Áp dụng mô hình tác tử (agent based model) để mô phỏng dòng giao thông hỗn hợp trường hợp thành phố hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ HÙNG MẠNH ÁP DỤNG MÔ HÌNH TÁC TỬ (AGENT-BASED MODEL) ĐỂ MƠ PHỎNG DỊNG GIAO THƠNG HỖN HỢP - TRƯỜNG HỢP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG MÃ NGÀNH: 60580205 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2016 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TPHCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Chu Công Minh Cán chấm nhận xét 1:TS Văn Hồng Tấn Cán chấm nhận xét 2:TS Tôn Thất Tú Luận văn Thạc sĩ bảo vệ 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: Chủ tịch hội đồng:PGS.TS Lê Thị Bích Thủy Ủy viên:TS Trần Vũ Tự Thư ký:TS Nguyễn Xuân Long Cán phản biện 1:TS Văn Hồng Tấn Cán phản biện 2:TS Tôn Thất Tú Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Lê Thị Bích Thủy TRƯỞNG KHOA KTXD ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ 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 cơng trình giao thơng MN: 60 58 02 05 Khố (Năm trúng tuyển): 2013 I- TÊN ĐỀ TÀI: ÁP DỤNG MƠ HÌNH TÁC TỬ (AGENT-BASED MODEL) ĐỂ MƠ PHỎNG DỊNG GIAO THÔNG HỖN HỢP – TRƢỜNG HỢP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: Chƣơng I: Tổng quan Chƣơng II: Cơ sở lý thuyết Chƣơng III: Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng IV: Xây dựng mơ hình phân tích đánh giá Chƣơng V: Kết luận III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/8/2015 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/6/2016 V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS CHU CÔNG MINH Nội dung đề cƣơng Luận văn thạc sĩ đƣợc Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƢỚNG DẪN PGS.TS CHU CÔNG MINH Tp HCM, ngày tháng năm 2016 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS LÊ BÁ KHÁNH TRƢỞNG KHOA KTXD LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Cầu Đƣờng, Khoa Xây Dựng, trƣờng đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh nhiệt tình truyền đạt kiến thức quý báu, quan tâm tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên thời gian qua Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Chu Cơng Minh ngƣời giúp đỡ, dẫn tận tình quan tâm, động viên tinh thần thời gian học viên thực Luận văn Thầy truyền đạt cho học viên hiểu đƣợc phƣơng thức tiếp cận giải vấn đề khoa học, hành trang quý học viên gìn giữ cho trình học tập làm việc Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan bạn bè thân hữu động viên, giúp đỡ học viên thời gian học tập vừa qua TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 Học viên Lê Hùng Mạnh TĨM TẮT LUẬN VĂN Mơ công cụ đƣợc nhà nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống Trong mơ giao thơng giúp hiểu rõ quy luật vận động xe cách tiệm cận với thực tế Ở Việt Nam việc mô chuyển động xe máy dòng xe hỗn hợp đoạn đƣờng đƣợc tiến hành với nhiều nghiên cứu khác nhau, nhiên mô thƣờng xem nhƣ xe máy di chuyển đƣờng tĩnh có di chuyển theo đƣờng hình thành từ khổ động học xe máy nhƣng không đảm bảo khoảng cách cho phép xe