Nghiên cứu ứng dụng bài toán điều khiển giao thông bằng làn sóng xanh trên các trục giao thông chính trong TP. Đà Nẵng

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin Nghiên cứu ứng dụng bài toán điều khiển giao thông bằng làn sóng xanh trên các trục giao thông chính trong TP. Đà Nẵng

MỞ ĐẦU.

1 T V N

trong ó lă lo i xe môtô 2 bânh Do v y, mă s gia t ng c a câc lo i xe hai bânh trong

dòng xe tham gia l u thông trín tuy n lă dòng h n t p gđy r t nhi u khó kh n cho vi c

lý vă k thu t giao thông ngăy căng n l c h n trong vi c phât hi n vă gi i quy t câc

di n tiíu bi u lă : Webster(1957), Edie(1958) ê gi i quy t nhi u băi toân giao thông

ph c t p K th a câc thănh t u ó :Roberson(1969), Kimber(1977),

Vi t Nam, v i câc công trình nghiín c u c a câc nhă khoa h c, câc chuyín

Trong th i gian g n ây m t s thành ph l n n c ta nh : Hà N i, TP HChí Minh, H i Phòng, Hu , à N ng ã ng d ng ti n b khoa h c k thu t trong

ta

chính i u này ã khi n cho các dòng xe l u thông trên tuy n chính nh :Lê Du n,

4,75 lít/1000 xe; xe buýt 6,0 lít/1000 xe) và ít nhi u gây tình tr ng ùn t c giao thông,

Xe ch èn xanh trên H ng Lê Du n (nút Lê Du n-Hoàng Hoa Thám)

gi i quy t bài toán giao thông ph c t p trong các ô th trên, hi n nay có r tnhiêù gi i pháp nh : m r ng các nút giao thông, m r ng nhánh d n,…tuy nhiên v i

m t b ng vì v y bài toán ph i h p các nút giao thông có èn i u khi n trên cùng m t

Nh ta ã bi t, bài toán i u khi n thích nghi c ng nh bài toán i u khi n ph i

c a nó so v i các bi n pháp t ch c giao thông khác Bài toán i u khi n thích nghi s

ng m c an toàn và gi i quy t v n ùn t c giao thông trong các nút giao thông

nâng cao kh n ng thông hành, gi m t n th t th i gian, gi m tâm lý c ng th ng cho

khi n giao thông b ng “làn sóng xanh” trên các tr c giao thông chính trong TP

2 C ÍCH VÀ N I DUNG NGHIÊN C U.

“làn sóng xanh”

N i dung nghiên c u c a tài:

Tìm hi u t ng quan v v h th ng i u khi n tín hi u èn b ng “làn sóng xanh”

bài toán phù h p

sau khi i u khi n “làn sóng xanh”

3.PH NG PHÁP, I T NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U :

3.1.Ph ng pháp nghiên c u:

dòng xe b ng ngôn ng Visual Basic ch y trên n n Window

3.2 i t ng và ph m vi nghiên c u:

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG BẰNG "LÀN SÓNG XANH"

ch c giao thông c a nhđn lo i Hi n nay ang t n t i nhi u hình th c khâc nhau c a

qu c gia

c ng nh câc chuyín gia, nhă khoa h c trong l nh v c năy ph i n l c nghiín c u

phiín, ph i h p “lăn sóng xanh”, i u khi n thích nghi

1.1.M T S KHÂI NI M V H TH NG I U KHI N GIAO THÔNG

B NG TÍN HI U ỈN:

th gi i

ỉn i u khi n giao thông: ó lă chi c ỉn có th c th p sâng b ng câc

i u khi n giao thông b ng tín hi u èn: t c là phân chia th i gian cho các

ng chính thông qua nhi u nút hi u qu nh t, c ng nh s d ng nh ng thành t u

1.1.1 i u khi n èn c l p:

th t th i gian r t l n

1.1.2 i u khi n ph i h p :

m 20 c a th k XX g n v i k t qu nghiên c u lý thuy t c a Henry-Waston (Anh)

ph i h p có các u i m sau:

c a nút

Trong bài toán i u khi n ph i h p có hai lo i:

- i u khi n ph i h p ng b

hi u èn trên t t c các ngã t trên m t dãy tuy n ph

c dùng ph bi n h n

i u khi n ph i h p liên hoàn (“làn sóng xanh”)

