Công trình dugc hoan thanh tai: Truong Dai hoc Bach khoa - DHQG TPHCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Chu Công Minh Cán bộ chấm nhận xét 1:TS Văn Hồng Tấn Cán bộ chấm nhận xét 2:TS Tôn Thất Tú Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 27 tháng 08 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm: 1 2 Chủ tịch hội đồng:PGS.TS Lê Thị Bích Thủy Ủy viên:TS Trần Vũ Tự Thư ký:TS Nguyễn Xuân Long Cán bộ phản biện 1:TS Văn Hồng Tấn Cán bộ phản biện 2:TS Tôn Thất Tú
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có)
CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG TRƯỞNG KHOA KTXD
PGS.TS Lê Thị Bích Thủy
Trang 2NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÊ HÙNG MẠNH MSHV: 13011262
Ngày, tháng, năm sinh: 15/05/1986 Nơi sinh: Tây Ninh
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông = MN: 60 58 02 05 Khoá (Năm trúng tuyến): 2013
I- TEN DE TAI:
AP DUNG MO HINH TAC TU (AGENT-BASED MODEL) DE MO PHONG DONG GIAO THONG HON HOP —- TRƯỜNG HỢP THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH
I- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:
Chương I: Tổng quan
Chương II: Co sé ly thuyét
Chương III: Phương pháp nghiên cứu
Chương IV: Xây dựng mô hình phân tích đánh giá Chương V: Kết luận
II- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/8/2015
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/6/2016 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS CHU CÔNG MINH
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông
qua
Tp HCM, ngày tháng năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
PGS.TS CHU CÔNG MINH TS LÊ BÁ KHÁNH
Trang 3Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Bộ môn Cầu Đường, Khoa Xây Dựng, trường đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu, quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi
giúp đỡ học viên trong thời gian qua
Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Chu Công Minh người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh thần trong thời gian học viên thực hiện Luận văn Thay da truyén dat cho hoc vién hiéu duoc phương thức tiếp cận và giải quyết một vẫn đề khoa học, đây là hành trang quý giá mà học viên sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm việc tiếp theo của mình
Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan và bạn bè thân hữu đã động viên, giúp đỡ học viên trong thời g1an học tập vừa qua
TP Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016 Học viên
Trang 4Mô phỏng là một công cụ đang được các nha nghiên cứu ứng dụng rất nhiều
trong các lĩnh vực của đời sống Trong đó mô phỏng giao thông đã giúp chúng ta
hiểu rõ hơn về quy luật vận động của các xe một cách tiệm cận nhất với thực tế Ở
Việt Nam việc mô phỏng chuyển động của xe máy trong dòng xe hỗn hợp trên một đoạn đường đã được tiến hành với nhiều nghiên cứu khác nhau, tuy nhiên các mô phỏng này thường xem như xe máy di chuyển trong một làn đường tĩnh hoặc có di chuyển theo làn đường hình thành từ khổ động học của xe máy nhưng không đảm bảo khoảng cách cho phép giữa xe mục tiêu và xe dẫn đầu Tiếp nối các nghiên cứu
trên, tác giả sử dụng phần mềm Netlogo để mô phỏng sự chuyển động của dòng xe
Trang 50909.) 0901 2 CHUONG 1 - TONG QUAN 8
1.1 Đặt vẫn đề nghiên CỨU - se x3 E9 gen errkd 8
1.2 Cơ sở hình thành đề tài - sec ieg 9
13 Mục tiêu nghiên cứu của để tài c-kcstse cv grgtekgrrrkrkrrkg 10 1.4 Phạm vi và giới hạn nghiÊn CỨU - 5c S3 1133 1 ven 11
1.5 BO tri Wud Van oe ecceecseeessesssccsseesnscesscessccsnscesseenscecneeneecseenueeeneeeneeenseeen 11 CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾTT 65c tre 12
2.1 Xây dựng mô hình giao thông hỗn hợp dựa trên Agent (Agent — Based
6 007 ca a Da ỐẼẼ 12
2.2 Các mô hình mô phỏng vi mô ứng dụng Agent-Based Modeling 14 2.3 Các mô hình được áp dụng trong nghiên cỨu này . - -««+s<s<+ 20 2.3.1 Mơ hình xe theo xe (Car — following modelÌS) ‹«- + s<<«2 20 2.3.2 Mô hình tăng tốc tông quát ( General Acceleration Models) 23 2.3.3 Phân phối chuẩn - tk Sky ckrrèg 25 2.4 Giới thiệu phần mềm NetlOgO 56 SE eEEESrkersrkrkerererkered 26
CHƯƠNG 3 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 5c 5cccsccce2 28
3.1 Sơ đồ khối biểu diễn quá trình xây dựng mô hình Agent-Based model 28 3.2 Trình tự thực hiỆn CĐ Hy nh nh n9 và 28
3.2.1 Dữ liệu đầu vào cctt nhìn HH rên 28
3.2.2 Xây dựng mô hình sử dụng phần mềm Netlogo - 29
3.2.3 Kiểm tra mô hình -cc-cc+StttekttEkrttkiiekietriierieiiiererrek 31
3.2.4 Phân tích tình trạng giao thông từ mơ hình .-« «+ + + << «+2 31
CHƯƠNG 4 - XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ 32 4.1 SỐ liệu đầu vào cv hình nà ng ghe 32
Trang 64.3.3 Source code của N€tÏOEO uc LH HH ng ng kh 37 4.4 Phân tích đánh giá mô hình - c1 ng HH kn 38
4.4.1 Kịch bản thứ nhất - sec eetiietiietietriieirerrierree 38
4.4.2 Kịch bản thứ hai dòng thuần nhất - 5 - << svEevxe£xexerereererxee 42 4.4.3 Kịch bản thứ 3 thay đổi tỷ lệ xe Bus và xe tải cccccccccreceo 43
9:I0/9))(€16.4000/900077 46 IV.9005020009:7.) 0.4.7.0 48
Trang 7Hình 1.1 Hiện trạng giao thông giờ cao điểm (T.p Hồ Chí Minh) wo 9 Hình 1.2 Hiện trạng giao thông giờ cao điểm (T.p Hà Nội) - 5c 5555 9 Hình 2.1 Mô tả một số trường hợp chuyển động của Agent - Nguồn Eric Bonabeau
