Cỏc phần mềm mụ phỏng giao thụng cú thể được chia thành 3 loại:
- Macroscopic simulation: mụ phỏng quỏ trỡnh giao thụng trờn một phạm vi rộng, với sự cú mặt của một số lượng lớn phương tiện giao thụng, do đú khú mà cú thể mụ phỏng chi tiết hành vi của từng phương tiện trong hệ thống. Độ tin cậy và thụng tin thu được trong kết quả mụ phỏng vỡ thế cũng bị hạn chế.
- Microscopic simulation: mụ phỏng chi tiết hành vi của từng phương tiện trong hệ thống, phạm vi mụ phỏng phụ thuộc vào tốc độ xử lớ và dung lượng bộ nhớ của mỏy tớnh. Ngày nay, cụng nghệ thụng tin cú những bước phỏt triển vượt bậc nờn xu hướng là phỏt triển cỏc phần mềm microscopic simulation cú khả năng mụ phỏng quỏ trỡnh giao thụng trờn phạm vi rộng.
- Mesoscopic simulation: dung hoà mõu thuẫn giữa hai mụ hỡnh Macroscopic vàMicroscopic bằng cỏch giảm yờu cầu mụ tả chi tiết hành vi của mỗi phương tiện để cú thể mở rộng phạm vi mụ phỏng
- Mụ phỏng hành vi trong mối quan hệ tương tỏc giữa cỏc phương tiện giao thụng với nhau, và giữa cỏc phương tiện giao thụng với cỏc cụng trỡnh trong hệ thụng cơ sở hạ tầng giao thụng, tỏi tạo cỏc tỡnh huống giao thụng trong thực tế như vượt xe, bỏm xe, chuyển làn, chiếm chỗ trống, đỗ xe…Chức năng này cho phộp tạo ra “quỏ trỡnh giao thụng ảo” trờn mỏy tớnh giỳp cỏc nhà quản lý và điều hành phỏt hiện, phõn tớch cỏc tỡnh huống giao thụng, đỏnh giỏ hiệu quả cỏc phương ỏn quản lý, điều khiển giao thụng, phỏt hiện và hiệu chỉnh cỏc khiếm khuyết trước khi ứng dụng vào thực tế.
- Thiết kế mụ hỡnh mạng giao thụng, nỳt giao thụng. Mụ hỡnh này chớnh là “hệ thống cơ sở hạ tầng giao thụng ảo”, nơi diễn ra “quỏ trỡnh giao thụng ảo” như đó đề cập ở chức năng mụ phỏng. Việc xõy dựng mụ hỡnh cụ thể là xỏc định cỏc thụng số về hỡnh dạng kớch thước của nỳt hoặc đường giao thụng, hiển thị hỡnh ảnh đồ họa của mụ hỡnh mạng giao thụng trờn mỏy tớnh.
- Xỏc định cỏc quy tắc giao thụng trờn mụ hỡnh: ấn định tốc độ, loại xe cho mỗi làn đường. Xỏc định chế độ hoạt động cho nỳt giao thụng: điều khiển bằng đốn hay khụng điều khiển bằng đốn, cú hay khụng cú đảo xoay, cú hay khụng cú đường dành riờng cho dũng xe rẽ phải …
- Ấn định tham số cho cỏc phương phỏp điều khiển tớn hiệu tại nỳt giao thụng: xỏc định số pha, trỡnh tự cỏc pha, thời gian kộo dài của mỗi pha.
- Ngoài ra một số phần mềm cũn cú khả năng cung cấp cỏc chức năng mở rộng khỏc: + Cung cấp giao diện kết nối với cỏc hệ thống khỏc như: hệ thống điều khiển giao thụng, hệ thống dẫn đường, hệ thống thụng tin địa lý (GIS)
+ Mụ phỏng bói đỗ xe + Mụ phỏng bến xe, nhà ga
2.1.4 Cỏc hành vi thường được mụ phỏng của phương tiện giao thụng
Chiếm chỗ trống (Gap-Acceptance)
Chuyển làn (Lane-Changing): Chuyển làn trỏi để vượt xe phớa trước hoặc chuyển làn phải để nhường đường cho xe phớa sau
Điều chỉnh tốc độ (Turning Speed): Thay đổi tốc độ tuỳ thuộc bỏn kớnh đường cong tại khỳc cua, số làn đường, mật độ xe … Phản ứng trước đốn vàng (Reaction to Yellow): Tuỳ thuộc khoảng cỏch từ xe đến vạch cấm trước đốn tớn hiệu mà lỏi xe sẽ quyết định giảm tốc, dừng lại hay vượt qua vạch cấm khi gặp đốn vàng.
