luận văn thạc sĩ thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ

NGUYỄN TẤN ĐẠT BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Tấn Đạt HỆ THỐNG THƠNG TIN THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG ĐƠ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH 2021 Thành phố Hồ Chí Minh - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Tấn Đạt THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ Chuyên ngành : Hệ Thống Thông Tin Mã số : 8480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN VĨNH PHƯỚC Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 i LỜI CAM KẾT Tôi cam kết số liệu, kết luận văn “Thay đổi tín hiệu đèn giao thơng đô thị dựa mức độ ưu tiên hướng qua giao lộ” trung thực, xuất phát từ nhu cầu thực tế trình học tập, tình hình thực tế tìm giải pháp hạn chế ùn tắc giao thông đô thị Trong q trình nghiên cứu có tham khảo tài liệu từ nghiên cứu liên quan dẫn nguồn cụ thể, nội dung trích dẫn luận văn Tất nội dung trình bày, kết luận văn học hỏi, thực nghiêm túc thân chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khoa học, báo liên quan khác Học viên thực Nguyễn Tấn Đạt ii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa mức độ ưu tiên hướng qua giao lộ”, Tôi nhận nhiều hỗ trợ, hướng dẫn từ phía quý Thầy Cô, cá nhân tổ chức sau: Tôi xin trân trọng gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Vĩnh Phước nhiệt tình hướng dẫn, chỉnh sửa, dạy kiến thức trực quan giao thông, khai phá liệu, hệ thống thơng tin để tơi hồn thành luận văn Trân trọng cảm ơn TS Trương Nguyên Vũ – Viện trưởng viện Cơ học Tin học ứng dụng thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học tạo điều kiện cho lớp học tốt nhất, mời nhiều nhà giáo ưu tú để lớp học thành công tốt đẹp Cảm ơn Ban Giám đốc Học viện, phòng đào tạo, quý thầy cô Khoa Hệ Thống Thông Tin Viễn Thông, Thầy Cô Học Viện Khoa học Công Nghệ, quý thầy cô tham gia giảng dạy truyền đạt kiến thức cho thân suốt khóa học 2018 – 2021 Tơi xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, quý đồng nghiệp Trường Cao đẳng Giao Thông Vận Tải III, bạn bè giúp đỡ đóng góp ý kiến, động viên tinh thần cho tơi có thêm nghị lực hồn thành luận văn Trân trọng cảm ơn iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa STT Chữ viết tắt Tập hợp hướng vào ngã tư D 𝑻𝒊𝑫 𝑻𝒊𝑷 𝑫𝒊𝒄𝒔 𝑫𝒊𝒄𝒇 𝑫𝒄𝒖𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕 𝒓𝒐𝒘 Tập hợp hướng di chuyển 𝑫𝒄𝒖𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕 𝒑𝒓𝒐 Tập hợp hướng cấm di chuyển 𝑻𝒊𝒈 Thời gian đèn xanh hướng i 𝑻𝒊𝒓 Thời gian đèn đỏ hướng i 10 𝑫𝒏𝒆𝒘 𝒓𝒐𝒘 Tập hợp hướng 11 𝑫𝒏𝒆𝒘 𝑷𝒓𝒐 Tập hợp hướng cấm Thời gian ngắn cần thiết cho xe hướng i vượt khỏi ngã tư Thời gian dừng (thời gian đèn đỏ) tối đa cho hướng i Tập hợp hướng không gây xung đột với hướng i ngã tư Tập hợp hướng gây xung đột với hướng i ngã tư iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Hướng không gây xung đột (ngã tư mơ hình), 𝐷𝑐𝑠𝑖 18 Bảng 4.1 Hướng không gây xung đột (ngã tư thực nghiệm), 𝐷𝑐𝑠𝑖 42 v DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Xe cứu thương bị ùn tắc trước đèn đỏ Hình 2.2: Mật độ lưu lượng hướng không Hình 3.1: Cấu trúc mơ đun phân bổ hướng dựa thứ tự ưu tiên 13 Hình 3.2 Một ngã tư mơ hình 15 hướng qua ngã tư 19 Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán 31 Hình 4.2: Giao diện chương trình mơ html + Javascript 32 Hình 4.3: Giao diện nhận liệu đầu vào 33 Hình 4.4: Ngã tư mô với đèn xanh, đỏ mũi tên hướng 34 Hình 4.5: Ngã tư mơ với đèn vàng cảnh báo theo luật định 34 Hình 4.6: Tập liệu "arrDs" để chương trình mơ tự động 37 Hình 4.7: Khu vực cho kết đầu “Output” 38 Hình 4.8: Kết sau bước chạy thứ từ tập liệu "arrDs" 38 Hình 4.9: Kết sau bước chạy thứ từ tập liệu "arrDs" 39 Hình 4.10: Ảnh Google Map giao lộ đường 3/2 đường Lý Thường Kiệt 40 Hình 4.11: Giao lộ đường 3/ đường Lý thường kiệt mơ hóa 41 Hình 4.12: Giao diện chương trình mơ ngã tư thực nghiệm 45 Hình 4.13: Giao diện chương trình thể tập liệu đầu vào 46 Hình 4.14: Tập liệu "arrDs" cho ngã tư thực nghiệm 48 Hình 4.15: Khu vực tra kết đầu chương trình mơ 49 Hình 4.16: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ từ tập "arrDs" 49 Hình 