Hình 2.2 Sơ đồ biểu diễn quá trình thực thi chương trình - Nguồn Ngô Việt Đức 14 Hình 2.3 Ứng dụng Netlogo trong mô phỏng giao thông - Nguồn Andrew Landowne, 2OÓ - - - cu ng nọ ni ng gt 15 Hình 2.4 Ứng dụng Netlogo trong mô phỏng giao thông - Nguồn Hirankitti và 6) ca TP n ẻ ẻ e 4 16 Hình 2.5 Mô hình mô phỏng vi mô trong mô phỏng giao thông - Nguồn Tzu Chang ` /.\0,.WVCiiiiiiiiddddd 17 Hình 2.6 Ứng dụng Netlogo trong mô phỏng giao thông - Nguồn Nguyễn Thanh Tuân, 2Ö1Ũ -ccc Q nọ Hy nu cọ cọc HE vn ven 18 Hình 2.7 Ứng dụng Netlogo trong mô phỏng giao thông - Nguồn Ngô Việt Đức, “IV ddt'ŸỔỔỞỔỔỐỔ - 19 Hình 2.8 Ứng dụng Netlogo trong mô phỏng giao thông - Nguồn Chu Mạnh Hòa, “0h 20 Hình 2.9 Xe mục tiêu và xe phía trước trong mô hình tăng tốc theo xe (nguồn: Chu Cong Minh, 2007) 1n ẻ.ồ.5.- 22 Hình 2.10 Xe mục tiêu và xe phía trước trong mô hình giảm tốc theo xe (nguồn: lô: 09:18 (2010:1092) 072 23
Trang 8Hình 4.7 Biểu đồ flow - density của dòng xe hỗn hợp với lưu lượng tăng 5% 39 Hình 4.8 Biểu đồ flow - velocity của dòng xe hỗn hợp với lưu lượng tăng 5% 40 Hình 4.9 Biểu đồ flow - density của dòng xe hỗn hợp với lưu lượng tăng 10% .40 Hình 4.10 Biểu đồ flow - velocity của dòng xe hỗn hợp với lưu lượng tăng 10% 41
Trang 911 Đặt vẫn đề nghiên cứu
Hiện nay, vẫn đề giao thông ở Việt Nam rất phức tạp đặc biệt tình trạng kẹt xe vẫn đang diễn ra hằng ngày ở các thành phố lớn Bài toán đặt ra cho các nhà quản lý
là phải có cái nhìn chỉ tiết nhất về những quy luật tự nhiên của giao thông, để có thê
phân tích đánh giá và đưa ra điều chỉnh, tổ chức, quy hoạch giao thông hợp lý nhất Cách tiếp cận hiệu quả nhất là sử dụng công cụ mô phỏng, thông qua mô phỏng con
nguoi cd thé nam bat quy luật một cách tiệm cận nhất Vì vậy việc nghiên cứu một
hệ thống mô phỏng giao thông phù hợp với điệu kiện giao thông ở Việt Nam là hết
sức cần thiết
Mô phòng giao thông là m ột trong những mô phong ph ức tạp, mô phỏng dựa
trên hành vi người tham gia giao thông, có sự tương tác giữa họ và quỹ đạo của các
phương tiện giao thông trên đường, mô phỏng giao thông có thể tiếp c 4n theo hai
hướng, mô phỏng vĩ mô ho ặc mô phỏng vi mô tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu Mô hình mô phỏng vĩ mô sử dụng các mơ hình tốn học, tập trung vào các đặc điểm của giao thông như tốc độ, lưu lượng và mật độ Mô hình này không phân biệt giữa các xe riêng biệt và thường không mô tả các loại xe khác nhau Mô hình vĩ mô
thường được dùng để mô phỏng các hệ thống giao trên một khu vực rộng lớn, phức
tạp Mô hình vi mô mô phỏng mỗi tác nhân (Agent) ở mức chỉ tiết, mỗi Agent được
theo dõi khi nó tương tác với các Agent khác và với môitr ường Tương tác được điều chỉnh bởi các s ố liệu đầu vào của mô hình giao thông như: thành phần xe (%,
số lượng), tốc độ cho phép lớn nhất, tốc độ giới hạn nhỏ nhất, gia tốc tăng tốc, gia
tốc giảm tốc, khoảng an toàn tối thiểu giữa hai xe liền kề, các điều kiện về chuyên làn, vượt xe, v v Mô hình vi mô được sử dụng rộng rãi để đánh giá kiểm soát giao
Trang 10Hình 1.2 Hiện trạng giao thông giờ cao điểm (T.p Hà Nội)
12 Cơ sở hình thành đề tài
Việc phân tích, đánh giá mang tính lý thuyết rất khó để kiểm tra tính hiệu quả,
Trang 11vậy, cần có công cụ để mô phỏng để phân tích đánh giá, đưa ra các dự báo để điều chỉnh kịp thời cho sự phát triển một hệ thống giao thông tối ưu,bền vững
Từ những đòi hỏi thiết thực nêu trên, đã có nhiều tác giả với những công cụ mô phỏng khác nhau như NetLogo, Repast, Gama đã tiến hành mô phỏng ứng xử của từng thành phần xe riêng rẽ trong dòng giao thông hỗn hợp Ở Việt Nam cũng có nhiều bài viết sử dụng công cụ mô phỏng dựa trên cơ sở nghiên cứu hành vi của người tham gia giao thông, thói quen vượt xe, chuyên làn, nghiên cứu tình trạng về giao thông đô thị để dự đốn tình hình giao thơng thực tế, trong đó phần mềm Netlogo với ứng xử đa tác tử đã phản ánh gần đúng nhất (Ngô Việt Đức, 2014; Nguyễn Thanh Tuấn, 2010) Tuy nhiên, các mô phỏng trên vẫn còn một số tổn tại hạn chế như: chưa kết hợp được lý thuyết về Car-following model với Lane — changing trong dòng xe hỗn hợp (Nguyễn Thanh Tuẫn, 2010); xe ô tô vẫn chưa tuân theo đúng lý thuyết về Car-following model (Ngô Việt Đức, 2014) Từ những lý do kế trên và thiết nghĩ đây là một đề tài rất bức thiết, cần phải được làm rõ Tác giá với mong muốn sẽ khắc phục được những hạn chế nêu trên, chính vì vậy đề tài: “Áp dụng mô hình tác tử (Agent —- Based Model) để mô phỏng dòng giao thông hỗn hợp — Trường hợp thành phố Hồ Chí Minh” đã được tác giả lựa chọn để nghiên cứu
Tác giá xin đề ra biện pháp khắc phục những hạn chế trên như sau: sử dụng gia tốc tăng tốc, giảm tốc đối với xe ô tô để có thể chạy mô hình theo lý thuyết Car-
following model và theo thực tế; đồng thời sẽ tính toán lại khoảng cách phản ứng
giữa xe mục tiêu và xe dẫn đầu đúng theo lý thuyết Lane — changing model để xe máy có thể chuyển làn đúng theo lý thuyết và thực tế
13 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là xây dựng mô hình mô phỏng giao thông dòng xe hỗn hợp với số liệu từ thành phố Hồ Chí Minh Nhằm thực hiện mục tiêu này, nghiên cứu giải quyết các vẫn đề sau:
- Sử dụng các mô hình sẵn có về xe máy và các loại xe khác để mô phỏng chuyển động của các xe trong dòng hỗn hợp
Trang 12động dòng xe hỗn hợp
- Đánh giá tác động của thành phần xe, lưu lượng, loại xe lên khả năng
thông hành của dòng xe