Thời gian phản ứng của lỏi xe (Variable Driver Reaction Time): Khoảng thời giantừ khi xảy ra một sự kiện đến khi lai xe cú hành động phản ứng đối với sự kiện đú. Khoảng thời gian này cú thể khỏc nhau tuỳ thuộc kinh nghiệm, độ tuổi của lỏi xe. Chuyển động trong nỳt (Intersection Box Movements)
Tăng giảm tốc độ (Acceleration/Deceleration)
Giới hạn vựng quan sỏt (Sight-Distance Limits): Giới hạn khoảng khụng gian phớa trước mà lỏi xe cú thể quan sỏt được
Phản ứng đối với người đi bộ (Vehicles Interact With Pedestrians): Xe cú thể giảm tốc độ hoặc dừng lại khi cú người đi bộ qua đường
Friendly Merging: Là tỡnh huống xe phớa sau (following vehicle) giảm tốc độ hoặc dừng lại để tạo ra một khoảng trống phớa trước cho một xe khỏc hoà vào dũng xe.
Đỗ xe (Parking Maneuvers)
Phỏt tớn hiệu xin đường trước khi rẽ (Modeling of Turn Signaling)
U-Turns: Lại lỏi xe phải quay theo hỡnh chữ U để đi theo chiều ngược lại. tỡnh huống này thường xảy ra tại cỏc điểm quay xe hoặc tại nỳt giao thụng.
2.1.5 Kết xuất kết quả mụ phỏng
Cỏc phần mềm mụ phỏng giao thụng thường sử dụng một số cỏch kết xuất kết quả sau:
Kết xuất trạng thỏi phương tiện ra file (Vehicle States Exportable to File):
Lưu trữ trạng thỏi và thụng tin về quỏ trỡnh hoạt động của từng phương tiện bao gồm: tốc độ, vị trớ, gia tốc, làn đường, chiếm khoảng trống (Gap-Acceptance
Ghi lại hỡnh ảnh mụ phỏng bằng file hoạt hoạ theo định dạng phổ biến cho phộp cú thể xem lại bằng cỏc phần mềm Mutimedia thụng dụng (Published Animation File Format): Bằng cỏch này ta cú thể phõn tớch hỡnh ảnh nhiều lần kết hợp xử lý dữ liệu giỳp đỏnh giỏ mức độ tin cậy của kết quả mụ phỏng.
Cung cấp giao diện lập trỡnh ứng dụng (API Available): Cho phộp cỏc ứng dụng khỏc cú thể tương tỏc với chương trỡnh mụ phỏng. Mục đớch của cỏc tương tỏc này thường là đọc trực tiếp cỏc biến trạng thỏi, tham số hoỏ chương trỡnh hoặc điều khiển hoạt động chương trỡnh phự hợp với cỏc yờu cầu thu thập dữ liệu.
Cho phộp cấu hỡnh file kết quả (Output File(s) Configurable): Cho phộp lựa chọn kết quả thực sự cần thiết để xuất ra file. Mục đớch của chức năng này nhằm đảm bảo tiết kiệm dung lượng bộ nhớ, ổ đĩa, tiết kiệm thời gian xử lý của CPU.
2.2 Một số phần mềm mụ phỏng giao thụng tiờu biểu 2.2.1 Phần mềm CORSIM 2.2.1 Phần mềm CORSIM
Được đại học Cornell bắt đầu phỏt triển năm 1987. Hiện tại phiờn bản mới nhất là CORSIM 4.1, được phỏt hành thỏng 9 năm 2002.
Sử dụng mụ hỡnh "micronode" mụ phỏng tương tỏc giữa cỏc xe tại nỳt giao thụng Thời gian cập nhật trạng thỏi khụng đổi 1s.
