sáng thì cùng lúc đó đèn đỏ của làn đường 2 (làn theo phương cắt ngang) được bật sáng Sau một khoảng thời gian nhất định đèn xanh của làn đường

1 tắt, đèn vàng của làn đường 1 được bật lên Khi đèn vàng của làn đường 1 tắt thì đèn đỏ của làn đường 1 được bật sáng, đồng thời đèn xanh của đèn đường 2 được bật sáng Cứ thế chu kỳ được lặp lại theo những khoảng thời gian cố định trong ngày

Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển đèn giao thông hiện nay theo thời gian cố định giống nhau trong tất cả chu kỳ với chu kỳ hoạt động của đèn giao thông được thiết lập trước theo các thời điểm trong ngày tùy theo giao lộ Nguyên

lý điều khiển bằng tay với người trực tiếp điều khiển đèn giao thông ở tủ điều khiển

có thể điều khiển chu kỳ bật tắt của đèn giao thông và có thể thiết lập thông số cho chế độ chu kỳ hoạt động cố định

Tuy nhiên điều khiển giao thông hiện nay không hợp lý như đường trống không cho phương tiện qua vùng giao lộ, chặn các xe ưu tiên trước vùng giao lộ, gây ra sự ùn tắc, ùn ứ trong giao thông Những giải pháp nhằm cải thiện điều khiển đèn tín hiệu từ đơn giản đến phức tạp được nỗ lực thực hiện trong thời gian qua, kiểm tra, rà soát, hiệu chỉnh lại thời lượng đèn tín hiệu theo từng thời điểm ở các giao lộ của các tuyến đường trục chính; kết nối các chốt đèn, camera về một trung tâm để đo đếm được lưu lượng xe trên từng trục, khu vực và có sự hiệu chỉnh, điều hòa dòng xe từ xa…Ngoài ra, có nhiều nghiên cứu nhằm cải thiện tình trạng ùn ứ giao thông đưa ra đề xuất điều khiển đèn giao thông theo chế độ động hoạt động tự động theo tình trạng giao thông – chế độ này hoạt động theo chu kỳ và thời gian của đèn xanh mà được xác định tự động bằng phần mềm theo lưu lượng, mật độ và vận tốc trung bình của dòng xe Bên cạnh đó, cũng có những nghiên cứu điều khiển từ

xa – người quản lý và giám sát tại trung tâm dựa vào thông tin từ màn hình giám sát

và thông tin về ùn tắc, ùn ứ giao thông tại các nút giao thông lân cận đưa ra các lệnh điều khiển trực tiếp hệ thống đèn giao thông hoặc thiết lập chu kỳ hoạt động cho đèn giao thông

1.3 Các thành tựu kỹ thuật điều khiển đèn giao thông

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn minh và hiện đại Nhu cầu về giao thông ngày càng trở nên cấp thiết, nhất là trong các thành phố lớn Do nhu cầu của đời sống con người, đặc biệt là nhu cầu đi lại, các loại phương tiện giao thông đã tăng nhanh chóng Riêng tại Tp Hồ Chí Minh số lượng phương tiện trong những năm qua tăng một cách đột biến, mật độ xe lưu thông trên đường ngày một nhiều, trong khi đó hệ thống đường xá tại thành phố còn quá nhiều hạn chế nên thường gây ra ùn tắc, ùn ứ trong giao thông, vì lý do đó hệ thống đèn giao thông là công cụ điều khiển giao thông hiệu quả nhất đóng vai trò rất lớn trong việc đảm bảo an toàn, giao thông thông suốt

Trong quản lý giao thông, hệ thống điều khiển giao thông thông minh có thể giúp cải thiện dòng xe, nâng cao an toàn giao thông, nâng cao an ninh, giảm vi

phạm pháp luật giao thông, cải thiện chất lượng giao thông công cộng, nâng cao hiện quả vận tải hàng hóa, và giảm thiểu tác động môi trường

