Phân tích tương tác giữa các xe tại nút giao thông bằng phương pháp agent based model

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHU MẠNH HỊA PHÂN TÍCH TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC XE TẠI NÚT GIAO THÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP AGENT – BASED MODEL CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ NGÀNH: 605830 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2015 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Chu Công Minh Cán chấm nhận xét : TS Nguyễn Xuân Long Cán chấm nhận xét : TS Trần Vũ Tự Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 12 tháng 09 năm 2015 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Lê Thị Bích Thủy TS Chu Cơng Minh TS Trịnh Văn Chính TS Nguyễn Xuân Long TS Trần Vũ Tự Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Chủ nhiệm Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: CHU MẠNH HÒA MSHV: 12144577 Ngày, tháng, năm sinh: 23/12/1986 Nơi sinh: Hà Nam Chuyên ngành: Xây dựng Đường Ơtơ Đường Thành phố Mã ngành : 605830 I- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC XE TẠI NÚT GIAO THÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP AGENT-BASED MODEL II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: Chương I: Tổng quan Chương II: Cơ sở lý thuyết Chương III: Phương pháp Nội dung nghiên cứu Chương IV: Xây dựng mơ hình mơ dựa phương pháp ABM Chương V: Phân tích, đánh giá Chương VI: Kết luận III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/2014 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/06/2015 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS CHU CÔNG MINH Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ đư ợc Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tp HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS CHU CÔNG MINH TS LÊ BÁ KHÁNH TRƯỞNG KHOA LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Cầu Đường, Khoa Xây Dựng, trường 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 Tiến sĩ Chu Công Minh người giúp đ ỡ, dẫn tận tình ln quan tâm,đ ộng viên tinh thần thời gian học viên thực Luận văn Thầy truy ền đạt cho học viên hiểu phương thức tiếp cận giải vấn đề khoa học, hành trang q học viên gìn giữ cho q trình học tập làm việc Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan b ạn bè thân hữu đ ộng viên, giúp đỡ học viên thời gian học tập vừa qua TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2015 Học viên Chu Mạnh Hịa TĨM TẮT LUẬN VĂN Trong luận văn trình bày nghiên c ứu việc ứng dụng phương pháp AgentBased Model để phân tích tương tác xe nút giao thông địa bàn thành phố Hồ Chí Minh Hiện hầu phát triển giới ứng dụng phương pháp mô giao thông dựa vào thông số đầu vào, dự đoán cho tương lai để thấy hành vi giao thông tuyến đường định hay hệ thống giao thông rộng lớn Việc mơ q trình phương ti ện lưu thơng hệ thống giao thơng giúp ích nhiều cho việc quy hoạch, tổ chức giao thông quan quản lý Việc mơ hình hóa giao thơng đặc biệt cần thiết nước ta, nơi có hệ thống giao thông vô phức tạp đa dạng với nhiều thành phần xe tham gia giao thông Những nghiên cứu giao thông giới chủ yếu vào hệ thống giao thông nước tiên tiến với thành phần xe tham gia giao thông chủ yếu xe ô tô, nghiên cứu ảnh hưởng xe gắn máy hệ thống giao thông nước phát triển Việt Nam, Thái Lan, Ấn Độ nhiều hạn chế Vì việc mơ hình hóa giao thơng nước ta với hai thành phần tham gia giao thông chủ yếu xe gắn máy ô tô cần thiết đặc biệt nghiên cứu nút giao thông nơi mà ảnh hưởng xe gắn máy rõ ràng khả thông hành nút giao Việc mô đánh giá tương tác xe với nhau, với nút giao thông cụ thể thực qua phần mềm mô dựa tảng AgentBased Model Netlogo MỤC LỤC CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 1.2 Cơ sở hình thành đề tài 10 1.3 Mục tiêu giới hạn nghiên cứu 10 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu .10 1.3.2 Giới hạn nghiên cứu 11 1.4 Các nghiên cứu trước 12 1.4.1 Lý thuyết chuyển động dịng xe tơ, xe máy 12 1.4.2 Các nghiên cứu mơ hình mơ dịng xe hỗn hợp .13 1.4.3 Phân tích nút giao thơng điều khiển đèn tín hiệu 18 1.5 Bố trí luận văn .21 CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT .22 2.1 Phần mềm lập trình mơ hình mơ dựa tác tử (agent based) 22 2.2 Các mơ hình mơ giao thông 23 2.2.1 Mô vi mô 27 2.2.2 Mô vĩ mô 29 CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN .31 3.1 Khái quát 31 3.2 Trình tự thực 31 Sử dụng Agent-Based Model đưa mơ hình, lý thuyết dịng xe vào phần mềm NetLogo 31 3.2.1 3.2.2 Các liệu đầu vào 32 3.2.3 Xây dựng mơ hình sử dụng phần mềm Netlogo 34 3.2.4 Kiểm tra mơ hình 36 3.2.5 Đánh giá kết luận: 36 CHƯƠNG - THU THẬP SỐ LIỆU 38 4.1 Các liệu