4.17: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ từ tập "arrDs" 50 Hình 4.18: Ngã tư thực nghiệm cho kết đèn vàng cảnh báo 51 vi MỤC LỤC LỜI CAM KẾT i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv DANH SÁCH CÁC HÌNH v MỤC LỤC vi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 Đặt vấn đề 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Bố cục luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan tình hình giao thơng đường thành phố Hồ Chí Minh 2.2 Mạng lưới ngã tư đường đô thị thành phố Hồ Chí Minh 2.3 Hệ thống đèn giao thông thông minh 10 2.4 Các tài liệu nghiên cứu ứng dụng luận văn 11 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ 12 3.1 Nội dung nghiên cứu 12 3.2 Mơ tả tốn 13 3.2.1 Khái niệm hệ thống đèn giao thông dựa thứ tự ưu tiên 13 3.2.2 Đầu vào toán 14 3.2.3 Đầu toán 15 3.2.4 Thuật toán 15 vii 3.2.5 Thuộc tính tốn 17 3.3 Giải toán 17 3.4 Đánh giá, Nhận xét 21 3.5 Kết luận 22 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG THỰC NGHIỆM THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG ĐƠ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ 23 4.1 Giới thiệu 23 4.2 Giải thuật 24 4.2.1 Mã giả 24 4.2.2 Sơ đồ thuật toán 30 4.2.3 Chương trình html mơ tốn 32 4.3 Giao lộ thực nghiệm 40 4.3.1 Mô tả giao lộ thực nghiệm 40 4.3.2 Áp dụng thuật tốn tìm hướng theo thứ tự ưu tiên: 42 4.4 Chương trình html + Javascript mô giao lộ thực nghiệm 44 4.5 Kết luận 51 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 53 5.1 Kết nghiên cứu đạt 53 5.2 Hướng phát triển 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 57 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Trong chương giới thiệu này, luận văn trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước vấn đề điều khiển giao thông ngã tư đô thị Từ đó, đưa mục tiêu, phạm vi, phương pháp nghiên cứu cấu trúc luận văn 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước Trong thành phố lớn giới vấn đề điều khiển hệ thống giao thông toán lớn quản lý vận hành hệ thống giao thông thành phố Hệ thống giao thông đại hệ thống mà tích hợp thành tựu cơng nghệ truyền thơng, cơng nghệ máy tính công nghệ điện tử vào sở hạ tầng giao thông, nhằm giải vấn đề giao thông đáp ứng nhu cầu giao thông điều kiện gia tăng số lượng phương tiện giao thông gây tắc nghẽn giao thông, giảm ô nhiễm môi trường, làm tăng khả lưu thơng dịng phương tiện giao thơng, tăng tính an tồn lưu thơng phương tiện giao thông Trong vấn đề giám sát điều khiển hệ thống giao thơng vấn đề thu thập liệu thời gian thực phương tiện lưu thông Việc quan trắc xác định thơng số dịng phương tiện giao thơng dùng phương pháp khác như: vòng từ (look detector), radar, sóng siêu âm, hồng ngoại dùng camera quan trắc, … Phương pháp dùng sóng rada, sóng siêu âm hồng ngoại để quan trắc phương tiện giao thơng có ưu điểm khơng phụ thuộc điều kiện mơi trường xung quanh Phương pháp quan trắc dòng phương tiện giao thơng sử dụng camera có nhiều ưu điểm đưa nhiều thơng tin dịng phương tiện giao thơng, có giá thành rẻ so với phương pháp trên, nhược điểm phương pháp phụ thuộc nhiều vào điều kiện ngoại cảnh (thời điểm ngày, cường độ ánh sáng chế độ thời tiết, …) 53 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết nghiên cứu đạt Quá trình nghiên cứu thuật tốn mơ “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa mức độ ưu tiên hướng qua giao lộ” luận văn đạt số kết sau: - Bằng phương pháp toán học, luận văn phân tích áp dụng thuật tốn tìm hướng theo thứ tự ưu tiên góp phần làm giảm mật độ phương tiện lưu thông hướng vào ngã tư đảm bảo an tồn giao thơng - Sử dụng ngơn ngữ lập trình Javascript thiết kế giao diện html mơ hướng qua giao lộ có hệ thống đèn giao thơng thay đổi tín hiệu dựa mức độ ưu tiên hướng cách trực quan - Hệ thống “Thay đổi tín hiệu đèn giao thơng đô thị dựa mức độ ưu tiên hướng qua giao lộ” cho thấy thêm giải pháp góp phần giảm ùn tắc giao thơng ngã tư giao lộ đô thị lớn Việt Nam Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội 5.2 Hướng phát triển - Tích hợp thêm mơ đun nhận diện, phát hướng có xe ưu tiên, hướng có mật độ lưu lượng phương tiện lớn phương pháp phân tích hình ảnh qua camera phương pháp trực quan hóa