1.4 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
Trong phạm vi của đề tài, tác giả tiến hành nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng luồng giao thông cho một đoạn đường ( 01 hướng) có 3 làn xe ( 1 làn xe ô tô,
1 làn xe hỗn hợp và 1 làn xe máy), trong điều kiện giao thông hỗn hợp tại địa bàn
thành phố Hồ Chí Minh Áp dụng các lý thuyết đã được nghiên cứu trước đây về Car-following models; Lane-changing models để xây dựng mô hình mô phỏng giao thông dựa trên tốc độ, lưu lượng, thời gian chậm xe, với các đối tượng nghiên cứu là xe ô tô con, xe buýt và xe máy
Giới hạn nghiên cứu của đề tài là xây dựng mô hình dựa trên mô phỏng vi mô 1 đoạn đường cụ thể trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh Phân tích ảnh hưởng sự thay đổi lưu lượng, vận tốc, thành phần xe đến khả năng thông hành của dòng xe hỗn hợp
15 Bồ trí luận văn
Bài nghiên cứu được trình bày thành 5 chương - Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết
- Chương 3: Phương pháp nghiên cứu
- Chương 4: Xây dựng mô hình phân tích đánh gia
Trang 13CHUONG 2 - COSOLY THUYET
2.1 Xây dựng mô hình giao thông hỗn hợp dựa trén Agent (Agent — Based Model)
Mô hình dựa trên Agent, gọi tắt là ABM (Agent-Based Modeling) là mô hình dùng dé mô phỏng các hành động không đồng nhất của các thực thể tự trị trong một môi trường và sự tương tác giữa chúng Có thể coi ABM là một kỹ thuật mô phỏng mạnh mẽ được sử dụng nhiều năm qua, trong đó có cả các ứng dụng liên quan đến rất nhiều lĩnh vực khác nhau, ABM có một số tên gợi khác nhau như ABS ( Agent- Based Systems ), IBM (Individual-Based Modeling) hay ABMS (Agent-Based Modeling and Simulating)
Agent-Based Modeling gồm các yếu tô chính như sau:
e Agent (tac tir): la mdt thuc thể tự trị và có các hành vi không đồng nhất Tác
tu (Agents) trong NetLogo duoc chia thanh patches, turtles, links, va cac
quan sát viên Patches được sắp xếp trong một mạng lưới caro Turtles di chuyển trên mạng lưới caro này Liên kết kết nối hai turtle khác nhau lại Các quan sát viên giám sát tất cả mọi thứ đang xảy ra và làm bất cứ điều gì các con rùa, các bản vá lỗi và các liên kết không thể làm cho bản thân mình e Môi trường: là nơi dé các agent tồn tại và tạo điều kiện cho các tác tử đó
hành động Cả turtles và patches đều có tọa độ, tuy nhiên tọa độ của patches
luôn là số nguyên còn tọa độ của turltes là số thập phân do đó mỗi turtle có thể di chuyên trong tất cả vị trí trên mạng lưới do patches tạo ra mà không nhất thiết phải nằm ở trung tâm của patch đó
se _ Cơ chế tương tác giữa các tác tử: các tác tử tham gia tiến hành trao đổi thông tin một cách trực tiếp hoặc gián tiếp Tác tử này có thể nhận thức được hành
động, tác động từ tác tử khác
Trang 14© Quyén ty cht dic biét: Cac agent cé kha nang hoat d6ng mà không cần có sự
can thiệp của con người, ở một mức độ nhất định tác tử tự kiểm soát các hoạt
động của mình
e© Khả năng xã hội: Khả năng tương tác gây ra những thay đổi trong môi trường hoặc làm thay đôi các hành vi của các Agent khác
e Phan tng: Agent cảm nhận được môi trường mà nó tồn tại và đáp ứng được
những thay đổi từ nhận thức
e Chủ động: Các Agent có khả năng chủ động, bắt đầu một số hoạt động theo
mục tiêu nội bộ chứ không phản ứng từ một kích thích bên ngoài Một số trường hợp về hành vi của Agent theo rules
Agent cé hanh vi Agent cé hanh vi Agert có hành vi
kết hợp phân tán di chuyển theo hàng
Hình 2.1 Mô tả một số trường hợp chuyển động của Agent - Nguồn Eric Bonabeau
Các bước xây dựng một ABM (Agent-Based Model):
Cần phải xác định rõ mục đích của mô hình cần xây dựng là gì? Căn cứ vào mục đích đã vạch ra ta tiến hành phân tích nghiên cứu về hệ thống, xác định các thành phần và mỗi liên hệ giữa chúng
Các bước cần thực hiện khi xây dựng một ABM gồm:
e_ Định nghĩa Agent: xác định loại thực thể của agent, gán thuộc tính và hành vi cho nó
se _ Định nghĩa môi trường mà agent sẽ “sống” trong đó
Trang 15e Thém vao cac phuong thirc diéu khién viéc agent sé twong tac véi agent nao, khi nào nó tương tác, và nó sẽ tương tác như thế nào trong suốt quá trình mô phỏng
se Thực thi mơ hình
Tồn bộ quá trình mô phỏng bao gồm 3 giai đoạn duoc minh hoa nhu sau Thiết kế mô ` hình Thực thi mô Phân tích s hình s mô hình Hình 2.2 Sơ đồ biếu diễn quá trình thực thi chương trình - Nguồn Ngô Việt Đức
2.2 Các mô hình mô phỏng vi mô ứng dung Agent-Based Modeling
Mô hình mô phỏng vi mô thường được sử dụng cho các mạng lưới đường cỡ
nhỏ và trung bình (phụ thuộc vào bộ nhớ và tốc độ của máy tính) Dựa trên lý thuyết xe theo xe (Car following model), nó diễn tả mỗi quan hệ giữa các xe với
nhau thông qua sự ứng xử của người sử dụng xe (driver behavior) Mô hình này cho người sử dụng biết tất cả thông số về vị trí cũng như thời điểm cho tất cả các xe
đang được mô phỏng mỗi giây Nhờ đặc điểm trên, độ chính xác cũng như khả năng phân tích kết quả rất cao Tuy nhiên, số lượng xe cộ và kích thước của mạng
lưới đường mô phỏng sẽ bị hạn chế do bộ nhớ của máy tính có giới hạn Trong thời
gian gần đây, rất nhiều phần mềm ứng dụng mô hình mô phỏng vi mô đã ra đời như
Trang 16Andrew Landowne (2006): đã tiến hành mô phỏng dòng xe hỗn hợp gồm xe ôtô, xe tải và xe bus thông qua phần mềm Netlogo với mô phỏng đa tác tử Tác giả đã sử dụng các lý thuyết về xe như Car-following model, Lane-changing model, để mô phỏng sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các xe Với nghiên cứu của