1.3.1 Nguyên lý điều khiển đèn giao thông

Những nghiên cứu về hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông động được nhiều nhà khoa học áp dụng những kỹ thuật điều khiển thông minh khác nhau như điều khiển mạng neural (neural network); điều khiển mờ (fuzzy control); thuật toán học (learning algorithm) Trong đó thì kỹ thuật điều khiển mờ được áp dụng nhiều nhất trong điều khiển tín hiệu đèn giao thông [5-8] Ứng dụng kĩ thuật này đem đến

ưu điểm là sử dụng ít tài nguyên hệ thống máy tính, thuật toán không phức tạp bằng các thuật toán điều khiển khác, ưu điểm nữa của phương pháp này là giảm thời gian chờ và tăng khả năng lưu thông của phương tiện giao thông Khó khăn trong sử dụng phương pháp điều khiển mờ là xây dựng các luật điều khiển mờ và phụ thuộc vào nền tảng kiến thức tổng hợp về điều khiển và giao thông của người nghiên cứu

Trong nhiều nghiên cứu sử dụng mạng neural và thuật toán học để điều khiển tín hiệu đèn giao thông [9, 10] Ưu điểm của những thuật toán này là tận dụng được vốn kinh nghiệm của các trường hợp giao thông đặc thù các thành phố khác nhau, nhược điểm việc điều khiển tại các điểm giao cắt cần các thuật toán phức tạp Một hướng nghiên cứu mang đến kết quả khả quan hơn trong việc xây điều khiển hệ thống tín hiệu giao thông hiệu quả là áp dụng các phương pháp điều khiển lai như điều khiển neural – mờ; điều khiển học – mờ [11, 12] Phương pháp này tỏ ra chính xác và ưu việt hơn so với các phương pháp trên

Nhằm giảm thiểu thời gian chờ đợi của xe trước đèn giao thông, các công trình điều khiển đèn giao thông thông minh [13] của các tác giả trên đã tiếp cận hệ thống điều khiển thích nghi cho nhiều ngã tư gần kề dựa trên logic mờ hoặc hệ thống chuyên gia với luật if-then cho một ngã tư độc lập [14] Các phương pháp phân tích dữ liệu dựa trên lưu lượng, mật độ, và vận tốc của xe vào những đoạn đường nối với các giao lộ Số lượng xe chạy vào một đoạn đường được đếm theo thời gian thực bằng các vòng cảm ứng, hệ thống định vị toàn cầu (GPS), RFID, hoặc camera video [5, 6, 15-17] Phân tích các dữ liệu của xe vào một đoạn đường,

các tiếp cận dự đoán số lượng xe và thời gian khi xe xuất hiện tại giao lộ tiếp theo

để điều khiển đèn giao thông

Các tiếp cận này rất khó để triển khai ở Tp Hồ Chí Minh vì sự đa dạng của các loại xe, sự khác biệt về cấu trúc và hình dạng của các giao lộ, và sự phức tạp trong hành vi của người đi trên đường Giao lộ ở Tp Hồ Chí Minh được hình thành bởi nhiều nhánh có độ rộng và tổ chức mặt đường khác nhau Trên hầu hết các đường phố, xe 4 bánh và xe 2 bánh di chuyển chung san sát với nhau Ngoài ra, xe

từ trường học, siêu thị, và những đường hẻm kết nối với đường đô thị làm thay đổi

số lượng xe đếm bằng cảm biến Hơn nữa, các tiếp cận đã không xét các quy định đối với các loại xe ưu tiên đang lưu thông đến giao lộ như đoàn xe chữa cháy, xe đặc biệt (xe lãnh tụ, xe quân sự, xe tù, xe tiền, …), xe cứu thương Trong khi đó, có

hệ thống điều khiển đèn giao thông [18] tập trung vào việc mở đường cho sự di chuyển của xe cấp cứu mà không giải quyết vấn đề tắc nghẽn cũng như kẹt xe tại giao lộ