mục tiêu xe dẫn đầu Tiếp nối nghiên cứu trên, tác giả sử dụng phần mềm Netlogo để mô chuyển động dịng xe hỗn hợp dựa mơ hình tác tử (Agent – Based Model) nhằm giải hạn chế nêu Luận văn tiến hành mô ảnh hƣởng thành phần xe, lƣu lƣợng, loại xe lên khả thơng hành dịng xe dựa mơ hình có sẵn xe máy loại xe khác MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .2 CHƢƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 1.2 Cơ sở hình thành đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 10 1.4 Phạm vi giới hạn nghiên cứu 11 1.5 Bố trí luận văn .11 CHƢƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT .12 2.1 Xây dựng mơ hình giao thơng hỗn hợp dựa Agent (Agent – Based Model) 12 2.2 Các mơ hình mơ vi mơ ứng dụng Agent-Based Modeling .14 2.3 Các mơ hình đƣợc áp dụng nghiên cứu .20 2.3.1 Mơ hình xe theo xe (Car – following models) 20 2.3.2 Mơ hình tăng tốc tổng quát ( General Acceleration Models) .23 2.3.3 Phân phối chuẩn 25 2.4 Giới thiệu phần mềm Netlogo .26 CHƢƠNG - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 3.1 Sơ đồ khối biểu diển q trình xây dựng mơ hình Agent-Based model 28 3.2 Trình tự thực 28 3.2.1 Dữ liệu đầu vào .28 3.2.2 Xây dựng mơ hình sử dụng phần mềm Netlogo 29 3.2.3 Kiểm tra mơ hình 31 3.2.4 Phân tích tình trạng giao thơng từ mơ hình 31 CHƢƠNG - XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ .32 4.1 Số liệu đầu vào 32 4.1.1 Kích thƣớc hình học 32 4.1.2 Headway thời gian vận tốc 32 4.2 Sơ đồ khối thuật toán chuyển động phƣơng tiện 33 4.3 Xây dựng mơ hình mơ Netlogo 33 4.3.1 Hệ thống đơn vị Netlogo quy ƣớc 33 4.3.2 Ứng dụng Netlogo mô giao thông hỗn hợp đƣờng thẳng 34 4.3.3 Source code Netlogo 37 4.4 Phân tích đánh giá mơ hình 38 4.4.1 Kịch thứ 38 4.4.2 Kịch thứ hai dòng 42 4.4.3 Kịch thứ thay đổi tỷ lệ xe Bus xe tải 43 CHƢƠNG - KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHẦN PHỤ LỤC 50 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hiện trạng giao thông cao điểm (T.p Hồ Chí Minh) .9 Hình 1.2 Hiện trạng giao thông cao điểm (T.p Hà Nội) .9 Hình 2.1 Mơ tả số trƣờng hợp chuyển động Agent - Nguồn Eric Bonabeau 13 Hình 2.2 Sơ đồ biểu diển trình thực thi chƣơng trình - Nguồn Ngơ Việt Đức 14 Hình 2.3 Ứng dụng Netlogo mô giao thông - Nguồn Andrew Landowne, 2006 15 Hình 2.4 Ứng dụng Netlogo mơ giao thông - Nguồn Hirankitti Krohkaew 16 Hình 2.5 Mơ hình mơ vi mô mô giao thông - Nguồn Tzu Chang Lee, 2008 17 Hình 2.6 Ứng dụng Netlogo mô giao thông - Nguồn Nguyễn Thanh Tuấn, 2010 18 Hình 2.7 Ứng dụng Netlogo mô giao thông - Nguồn Ngô Việt Đức, 2014 19 Hình 2.8 Ứng dụng Netlogo mơ giao thơng - Nguồn Chu Mạnh Hòa, 2015 20 Hình 2.9 Xe mục tiêu xe phía trƣớc mơ hình tăng tốc theo xe (nguồn: Chu Cong Minh, 2007) .22 Hình 2.10 Xe mục tiêu xe phía trƣớc mơ hình giảm tốc theo xe (nguồn: Chu Cong Minh, 2007) .23 Hình 2.11 Biểu đồ phân bố chuẩn (nguồn: Wikipedia) 26 Hình 3.1 Lƣu đồ phƣơng pháp nghiên cứu .28 Hình 3.2 Giao diện mơ đƣợc xây dựng Netlogo 30 Hình 3.3 Khơng gian mô đƣợc xây dựng Netlogo 30 Hình 4.1 Chiều rộng đoạn đƣờng mơ (01 hƣớng) 32 Hình 4.2 