Xây dựng giải pháp điều khiển tín hiệu đèn giao thông

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PHẠM ĐÌNH PHÚC XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG Chun ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã chuyên ngành: 60480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Thị Minh Khoa Người phản biện 1: TS Phạm Hoàng Anh Người phản biện 2: TS Phạm Công Duy Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 23 tháng 08 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Lê Trung Quân - Chủ tịch hội đồng TS Phạm Hoàng Anh - Phản biện TS Phạm Công Duy - Phản biện TS Nguyễn Ngọc Sơn - Ủy viên TS Võ Thị Thanh Vân - Thư ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phạm Đình Phúc MSHV: 15001171 Ngày, tháng, năm sinh: 15/12/1990 Nơi sinh: TP Bến Tre Chuyên ngành: Khoa học Máy tính Mã chuyên ngành: 60480101 I TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng giải pháp điều khiển tín hiệu đèn giao thông NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Luận văn đề xuất phương án điều khiển tín hiệu đèn giao thông với khả thay đổi thời gian linh động dựa vào thông tin trạng thái nút giao thông có Ngồi ra, luận văn đề xuất phương pháp lựa chọn nút giao thông ưu tiên cập nhật lại thơng tin trạng thái nhóm nút giao thông đồng thời cần cập nhật qui mô khu vực địa lý rộng lớn Bằng cách áp dụng phương pháp máy học phương pháp heurictis để thực toán đặt II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 3441QĐ/ĐHCN ngày 26 tháng 12 năm 2017 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 26 tháng năm 2019 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Thị Minh Khoa Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Trần Thị Minh Khoa TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Trần Thị Minh Khoa, trường Đại học Cơng Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, người tận tình hướng dẫn, bảo tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh nói chung, thầy Bộ mơn Cơng nghệ Thơng tin nói riêng truyền đạt kiến thức mới, giúp tơi có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn tốt nghiệp i TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tại Việt Nam, số lượng phương tiện giao thông tăng nhanh tuyến đường gia tăng dân số làm ảnh hưởng không nhỏ đến hệ thống giao thông Mặc khác hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thơng cịn thiếu tính linh động, nút giao thơng cài đặt cố định thời gian hay cần nhân viên giao thông trực tiếp thao tác vào cao điểm Để khắc phục hạn chế luận văn đề xuất phương án điều chỉnh cập nhật tự động đèn tín hiệu giao thông bao gồm trạng thái thời gian nút giao thông hệ thống nhiều nút giao thơng Mục đích luận văn cung cấp phương án xác định trạng thái tín hiệu giao thơng, tính tốn thời gian tín hiệu giao thông kết hợp phương pháp máy học, thuật toán Webster cải tiến phương pháp lựa chọn nút giao thông heuristic để xử lý liệu thu nhận từ nút giao thông hay trung tâm điều khiển Phương án đề xuất mô thực nghiệm công cụ MATLAB ii ABSTRACT In Vietnam, together with the increasment of the population, the number of vehicles is also rapidly increase It is greatly affect the transport system which is not flexibility, fixly installed at intersections, or needing direct a staff operation during rush hour To overcome this limitation, the thesis proposes an automatic adjustment and update the traffic signal, including state and duration time at the intersections in the traffic system The main arm of this thesis is to provide an solution can be used for determining the traffic signals states , calculating traffic signal duration time, which is a combination of machine learning method, improvement Webster algorithm and heuristic intersection method to processing data received from the intersection or at the control center The system applied proposes has been tested and simulated under MATLAB simulator iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tơi Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Học viên Phạm Đình Phúc iv MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG Tình hình nghiên cứu giới Tình hình nghiên cứu nước CHƯƠNG THÔNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐẶC ĐIỂM VỀ HỆ THỐNG GIAO Định nghĩa Đặc điểm hệ thống giao thông thông minh Các hướng tiếp cận việc phát triển hệ thống giao thông thông minh 10 Tình hình giao thơng đường Việt Nam 13 Tình hình ứng dụng ITS Việt Nam [3] 13 Mục tiêu giải pháp đẩy mạnh triển khai ứng dụng ITS [3] 15 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN TẠI CÁC NÚT GIAO THÔNG 16 Dữ liệu đầu vào 17 Phân lớp liệu 18 Ý tưởng thuật toán 19 Các dạng toán phổ biến 19 Dạng 1: Bài toàn phân thành lớp SVM: 19 Dạng 2: Bài toàn phân đa lớp SVM 22 v Tính thời gian đèn tín hiệu 23 Xác định độ ưu tiên cho nút giao thông (HISM) 26 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 28 Dữ liệu mô 28 Kết thực nghiệm 31 Kết trình phân lớp liệu 31 Kết q trình tính thời gian đèn tín hiệu xanh/đỏ 36 Kết mơ với phương án HISM 37 Kết luận hướng phát triển 43 Kết luận 43 Hướng phát triển 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC 46 Mã code 46 Bài báo 52 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 61 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Danh mục tiêu chí áp dụng cho loại hệ thống ITS 10 Hình 3.1 Tóm tắt quy trình xử lý toán 16 Hình 3.2 Tập liệu thực phân lớp tuyến tính [16] 20 Hình 3.3 Tập liệu thực phân lớp tuyến tính có nhiễu 21 Hình 3.4 Tập liệu phân lớp khơng thể phân chia tuyến tính 22 Hình 4.1 Tập liệu mẫu với nhãn liệu 30 Hình 4.2 Kết phân lớp với tập liệu bao gồm 70.000 dòng 34 Hình 4.3 Kết phân lớp với tập liệu bao gồm 35.000 dòng 35 Hình 4.4 Kết phân lớp với tập liệu bao gồm 21.000 dịng 35 Hình 4.5 Hình mơ hệ thống nút giao thơng 38 Hình 4.6 Hệ thống khởi tạo giá trị, tính thời gian đèn tín hiệu chạy lần đầu 39 Hình 4.7 Hệ thống có nút giao thơng với thời gian đèn tín hiệu xanh/đỏ hết 40 Hình 4.8 Hệ thống có nút giao thơng với thời gian đèn tín hiệu xanh/đỏ chưa hết, số độ ưu tiên IVI lớn 41 Hình 4.9 Hệ thống nút giao thơng có nút chứa thời gian tín hiệu xanh/đỏ hết trùng với trạng thái nút giao thơng có số lớn 42 vii end if(e(i,1)>e(i,2)) label(i,1)=1; else label(i,1)=0; end if(e(i,4)==1) label(i,1)=0; end if(e(i,3)==1) label(i,1)=1; end data(i,:)=[e(i,:) label(i,:)]; end size(e,2) size(data,2) save data.mat data disp('done!') end %comment/uncomment this line if you want to make/unmake function Hàm SVMTraining function SVMTraining disp('start train'); global RATIO_TRAIN; load data.mat; rows_data= size(data,1) columns_data = size(data,2) SIZE_OF_TRAIN = rows_data*RATIO_TRAIN svmStruct = svmtrain(data(1:SIZE_OF_TRAIN,1:(columns_data1)),data(1:SIZE_OF_TRAIN,columns_data)); 47 % svmStruct = fitcsvm(data(1:SIZE_OF_TRAIN,1:(columns_data- 1)),data(1:SIZE_OF_TRAIN,columns_data)); save svmStruct.mat svmStruct % group = svmclassify(svmStruct,data(1:SIZE_OF_TRAIN,1:(columns_data1)),'Showplot',true) % group = ClassificationSVM(svmStruct,data(100:200,1:(columns_data1)),'Showplot',true) disp('end train'); end Hàm SVMDeploy function group = SVMDeploy(V,type,speed,svmStruct) data = [V type speed]; group = svmclassify(svmStruct,data,'Showplot',false); %group = ClassificationSVM(svmStruct,data,'Showplot',false); end Hàm Webster function GreenSecond= Webster(phase1,phase2) %comment/uncomment this line if you want to make/unmake function DV=2; % yellow loss time DD=3; % red loss time L=DV+DD; % total loss time S=[35 30]; %fix manualy this line base on phases %Calculate coefficient for each phase phases=[phase1 phase2]; y=phases./S; %Calculate cycle light of phase Cop = (1.5*L +5)./(1-sum(y)); %Calculate Green time for each phase 48 G=abs((y/sum(y))*(Cop-L)); %Choose max in all GreenSecond=max(G); end %comment/uncomment this line if you want to make/unmake function Hàm HISM function ivi = IVI(HSC,R,G,m) f=1; s=1; B=(1/(2*s))*((G/(R+G)-f/s)^-1); ivi=(HSC*B)/m; end Hàm GUI function varargout = GUI(varargin) % GUI MATLAB code for GUI.fig % GUI, by itself, creates a new GUI or raises the existing % singleton*.c % H = GUI returns the handle to