3.4.1 Cơ sởưu tiên xe bus
- Giả sửđã thiết lập được vị trí Detector trước vạch dừng của nút giao cĩ tổ chức hệ thống ưu tiên xe bus. Việc xử lý tín hiệu ưu tiên phụ thuộc vào 3 yếu tố:
+ Thời điểm xuất hiện của bus trong thời gian của pha xanh hay pha đỏ. + Thời gian cịn lại của pha xanh hay pha đỏ.
+ Vận tốc tức thời của bus khi được Detector nhận diện.
- Tùy vào mỗi trường hợp, hệ thống sẽđưa ra các tình huống ưu tiên khác nhau như: gia tăng xanh hay cưỡng bức đỏ, hoặc khơng cĩ tín hiệu ưu tiên nào.
Red Green Amber Red
TGE
Red Green Amber Red
Tc
T_g1
TGE
T_g2
Hình 3.4.1: Tình huống ưu tiên gia tăng thời gian pha xanh (TGE)
Green Amber Red
Tc
Green Amber Red
Green Green T_r TRR TRR Hình 3.4.2: Tình huống ưu tiên cưỡng bức thời gian pha đỏ (TRR)
- Thời gian gia tăng xanh hoặc rút ngắn đỏ phải nằm dưới một ngưỡng cho phép,
điều này đảm bảo rằng việc đưa ra tín hiệu ưu tiên cho bus trên trục đường chính khơng gây ảnh hưởng đến dịng xe chờ trên trục đường phụ. Thời gian ưu tiên nhiều sẽ làm các người điều khiển phương tiện trên trục phụ chờ lâu hơn và chiều dài dịng xe chờ sẽ dài hơn, khi đĩ việc tổ chức tín hiệu ưu tiên sẽ khơng cịn hiệu quả. Do đĩ giá trị thời gian ưu tiên (gia tăng xanh hoặc rút ngắn đỏ) được chọn phải tương quan với chiều dài dịng xe chờ trên trục phụ, điều này cĩ nghĩa: khoảng thời gian ưu tiên khi kích hoạt khơng làm chiều dài dịng xe chờ trên trục phụ vượt quá giá trị L (m) cho phép.
- Khoảng thời gian ưu tiên trong pha xanh hoặc pha đỏ khơng phải là một giá trị
cốđịnh; giá trị này thay đổi và phụ thuộc vào vận tốc tức thời của xe bus khi được Detector nhận diện và phụ thuộc vào vị trí đặt Detector, là khoảng cách từ Detector
đến vạch dừng của đèn tín hiệu S (m).
3.4.2 Vị trí đặt Detector
Vị trí Detector trước vạch dừng của đèn tín hiệu khơng quá gần hoặc quá xa, vị
trí này đảm bảo khơng gây ra việc chuyển trạng thái đèn đột ngột khi đặt quá gần, hay khơng đặt quá xa để bus cĩ thểđi qua khỏi nút giao trong một chu kỳđèn. Và vị trí này phải cân bằng các tình huống ưu tiên: khơng theo hướng ưu tiên pha xanh nhiều - pha đỏ ít hoặc ngược lại.
3.4.2.1 Vị trí Detector gần nhất
- Vị trí gần nhất sẽ gần với vạch dừng của đèn tín hiệu: S ≈ 0 (m).
S ~ 0 (m )
- Khi khoảng cách S (m) quá nhỏ hay vị trí Detector quá gần vạch dừng thì việc
ưu tiên bus trong pha xanh hoặc pha đỏ sẽ khơng cĩ nhiều ý nghĩa:
+ Các tình huống trong pha xanh:
• Bus xuất hiện hay chạy đến vạch dừng trong khoảng thời gian của pha xanh thì bus đi qua nút an tồn.
• Bus chạy đến ngay vạch dừng vào đúng thời điểm cuối thời gian pha xanh (thời điểm kém an tồn nhất) thì bus vẫn cĩ khả năng vượt qua nút với thời gian đèn vàng cịn lại.
+ Các tình huống trong pha đỏ:
• Khi bus đến vạch dừng vào cuối thời điểm của pha đỏ (thời điểm kém an tồn nhất) thì khơng cĩ ưu tiên nào xảy ra, vì đèn bắt đầu chuyển sang pha xanh, bus tiếp tục di chuyển đi qua nút.
• Trong các trường hợp cịn lại, khi Detector nhận diện được sự cĩ mặt của bus thì hệ thống sẽ ngay lập tức đưa ra xử lý ưu tiên cho bus tiếp tục đi qua nút, nếu ta thiết lập việc ưu tiên bus hồn tồn trong pha đỏ.