ngã tư đô thị - Hiệu chỉnh phần mềm mô trực quan, sinh động để dễ dàng thể rõ ưu điểm giải pháp phần mềm mô chuyên nghiệp phát triển sở hạ tầng giao thông - Mở rộng giải pháp “Thay đổi tín hiệu đèn giao thơng thị dựa mức độ ưu tiên hướng qua giao lộ” cho tất giao lộ khác ngã 3, ngã điểm giao có vịng xuyến Thành phố lớn 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T A Litman, "Smart Congestion Relief: Comprehensive Evaluation of Traffic Congestion Costs and Congestion Reduction Strategies," Victoria Transport Policy Institute 2015 [2] M Papageorgiou, C Diakaki, V Dinopoulou, A Kotsialos, and Y Wang, "Review of Road Traffic Control Strategies," Proceedings of the IEEE, vol 91, pp 2043-2067, 2003 [3] M Wiering, J v Veenen, J Vreeken, and A Koopman, "Intelligent Traffic Light Control," Institute of Information and Computing Sciences - Utrecht University 2004 [4] Trần Vạn Thúy Diễm, "Nghiên cứu tiếp cận điều khiển đèn tín hiệu giao thơng thông minh giao lộ," Luận văn Thạc sĩ ngành Công nghệ thông tin, Trường Đại học Công Nghệ Thông Tin 2016 [5] B Zhou, J Cao, and H Wu, "Adaptive Traffic Light Control of Multiple Intersections in WSN-based ITS," presented at the IEEE International Conference on Vehicular Technology, Yokohama, Japan, 2011 [6] S Mehta, "Fuzzy Control System For Controlling Traffic Lights," in International MultiConference of Engineers and Computer Scientists IMECS 2008, Hong Kong, 2008 [7] W Wen, "A dynamic and automatic traffic light control expert system for solving the road congestion problem," Expert Systems with Applications, vol 34, pp 2370–2381, 2007 [8] R S Parmar and B Trivedi, "Identification of Parameters and Sensor Technology for Vehicular Traffic - A Survey," International Journal of Traffic and Transportation Engineering, vol 3, pp 101-106, 2014 55 [9] M Tubaishat, Q Qi, Y Shang, and H Shi, "Wireless Sensor-Based Traffic Light Control," in IEEE CCNC 2008, 2008, pp 702-706 [10] M Tubaishat, Y Shang, and H Shi, "Adaptive Traffic Light Control with Wireless Sensor Networks," pp 187-191, 2007 [11] W L Mitchell, "Traffic light control for emergency vehicles," United States Patent 4,443,783, Apr 17, 1984 [12] Chung-Cheng Chiu, Min-Yu Ku And Chun-Yi Wang, “Automatic Traffic Surveillance System for Vision-Based Vehicle Recognition and Tracking,” Journal of Information Science and Engineering 26, 611-629, 2010 [13] P V Tran, T T Bui, D Tran, P Q Pham, and A V T Tran, “Approach to Priority-based Controlling Traffic Lights," in Intelligent Information and Database Systems, ACIIDS 2016, Danang, Vietnam, 2016, pp 746754 [14] T T Bui, T V Tran, L H T Le, H H T Duong, and P V Tran, "An Approach to Representing Traffic State on Urban Roads Used by Various Types of Vehicles," in 10th Asian Conference on Intelligent Information and Database Systems, ACIIDS 2018, Dong Hoi City, Vietnam, 2018, LNAI 10751, pp 179-188 DOI: 10.1007/978- 3-31975417-8 [15] J Zheng, K Suzuki, and M Fujita, "Evaluation of Car-following Models Using Trajectory Data from Real Traffic," in 8th International Conference on Traffic and Transportation Studies, Changsha, China, 2012, pp 356-366 [16] P V Tran and H T Nguyen, "Visualization Cube for Tracking Moving Object," presented at the Computer Science and Information Technology, Information and Electronics Engineering, 2011 56 [17] Tsai, L W., Chean, Y C., Ho, C P., Gu, H Z., and Lee, S Y “MultiLane Detection and Road Traffic Congestion Classification for Intelligent Transportation System” Energy Procedia, 2011 57 PHỤ LỤC 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 ... Tấn Đạt THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ Chuyên ngành : Hệ Thống Thông Tin Mã số : 8480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN... xanh, đèn đỏ cố định chưa có tín hiệu đèn phù hợp cho hướng lưu thơng có phương tiện ưu tiên Vì vậy, đề tài nghiên cứu ? ?Thay đổi tín hiệu đèn giao thơng đô thị dựa mức độ ưu tiên hướng qua giao lộ? ??’... bố cục luận văn Chương 2: Tổng quan tình hình giao thơng hệ thống đèn giao thông Thành phố lớn Việt nam Chương 3: Hệ thống đèn tín hiệu giao thông đô thị dựa mức độ ưu tiên hướng qua giao lộ Chương