mình Andrew Landowne đã nêu lên được mối quan hệ giữa lưu lượng và mật độ,
lưu lượng với vận tốc cũng như giữa vận tốc và lưu lượng Tuy nhiên, mô hình vẫn còn hạn chế khi tác giả đã tiến hành phân bố gia tốc tăng tốc từ 2-4 m/s2, gia tốc giảm tốc từ 5-8 m/s2 trong khi đó gia tốc là 1 hàm phục thuộc vận tốc xe đang xét và khoảng cách xe đang xét đến xe trước nó, dẫn đến mô hình xe theo xe chưa hoàn chỉnh về mặt lý thuyết cũng như ngoài thực tế
2 Treticie - MetlLoge (OOMANHCAGD HOC 2012-20 LAM VAMIDE CLAM Le Hung - File Ede Tacks Teen Tate bebe Ips
Inter eoe Inher Erccmkrnge
# b Ï "o PT 822 Nữ EX = Ls a
1 - Bichon Bhi Sritch chides 3 Maarwcd Pk£ Sule Tar
Meche ci reg Pie Pde] of date oh ches Be Ắ | -— ., - - bị The Han | “save mete! | “lauHen | a | 7 ae ———= eel xu sỉ TH PS SEi s‹a mm ` Ôn HE || M4 xl - hegen - iid shan cheer Lateic 1 ie Spe TỊ ũ - Comrie Cen ber ~ ose - oboe vers Hình 2.3 Ung dung Netlogo trong mô phỏng giao thông - Nguén Andrew Landowne, 2006
Năm 2007, Visit Hirankitti và Jaturapith Krohkaew đã tiến hành mô phỏng đèn tín hiệu giao thông bằng phần mềm Netlogo Các tác giả tiến hành mô phỏng xe ô tô, mạng lưới đường, đèn tín hiệu giao thông Các agent kiểm soát các đèn giao thông tại ngã tư, các agent sẽ quan sát, suy nghĩ và đưa ra hành động Chúng nhiều
lần quan sát tình trạng giao thông tại đường giao nhau, sau đó chúng sử dụng thông
Trang 17như thế nào Cuối cùng chúng đưa ra các quyết định để quản lý hiệu quả các luồng
giao thong
Ưu điểm của bài báo là: mô phỏng thông qua các quyết định của các agent đã làm giảm đáng kê thời gian trì hoãn của từng xe tại vị trí đèn giao thông mà các
phương pháp khác chưa khắc phục được
Nhược điểm là chỉ mô phỏng trong một phạm vi nhỏ, chưa đánh giá hiệu quả nêu phạm v1 mở rộng là một mạng lưới đường nội bộ và hệ thông đèn dày đặc hơn
Hình 2.4 Ứng dụng Netlogo trong mô phồng giao thông - Nguồn Hirankitti va Krohkaew
Năm 2008, Tzu Chang Lee đã tiến hành ứng dụng mô hình Agent — Based Modeling để mô phỏng dòng xe hỗn hợp gồm: xe ô tô, mô tô, xe tải nhẹ, xe tải nặng và xe đạp trên một đoạn đường dài 80m, rộng 8,54m ở thành phố London Tác giả đã sử dụng các lý thuyết như xe theo xe, lý thuyết chuyển làn, khoảng trống chấp nhận đề tiến hành đánh giá ảnh hưởng của xe mô tô đến lưu lượng của dòng giao
thông hỗn hợp
Ưu điểm của nghiên cứu:
Trang 18o Nêu ra những hạn chế của mô hình lane-based model như: không thể
mô tả mô hình đặc trưng của xe máy đúng vì mô hình không xét đến
sự tương tác các vị trí bên và theo chiều dọc Ngoài ra vị trí bên của
xe máy là biến liên tục chứ không phải biến rời rạc Tương tự, mô hình automata di động không thích hợp cho mô phỏng giao thông hỗn hợp
Hạn chế của nghiên cứu: nghiên cứu chỉ mô tả chuyển động ngang của xe máy ở giai đoạn sơ bộ Các mô hình phản ứng theo chiều dọc của xe máy khá phức tạp vì nó phải xem xét những ảnh hưởng của vị trí bên, bên cạnh đó làn ảo động của xe
máy cũng ảnh hưởng rất lớn đến phong trào vị trí bên Hạn chế của nghiên cứu là
chưa giải quyết được sự tương tác giữa các vị trí bên và phong trào tiến triển xe theo chiêu dọc BH => — = y Me ee Bin ‘ ' ` i :
.¬asi| ( gP [BR Z-j EH HA ao (ae :: |» |£x- |“ lệ“: |=:| k: lw lac- NFfGS% Œ r:a
Hình 2.5 Mô hình mô phỏng vỉ mô trong mô phóng giao thông - Nguồn Tzu Chang Lee, 2008
Năm 2010, Nguyễn Thanh Tuấn đã ứng dụng mô hình Agent-Based Modeling để mô phỏng dòng giao thông gồm xe ô tô và xe máy Tác giả tiến hành định nghĩa lại tốc độ mong muốn, tỷ lệ tăng giảm tốc và khoảng cách chấp nhận để tiền hành mô phỏng chuyên động của dòng xe thông qua phần mềm Netlogo
Trang 19theo làn
Nhược điểm là: Mô hình còn khá đơn giản, lưu lượng xe vào mô hình thấp nên chưa phản ánh đúng thực trạng giao thông, chưa áp dụng các mô hình lý thuyết của xe vào mô hình như lý thuyết xe theo xe, chuyên làn, thành phần xe chưa đúng với thực tế do còn nhiều loại phương tiện khác khi tham gia giao thông như xe bus, xe tai, xe đạp
Hình 2.6 Ung dụng Netlogo trong mô phỏng giao thông - Nguồn Nguyễn Thanh Tuan, 2010
Tác giả Ngô Việt Đức (2014): cũng đã tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng
giữa các xe trong dòng xe hỗn hợp, tác giả đã sử dụng phần mềm Netlogo với phân
tích đa tác tử để mô phỏng dòng xe Ở nghiên cứu của mình, tác giả Ngô Việt Đức đã sử dụng các lý thuyết của xe như Car-following model, lane-changing model, Cellular Automata để mô phỏng vận tốc, thời gian của từng xe riêng rẽ Tác giả đã tiến hành mô phỏng hành vi tăng tốc, giảm tốc của xe cũng như hành vi chuyên làn của xe máy khi có khoảng cách phù hợp cũng như phân tích ảnh hưởng của việc tăng, giảm lưu lượng, thay đổi tỷ lệ thành phần xe đến khả năng thông hành của dòng xe
Với nghiên cứu của mình tác giả Ngô Việt Đức cũng đã mô phỏng chuyển
Trang 20o Phần chuyển động của xe ô tô vẫn chưa tuân thủ ly thuyét Car- followIing model (các xe ô tô chạy với cùng 1 van tốc trên đoạn đường nghiên cứu) Dẫn đến chưa thể đánh giá kết quá từ biểu đồ khoảng cách và thời gian phù hợp với thực tế giao thông ở Thành phố
Hồ Chí Minh
o Các xe máy tiễn hành chuyển làn chưa đảm bảo về khoảng cách an toàn giữa xe đang xét và xe dẫn đầu
o Chưa tiến hành phân tích ảnh hưởng của thành phần xe đến khả năng thông hành của dòng xe như dòng 100% xe ô tô, 50% ô tô với 50% xe máy và làn gồm 100% xe máy