3.4.2.2 Vị trí Detector xa nhất
- Là vị trí khi Detector nhận diện ra bus, hệ thống sẽ xử lý đưa ra tín hiệu ưu tiên
đảm bảo bus chạy đến nút trong khoảng thời gian của pha xanh.
S (m )
- Detector xác định được thơng số của bus: giả sử bus đang chạy với vận tốc V (m/s). Thời gian cần thiết để bus chạy đến nút với quãng đường S (m):
) 1 . 3 ( ) s ( V S t =
- Xét tất cả các trường hợp, để bất kỳ một chiếc bus nào cũng cĩ thểđi qua khỏi nút, ta chọn giá trị vận tốc bất lợi nhất Vmin (Vmin = min [Vi]), điều này sẽ đảm bảo xe bus nào đi chậm nhất cũng cĩ thểđi đến vạch dừng trong khoảng thời gian của pha xanh. Thời gian pha xanh: T_green (s) (3.2)
Thời gian cần thiết để bus chạy đến vạch dừng phải nhỏ hơn hoặc bằng thời gian pha xanh. Từ (3.1) & (3.2) ta cĩ:
) 3 . 3 ( V . green _ T S V . green _ T S green _ T V S t MIN MAX MIN MIN = ⇒ ≤ ⇔ ≤ =
Ởđây: • T_green: thời gian pha xanh (s)
• VMIN: vận tốc nhỏ nhất cần xác định (m/s) - Xác định VMIN:
+ Áp dụng phương pháp thống kê kết quả dữ liệu ghi lại thời gian di chuyển của bus, xác định vận tốc trung bình của mỗi bus trong thời gian khoảng 1 giờ, với số liệu thu được của n mẫu quan sát.
+ Sử dụng cơng thức tính giá trị trung bình theo độ lệch chuẩn δ, với mức độ
tin cậy 90% ÷ 95% : ADCT: 2 n i 2 2 ) 1 n ( ) V Vi ( δ = δ ⇒ − − = δ ∑
Ởđây: • Vi: vận tốc của từng mẫu ghi nhận được (m/s) • V : vận tốc trung bình của tồn bộ mẫu (m/s) • n: số lượng mẫu.
+ Vận tốc VMIN, cĩ độ tin cậy 90% ÷ 95% tương ứng với hệ số tin cậy K ADCT: VMIN = V− K.δ (m/s)
⇒SMAX = T_green.VMIN(m)
- Vậy khoảng đặt Detector xa nhất trước nút giao được tổ chức hệ thống tín hiệu
ưu tiên là: SMAX (m).
3.4.2.3 Khoảng đặt Detector phù hợp
- Vị trí cĩ thểđặt Detector là trong khoảng SMIN ÷ SMAX (m).
- Để xác định được vị trí hay khoảng đặt Detector phù hợp, dựa vào phân tích kết quả 2 yếu tố:
1/. Phân tích hiệu quả các tình huống đặt Detector trong pha xanh và pha đỏ. 2/. Phân tích kết quả dựa theo dữ liệu thu được từ việc tổ chức thực nghiệm mơ phỏng ưu tiên bus. Xét mối quan hệ giữa vị trí S (m) - thời gian ưu tiên T(s) và mối quan hệ giữa thời gian ưu tiên T(s) - chiều dài dịng chờ L (m).
Trong chương này, chỉ xét đến phân tích yếu tố 1 là đánh giá tổng quan ưu nhược điểm của từng tình huống, qua các phân tích đĩ xem như cơ sở tiền đề trong việc kết hợp với việc phân tích bằng số liệu cụ thể→ đưa ra kết luận đầy đủ.
* Phân tích hiệu quả các tình huống đặt Detector trong pha xanh và pha đỏ: - Các tình huống trong pha xanh:
+ Vị trí Detector gần nhất - SMIN :
• Khi bus được Detector nhận ra sự cĩ mặt ngay tại vạch dừng, xét ở thời
điểm kém an tồn nhất là cuối thời gian của pha xanh thì bus vẫn qua nút an tồn với thời gian dự trữ cịn lại là đèn vàng. Tất cả các trường hợp cịn lại, bus đều cĩ thể vượt qua nút.
KL: Với các tình huống trên thì khi đặt Detector gần trùng với vạch dừng thì sự nhận diện của Detector và hệ thống xử lý ưu tiên khơng cịn tác dụng. Mọi tình huống xảy ra trong pha xanh sẽ khơng cần gia tăng thời gian ưu tiên.