Việc nghiên cứu điều khiển hệ thống giao thông thông minh được cho là một giải pháp cần để phát triển giao thông trong nước trong thời gian tới Bên cạnh các

dự án nâng cấp cơ sở hạ tầng giao thông đô thị, thay đổi dải phân cách, xây cầu vượt tại các giao lộ, mở rộng đường giao thông đô thị, chương trình VOV giao thông,… Chính quyền Tp.HCM đã chủ trương xây dựng hệ thống giao thông hiệu quả, lựa chọn giải pháp nâng cấp tín hiệu đèn giao thông đô thị nhằm cải thiện tình trạng giao thông, đảm bảo an toàn giao thông và hạn chế tối đa sự ùn ứ tại các giao

lộ trong thành phố Một số đề tài nghiên cứu đã và đang được triển khai trong địa bàn Tp.HCM:

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp mô phỏng giao thông phù hợp với điều kiện giao thông tại Việt Nam” do công ty TNHH MTV Giải pháp công nghệ FPT làm đơn vị chủ trì với mục tiêu là nghiên cứu giải pháp mô phỏng giao thông phù hợp với đặc thù giao thông của thành phố nhằm góp phần nâng cao năng lực quản lý và khai thác hạ tầng giao thông đường bộ bằng cách tiếp nhận triển khai các

hệ thống điều khiển đèn giao thông nước ngoài như các tiếp cận trên Nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ camera để đếm xe từ video clip quay vòng xe Kết quả hiện chỉ đếm xe cho trên một làn xe Các kiểm chứng về hiệu quả của của việc sử

dụng camera trong các thời điểm khác nhau về cường độ ánh sáng, mật độ dòng xe cao di chuyển với vận tốc thấp cũng chưa được thể hiện rõ ràng [1]

Dự án “Triển khai thí điểm hệ thống quản lý giao thông thông minh (Ứng dụng các biện pháp Kỹ Thuật và Công nghệ để giảm ùn tắc giao thông thực hiện thí điểm trên một mạng giao thông)” do Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh chủ trì, dự kiến thiết lập một hệ thống đèn tín hiệu giao thông thông minh với 10 giao lộ trên cung đường Nguyễn Văn Trỗi – Nam kỳ Khởi Nghĩa với việc sử dụng cảm biến hình ảnh cho phép thu thập dữ liệu giao thông theo thời gian thực để điều khiển đèn tín hiệu tối ưu cho mạng đang triển khai và xây dựng hệ thống máy tính điều khiển tín hiệu đèn dựa trên lưu lượng, mật độ, vận tốc bằng phương pháp đếm xe như các tiếp cận trên [2]

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng hệ thống quan trắc và điều khiển tín hiệu giao thông thông minh” do Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Điều khiển

số và Kỹ thuật Hệ thống, Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM chủ trì, mục tiêu là nghiên cứu, xây dựng và phát triển một trung tâm quản lý, giám sát, và điều hành hệ thống thông minh cho thành phố Điều khiển hệ thống đèn giao thông có thể tự động để điều chỉnh chu kỳ đèn xanh đỏ tự động tại bốn ngã tư dựa trên mật độ, lưu lượng, vận tốc xe tham gia giao thông để thực hiện tối ưu hóa việc điều khiển giảm tắc nghẽn giao thông đô thị sử dụng camera dựa trên phương pháp xử lý hình ảnh nhằm xác định thông tin phương tiện như: đếm số lượng các loại, phân loại xe, [3]

Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu sâu về giải thuật điều khiển đèn tín hiệu giao thông dựa trên độ ưu tiên của các hướng vào giao lộ để giải quyết không chỉ cho các

xe ưu tiên theo luật định mà còn giải quyết tình trạng ùn ứ giao thông tại giao lộ

1.3.2 Chiến lược điều khiển đèn giao thông

Giao thông đường đô thị được kiểm soát, điều tiết tại các giao lộ bằng các đèn tín hiệu Chu kỳ tín hiệu và thời gian chuyển trạng thái (xanh – vàng – đỏ) quyết định tình trạng di chuyển của các đối tượng trên mặt đường Trong một chu

kỳ tín hiệu, sẽ có một hoặc nhiều thời gian chuyển trạng thái tùy theo số hướng rẻ tại một giao lộ, và những khoảng thời gian mất do sự trễ của các phương tiện khi