đầu vào .38 4.1.1 Kích thước hình học: 38 4.1.2 Chu kì đèn tín hiệu: .38 4.1.3 Lưu lượng: 39 4.1.4 Thời gian di chuyển vận tốc trung bình qua nút 41 4.1.5 Vận tốc trung bình xe qua nút 42 CHƯƠNG - XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ .43 5.1 Sơ đồ khối thuật toán chuyển động phương tiện 43 5.2 Xây dựng mơ hình mô Netlogo 43 5.2.1 Hệ thống đơn vị Netlogo quy ước 43 5.2.2 Ứng dụng Netlogo mơ mơ hình giao thơng hỗn hợp nút giao thơng 44 5.2.3 Sơ đồ khối thuật tốn chuyển động phương tiện 49 5.2.4 Source code Netlogo 49 5.3 Phân tích đánh giá mơ hình 50 5.3.1 Phương pháp kiểm định mơ hình 50 5.3.2 Kết trích xuất từ mơ hình mơ 52 5.4 Đánh giá độ tin cậy mơ hình 53 5.4.1 Kiểm định phân bố phương tiện 53 5.4.2 Kiểm định vận tốc trung bình .56 5.4.3 Biểu đồ phân bố vận tốc trung bình 58 5.4.4 Mối quan hệ đại lượng Vận tốc, lưu lượng, mật độ .59 CHƯƠNG - KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHẦN PHỤ LỤC 63 DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Lưu lượng xe vào nút 40 Bảng 4.2 Thời gian di chuyển trung bình qua nút giao thông thực tế .42 Bảng 4.3 Vận tốc trung bình phương tiện qua nút giao thông thực tế 42 Bảng 4.4 Vận tốc trung bình xe vào nút .42 Bảng 5.1 Lưu lượng xe khỏi nút theo mơ hình mơ 53 Bảng 5.2 Vận tốc trung bình theo mơ hình mô .53 Bảng 5.3 So sánh lưu lượng theo hướng Nam-Bắc 54 Bảng 5.4 Tần số lý thuyết 54 Bảng 5.5 So sánh lưu lượng theo hướng Tây-Đông .54 Bảng 5.6 Tần số lý thuyết 54 Bảng 5.7 So sánh lưu lượng theo hướng Bắc-Nam 55 Bảng 5.8 Tần số lý thuyết 55 Bảng 5.9 So sánh lưu lượng theo hướng Đông-Tây .55 Bảng 5.10 Tần số lý thuyết .55 Bảng 5.11 Kiểm định F-test 57 Bảng 5.12 Kiểm định T-test 57 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Giao diện mô phần mềm Netlogo 23 Hình 2.2 Đại cương mơ hình CA cho mơ dịng giao thơng hỗn hợp .25 Hình 2.3 Mơ hình xe theo xe .25 Hình 2.4 Mơ vi mơ sử dụng Synchro – Nguồn internet 28 Hình 2.5 Mơ vi mô sử dụng PTV Vissim – Nguồn internet 29 Hình 2.6 Giao diện OmniTRANS Hình 2.7 Giao diện PTV VISUM 30 Hình 3.1 Lưu đồ phương pháp nghiên cứu .31 Hình 3.2 Giao diện mơ phần mềm Netlogo 35 Hình 4.1 Vị trí đặt máy quay phim thu thập số liệu 39 Hình 5.1 Lưu đồ thuật toán chuyển động phương tiện .43 Hình 5.2 Giao diện interface Netlogo .45 Hình 5.3 Giao diện coding Netlogo 47 Hình 5.4 Kiểm định lưu lượng ô tô 56 Hình 5.5 Kiểm định lưu lượng xe máy .56 CHƯƠNG - 1.1 TỔNG QUAN Đặt vấn đề nghiên cứu Trên giới có nhiều nghiên cứu quy hoạch, tổ chức giao thông đư ợc áp dụng thành công nước tiên tiến Tuy nhiên việc ứng dụng nghiên cứu vào hồn cảnh nước ta lại chưa mang lại hiệu Có thể kể đến phương án giao thông đưa vào áp dụng như: thay đổi làm công sở, học trường trung học phổ thông để giảm ùn tắc giao thông hay đề xuất hạn chế xe cá nhân tăng phí lưu thơng tơ xe máy Các phương án nêu không đạt kết mong muốn đặc biệt phải thực thí điểm thành phố Hồ Chí Minh Hà Nội, điều gây r ất nhiều xáo trộn, ý kiến trái chiều nhân dân làm hao tổn nhiều chi phí cho việc thử nghiệm Ngoài số thành phố lớn giới áp dụng nhiều phương án để giảm ùn tắc như: bắt buộc xe vào nội khơng mà phải ghép khách lại chung với nhau, hay việc tạo thành vành đai mà xe muốn vào phải đóng phí nhiều cửa thu bố trí khác nhau, việc thu phí khiến cho người dân muốn vào nội đô phải cân nhắc nhu cầu vào khu có thực cần thiết hay khơng…Các phương án hữu ích áp dụng thành công nhiều thành phố lớn Tuy nhiên việc áp dụng vào nước ta đòi h ỏi cần phải tiến hành thí điểm, tốn tiền mà chưa biết kết có đáp ứng mong đợi hay không Qua thời gian, với phát triển khoa học máy tính t ầm nhìn xa c nhà quy hoạch, tổ chức giao thông, hầu áp dụng phương pháp mô giao thông dựa môi trường phần mềm để thấy trước diễn biến dòng xe, việc hình thành dịng chờ nút giao gây ùn tắc Qua áp dụng biện pháp tổ chức hay quy hoạch lại hệ thống giao thơng để có hệ thống giao thơng tốt Tuy thuộc vào đặc tính hệ thống giao thông quốc gia mà người ta xây d ựng mô ... PHÂN TÍCH SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC XE TẠI NÚT GIAO THÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP AGENT- BASED MODEL II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: Chương I: Tổng quan Chương II: Cơ sở lý thuyết Chương III: Phương pháp. .. việc ứng dụng phương pháp AgentBased Model để phân tích tương tác xe nút giao thông địa bàn thành phố Hồ Chí Minh Hiện hầu phát triển giới ứng dụng phương pháp mô giao thông dựa vào thông số đầu... hình giao thơng cụ thể nước ta, mơ giao thơng dựa phương pháp Agent- Based Model Việc mơ thực theo hai hướng mô vĩ mô mô vi mô Trong mô vi mô ta xem xe tham gia giao thông tác tử, tác tử tương tác