Sơ đồ thuật toán thể chuyển động xe 33 Hình 4.3 Giao điện Interface Netlogo 34 Hình 4.4 Giao điện viết Code Netlogo .36 Hình 4.5 Biểu đồ flow - density dòng xe hỗn hợp với lƣu lƣợng thấp .38 Hình 4.6 Biểu đồ flow - velocity dòng xe hỗn hợp với lƣu lƣợng thấp .39 Hình 4.7 Biểu đồ flow - density dòng xe hỗn hợp với lƣu lƣợng tăng 5% 39 Hình 4.8 Biểu đồ flow - velocity dòng xe hỗn hợp với lƣu lƣợng tăng 5% .40 Hình 4.9 Biểu đồ flow - density dòng xe hỗn hợp với lƣu lƣợng tăng 10% 40 Hình 4.10 Biểu đồ flow - velocity dịng xe hỗn hợp với lƣu lƣợng tăng 10% 41 Hình 4.11 Biểu đồ flow - density dòng xe hỗn hợp với lƣu lƣợng tăng 50% 41 Hình 4.12 Biểu đồ flow-density dòng xe máy 42 Hình 4.13 Biểu đồ flow-Velocity dịng xe máy 42 Hình 4.14 Biểu đồ flow-density dịng xe tơ 43 Hình 4.15 Biểu đồ flow - density dòng xe hỗn hợp với tỷ lệ xe tải xe bus thấp 44 Hình 4.16 Biểu đồ flow-density dịng xe hỗn hợp với tỷ lệ xe tải xe bus cao 44 CHƢƠNG - 1.1 TỔNG QUAN Đặt vấn đề nghiên cứu Hiện nay, vấn đề giao thông Việt Nam phức tạp đặc biệt tình trạng kẹt xe diễn ngày thành phố lớn Bài toán đặt cho nhà quản lý phải có nhìn chi tiết quy luật tự nhiên giao thơng, để phân tích đánh giá đƣa điều chỉnh, tổ chức, quy hoạch giao thông hợp lý Cách tiếp cận hiệu sử dụng công cụ mô phỏng, thông qua mơ ngƣời nắm bắt quy luật cách tiệm cận Vì việc nghiên cứu hệ thống mô giao thông phù hợp với điệu kiện giao thông Việt Nam cần thiết Mô phỏng giao thông m ột mô phỏng ph ức tạp, mô dựa hành vi ngƣời tham gia giao thơng, có tƣơng tác ho ̣ quỹ đạo phƣơng tiện giao thơng đƣờng, mơ phỏng giao thơng có thể tiế p c ận theo hai hƣớng, mô vi ̃ mô ho ặc mô vi mô tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu Mơ hình mơ vi ̃ mơ sƣ̉ du ̣ng mơ hình tốn ho ̣c, tập trung vào đặc điể m giao thông nhƣ tốc đ ộ, lƣu lƣợng mật độ Mơ hình khơng phân biệt giƣ̃a xe riêng biệt thư ờng không mô tả loa ̣i xe khác Mơ hình vi ̃ mơ thƣờng đƣợc dùng để mô phỏng h ệ thố ng giao m ột khu vực rộng lớn, phƣ́c tạp Mơ hình vi mơ mơ phỏng mỡi tác nhân (Agent) mức chi tiết, mỗi Agent đư ̣c theo dõi tư ơ ng tác với Agent khác với môi tr ƣờng Tƣơng tác đƣợc điề u chỉnh bởi s ố liệu đầu vào mơ hình giao thơng nhƣ: thành phần xe (%, số lƣợng), 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 hai xe liền kề, điều kiện chuyển làn, vƣợt xe, v…v Mơ hình vi mơ đư ̣c sƣ̉ du ̣ng rộng rãi để đánh giá kiể m sốt giao thơng cũng như phân tích hoa ̣t động giao thơng ... trình giao thơng MN: 60 58 02 05 Khoá (Năm trúng tuyển): 2013 I- TÊN ĐỀ TÀI: ÁP DỤNG MƠ HÌNH TÁC TỬ (AGENT- BASED MODEL) ĐỂ MƠ PHỎNG DỊNG GIAO THƠNG HỖN HỢP – TRƢỜNG HỢP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH II-... làm rõ Tác giả với mong muốn khắc phục đƣợc hạn chế nêu trên, đề tài: ? ?Áp dụng mơ hình tác tử (Agent – Based Model) để mơ dịng giao thơng hỗn hợp – Trƣờng hợp thành phố Hồ Chí Minh? ?? đƣợc tác giả... hình giao thông hỗn hợp dựa Agent (Agent – Based Model) 12 2.2 Các mơ hình mơ vi mô ứng dụng Agent -Based Modeling .14 2.3 Các mơ hình đƣợc áp dụng nghiên cứu .20 2.3.1 Mơ hình