đổi trạng thái từ dừng sang chạy và ngược lại Thời gian cần thiết di chuyển trên đường gồm thời gian chạy, thời gian chờ, và thời gian trễ Thời gian chờ tín hiệu xanh và thời gian trễ của xe di chuyển trên đường đô thị là một chi phí xã hội rất lớn Do đó, nếu có một chiến lược kiểm soát tối ưu hệ thống đèn tín hiệu sao để tối thiểu hóa thời gian xe lưu thông trên đường sẽ mang lại nhiều lợi ích xã hội to lớn

Bài toán đặt ra cho tất cả các hệ thống, các chiến lược là tính chu kỳ tín hiệu đèn và thời gian chuyển trạng thái trong mỗi chu kỳ Hệ thống có thể có thời điểm bắt đầu do được cài đặt và không có thời điểm kết thúc Dù theo chiến lược nào, hầu hết các hệ thống hiện nay đều xử lý dựa trên các dữ liệu vào:

- Mật độ giao thông( )k (xe/km) là số xe xuất hiện trên đoạn đường  tại thời điểm kT

- Lưu lượng giao thông q k( )(xe/giờ) là số xe qua một đường cắt ngang trong một chu kỳ [kT k, ( 1) ]T

- Tốc độ trung bình v k( )(km/giờ) là tốc độ trung bình của tất cả các các xe xuất hiện trên đoạn đường 

Các hệ thống điều khiển đèn giao thông đang được nhiều nước sử dụng tiếp cận theo các chiến lược sau [19-21]:

Chiến lược điều khiển riêng lẻ, thời gian cố định: hệ thống đèn tại một giao

lộ được điều khiển riêng lẻ với các hệ thống đèn của giao lộ khác, chu kỳ tín hiệu và thời gian chuyển trạng thái được cài đặt cố định theo những thông tin đã được khảo sát trước Dựa vào số liệu khảo sát trước đó, chu kỳ và thời gian chuyển trạng thái

có thể được cài đặt theo các giờ khác nhau trong ngày để phù hợp với sự thay đổi lưu lượng tại các thời điểm khác nhau trong ngày Hầu hết các thành phố tại Việt Nam đang áp dụng chiến lược điều khiển riêng – thời gian cố định, có chu kỳ và thời gian chuyển trạng thái không thay đổi theo các giờ trong ngày

Chiến lược điều khiển riêng lẻ, thời gian theo phương thức thích nghi với tình trạng giao thông: hệ thống đèn tại một giao lộ được điều khiển riêng lẻ với các

hệ thống đèn của giao lộ khác, chu kỳ tín hiệu và thời gian chuyển trạng thái được thiết kế tự điều chỉnh theo các thông tin về mật độ, lưu lượng, tốc độ trung bình của

xe được thu thập và tính toán theo thời gian thực Các thông tin về mật độ, lưu

lượng, tốc độ được thu thập tự động bằng camera, khung từ; kỹ thuật siêu âm, đo khoảng cách xe, v.v…

Chiến lược điều khiển phối hợp, thời gian cố định: các hệ thống đèn tại các

giao lộ được điều khiển theo một qui tắc kết hợp giữa các giao lộ nhằm mục đích giảm thời gian chờ đợi của xe tại giao lộ, chu kỳ tín hiệu và thời gian chuyển trạng thái được cài đặt cố định theo những thông tin đã được khảo sát trước Phương pháp điều khiển kết hợp với thời gian cố định (coordinated fixed-time control) thích hợp với tình trạng giao thông dưới bão hòa Dựa vào sự kết hợp đèn tín hiệu giữa các giao lộ nối tiếp nhau, hệ thống có thể tính toán thời gian lệch pha giữa 2 giao lộ để cài đặt sẵn chu kỳ và thời gian chuyển trạng thái của các đèn nối tiếp nhau trên một đường để tạo thành một làn sóng xanh (green wave), khi xe di chuyển theo tốc độ qui định