a new GUI or the handle to % the existing singleton* % GUI('CALLBACK',hObject,eventData,handles, ) calls the local % function named CALLBACK in GUI.M with the given input arguments % GUI('Property','Value', ) creates a new GUI or raises the % existing singleton* Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before GUI_OpeningFcn gets called An % unrecognized property name or invalid value makes property application % stop All inputs are passed to GUI_OpeningFcn via varargin % *See GUI Options on GUIDE's Tools menu Choose "GUI allows only % instance to run (singleton)" one 49 % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help GUI % Last Modified by GUIDE v2.5 20-Sep-2017 17:26:46 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, 'gui_Singleton', gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @GUI_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @GUI_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % - Executes just before GUI is made visible function GUI_OpeningFcn(hObject, ~, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to GUI (see VARARGIN) % Choose default command line output for GUI handles.output = hObject; 50 % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes GUI wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%% % create an axes that spans the whole gui ah = axes('unit', 'normalized', 'position', [0 1]); % import the background image and show it on the axes bg = imread('Background.jpg'); imagesc(bg); % prevent plotting over the background and turn the axis off set(ah,'handlevisibility','off','visible','off') % making sure the background is behind all the other uicontrols uistack(ah, 'bottom'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % - Outputs from this function are returned to the command line function varargout = GUI_OutputFcn(~, ~, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output; - Executes on button press in btnPlay function btnPlay_Callback(~, ~, handles) % hObject handle to btnPlay (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) Control(handles); 51 % - Executes on button press in btnStop function btnStop_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to btnStop (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % - Executes during object creation, after setting all properties % hObject handle to axesMain (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: place code in OpeningFcn to populate axesMain % image=imread('Background.jpg'); % axes(handles.axesMain); % imshow('Background.jpg'); Bài báo Với kết thực nghiệm tốn có được, thực báo khoa học với tiêu đề “An Effective Scheme For Automatic Adjustment and Update Traffic Signal” chấp nhận báo cáo hội nghị BIGDAS 2019 – Jeju Island, Hàn Quốc Phần nội dung báo đính kèm trang 52 53 54 55 56 57 58 59 60 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: Phạm Đình Phúc Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/12/1990 Nơi sinh: Bến Tre Email: phamdinhphuc90@gmail.com Điện thoại: 0909555408 II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: - Từ 2009-2012: Học Chuyên ngành: Công nghệ Thông tin trường Đại học Công nghiệp TP.HCM - 2015 đến nay: Học Thạc sĩ Chuyên ngành: Khoa học Máy tính trường Đại học Cơng nghiệp TP.HCM III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm XÁC NHẬN CỦA Tp HCM, ngày tháng Năm 2019 CƠ QUAN / ĐỊA PHƯƠNG Người khai 61 ... học Máy tính Mã chuyên ngành: 60480101 I TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng giải pháp điều khiển tín hiệu đèn giao thơng NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Luận văn đề xuất phương án điều khiển tín hiệu đèn giao thông với... nghiên cứu có liên quan đến giải pháp điều khiển đèn tín hiệu ngồi nước Các phương pháp tính tốn thời gian đèn tín hiệu phương pháp cập nhật đèn tín hiệu cho nhiều nút giao thông khu vực địa lý rộng... dây để điều khiển giám sát điều khiển đèn tín hiệu giao thơng” [4] trình bày hệ thống điều khiển giám sát điều khiển tín hiệu đèn nút giao thông sử dụng mạng cảm biến không dây truyền tải thông