2.2.2 Phần mềm SIMTRAFFIC
Mụ phỏng giao thụng trong đụ thị, trờn đường cao tốc với cỏc phương tiện là xe hơi, xe tải, xe bus. SIMTRAFFIC được sử dụng như một thành phần hỗ trợ ra quyết định trong hệ thống điều khiển tớn hiệu giao thụng SYNCHRO. ớt quan tõm đến việc kết xuất dữ liệu về trạng thỏi hoạt động của xe Thời gian cập nhật trạng thỏi khụng đổi 0.1s Yờu cầu thể hiện điều kiện giao thụng trong thế giới thực cao hơn so với phần mềm CORSIM
Hỡnh 2.2 Giao diện phần mềm mụ phỏng SIMTRAFFIC
Giỏ bỏn lẻ một bản đơn $3099
2.2.3 Phần mềm VISSIM
Hỡnh 2.3 Giao diện mụ phỏng 3D phần mềm VISSIM
Giỏ bỏn lẻ một bản đơn của VISSIM là $2,495.00
Ngoài ra, VISSIM là một thành phần trong bộ cụng cụ phần mềm ứng dụng trong giao thụng vận tải được phỏt triển bởi PTV. Bộ cụng cụ này bao gồm cỏc gúi phần mềm sau:
VISUM: hệ thống thụng tin và lập kế hoạch trong cỏc quỏ trỡnh vận tải với cỏc chức năng chớnh là thiết kế mạng giao thụng, phõn tớch, đỏnh giỏ, phõn cụng, dự bỏo nhu cầu giao thụng và lợi nhuận thu về.
INTERPLAN: lập lịch trỡnh cho phương tiện, lờn kế hoạch về nhõn lực cựng quản lý và điều hành giao thụng.
2.2.4 Phần mờm HUTSIM
HUTSIM Được phỏt triển bởi đại học Helsinki. Mụ hỡnh thu thập thụng tin của lỏI xe là một nhõn tố được đỏnh giỏ cao trong phần mềm HUTSIM Được đại học Edinburgh (Anh) bắt đầu phỏt triển từ năm 1990, sau đú được Quadstone Limited phỏt triển thành sản phẩm thương mại năm 1998. Đến nay, Paramics trở thành một trong những phần mềm mụ phỏng giao thụng hoàn thiện nhất trờn thế giới.
Hỡnh 2.4 Giao diện mụ phỏng phần mềm HUTSIM
Hỡnh 2.5 Giao diện mụ phỏng phần mềm Paramics
2.2.6 Phần mềm AIMSUN
AIMSUN là một sản phẩm của KLD Associates, Inc - Tõy Ban Nha AIMSUN cú khả năng mụ phỏng giao thụng trong đụ thị, đường cao tục, đường quốc lộ, đường vành đai …
Cung cấp giao diện lập trỡnh (API) và cụng cụ hỗ trợ phỏt triển (SDK) cho phộp giao tiếp với cỏc hệ thụng phần mềm khỏc và dễ dàng phỏt triển thờm cỏc chức năng mới.
Hỡnh 2.7 Giao diện thiết kế mụ phỏng phần mềm AIMSUN
Sử dụng cụng nghệ tớnh toỏn song song tăng tốc độ tớnh toỏn và mở rộng phạm vi mụ phỏng. Cú khả năng làm việc với cỏc ma trận OD trong cỏc ứng dụng lập kế hoạch vận tải
2.2.7 Phần mềm WATSIM
WATSIM là một sản phẩm của đại học Bonn. WATSIM cú một đặc điểm chung với CORSIM là sử dụng thời gian cập nhật trạng thỏi cố định 1s.
Chương 3 - GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SIMTRAFFIC VÀ ỨNG DỤNG 3.1 Giới thiệu phần mềm
Synchro Plus là một gúi phần mềm hoàn chỉnh cho mụ hỡnh, tối ưu húa, quản lý và mụ phỏng hệ thống giao thụng. Synchro Plus là một bộ phần mềm bao gồm:
Synchro - Chương trỡnh phõn tớch vĩ mụ và tối ưu húa;
SimTraffic - Ứng dụng phần mềm mụ phỏng mạnh và dễ dàng sử dụng; 3D Viewer - Mụ phỏng khụng gian 3 chiều;
SimTraffic CI - Ứng dụng tương tỏc với thiết bị điều khiển (Controller Interface) được kết nối với bộ điều khiển để mụ phỏng hoạt động giao thụng.