Một trong những hệ thống giao thông thông minh sử dụng chiến lược này là TRANSYT TRANSYT là hệ thống giao thông thông minh đơn giản nhất, thông qua các giá trị khảo sát về lưu lượng, cơ sở hạ tầng, thời gian trong ngày, ngày trong tuần, ngày trong năm… hệ thống sẽ đưa ra những tín hiệu điều khiển giao thông và

tự thay đổi theo thời gian Hệ thống sử dụng các thông số về lưu lượng bao gồm: link-to-link flow weighting, stop weighting factors, and delay weighting factors, bằng cách tối ưu hóa ba thông số này, TRANSYT tối ưu hóa tín hiệu đèn giao thông

Chiến lược điều khiển phối hợp, thời gian theo phương thức thích nghi với tình trạng giao thông: các hệ thống đèn tại các giao lộ được điều khiển theo một

qui tắc kết hợp giữa các giao lộ trong toàn thành phố hoặc trong một vùng nhằm mục đích giảm thời gian chờ đợi của xe tại giao lộ, chu kỳ tín hiệu và thời gian chuyển trạng thái được thiết kế tự điều chỉnh theo các thông tin về mật độ, lưu lượng, tốc độ trung bình của xe được thu thập và tính toán theo thời gian thực Chiến lược này có thể tạo thành nhiều làn sóng xanh thích nghi với tình trạng giao thông Tuy nhiên, đây là một bài toán rất lớn về giải thuật cũng như đòi hỏi một hệ thống thiết bị xử lý tốc độ cao, và hệ thống thu thập dữ liệu rất lớn

Hệ thống giao thông thông minh được phổ biến áp dụng chiến lược này là SCOOT SCOOT là hệ thống giao thông thông minh được áp dụng ở Anh, SCOOT

sử dụng một thông số là “Cyclic flow profiles” Hệ thống này dựa trên số phương tiện sẽ đến một ngã tư cố định, sau đó ước lượng kích cỡ của hàng đợi rồi quyết định tăng, giảm hay giữ nguyên chu kỳ đèn đỏ, đèn xanh Mục tiêu của hệ thống SCOOT là tối thiểu kích cỡ hàng đợi giảm nguy cơ ùn tắc

1.4 Kết luận

Hiện nay, hầu hết các hệ thống kiểm soát đèn tín hiệu giao thông thông minh đều được thiết kế áp dụng cho các đường đô thị có nhiều làn dành cho xe 4 bánh di chuyển nối đuôi nhau Trong khi đó, đường đô thị Việt Nam không chỉ đa dạng về mặt đường, đa dạng về qui định sử dụng, mà còn đa dạng về phương tiện và hành vi của người sử dụng mặt đường vì có vô số xe 2 bánh di chuyển không trật tự, lẫn lộn với xe nhiều bánh, xe đẩy, xe lăn, người đi bộ, v.v… di chuyển đồng thời trên mặt đường, không theo một trật tự như các thành phố chỉ có xe 4 bánh di chuyển một cách trật tự, theo làn, nối đuôi nhau Sự lộn xộn này không theo qui luật không gian – thời gian có thể khảo sát Do đó, cần phải có một cách tiếp cận phù hợp để lập giải thuật xác định chu kỳ, thời gian chuyển trạng thái thích nghi theo thời gian tại mỗi giao lộ

Chương 2

GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN HIỆU

GIAO THÔNG DỰA TRÊN ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG

VÀO GIAO LỘ

2.1 Giới thiệu

Ùn ứ giao thông là tình trạng không thể lưu thông hoặc lưu thông chậm của các phương tiện giao thông do hệ thống giao thông bị quá tải hay do những nguyên nhân bất khả kháng Tình trạng ùn ứ giao thông không chỉ là vấn đề cấp thiết của