Nếu xét về số lần hệ thống đưa ra tín hiệu ưu tiên thì kết quả bằng khơng. Số
+ Vị trí Detector xa nhất - SMAX và các vị trí cịn lại- S (m):
Để phân tích hết các tình huống cĩ thể xảy ra trong pha xanh và vị trí Detector là bất kỳ (S > 0 m), xem xét hình 3.4.1/Tr. 29 thuộc phần “cơ sởưu tiên xe bus”:
• Detector nhận ra sự cĩ mặt của bus, ngay thời điểm pha xanh vừa bắt đầu hoặc bắt đầu được một lúc, khi đĩ thời gian đèn xanh cịn lại đủ nhiều để bus cĩ thể đi qua nút. Hay thời gian cần thiết để bus đi đến vạch dừng nhỏ hơn thời gian cịn lại của đèn xanh. Trong trường hợp này thì khơng cần tín hiệu ưu tiên.
• Bus được Detector nhận diện khi thời điểm pha xanh đã trơi qua một khoảng T_g1, ở thời điểm này cần phải gia tăng một khoảng <T (<T = 0 ÷ TGE) đủ để bus đi qua nút.
• Nếu bus xuất hiện ở thời điểm pha xanh đã trơi qua một khoảng tương đối lớn, thời gian đèn xanh cịn lại khơng đủ để bus đi qua khỏi nút, hoặc nếu xử lý ưu tiên để bus cĩ thể qua nút thì phải gia tăng thời gian đèn xanh quá nhiều.
KL: Tương ứng với mỗi vị trí đặt Detector sẽ cĩ một giá trị thời gian gia tăng khác nhau. Thời gian gia tăng xanh lớn nhất chính là thời gian cần thiết để bus chạy trên quãng đường S (m) đến vạch dừng, thời gian cần thiết t để bus chạy đến vạch dừng theo cơng thức (3.1): t = S / V (s). Theo cơng thức này, nếu xem vận tốc V (m/s) là khơng đổi (trên khoảng biến thiên nhỏ) thì nếu S càng lớn (vị trí Detector càng xa) thì thời gian t cần thiết sẽ càng lớn → thời gian gia tăng xanh cũng lớn theo.
Do đĩ, giá trị S (m) được chọn, phải đảm bảo thời gian gia tăng xanh (TGE) nằm dưới một ngưỡng cho phép, ngưỡng TGEMAX được chọn sẽ khơng làm chiều dài dịng xe chờ trên trục phụ vượt quá giá trị LTs (m) khống chế.
- Các tình huống trong pha đỏ:
• Khi bus chạy đến khu vực ưu tiên, Detector nhận diện ra bus đúng vào cuối thời điểm của pha đỏ, đây là thời điểm kém an tồn nhất trong pha đỏ. Hệ thống
điều khiển sẽ khơng cần đưa ra đưa tín hiệu ưu tiên, vì đèn bắt đầu chuyển sang pha xanh, bus tiếp tục di chuyển đi qua nút.
• Nhưng bus xuất hiện khi pha đỏ vừa bắt đầu, nếu ta khơng khống chế thời gian đèn xanh tối thiểu trên trục phụ, thì việc cưỡng bức đỏ sẽ xảy ra đồng thời khi
Detector nhận ra bus. Ngay lập tức đèn sẽ chuyển từ đỏ → xanh, điều này cĩ nghĩa là việc rút ngắn thời gian đỏ quá nhiều → thời gian của pha xanh trên trục phụ gần như khơng cĩ, dẫn đến tâm lý ức chế cho người điều khiển phương tiện trên trục phụ và thời gian đứng chờ lâu dẫn đến chiều dài dịng xe chờ lớn.
KL: Trong pha đỏ, các tình huống ưu tiên cho bus đều khơng phụ thuộc vào vị trí đặt Detector, tại bất kỳ vị trí nào cũng đều xảy ra tình huống ưu tiên tương tự, và tất cả xe bus xuất hiện trong pha đỏđều được hưởng ưu tiên.
Nếu thiên về hướng điều khiển ưu tiên đỏ hồn tồn thì thời gian chờ trên trục phụ tăng lên gấp đơi và chiều dài dịng chờ sẽ vượt ngưỡng L (m) cho phép,
điều này dễ dẫn đến kẹt xe cục bộ trên trục phụ → Kết quả của việc ưu tiên này khơng hợp lý.
Vì vậy, trong tình huống ưu tiên của pha đỏ, ta phải xem xét khoảng thời gian cưỡng bức đỏ (rút ngắn lại pha đỏ) hợp lý. Khoảng thời gian này được xem xét giống khoảng thời gian gia tăng xanh, để đảm bảo rằng rút ngắn thời gian đỏ trên trục chính khơng làm chiều dài dịng xe chờ trên trục phụ quá dài vượt ngưỡng L (m) cho phép. Do đĩ phải khống chế sự ưu tiên này bằng thời gian đèn xanh tối thiểu trên trục phụ, khoảng thời gian xanh tối thiểu cĩ tác dụng giúp dịng xe trên trục phụ thốt một phần qua nút trước khi chuyển lại đèn đỏ để nhường ưu tiên cho
đèn xanh trên trục chính.