SimTraffic thực hiện mụ phỏng vi mụ và hỡnh ảnh động của phương tiện giao thụng. Phương tiện giao thụng (xe) được mụ hỡnh và hiển thị trờn mụ hỡnh đường phố. SimTraffic mụ phỏng cỏc ngó tư cú tớn hiệu đốn và khụng cú tớn hiệu đốn cũng như phần đường dành cho với xe ụ tụ, xe tải, người đi bộ và xe bus. Khụng giống như một số ứng dụng mụ hỡnh khỏc, phần mềm SimTraffic thực hiện được chức năng view 3D đồng thời trong quỏ trỡnh hoạt động mụ phỏng. Cỏc tham số thiết lập trực quan và cụ thể trong Synchro được sử dụng là bộ tham số thiết lập trong quỏ trỡnh mụ phỏng với SimTraffic.
SimTraffic tạo một file 3D cú thể xem được với Trafficware 3D Viewer. Ba tham số mụ phỏng chủ yếu của người xem để phỏt lại dữ liệu SimTraffic trong một mụi trường 3D bao gồm cảnh (scene) , hoạt động lỏi (ride) , và xe (track). Khả năng tạo cảnh quan để nõng cao nền mặc định cũng là cú sẵn trong 3D Viewer.
Bộđiều khiển giao diện - CI
SimTraffic CI mụ phỏng hoạt động của xe và cỏc hoạt động của bộ phỏt hiện. Cỏc tham số phỏt hiện được gửi tới bộ điều khiển thụng qua giao diện điều khiển (CI). Bộ điều khiển hoạt động như trong tỡnh huống giao thụng thực tế. Thụng tin về pha hiện tại được trả về từ bộ điều khiển để SimTraffic CI qua thiết bị CI. Dữ liệu được trao đổi giữa SimTraffic CI và cỏc phần mềm thiết bị CI được thực hiện 10 lần/giõy.
Cỏc giao diện thiết lập tham số cơ bản
Map View and Layout
MAP View bao gồm vựng để vẽ và cỏc nỳt giao diện thiết kế. Vựng để vẽ được sử dụng để thiết kế mạng lưới liờn kết và cỏc nỳt giao thụng. Phần bờn phải của Map View là cỏc nỳt giao diện thiết kế.
Hỡnh 3.1 Giao diện Map View
Synchro mụ hỡnh đường phố, nỳt giao thụng là cỏc liờn kết (links) và cỏc nỳt (nodes). Cỏc liờn kết và nỳt này được tạo ra trờn Map View. Mỗi giao điểm (ngó 3, ngó 4 …) khi phõn tớch mụ phỏng được đại diện bởi một nỳt. Cú hai loại liờn kết: liờn kết nội bộ và cỏc liờn kết ngoài. Liờn kết nội bộ thực hiện một phần của đường phố giữa hai nỳt giao thụng. Liờn kết ngoài thực hiện việc di chuyển đến nỳt giao thụng khụng liờn kết với nỳt giao thụng cú tớn hiệu đốn.
Hỡnh 3.2 Thiết lập cỏc tham sốđầu vào
Xem lại toàn bộ cỏc tham sốđầu vào
Thiết lập cỏc tham số cho nỳt giao thụng
Số nhận nhận dạng ID hay số hiệu nỳt Khu vực
Chiều dài, loại điều khiển, thời gian và tối ưu húa Tọa độ (X,Y,Z)
Hộp thoại mụ tả nỳt Dữ liệu thời gian tớn hiệu
Thiết lập cỏc tham số làn đường
Thiết lập cỏc tham số làn đường thể hiện cỏc thụng tin về đường và cỏc khối hỡnh học khỏc.
Thiết lập cỏc tham số thời gian và tớn hiệu giao thụng
Cỏc thiết lập Timing được hiển thị với cỏc thụng tin về thời gian và pha. Khi thiết lập pha tớn hiệu đốn cú thể sử dụng thư viện cú sẵn hay thiết lập thủ cụng.
Hỡnh 3.5 Thiết lập tham số phase từ thư viện sẵn cú
Tối ưu húa tớnh toỏn trong Syncho 7
Syncho gồm một số chức năng tối ưu húa. Đú là điều quan trọng để thấy rừ những gỡ mỗi chức năng trong đú thực hiện và tiến hành tối ưu húa theo đỳng thứ tự.