Tp Hồ Chí Minh mà còn của nhiều thành phố Ùn ứ gây ra rất nhiều thiệt hại về tài sản, thời gian để di chuyển, lãng phí xăng dầu, ô nhiễm môi trường, giảm tuổi thọ các phương tiện giao thông, v.v Có nhiều nguyên nhân gây ra ùn ứ tại các vùng giao lộ Ùn ứ do bất khả kháng như tai nạn, nhà cháy, ngập nước, sự kiện lễ hội, giờ tan trường, v.v Ùn ứ do sự bất hợp lý của đèn giao thông tạo ra tình trạng dày đặc phương tiện trước vạch dừng trong khi vùng giao lộ không có phương tiện di chuyển (hình 2.1), hoặc xe cứu thương bị chặn bởi nhiều phương tiện trước vạch dừng đèn đỏ (hình 2.2) [4]

Hình 2.1.Tất cả các xe phải dừng đèn đỏ trong khi phương cắt ngang có ít xe di chuyển (Hình chụp lúc 7g30, ngày 01/09/2015 tại giao lộ Hoàng Minh Giám & Hồng Hà)

Ngoài ra, vì các vùng giao lộ được thiết kế để các hướng qua giao lộ xung đột nhau, các phương tiện qua giao lộ phải di chuyển với tốc độ chậm hoặc rất

chậm Sự va chạm của các phương tiện do di chuyển trên các hướng xung đột nhau trong vùng giao lộ, các phương tiện phải tránh nhau, thường xuyên xảy ra va chạm, thậm chí là tại nạn không mong muốn của các phương tiện, dẫn đến tình trạng ùn ứ hoặc tắt nghẽn giao thông trong vùng giao lộ (hình 2.3)

Hình 2.2.Xe cứu thương phải dừng lại phía sau đám đông xe dừng trước đèn đỏ

kể khi không có sự di chuyển xung đột trong vùng giao lộ Sự di chuyển không

xung đột trong vùng giao lộ sẽ làm cho tốc độ di chuyển tăng lên, loại bỏ ùn ứ và ùn tắc trong vùng giao lộ

Hình 2.3.Tai nạn dẫn đến ùn ứ trong vùng giao lộ

(Hình chụp vào lúc 17g45 ngày 04/3/2016 tại giao lộ Trần Hưng Đạo và Nguyễn Văn Cừ)

2.2 Vùng giao lộ đô thị

Giao lộ đô thị (hình 2.4) là nơi giao nhau của hai hay nhiều đường đô thị, thường được gọi là ngả ba, ngả tư, ngả năm, ngà sáu, ngả bảy Liên quan đến giải thuật đề xuất trong chương này, giao lộ đô thị được sử dụng như vùng giao lộ, hướng qua giao lộ Mỗi giao lộ có thể có hoặc không có vòng xoay để dẫn hướng các phương tiện di chuyển trong vùng giao lộ Các đường kết nối với giao lộ có thể

có hoặc không có hướng vào giao lộ

Vùng giao lộ được khảo sát trong đề tài là phần diện tích mặt đường chung cho hai hay nhiều đường kết nới nhau tại giao lộ, mà các phương tiện phải vượt qua

để đi vào đường khác, tiếp tục lộ trình Vùng giao lộ và hướng vào giao lộ của đường kết nối vùng giao lộ được ngăn cách bởi các vạch dừng là nơi các phương tiện phải dừng khi bị chặn bởi đèn giao thông Trong đó, mỗi đèn giao thông được chỉ định điều khiển một hướng vào giao lộ Các phương tiện khi vào vùng giao lộ nếu không được điều khiển hợp lý, những xung đột của các phương tiện di chuyển

trong vùng giao lộ làm cho tốc độ di chuyển chậm, dẫn đến ùn ứ phương tiện trong vùng giao lộ Nhiều trường hợp sự xung đột này dẫn đến va chạm làm cho vùng giao lộ bị ùn tắc giao thông

2.3 Mục tiêu

Luận văn này nghiên cứu đề xuất một giải thuật điều khiển đèn tín hiệu giao thông tại một giao lộ dựa trên mức độ ưu tiên của từng hướng vào vùng giao lộ kết hợp với sự di chuyển không xung đột trong vùng giao lộ