H th ng này có th áp dung khi kho ng cách gi a các ngã t b t k Chính v i

Bài toán i u khi n thích nghi t c là nâng cao kh n ng thích nghi v i dòng xe

t c th i, b ng cách thu các tín hi u (xung) do các xe phát ra báo v máy x lý và cho

ra chu k thích h p

Theo th i gian, cùng v i s phát tri n c a KHCN và dòng xe, bài toán i u

các tín hi u èn sao cho luôn luôn thích ng v i các dòng xe t c th i ra vào các nút

giao thông m b o kh n ng thông hành t i các nút t giá tr t i u, ng i ta ã

u i m c a bài toán i u khi n thích nghi b ng “chu k m m” là gi i quy t

c tình tr ng ùn t c giao thông t i các nút giao.Và nó là m t ph n trong H Th ng

1.1.4.K t lu n:

các ô thi l n trên th gi i :Lon Don, New York, Pari,

1.2 H TH NG I U KHI N GIAO THÔNG PH I H P TÍN HI U ÈN TRÊN TH GI I:

ng xe

toán ph i h p r t thu n l i Nhi u thành ph l n trên th gi i nh : New York,

ó là “bài toán i u khi n ph i h p” Chính bài toán i u khi n này ã bi n h th ng

ch c giao thông ã nhanh chóng áp d ng nó vào trong bài toán i u khi n giao thông

ang nghiên c u và hoàn thi n H TH NG GIAO THÔNG THÔNG MINH g i t t là

quan tâm nhi u nh t

vào vi c nâng cao tính an toàn trong l u thông xe c Và trong ó bài toán i u khi n

ki n th c t

Nói tóm l i: bài toán i u khi n ph i h p èn tín hi u ã và ang c s d ng

N NG:

1.3.1Khái quát v hiên tr ng m ng l i giao thông thành ph à N ng:

Ban u, khi m i hình thành, Thành ph ch có m t s tuy n ph nh nh :Tr n

phía ông Thành Ph -m t khu v c lâu nay b cô l p b i dòng sông Hàn.V i t c

b ng èn nh t là tuy n Hùng V ng ã làm cho xe ch y trên tuy n m t r t nhi u th i

1.3.2Khái quát v hiên tr ng giao thông trên a bàn thành ph à N ng:

chi c

giao thông l n

i m n i b t chung v dòng xe trong các ô th Vi t Nam Do v y trong b t k m t

t p và c n thi t h n

hàng hoá c ng nh hành khách còn ti p t c t ng cao (n m 2010 d báo nhu c u v n

Tr c tình hình ó, tránh nh ng hi n t ng khó gi i quy t nh hi n nay Hà

h th ng giao thông và bài toán t ch c giao thông thích h p

1.3.3.Tình hình t ch c- i u khi n giao thông trên a bàn thành ph à N ng

ng hi u qu khai thác c a giao thông ô th N u áp d ng các bi n pháp t ch c

làm gi m tai n n và mang l i hi u qu kinh t cao Còn n u t ch c - i u khi n giaothông không h p lý (c v m t không gian và th i gian) thì nhi u lúc có tác d ng

Toàn thành ph hi n có 16 nút dùng èn i u khi n (b ng 1.1) Các nút èn tín

kinh nghi m, ch a tính toán xác nh chu k t i u Nhìn chung, h th ng tín hi u, t

trên, công ty i n chi u sáng ã xây d ng d án “Nâng c p h th ng èn tín hi u giao

d ng 40 nút, c i t o nâng c p 12 nút èn tín hi u giao thông t i các nút giao thông

M t v n t n t i hi n nay n a là : t tr c n nay, do vi c phát tri n thành

K t lu n: V i hi n tr ng t ch c - i u khi n giao thông hi n nay c a thành ph

thì không còn phù h p v i tình hình giao thông h n nay c a Thành ph c ng nh trong

tác t ch c giao thông c n có nh ng bi n pháp t ch c tiên ti n và phù h p h n

1.3.4.M t s thông s liên quan n bài toán t ch c - i u khi n giao thông : 1.3.4.1.V n an toàn và tai n n giao thông:

khi n giao thông, ngoài ra còn ph thu c vào nhi u y u t khác Tuy nhiên, tai n n

dân v tai n n giao thông mà còn em l i hi u qu kinh t cao Có th nói an toàn giaothông là tiêu chu n cao nh t trong thi t k b t k m t nút giao thông nào Ch a có