o Chưa xét đến ảnh hưởng của lưu lượng đến khả năng thông hành của dòng xe khi ta tăng hoặc giảm lưu lượng Hình 2.7 Ứng dụng Netlogo trong mô phỏng giao thông - Nguồn Ngô Việt Đức, 2014
Tiếp nối các nghiên cứu trên, năm 2015 tác giả Chu Mạnh Hòa cũng đã tiến hành mô phỏng dòng xe hỗn hợp tại vị trí ngã tư đường tại thành phố Hồ Chí Minh Bằng các mô hình của xe máy và xe hơi tác giả đã đánh giá được lưu lượng ra vào nút là phù hợp với thực tế của giao thông Vận tốc trung bình các xe tham gia giao thông gần bằng với vận tốc thực tế bên ngoài, về thời gian di chuyển của dòng xe
Trang 21Nhược điểm của nghiên cứu là: Kết quả nghiên cứu chỉ áp dụng đúng trong
trường hợp thời gian lưu thông là giờ thấp điểm với lưu lượng vào nút thấp Hạn
chế là vì tác giả chưa áp dụng lý thuyết chuyền làn hay lý thuyết chấp nhận khoảng
cách (Gap Acceptance) của các xe vào mô hình De ree et tema Ci Las Seta net Fo | = he ra oe (6 ee tee = —— Ị bora a i sẻ eee "ae ere | msc 28 ese Seer = sa, mua ( _“——— # - Hình 2.8 Ứng dụng Netlogo trong mô phóng giao thông - Nguồn Chu Mạnh Hòa, 2015
2.3 Các mô hình được áp dụng trong nghiên cứu này
2.3.1 Mô hình xe theo xe (Car — ƒollowing models)
Theo Tomer (2003), mô hình tăng tốc và mô hình giảm tốc đối với xe hơi được tính toán như sau:
an 5€ (£) Iƒ AW,Œ — r„) > 0
(2.1)
a! (t) =
atl") trwong hợp khác
Mô hình tăng tôc xe hơi: Khi vận tôc xe mục tiêu nhỏ hơn vận tôc xe phía
Trang 22a??:zac Œ) — 0.0355V, (t)°?7! AX, (t)°'°° k„ Œ@)9559, n AVŒ —T,, 0920 + Evia (t) (2.2) e2“ (p) ~ N(0,1.1347) Mô hình giảm tốc xe hơi: Ngược lại lúc này xe phía sau sẽ tiến hành giảm tốc theo xe trước nó ait dec (t) — 0.860 X, @ 955 k„ (@913 AV(t _ t,) °°" + eae (t) et 4-4) ~ N(0,1.1697) (2.3) Trong đó:
a‘! ~** (t): gia téc ting téc cla xe đang xét tại thời điểm t
acl —#9° (t); gia tốc giảm tốc của xe đang xét tại thời điểm t Ứ,(t): vận tốc của xe đang xét tại thời điểm t
AX„(t): khoảng cách giữa xe đang xét và xe phía trước tại
thời điểm t
AV(t — tạ): chênh lệch vận tốc giữa xe đang xét và xe phía
trước tai thoi diém t — 1,
k,, (t): mat d6 giao thong phia trước xe đang xét
Theo Chu Céng Minh (2007), nếu như điều kiện chuyển làn, vượt xe chưa thể
hoặc không thể tiễn hành, lúc này xe phía sau sẽ tiến hành tăng tốc hoặc giảm tốc
theo xe phía trước để tiếp tục di chuyển trên làn đường hiện hữu
Với mô hình tăng tốc và mô hình giảm tốc đối với xe máy được tính toán với ngưỡng phản ứng như sau:
Điêu kiện của mô hình xe theo xe:
al? (E) If h,(t — t) > $2 (t)
a, (t) (2.4)
Trang 230.530
Voi: S7(t) = (4.590) | * x 1.118” «1.0187 | 0.092 (2.5)
n
af°~â° (t): gia tốc tăng tốc của xe đang xét tại thời điểm t
afo—4e (t): gia tốc giảm tốc của xe đang xét tại thời điểm t 5; (m) : Ngưỡng phản ứng của xe máy thứ n 2 a,(m/s") : gia tốc tăng tốc của xe thứ n V, (m/s), vận tốc xe máy thứ n e©_ Mơ hình tăng tốc xe máy:
Trang 24¬ híi—r,IS8°(rlị Xe phía rước Xe mịtr tiểu PB “FFrTT-TT ic ¬ w | * f œ | r A 7 Hươnz lim thông
Hình 2.10 Xe mục tiêu và xe phía trước trong mô hình giảm tốc theo xe (nguôn: Chu Cong Minh, 2007) _ 0.398 V„(f — 7„) ==c AV,ŒT— z„)9519, (AX, (¢—T,,)) (2.7) 0.703 ** 1.064 ** 1.027 * + £~2 Œ) et (¢) ~ N(0,0.2927) a/”~““ =(—1.537) Với các tham số:
Ứ,(t — tạ): vận tốc của xe đang xét tại thời điểm t — Tụ AX„(t— Tạ): khoảng cách giữa xe đang xét và xe phía trước
tại thời điểm t — Tụ
AV(t — tạ): chênh lệch vận tốc giữa xe đang xét và xe phía trước tại thời điểm t — T„
6” = 1 nếu có hơn 2 người trên xe máy ổ? = 0 nếu ở các trường hợp khác ở; = ] nều tài xê là phụ nữ On 6" = 1 nếu xe phía trước là xe 2 bánh 0 nếu ở các trường hợp khác
6" = 0 néu xe phía trước là xe 4 bánh
2.3.2 Mô hình tăng tốc tổng quát ( General Acceleration Models)
Trang 25khoảng cách an toàn tối thiểu cho phép Khoảng cách an toán tối thiểu cho phép người lái xe tránh va chạm với xe phía trước nó, nếu xe phía trước áp dụng phanh
khẩn cấp Tính toán được dựa trên các phương trình của định luật chuyển động Đặc
điểm chiếc xe được nắm bắt thông qua giới hạn trên về khả năng tăng tốc và giảm
tốc độ
Benekohal và Treiterer (1988) đã phát triển một mô hình, cụ thể là mô hình mô phỏng xe theo xe (CARSIM) Trong mô hình này, sự tăng tốc hoặc giám tốc của một chiếc xe được tính toán cho mỗi khoảng thời gian là một giây và riêng trong năm tình huỗng khác nhau như sau:
e Xe theo sau không đạt được tốc độ mong muốn của nó
© Xe theo sau đạt được vận tốc giới hạn hoặc vận tốc mong muốn e_ Các xe sau tăng tốc từ vị trí đang đứng
e© Xe theo sau được điều chỉnh bởi các lý thuyết xe theo xe và phải giữ khoảng cách an toàn
e Xe theo xe với một hoạt động tránh va chạm
Theo Toledo (2003), mô hình tăng tốc tự do của xe ô tô được tính toán như sau:
a’ (t) =0.8881x(V,®(Œ—z„)—V„Œ—7z„))+ œ7 Œ)
c# Œ) ~ N(O,1.1847) (2.8)
Trang 26Z7 ) =O.148 < CV” (—7„)—V„( —z„))+e7?Œ) (2.10)
ef (t) ~ N(O,0.1837)
Với: Vạ(t — tạ): vận tốc xe đang xét tại thời điểm t-Tạ
d7" (£): gia tốc tăng tốc tự do tại thời điểm t V.* (t —t,) = 8.601 —1.566 ổ” —1.227 ổ$ (2.11) ổ” = 1 nêu có hơn 2 người trên xe máy ổ” = 0 nều ở các trường hợp khác ở; = ] nêu tài xê là phụ nữ ổ‡ = 0 nếu ở các trường hợp khác
2.3.3 Phân phối chuẩn
Phân phối chuẩn (Normal distribution) được nêu ra bởi một người Anh gốc