2.4 Mô tả bài toán

Giải thuật được đề xuất trong nghiên cứu này, xử lý kết hợp dữ liệu không gian từ bảng hướng không xung đột với dữ liệu thời gian từ chuỗi các hướng qua vùng giao lộ được sắp xếp theo mức độ ưu tiên qua vùng giao lộ, để cung cấp các tập đèn xanh của giao lộ tại những thời điểm cách khoảng đều nhau gọi là chu kỳ xử

lộ và dữ liệu thời gian là chuỗi thứ tự theo mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ; dữ liệu đầu ra của giải thuật là tập đèn xanh tương ứng với chuỗi thứ tự hướng

ưu tiên dựa vào mức độ ưu tiên quyền được qua vùng giao lộ tương ứng mỗi hướng Cuối cùng, ma trận đóng ngắt đèn giao thông sẽ điều khiển các bộ đèn của các hướng tương ứng, ma trận đóng ngắt đèn ghi nhận thời gian hiện hành của đèn đỏ của từng hướng so với thời gian đèn đỏ tối đa quy định phương tiện bị chặn trước vạch dừng và thời gian hiện hành đèn xanh của từng hướng so với thời gian tối thiểu quy định, để sắp xếp vào chuỗi thứ tự hướng ưu tiên

Hình 2.5.Sơ đồ hệ thống điều khiển đèn giao thông dựa trên độ ưu tiên tại một giao lộ

Luồng phương tiện vào vùng giao lộ có thể được chia thành các hướng, mỗi hướng được điều phối bởi bộ đèn giao thông được đặt ở cuối luồng lưu thông, nơi kết nối giữa đường và vùng giao lộ Một hệ thống điều khiển đèn giao thông dựa trên mức độ ưu tiên sẽ phân tích dữ liệu giao thông ở phía trước đèn giao thông để sắp xếp thành chuỗi thứ tự hướng ưu tiên qua vùng giao lộ theo mức độ ưu tiên của từng hướng, chuỗi thứ tự hướng ưu tiên xác định những hướng có độ ưu tiên cao để cho phương tiện được qua vùng giao lộ Mức độ ưu tiên của một hướng tại một giao

lộ thay đổi theo thời gian tùy theo tình trạng giao thông trước vạch dừng như có xe khẩn cấp, thời gian đèn đỏ vượt quá quy định, độ dày đặt phương tiện trước vạch dừng

2.4.2.2 Dữ liệu không gian

Dữ liệu không gian sử dụng trong giải thuật là những bộ dữ liệu hai phần tử (data tuples), trong đó, một hướng được chọn và những hướng không xung đột với hướng đó, <hướng được chọn, những hướng không xung đột với hướng được chọn>, được sắp xếp như một bảng dữ liệu gọi là bảng không xung đột Bảng không xung đột gồm hai cột, cột một là một hướng qua giao lộ và cột hai là tập những hướng không xung đột với hướng cùng dòng trong cột một Số dòng của bảng bằng

số hướng qua giao lộ có đèn giao thông

Bảng không xung đột là một tập các bộ dữ liệu gồm một hướng được chọn

và các hướng không xung đột với nó Bảng không xung đột được thành lập riêng cho từng giao lộ bởi các chuyên gia giao thông, phụ thuộc đặc tính hình học và tổ chức cho phương tiện giao thông qua giao lộ Những hướng qua giao lộ không xung đột với tất cả các hướng qua giao lộ còn lại của vùng giao lộ không cần đèn giao thông điều khiển phương tiện qua giao lộ thì không có dữ liệu trong bảng không xung đột