3.4.3 Áp dụng mơ phỏng và điều khiển đèn tín hiệu 3.4.3.1 Yêu cầu trong mơ phỏng
- Sau khi đã xác định được khoảng đặt Detector, tiến hành mơ phỏng ưu tiên bus với các vị trí Si (m) khác nhau trong khoảng SMIN ÷ SMAX. Từ kết quả dữ liệu mơ phỏng tại mỗi vị trí Si, xác định mối quan hệ giữa các thơng số S-T-L cần thiết tại nút giao được tổ chức hệ thống điều khiển tín hiệu ưu tiên.
- Tại mỗi vị trí ta tiến hành chạy mơ hình mơ phỏng 3 lần, việc kiểm tra nhiều lần cĩ tác dụng:
+ Để các trường hợp xuất hiện của xe bus trong các thời điểm mơ phỏng hay chu kỳđèn là khác nhau.
+ Kiểm chứng rằng các tình huống xảy ra tại một vị trí đặt Detector cĩ tính logic và khách quan.
+ Hạn chếđược các giá trị thu được mang tính cục bộ, khơng điển hình. - Để các tình huống giao thơng xuất hiện trong mơ hình mơ phỏng giống thực tế, sử dụng các cơng cụ cĩ sẵn của phần mềm mơ phỏng để thiết lập các chếđộ ưu tiên riêng cho mỗi phương tiện và quy luật nhường xe khi rẽ ...
3.4.3.2 Điều khiển đèn tín hiệu
- Tùy vào mỗi tình huống: bus xuất hiện trong thời gian của pha xanh hay pha
đỏ, vận tốc của bus, thời gian cịn lại của pha xanh/pha đỏ, thời gian cần thiết để bus chạy qua khỏi nút, hệ thống sẽđưa ra thời gian ưu tiên phù hợp.
- Thời gian ưu tiên bao gồm: gia tăng xanh và rút ngắn đỏ. Trong tình huống gia tăng xanh thì chu kỳ Tc tăng một khoảng bằng giá trị gia tăng xanh; cịn trong tình huống cưỡng bức đỏ thì chu kỳ Tc rút ngắn một khoảng bằng giá trị rút ngắn đỏ.
Pha 1'
Green Amber Red
Pha 1
TGE (s)
TGE: gia tăng xanh (s)
Red Green Amber
Tc
Red
Red Green Amber
Tc'
Red
Hình 3.4.5: Trường hợp gia tăng xanh
Pha 1'
Green Amber Red
Pha 1 TRR: rút ngắn đỏ (s) TRR (s) Red Amber Green Green Tc Red Amber Green Green Tc' Hình 3.4.6: Trường hợp cưỡng bức đỏ
3.4.3.3 Sơđồ nguyên lý điều khiển đèn trong hệ thống
Hình 3.4.7: Sơđồ nguyên lý điều khiển đèn
3.4.4 Xử lý và phân tích kết quả dữ liệu 3.4.4.1 Xử lý dữ liệu
- Trong khoảng đặt Detector từ SMIN ÷ SMAX (m), ta xét các vị trí Detector cách khoảng Si = Si-1 + <S, vị trí <S phụ thuộc vào vận tốc trung bình của dịng xe, thường chọn <S ≈ VTB.
- Dữ liệu cần thiết dùng để xử lý được lấy từ quá trình thực nghiệm mơ phỏng: thời gian ưu tiên T xuất hiện tại thời gian nào trong chu trình mơ phỏng (Sim_sec), tương ứng với thời gian này là chiều dài dịng chờ L tăng lên bao nhiêu khi xảy ra tình huống ưu tiên. Ta sử dụng các cơng cụ trích lọc để lấy những giá trị cần thiết.
- Trong một chu trình mơ phỏng sẽ cĩ nhiều giá trị thời gian ưu tiên (gia tăng xanh – TGE hay rút ngắn đỏ – TRR) xuất hiện lặp lại trong các chu kỳđèn khác nhau, tương ứng với các chiều dài dịng chờ L (Queue length) khác nhau. Để đảm bảo các giá trị L thu được khơng mang tính cục bộ hay đột biến, ta sẽ lấy trung bình các giá trị này tại các thời điểm cĩ tín hiệu ưu tiên.
Bảng ví dụ mơ tả quy trình xử lý số liệu STT T (s) L (m) STT T (s) L (m) 1 2