Nh ã trình bày, các nút giao thông th ng c t ch c h n h p cho t t ccác lo i xe i chung, không có phân làn cho xe r trái, r ph i hay i th ng Nhi u

t ch c giao thông phù h p

1.3.4.2.Ý th c ch p hành lu t giao thông c a ng i dân:

nút, c ng nh toàn b h th ng giao thông ô th Qua quá trình quan tr c th c nghi m

nh ng nh n xét nh sau :

ng ph

không có èn i u khi n dòng xe r trái linh ho t h n trong vi c tìm m t c a

s th i gian c t dòng khác Nh ng c ng vì i u ó mà dòng xe r trái

tham gia giao thông b ng cách áp d ng các bài toán i u khi n giao thông tiên ti n

V u ki n giao thông :

- Dòng xe tham gia giao thông là dòng xe h n h p, thành ph n ph c t p trong

- T i các nút giao thông dòng xe càng tr nên ph c t p h n Hành trình xe r

V u ki n tín hi u giao thông :

m c

áng k c i thi n tình tr ng hi n nay thì vi c t ng c ng t ch c - i u khi n giaothông t i các nút giao thông trên các tr c giao thông chính c a thành ph là i u c nthi t

CHƯƠNG 2

ĐIỀU KHIỂN ĐÈN BẰNG “LÀN SÓNG XANH” VÀ LỰA CHỌN BÀI TOÁN CHO ĐÔ THỊ ĐÀ NẴNG

thuy t năy

ng trín câc tr c giao thông chính c a thănh ph vă t nh ng lý thuy t tính toân ênghiín c u ta l a ch n băi toân phù h p

2.1 LÝ THUY T TÍNH TOÂN U KHI N ỈN B NG “LĂN SÓNG XANH”

2.1.1 M t s khâi ni m c b n:

khâi ni m c b n sau:

có chi u dăi b ng nhau, c ng nh xe ch y m t chi u thì tr s c a “b ng th i gian”

2.1.2 Nguyín t c chung khi thi t k ph i h p câc ỉn tín hi u:

Khi thi t k ph i h p câc ỉn i u khi n ta ph i u tiín cho dòng xe i th ng

Tck

Sóng lên

Sóng xuống

Giai o n 1: Xác l p tiêu chu n t i u hoá ch ng trình ph i h p i v i h

2.1.3 M c tiêu c a h th ng u khi n ph i h p èn “làn sóng xanh”.

i v i bài toán i u khi n ph i h p các èn tín hi u b ng “làn sóng xanh” thì

xe là nh nh t

V i m c ích nh trên c a bài toán i u khi n èn b ng “làn sóng xanh” ,

toán th hi n k t qu sát th c t nh t

2.1.4 Trình t tính toán bài toán i u khi n èn b ng “làn sóng xanh”:

th nh sau

2.1.4.1 Thu th p s li u :

ph thu c vào hai i u ki n

• i u ki n thành ph n dòng xe mà ch y u là l ng xe ô tô qua nút v i

lo i :

3,5÷ 4

1108121524

Ghi chú : Các lo i xe buýt và xe t i c a c hai ph ng pháp quy i c l y

ng ng theo tiêu chu n 20TCN 104-83.

Vi c ch n cách 1 hay cách 2 tu thu c vào t l xe ô tô nhi u hay ít, n u thành

pháp này ch th c s thích h p khi có s phân chia s d ng các làn trên tuy n b ng các

nghiên c u v dòng thu n nh t theo tác gi [2] s h p lý h n

K t lu n:V i u ki n và c m c a giao thông à N ng thì ta s d ng

ph ng pháp quy i dòng xe c a các tác gi [2]- ngh quy i v xe con hay xe máy ch y u c n c vào thành ph n xe con là phù h p.

b) Xác nh n ng l c thông hành c a nhánh d n trong nút có èn i u khi n.