Pháp tên là Abraham de Moivre (1733) Sau đó Gauss, một nhà toán học
ngưới Đức, đã dùng luật phân phối chuẩn để nghiên cứu các dữ liệu về
thiên văn học (1809) và do vậy cũng được gọi là phân phối Gauss Theo từ điển bách khoa về khoa học thống kê, có lẻ người đầu tiên dùng từ “normal” là ông C.S
Pierce (1780) vì vào thời đó người ta cho rằng mọi hiện tượng tự nhiên được coi
như có phân phối chuẩn nhưng thật ra còn có những luật phân phối khác Tuy vậy hầu hết lý thuyết thống kê được xây dựng trên nên tảng của phân phối
chuẩn
Trang 27
to 1d la lữ i 3ø
Hình 2.11 Biểu đồ phân bố chuẩn (nguồn: Wikipedia)
2.4 — Giới thiệu phần mềm Netlogo
Trong sự phát triển của mình, ngành giao thông vận tải đã có những bước phát triển vượt bậc bằng việc so sánh kết quả chạy mô hình trên máy tính với thực tế kết hợp với các lý thuyết tính toán, giúp chúng ta có thể cải thiện được mô hình hay lý thuyết tính toán tốt hơn Từ đó có thể có các giải pháp cụ thể đưa mô hình ra thực tế Một trong những công cụ để mô hình hóa giao thông có thể được sử dụng là phân mềm Netlogo, một phần mềm rất phô biến ở các nước phát triển, nó có thê áp dụng cho rất nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học xã hội trong đó có giao thông vận tải Trong luận văn này trình bày phương pháp mô phỏng mô hình sử dụng phần mềm Netlogo
NetLogo là một công cụ mở và là phần mềm miễn phí với đầy đủ các chức năng nâng cao cho các nhà nghiên cứu trong các ngành khác nhau, cho phép tạo ra các mô hình của riêng mình, nghiên cứu, đánh giá, mô phỏng các hành vị dưới nhiều điều kiện khác nhau NetLogo là một môi trường mô hình lập trình để mô
phỏng các hiện tượng tự nhiên và xã hội phức tạp Nó được viết bởi Uri Wilensky
vào năm 1999 và đã được phát triển liên tục từ thời điểm đó tại Trung tâm Đào tạo và kết nỗi máy tính dựa trên mô hình
NetLogo là thế hệ tiếp theo của loạt các ngôn ngữ mô hình multi-agent bao gồm StarLogo và StarLogoT NetLogo chạy trên máy ảo Java, vì vậy nó hoạt động
trên tất cả các nền tảng lớn (Mac, Windows, Linux, et al) NetLogo là một môi
Trang 28phép người thiết kế tập trung vào các thuộc tính và hành vi của môi trường và tác tử
hơn là đi sâu vào mã nguồn phức tạp Tác tử đư ợc lập trình sao cho chúng có thê
tương tác với các tác tử khác và môi trường, ví dụ như tác tử có thể "yêu cầu" tác tử đi trước nó Nó cho phép chúng ta tạo giao đi ện tương tác cho mỗi mô hình với đầu
vào (sliders v.v ) để thay đôi các biến số và đầu ra (graphs v.v ) để phân tích đánh
giá thông qua kế quả được xuất ra từ chương trình
Tác tử (Agents) trong NetLogo được chia thành patches, turtles, links, và các quan sát viên Patches được sắp xếp trong một mạng lưới caro Turtles di chuyển trên mạng lưới caro này Liên kết kết nối hai turtle khác nhau lại Các quan sát viên giám sát tất cả mọi thứ đang xảy ra và làm bất cứ điều gì các con rùa, các bản vá lỗi và các liên kết không thể làm cho bản thân mình
Cả turtles và patches đều có tọa độ, tuy nhiên tọa độ của patches luôn là số
Trang 29CHUONG3 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Sơ đồ khối biểu diễn quá trình xây dựng mô hinh Agent-Based model
Thuật toán xây dựng mô hình Agent Based models được tổng quát qua sơ đồ
khối như sau:
De leu dau Su dung Agent-based Model dwa mo
va hinh, lý thuvet dong xe vao phan mém
Netlogo
tie CA TC
chính Aay dung mo hinh mo phong
mo dira trén moi trong phan tich hinh tác tứ Netlogo an Ï— Sal ~ ¬ a | Dung Đánh giá kết qua Hình 3.1 Lưu đồ phương pháp nghiên cứu 3.2 Trình tự thực hiện
3.2.1 Dữ liệu đấu vào
Kích thước hình học đoạn mô phỏng:
° Số làn xe : 3 làn xe chạy cho 1 hướng
Trang 30e Chiều dài đoạn đường mô phỏng: 250 patches = 87.5m mỗi chiều e© — Số làn xe ô tô mỗi chiều: 2 làn
° Số làn xe máy mỗi chiều: 1 làn
Vị trí nghiên cứu l đoạn đường Ba Tháng Hai thuộc địa bàn Quận 10 thành
phố Hồ Chí Minh, đường có 3 làn xe (2 làn ô tô và 1 làn xe máy) cho mỗi hướng Bề rộng 2 làn ô tô: 1 làn 3.2m; một làn: 3.0m, bè rộng làn xe máy 3.5m Thông số đầu vào Giá trị | Đơn vị SỐ làn xe 3.0 làn
Chiều rộng làn ô tô phía trong 3.2 m
Chiều rộng làn ô tô giữa 3.0 m
Chiều rộng làn xe máy phía ngoài 3.5 mì
Chiều đài đoạn nghiên cứu 87.5 m
Số làn xe ô tô mỗi chiều 2.0 làn
Số làn xe máy mỗi chiều 1.O làn
Lưu lượng xe máy đầu vào 2000.0] xe/h
Lưu lượng xe ô tô đầu vào 270.0 | xe/h
Lưu lượng xe máy tối đa có thể thay đổi | 7OOO.O| xe/h
Lưu lượng ô tô tối đa có thể thay đổi 4000.0] xe/h
Phần trăm 6 tô 18.0 Jo
Phần trăm xe máy 57.0 %o
Phần trăm xe bus 10.O Yo
Phan tram xe tai 15.0 Jo
3.2.2 Xây dựng mô hình sử dụng phan mém Netlogo
Trang 31ã N tL an > Meooel AI Nắr tước 111121LUNGGE „ Micoiweicaornr Z1L1-2711YM14H CAMO CLO Hur Pe
| File Gee Teak Zecen Tate Pete
Inicrfoer: | puis | coats ” tư LECBNE h 5 teat wre eed rice < hel 2 Fe "mH Eat | | NHƯ rrotros Lecco = tin Teck Hinh 3.2 Giao dién mé phéng được xây dung trén nén Netlogo
Thiết lập không gian giao diện người ding (user interface) cla chương trình bao gồm:
Thiết lập cửa số hiển thị đồ hoạ thể hiện không gian mô phỏng mô hình cần xây dựng là một đoạn đường 3 làn xe Cửa sở đồ hoạ hiển thị là một tập hợp các ô
(patches) lấp đầy trong không gian hệ trục toạ độ X,Y Mô hình xây dựng như hình
dưới đây
Hình 3.3 Không gian mô phỏng được xây dựng trên nền Netlogo Xây dựng tác tử: sử dụng các lệnh khởi tạo ra tác tử với hình dạng là xe máy,
xe ô tô với kích thước đúng theo tỉ lệ thực tế Mỗi tác tử được tạo ra tương ứng với
lưu lượng vào nút thực tế áp dụng nguyên tắc phân phối vận tốc của mỗi tác tử cũng
Trang 32Sử dụng các procedures điều khiển các tác tử di chuyển trong mô hình đúng theo lý thuyết chuyên động được áp dụng trong nghiên cứu, đúng theo tổ chức giao thông
Xây dựng các nút điều khiển mô hình, biểu đồ quan hệ giữa thời gian, vị trí
hay quan hệ thời gian vận tốc, bảng biểu thể hiện kết quả theo dõi các yếu tố cần
nghiên cứu của tác tử như tổng số xe Ô tô, xe máy, vận tốc của ô tô, xe máy trong mô hình
3.2.3 Kiểm tra mô hình
Do hạn chế về thời gian nên tác giả không tiến hành quan sát lưu lượng, vận
tốc ngoài thực tế Tác giả tạm sử dụng lưu lượng và vận tốc theo nghiên cứu của tác gia Ngô Việt Đức (2014), từ đó tiến hành mô phỏng để đánh giá tình trạng giao thông Do đó không thể đưa ra đánh giá kiếm chứng mô hình với thực tế tại thời điêm hiện tai
3.2.4 Phán tích tỉnh trạng giao thông từ mô hình
Phân tích ảnh hưởng của lưu lượng thấp đến khả năng thông hành của dòng xe, tiến hành mô phỏng với lưu lượng đầu vào mô hình tương đối thấp, tiến hành kiểm tra lưu lượng thoát ra khỏi mô hình trong một khoảng thời gian mô phỏng Từ đó đưa ra nhận xét về độ tin cậy của phần mềm sử dụng
Tiến hành tăng lưu lượng dần từ 5%, 10%, 50% để kiêm tra lưu lượng thoát ra
khỏi mô hình và đưa ra nhận xét, đánh giá mô hình
Mô hình tiến hành mô phỏng với thành phần xe là thuần nhất 100% xe máy và
100% xe ô tô Từ đó đánh giá về ảnh hưởng của thành phần xe đến khả năng thông
hành của dòng xe
Đề đánh giá ảnh hưởng của tý lệ thành phần xe tác giả tiến hành so sánh giữa
hai kịch bản; kịch bản thứ nhất là xe bus chiếm 5%, xe tải chiếm 10% và kịch bản
thứ hai là cũng với lưu lượng đó nhưng tăng tỷ lệ xe bus lên 15% và xe tải lên 25%
Trang 33CHUONG 4 - XAY DUNG MO HINH PHAN TICH DANH GIA
4.1 Số liệu đầu vào
4.I1.] Kích thước hình học
Học viên tiến hành đo đạc trực tiếp tại vị trí nghiên cứu là một đoạn trên đường Ba Tháng Hai ( hướng từ Công trường Dân Chủ đến Cầu Vượt Ba Tháng Hai) thuộc địa bàn Quận 10, thành phố Hồ Chí Minh thu được kết quả như sau:
o Đường Ba Tháng Hai: 03 làn xe cho mỗi chiều, 01 làn xe hơi và 01 làn hỗn hợp và 01 làn xe máy, bề rộng như hình sau: Dãy phãn cách bằng sắt t + Lane ngoài —————TEz > + Lane giữa ——————*“ - + Lane trong ———————Ÿ#z Wia he
Hình 4.1 Chiều rộng đoạn đường mô phồng (01 hướng) o Chiều dài đoạn đường áp dụng trong nghiên cứu này được là 87.5m 4.1.2 Headway về thời gian và vận tốc
Số liệu đầu vào mô hình với giá thiết phần bố headway về thời gian là phân bố chuẩn với giá trị trung bình là =3s và độ lệch chuẩn ø=1s đối với xe máy; đối với xe 6 tô giá trị trung bình là u=5s và độ lệch chuẩn ø=2s
Đối với vận tốc các xe đầu vào mô hình tác giả sử dụng phân phối chuẩn đối với xe máy như sau: giá trị trung bình u=30km/h và độ lệch chuẩn ø=5kmih; đối với xe 6 tô là: giá trị trung bình u=35km/h và độ lệch chuẩn ø=5km/h
Số liệu thô bao gồm nhiều loại phương tiện khác nhau: xe máy, xe con, xe
Trang 34không xét đến ảnh hưởng của xe bus cũng như xe tải nhỏ, mà áp dụng chuyên động của các loại xe này như xe con thông thường
4.2 — Sơ đồ khối thuật toán chuyển động của phương tiện
/ Nhập điệu đầu vio 7
Xe dtd yf ~Kich thumic hint hoc ¿Xe mấy
' ~ Hutog tuytn, toa di Ỷ - Phản bỏ Headway, vận tắc/ thung te đãi rẻ thine „tay xà, ¬ 7 % ỹ W„ W<V a a / \ x hite) 3 gg \are(tape z ^ ` Theseli _—C
M6 hinh ting Mo hinh zam M6 binh ting Mo hinh pian
tic thee x tắc thea xe tic theo xe tic thee xe ` a
Hình 4.2 Sơ đồ thuật toán thể hiện chuyển động của xe 4.3 Xây dựng mô hình mô phông trên Netlogo
4.3.1 Hệ thống đơn vị trong Netlogo và quy ước
Netlogo là một phần mềm mở với ứng dụng đa tác tử, nó cho phép người dùng
có thể mô phỏng những hành vi độc lập của các “tác tử” diễn ra trong cùng một thời
điểm Qua đó giúp các nhà nghiên cứu năm bắt được hoạt động riêng rẽ của từng “tác tử” trong sự tương tác phức tạp của môi trường
Quy ước đơn vị các thông số cơ bản xây dựng mô hình:
° Im=2.85 patches ; 1s = 1 ticks >1h =3600 ticks (ticks: don vi thoi
Trang 35° 1 m/s = 2.85 patch/tick
° Chiều dài xe motor: 1.9m = 5.42 patches e Chiều dài xe ôtô: 3.72m= 10.61 patches
° Vận tốc mong muốn: 30km/h=30.78 patch/tick
4.3.2 Ung dung Netlogo mô phỏng giao thông hỗn hợp trên đường thang
Netlogo là một phần mềm mô phỏng vi mô, tất cả hoạt động của mô hình đề được xây dựng dựa trên tác tử (Agents) Các agents có thể chay Commands (lénh) trong NetLogo cũng có thể chạy theo “Procedures” Một “Procedures” kết hợp một
loạt các commands thành một lệnh đơn mới mà bạn xác định
Trong Netlogo có 3 tabs chính
Interface hay còn gọi là giao diện mô phỏng Là nơi chứa tồn bộ mơ hình mô phỏng cũng như các nút lệnh dùng để điều khiến hành vi của toàn bộ Agents (đối tượng) của mô hình bao gồm các turtles, patches và links Thông thường ta sử dụng ở tab Interface là những nút lệnh khởi tạo ra môi trường mà trong đó các tác tử hoạt
động Trong luận văn này chính là khởi tạo ra một đoạn của đường Ba Tháng Hai
(01 hướng) và các nút lệnh thay đôi thông số đầu vào
D> Medel ABM Me tree 2M 7 301 E mai 1 - HeHLoqn {D⁄LMOÀMNHCÁO HID 2013-200 SUN WAS TÁR.Hạn can 1 B8 =~
Fie baa Fank fom lane Hater
Interface | arf | cimcie
:
i ¥ đ + ae eit + 4 Ÿ | vicw uexialr+ —!