2.4.2.3 Dữ liệu thời gian

Tình trạng giao thông của các hướng qua giao lộ được đánh giá bởi mức độ

ưu tiên của các phương tiện cần qua giao lộ Sư hiện diện của các phương tiện ưu tiên, tình trạng dày đặc của phương tiện trước vạch dừng là những yếu tố đánh giá mức độ ưu tiên của từng hướng qua giao lộ Các hướng qua giao lộ được sắp xếp thành một chuỗi theo thứ tự mức độ ưu tiên qua giao lộ, gọi là chuỗi ưu tiên Chuỗi

ưu tiên thay đổi theo thời gian, tùy thuộc tình trạng giao thông tại từng hướng qua giao lộ Độ ưu tiên của các phương tiện vào vùng giao lộ được sắp xếp theo thứ tự như sau:

1 Hướng có xe ưu tiên theo luật giao thông đường bộ [Điều 22 Luật giao thông đường bộ số 23/2008/QH]

- Xe chữa cháy đi làm nhiệm vụ,

- Xe quân sự, xe công an đi làm nhiệm vụ khẩn cấp, đoàn xe có xe cảnh sát dẫn đường,

- Xe cứu thương đang thực hiện nhiệm vụ cấp cứu,

- Xe hộ đê, xe đi làm nhiệm vụ khắc phục sự cố thiên tai, dịch bệnh hoặc xe đi làm nhiệm vụ trong tình trạng khẩn cấp theo quy định của pháp luật,

- Đoàn xe tang

2 Hướng có thời gian đèn đỏ dài hơn thời gian tối đa theo qui định,

n p n

p t T

T ( ) max Trong đó, thời gian T p n (t)là thời gianđèn đỏ của hướng d n,

n=1,2, ,N tại thời điểm t tính từ thời điểm đèn d n bật đỏ liên tục đến thời

điểm khảo sát t; thờigian tối đa n

g t T

T ( ) min Trong đó, thời gian đèn xanh của hướng d n , n=1, 2, , N tại thời điểm t tính từ thời điểm đèn d n bật xanh liên tục đến thời điểm khảo

sát t; thời gian tối thiểu T g nmincần thiết của đèn xanh để cho một xe trên

hướng d i ra khỏi vùng giao lộ, vớiT g nmin L n/V , L là chiều dài của n hướng d n qua giao lộ và V là vận tốc quy định tại các giao lộ n

g

T min được xác định trước cho từng hướng qua vùng giao lộ Tại một giao lộ, n

g

T min

có thể khác nhau tại các hướng d n khác nhau, hoặc được xác định bằng

nhau cho tất cả các hướng d n

4 Hướng có độ dày đặc phương tiện cao

5 Hướng có độ dày đặc phương tiện thấp hơn

2.4.3 Dữ liệu vào

Các dữ liệu đầu vào của phương pháp là sự hợp thành các yếu tố được các chuyên gia giao thông cung cấp khi thiết kế giao lộ và các dữ liệu được cung cấp bởi khối tìm ra độ ưu tiên lưu thông của các hướng Dữ liệu đầu vào gồm 2 nhóm

dữ liệu sau:

1 Nhóm dữ liệu không gian:

2 Nhóm dữ liệu thời gian

D : Tập của những hướng đang bị chặn vào vùng giao lộ (đang đèn đỏ)

D : Tập các hướng qua giao lộ được xếp thứ tự theo độ ưu tiên giảm dần,

}, ,,{d1 d2 d N

D 

Kết quả

 Tập kết quả các hướng được quyền qua vùng giao lộ (đèn xanh):

 row1, row2, row3, 

pr row d

d  , với d prmax là hướng ưu tiên cao nhất của D

 Chọn hướng thứ hai qua vùng giao lộ d row2 Khảo sát row1

cs

D từ bảng các hướng không xung đột, 1  

1

row

D  D d Nếu 𝐷𝑐𝑠𝑟𝑜𝑤1 = ∅ , thì Skip đến Result, ngược lại gán d row2 d prmax, với dprmax là hướng ưu tiên cao nhất của row1

d  D  , với prmax

d là

hướng ưu tiên cao nhất của row n( 1)

cs n

D D và D cs row0D cs row1D cs row1

 Result: D row newd row1,d row2,d row3, , D new pro DD row new.