hoà và th i gian xanh có hi u

D a trên quan i m ó, m t s tác gi trên th gi i ã thi t l p các công th cxác nh n ng l c thông hành c a nhánh d n nh : R.M Kimber (1986), Tuy nhiên

c n ph i xu t phát t th c nghi m giao thông Vi t Nam

và b ng các quan tr c th c nghi m t i hai ô th l n : Hà N i, à N ng, Ts.Phan Cao

Th [2] ã công b k t qu xác nh kh n ng thông hành c a nhánh d n trong nút

trong ô th Hà N i là 800 - 1000 (xcq /h) Các k t qu nghiên c u này ph n l n

c ng xu t phát t c s dòng b o hoà, m t s d a trên quan i m cho r ng KNTH c a

nút Tuy nhiên, dù là k t qu nghiên c u nào khi v n d ng vào i u ki n c th c a

m b o ph n ánh úng th c tr ng dòng xe t i nút

Nh n xét : V i c m c a giao thông n c ta hi n nay nói chung và ô th

à N ng nói riêng vi c tính toán kh n ng thông hành c a nhánh d n vào nút có èn

i u khi n theo [2] là phù h p và cho k t qu sát v i th c t h n

Các nhân t nh h ng n n ng l c thông hành c a nhánh d n vào nút:

dòng xe r ,

.Nhân t này ã c các tác gi a vào trong các công th c tính toán c a mình nh

1,02,03,01,00,33

1,02,82,81,00,5

1,01,752,250,330,2

5535353535

1,01,51,91,90,8

B ng 2.4 H s quy i xe c a Indonesia (pcu)

1,01,30,50,2

V i : ptr-t l xe r trái (<25%)

Nh n xét : Tu vào i u k n th c t c a dòng xe và các y u t khác mà ta l a

* K t lu n:

V i m t vài nh n xét trên ,tôi rút ra k t lu n sau v vi c xác nh kh n ngthông hành :

- Các nghiên c u c a m t s tác gi trên th gi i ch phù h p v i dòng xe thu n

con l n (>15%) ,trên các tr c giao thông chính

tác gi trên th gi i áp d ng không hi u qu nh t là khi thành ph n xe máy chi m t l

t h n

c) Bài toán xác nh t n th t th i gian trong nút giao thông có èn i u khi n.

nhi u mô hình khác nhau, trong ó có các mô hình c a Webster, Miller, Newll, Allsop,

gian ch m xe b ng mô hình ph ng m t cách n gi n dòng “ n” và “ i” k t h p v i

(s/xe) (2.3)

Trong ó :

Tuy nhiên, công th c tính th i gian ch m xe trung bình c a m t xe theo (2.7)

ngh tính th i gian ch m xe trung bình c a m t xe theo công th c t ng quát sau :

t T

X CK

1 2

1

2

CK

T g CK

CK

X CK

P

N N

T P

N N P N

P N T

t T

d

5 2 3 1 2

2

.

65 , 0 1

2 1

2

n gi n Webster ã thay th b ph n th ba b ng cách gi m 10% th i gian

bình c a 1 xe nh sau :

(s/xe) (2.5)

t ng th i gian t n th t c a toàn nút b ng t ng các gi ch m xe trung bình nhân v i

gian ch m xe d d a vào m i quan h sau :

B ng 2.5.Tiêu chu n m c ph c v c a nút giao thông u khi n b ng tín hi u èn

theo th i gian ch m xe trung bình c a m t xe [HCM 2004]

P N T

t T

X CK

1 2 1

2

1 9 , 0

2 2

d) Xác nh chu k èn.

*Th i gian xen k gi a hai xanh

N u th i gian cho xe ch y thoát h t qua nút mà l n h n 3s tránh x y ra

c c b n: có hi u l c cho m t s luông

vào chi u r ng c a nút gi a hai v ch d ng xe

nh th i gian xen k gi a hai xanh nh sau :

txk =t +

Vx

l B a

1 2

+

Trong ó:

T ng th i gian t n th t c nút :

th i gian D theo C và cho b ng 0:

dC

q x q

x x

C d dC

1

)1

:

t

C S

9,0

9,0

5 5 , 1

ôtô, Khi r c ng gây c n tr cho ôtô y là các nhi u, làm gi m hi u qu c a th igian xanh.