PCat Daivxie nai i oer speed Cmtmix8 + | =
[8A woe BO e onin vn
Trang 36
Các nút lệnh thê hiện trên ỉnterface và ý nghĩa công dụng của nó được cho bởi bảng “A au: Nút lệnh Ý nghĩa, công dụng t
Khởi tạo các kích thước hình học, các thông số đầu vào của mô hình
‘a Lệnh cho mô hình bắt đầu chạy, có thể chạy mãi mãi
Trang 37Lũt3i-†#etrc/(les , , i5 Tông sô mô tô thốt khỏi khơng gian mơ phỏng Simulation Time “1 Thoi gian m6 phong Flaw counter - , 32 Lưu lượng ổi qua mặt cắt mô phỏng
Info: là nơi cung cấp những thông tin về mô hình, trả lời các câu hỏi như: mô hình này dùng để làm gì, sử dụng như thế nào, cần phải cải thiện điều gì Sở đĩ có
tab info là vì Netlogo là một môi trường mở và đang phát triển, các nhà sáng lập muốn khi ta hoàn thành một mô hình nào hãy chia sẻ lên Hubnet để mọi người có
thê tham khảo cũng như góp ý, điều chỉnh cho mô hình hoàn thiện hơn
Codes: Là nơi viết ngôn ngữ lập trình Các bước thực hiện có thẻ kế đến như:
T thoải I1 bớm lruẾ§y XI § 121W [ở - NeiiLegm (P!U HH A WP CU Horny ery
„ : nam |
Hình 4.4 Giao điện viêt Code của Netlogo
Khai báo những phân tử chúng ta muôn mô phỏng bao gôm xe máy, xe ô tô,
Trang 38muốn ) ngoài ra cũng khai báo tất cả các thuộc tính của tác tử cũng như môi trường
Thiết lập môi trường mô phỏng hay yêu cầu các patches có tọa độ tương ứng thay đổi màu sắc để vẽ nên làn đường, vạch sơn, dãy phân cách, vỉa hè tại vị trí nghiên cứu Xây dựng phạm vi nút giao theo kích thước thực tế là không gian tọa độ 44x250 patches tương ứng với 15.4 x 87.5 m, với gốc tọa độ (0,0) ở trung tâm mô hình Xây dựng phạm vi phần đường giao thông và vạch sơn nằm trong khoảng (-125< x < 125); (17.5< y < 10) Vi tri dãy phân cách ở tọa độ (-125< x < 125%); (11< y < 12), vỉa hè màu xanh ở vị trí (-125< x < 125)(-17.5< y < 22)
Tạo ra số lượng xe ô tô, xe máy bằng với lưu lượng đầu vào tại đầu vào đoạn
khảo sát, sử dụng phân phối normail đối với vận tốc và headway xuất hiện của các xe
Ứng dụng mô hình xe theo xe đối với xe máy theo Chu Công Minh (2007) và mô hình xe theo xe đối với xe ô tô theo Tomer (2003) Mỗi xe khi di chuyển trong dòng xe luôn có xu hướng đạt được vận tốc mong muốn Vdesired vì vậy ta tạo ra điều kiện để xe di chuyên như sau: nếu xe nghiên cứu xác định không có xe phía
trước trong 1 khoảng Ax nhất định thì nó sẽ tăng tốc để đạt được vận tốc mong
muốn, đến khi có xe phía trước nằm trong khoảng Ax đó thì xe sẽ giảm tốc với gia tốc tăng, giảm tốc theo công thức nêu ở chương 2 cơ sở lý thuyết Quá trình này
được lặp đi lặp lại cho mỗi xe khi di chuyển trong dòng xe
Thiết lập các truy xuất kết quả từ mô hình mô phỏng như biểu đồ quan hệ thời gian, khoảng cách, các bộ đếm thông số lưu lượng đầu ra đối với ô tô, xe máy, biểu đồ thể hiện quan hệ giữa không gian và thời gian giữa các xe, biểu đồ mỗi quan hệ
giữa lưu lượng và mật độ Theo dõi mô hình hoạt động và dựa vào các kết quả trích
xuất từ mô hình đề đánh giá, kết luận về mô hình mô phỏng 4.3.3 Source code của Netlogo
Trang 394.4 Phan tich danh gia m6 hinh
Đề vẽ biểu đồ quan hệ giữa các đại lượng, tác giả tiễn hành tao 2 sliders dé tăng dần lưu lượng 6 tô, xe máy đến một giá trị nhất định, tiến hành cách thu thập số liệu trong mô hình cho mỗi lần thay đổi lưu lượng Phương pháp thu thập số liệu
cho mỗi đại lượng như sau:
Lưu lượng: đếm số xe ra khỏi mô hình (có cộng dồn): lập trình mô hình xuất kết quả Coi mặt cắt cuối cùng ra khỏi mô hình theo mỗi hướng là mặt cắt lưu lượng chạy qua
Mật độ: mô hình hiển thị số lượng xe hiện có mặt trên mặt bằng mô hình rồi quy đổi ra đơn vị 1km
Vận tốc: mô hình hiển thị vận tốc trung bình của xe ô tô, xe máy mỗi khi dừng lại để lẫy số liệu
4.4.1 Kịch bản thứ nhất
4.4.1.1 Ảnh hưởng của lưu lượng thấp đến khả năng thông hành của dòng xe Lưu lượng của các xe đầu vào trong kịch bản này lần lượt là: xe máy
2000xe/h, xe bus 150xe/h, xe tải 225 xe/h và xe ô tô là 270 xe/h với thời gian mô
Trang 40Flow-Velooky 40 IE:‹ ::= - Mitek 15% Mcwiies WB xe may ST % “” : = a h Flaw[ w=hf |- + 1==nn
Hình 4.6 Biêu đồ flow - velocity của dòng xe hỗn hợp với lưu lượng thấp
Dựa vào biểu đồ lưu lượng - mật độ, vận tốc — lưu lượng ta thay vận tốc
dòng xe tương đối lớn, điều này phù hợp với giao thông thực tế 4.4.1.2 Kịch bản tăng lưu lượng tất cả các xe lên 5%
Lưu lượng của các xe đầu vào trong kịch bản này lần lượt là: xe máy
2100xe/h, xe bus 158xe/h, xe tải 236 xe/h và xe ô tô là 284 xe/h với thời gian mô