Bước 1 Thiết lập cỏc thụng số thời gian Bước 2 (Tựy chọn) Phõn vựng mạng Phõn chia mạng thành hệ thống cỏc mạng Bước 3 Tối ưu Cycle Length(s) Bước 4
Tối ưu húa Offset and Phase
Hỡnh 3.7 Cỏc bước thực hiện tối ưu húa trong Syncho Plus
SimTraffic được thiết kế để mụ hỡnh mạng lưới tớn hiệu đốn giao thụng. Mục đớch chớnh của SimTraffic là để kiểm tra và điều chỉnh hoạt động tốt tớn hiệu giao thụng. SimTraffic đặc biệt hữu ớch cho việc phõn tớch tỡnh huống phức tạp mà khụng là dễ dàng mụ hỡnh húa được, bao gồm:
- Những nỳt giao thụng gần nhau cú chuyển đổi làn đường; - Ảnh hưởng của tớn hiệu giao thụng tới cỏc nỳt giao thụng;
- Hoạt động của cỏc nỳt giao thụng trong tỡnh trạng tắc nghẽn nặng;
SimTraffic thực hiện hoạt động mụ phỏng dựa trờn cỏc thiết lập đó tiến hành trờn phần mềm Syncho7, sau khi được lưu thành file .SYN. Trong quỏ trỡnh thực
Hỡnh 3.8 Ứng dụng mụ phỏng 3D
3.2 Ứng dụng phần mềm vào trong phõn tớch điều khiển phõn tỏn giao thụng đụ thị
Ứng dụng phần mềm Synchro Plus tiến hành thiết kế phõn tớch và mụ phỏng điều khiển giao thụng tại 2 ngó tư liờn tiếp trong nội thành Hà Nội là ngó tư Tõy Sơn - Thỏi Hà - Chựa Bộc (nỳt 1), ngó tư Chựa Bộc - Phạm Ngọc Thạch - Trung Tự - Tụn Thất Tựng (nỳt 2). Thiết kế phõn tớch mụ phỏng điều khiển giao thụng sử dụng phẩn mềm Synchro 7 Plus bao gồm cỏc phần: Thiết kế và đặt cỏc tham số cho đường phố, nỳt giao thụng (ngó tư); cỏc tham số về mật độ giao thụng, tham số tớn hiệu đốn giao thụng và cỏc pha điều khiển; mụ phỏng hoạt động và tối ưu cỏc tham số điều khiển.
Hỡnh 3.9 Thiết lập cỏc tham số mụ phỏng điều khiển giao thụng
3.2.1 Thiết lập cỏc tham sốđường
Cỏc tham số thiết lập cho đường được nhập vào thủ cụng dựa trờn cỏc đo đạc thực tế và ước lượng: cỏc làn đường và hướng đi, mật độ giao thụng (vph), tờn đường, chiều dài, bề rộng, tốc độ cho phộp trờn tuyến đường …
Tham số làn đường:
Đường Phạm Ngọc Thạch: 02 làn đường, chiều rộng 4.8 m, mật độ giao thụng 1100 vph (xe/giờ) rẽ phải 200 vph đi thẳng 800 vph, rẽ trỏi 100 vph , chiều dài đường 700m, tốc độ trung bỡnh trờn tuyến đường là khoảng 25 km/h, đốn đỏ được phộp rẽ phải
Đường Trung Tự: 02 làn đường, chiều rộng 4.8 m, mật độ giao thụng 700 vph (xe/giờ) rẽ phải 100 vph đi thẳng 500 vph, rẽ trỏi 100 vph , chiều dài đường 300m, tốc độ trung bỡnh trờn tuyến đường là khoảng 25 km/h, đốn đỏ khụng được phộp rẽ
600m, tốc độ trung bỡnh trờn tuyến đường là khoảng 25 km/h, đốn đỏ khụng được phộp rẽ phải
Đường Chựa Bộc: 02 làn đường, chiều rộng 4.8 m, mật độ giao thụng 1000 vph (xe/giờ) rẽ phải 400 vph đi thẳng 100 vph, rẽ trỏi 500 vph , chiều dài đường