100 35

−

x

có giá tr trong kho ng 35% < x < 60%

tính nh sau:

C’ = C.α

tính theo các công th c (2.2)-(2.3)

Phân ph i èn xanh cho các pha

i di n k c a m t pha :

txh =

Y

y L

xh x

tt = − 1 = ( − )

nh t làm chu k chung cho c h liên k t

2.1.4.3 Xây d ng bài toán tính toán i u khi n èn b ng “làn sóng xanh” :

toán iêù khi n ph i h p èn b ng “làn sóng xanh” C th :

-Ph ng pháp 1 : ph ng pháp tính toán d a trên c s h s b ng th i gian

l n nh t.(bài toán 1)

-Ph ng pháp 2 : ph ng pháp này tính toán d a trên c s t n th t th i gian

c a dòng xe qua nút M c tiêu c a bài toán là làm sao cho t ng th i gian t n th t qua

- Ph ng pháp 3 : ph ng pháp này s d ng bài toán i u khi n theo ki u luânphiên (bài toán 3)

t i M t s bài toán tiêu bi u c a các tác gi nh : Morgan và Little, Whighting vàHivier, Th.S V Hoài Nam,

a) Bài toán c a Morgan và Little :

ây là bài toán n n t ng cho ph ng pháp b r ng b ng th i gian Bài toán này

không có kh n ng nâng c p, m r ng

b) Bài toán c a Whighting và Hivier:

xe xuôi chi u làn sóng xanh c a D.J Robertson công báo n m 1969 ó là:

t : b ng 0,8 l n th i gian xe ch y trung bình trên chi u dài, trên ó tính toán

s phân tán c m xe

F =

)5,01(

1

t

+

lùi gi a t ng c p các nút sao cho k t qu t ng t n th t th i gian qua nút theo hai lu ng

Ta có :

   Â

 X

 X

 X

 X

Â

 X

 X

 X

Â

 X

 X

 X

 X

Dji= f(θji) = f(C -θij)

c) Bài toán i u khi n luân phiên :

M i c p nút li n k cho các hi u l nh khác nhau N u mõi nút li n k luân phiên

phiên 3,

V(mph) =

C

ft D

375 0

) (

V(Km/h) =

C

D

139 0

-lùi gi a các nút trong h liên k t theo công th c sau:

V(Km/h) =

L

m D

278 0 ) (

Lji Lij Rj/2

hi u qu khi kho ng cách gi a các nút trong h liên k t b ng nhau, còn khi kho ng

Xu t phát t nh ng nghiên c u c ng nh nhi u bài toán th c nghi m c a mình

xanh” d a trên c s là bài toán t i u b r ng b ng xanh

Vij và Vji là c p v n t c c a sóng i và sóng v trong c p nút (ij)

Xét m t c p nút có quan h kho ng cách th i gian nh hình v sau:

Hình 2.4 Quan h th i gian và không gian

èn xanh.Vây ta có:

Uij = Lij + Rj/2 -Ri/2-t ij

*

K t

t i i

++

Vì Lij 1 nên ta có th dùng ph n nh tr c a nó ký hi u là D(Lij).T công

*

K t

t ij ij

++

2

K

= (0 ho c 1/2)

Thay vào () vào ta có :

−

ij ji

ij t Rj Ri t

σ 2 2

*

Ta có kho ng th i gian (Uij- Rj) chính là kho ng th i gian xanh còn l i c a nút

i Kho ng th i gian này càng l n thì càng có nhi u xe thông qua và có c h i t i nút

e) K t lu n:

sau:

i u khi n ph i h p èn tín hi u thì bài toán i u khi n luân phiên s cho hi u qu cao

nh t

t o nh m t ng kh n ng thông hành c a nút và gi m ùn t c giao thông khi thi t k ph i

h p các tín hi u èn thì hai bài toán s 1 và s 2 cho hi u qu cao h n

2.1.4.4 ánh giá hi u qu c a bài toán :

“làn sóng xanh” ta có th s m t s ch tiêu sau:

*Ph ng pháp c a V A Vladimirôv:

qu c a bài toán i u khi n ph i h p ta hãy xem hình v minh ho sau:

Hình 2.5

*Ph ng pháp c a A.E Stramentôv và M.S Phisens n

Z N T

n

x CK

) (

Trong ó: