Luận án thạc sĩ ngành xây dựng công trình giao thông Nghiên cứu lập bản hướng dẫn thiết kế điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút giao thông đô thị

Vì vậy, khi thiết kế nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu, các kỹ sư thiết kế thường áp dụng các quy trình, quy định khác nhau của các nước phát triển như Anh, Pháp, Mỹ, Đức, Nga,

luËn ¸n th¹c sü khoa häc kü thuËt

Chuyªn ngµnh: X©y dùng §−êng « t« vµ ®−êng thµnh phè

Chuyªn ngµnh: X©y dùng §−êng « t« vµ ®−êng thµnh phè

M sè: 60.58.30 M sè: 60.58.30

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: PGS.TS NguyÔn Quang To¶n Häc viªn: Chu TiÕn Dòng

Hµ néi - n¨m 2007

Mục Lục Mục Lục

bằng đèn tín hiệu tại nút giao thông

6

1.2 Lịch sử phát triển của nút giao thông điều khiển bằng đèn tín

1.5.1 Biện pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu độc lập 12

1.5.2 Biện pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu phối hợp 13

1.5.3 Biện pháp nên sử dụng ở các đô thị lớn Việt Nam hiện nay 19 1.6 Các thông số cần phải tính toán khi ĐIềU KHIểN GIAO THÔNG BằNG

ĐèN TíN HIệU TạI NúT ĐộC LậP

19

1.6.1 Lưu lượng xe vào nút và biểu đồ lưu lượng 19

1.6.2 Hệ thống pha, thời gian chuyển pha và thời gian chu kỳ 24

1.6.3 Quy luật xe đến nút và rời nút 27

1.7.5 Hệ thống vạch sơn 42

đèn tín hiệu tại nút giao thông

2.2.2 Đảo trong nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu 59

2.2.3 Xén dải phân cách – Làn chờ rẽ trái 63 2.3 Tính toán, lựa chọn các thông số khi điều khiển giao thông bằng

đèn tín hiệu tại nút độc lập.

67

2.3.2 Thời gian đèn đỏ và xanh 68

2.3.5 Thời gian chờ trung bình của các xe tại nút 74

2.4.1 Thiết kế vị trí của tủ điều khiển tại nút 78

2.4.2 Thiết kế vị trí và kích thước của hệ thống đèn tín hiệu 78

2.4.3 Thiết kế vị trí và kích thước dải dành cho người đi bộ qua

đường.

82

bằng đèn tín hiệu tại hà nội - nút hoa lư - đại cồ việt

89

3.3.4 Phương án 2B 94

3.6 Tính toán thời gian chu kỳ đèn và phân bổ thời gian xanh cho các

Để hoàn thành được luận án này, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp

đỡ của các thày giáo hướng dẫn, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp, và các cơ quan liên quan

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu,, Phòng Đào tạo

quá trình học tập và nghiên cứu

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn các Thầy cô, các bạn đồng nghiệp trong Bộ

góp những ý kiến thiết thực và quý báu Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thày PGS.TS Nguyễn Quang Toản, PGS-TS Bùi Xuân Cậy, TS Trần Thị Kim Đăng - Bộ môn Đường bộ Trường Đại học Giao thông Vận tải, đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu và hoàn thành luận án

Trong khuôn khổ một luận án Thạc sỹ khoa học kỹ thuật, chắc chắn chưa

đáp ứng được một cách đầy đủ những vấn đề đã đặt ra, mặt khác do trình độ bản thân còn nhiều hạn chế Tác giả xin chân thành cảm ơn và tiếp thu nghiêm túc những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Hà nội, ngày 01 tháng 02 năm 2007

Tác giả

Chu Tiến Dũng

Lời cảm ơn

Mở đầu

Đặt vấn đề nghiên cứu



1 Đặt vấn đề:

ốc độ và an toàn là các mục tiêu cơ bản của tổ chức giao thông trong các

đô thị Giao thông đô thị ở nước ta đ# và đang phát triển cực kỳ nhanh chóng Để cải thiện giao thông tại các nút giao thông, đảm bảo an toàn cho người đi bộ và các phương tiện giao thông, biện pháp điều khiển giao thông tại nút bằng tín hiệu ánh sáng (đèn tín hiệu) được sử dụng rất rộng r#i Các thành phố lớn ở nước ta như Thành phố Hà nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng,

Hà Tây, Nam Định, Đà Nẵng, đều có nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta chưa có quy trình (tiêu chuẩn) về thiết kế

đèn tín hiệu Vì vậy, khi thiết kế nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu, các kỹ sư thiết kế thường áp dụng các quy trình, quy định khác nhau của các nước phát triển như Anh, Pháp, Mỹ, Đức, Nga, Nhật Tuy vậy do giao thông và

đường sá của nước ta có những đặc thù riêng nên các một số bản thiết kế có chất lượng chưa tốt, không những không đạt mục tiêu đề ra mà còn gây bức xúc cho x# hội Một ví dụ các nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu thuộc dự án tăng cường năng lực giao thông ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh do các công ty tư vấn nước ngoài thiết kế

Trong dự án tăng cường năng lực giao thông ở thành phố Hà nội do công

ty Tyco (Singapore) thiết kế, có 7 nút giao thông trên đường Nguyễn Tr#i, hầu hết các nút đèn này được thiết kế ba pha nên các phương tiện giao thông trên trục đường Nguyễn Tr#i luôn phải “nghiến răng” chờ đèn đỏ trong khi nút giao thông lại trắng phương tiện (hình 1.) Lý do là trục đường Nguyễn Tr#i có mặt cắt ngang rộng (3 làn xe cho một chiều, một làn xe bus và một làn xe đạp đi riêng), lưu lượng xe lớn trong khi các nhánh đường giao có bề rộng mặt cắt ngang không lớn (7-8m), lưu lượng xe nhỏ đặc biệt là nút giao trước cổng trường đại học Khoa học tự nhiên và nút giao trước cổng trường đại học Ngoại ngữ, lưu lượng xe chỉ lớn vào các giờ nhất định (giờ vào học và giờ tan học của sinh viên), nhất là vào các tháng nghỉ hè của sinh viên Điều này làm giảm hiệu quả của hệ thống đèn tín hiệu, dễ đẩy người tham gia giao thông vào chỗ vi phạm luật giao thông do không chịu được sự vô lý, tai nạn vì thế cũng dễ xảy ra

T

Hình 1 Các phương tiện trên trục đường Nguyễn Tr#i phải chờ đèn đỏ

trong khi nút giao trắng phương tiện

Trong dự án tăng cường năng lực giao thông tại thành phố Hồ Chí Minh,

có nhiều nút có chu kỳ đèn không hợp lý ở nút Nguyễn Văn Thủ - Đinh Tiên Hoàng, thời gian đèn xanh dành cho các phương tiện từ đường Nguyễn Văn Thủ chạy thẳng hoặc rẽ trái chỉ có 9 giây và không có thời gian chuyển pha Vì thế, nhiều phương tiện đang lưu thông bị kẹt giữa dòng xe đi thẳng từ Đinh Tiên Hoàng xuống Con đường này rất nhiều xe tải lưu thông nên rất nguy hiểm cho các xe nằm kẹt giữa dòng xe này

Hình 2 Kẹt giữa dòng trên nút giao Nguyễn Văn Thủ - Đinh Tiên Hoàng

do thời gian đèn xanh quá ngắn và không có thời gian chuyển pha

Vì vậy rất cần phải có một bản hướng dẫn thiết kế đèn tín hiệu giao thông

để đảm bảo công trình làm việc có hiệu quả, làm giảm nhẹ khó khăn cho công tác thiết kế Trong luận án này chúng tôi tập trung giải quyết các vấn đề chính yếu cho một bản hướng dẫn như vậy dựa trên các nghiên cứu lý thuyết và tổng

kết thực tiễn các nút giao thông đang hoạt động trên địa bàn thành phố Hà Nội Luận án có tên: “Nghiên cứu lập bản hướng dẫn thiết kế điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút giao thông đô thị”

2 nội dung đề tài:

Để đạt được các mục tiêu trên, đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

- Nghiên cứu các biện pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút, từ đó đề ra biện pháp điều khiển hợp lý, phù hợp với thành phần dòng xe và mạng lưới giao thông của nước ta

- Nghiên cứu các thông số phải tính toán khi thiết kế một nút giao thông

điều khiển bằng đèn tín hiệu

- Nghiên cứu về các thiết bị chính của một nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu

- Nghiên cứu lập bản hướng dẫn thiết kế Điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút giao thông dựa trên các nghiên cứu lý thuyết và tổng kết thực tiễn các nút giao thông đang hoạt động trên địa bàn thành phố Hà Nội

- Tính toán, thiết kế cho một nút giao thông cụ thể nhằm đánh giá kiểm chứng lại bản hướng dẫn

4 ý nghĩa khoa học của đề tài:

Nghiên cứu của đề tài góp phần làm giảm nhẹ khó khăn cho công tác thiết kế, làm tăng hiệu quả của công tác thiết kế nút giao thông điều khiển bằng

đèn tín hiệu Đặc biệt đề tài rất có ý nghĩa cho các kỹ sư mới ra trường – những người cón có ít kinh nghiệm trong lĩnh vực điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút

Thực tế hiện nay, tài liệu về thiết kế đèn tín hiệu thì nhiều nhưng nói chung chưa sâu sắc, chưa đề cập một cách đầy đủ Hầu hết các tài liệu này đều chỉ đề cập thuần tuý về mặt lý thuyết, đặc biệt là gần như không có tài liệu nào

đề cập đến các thiết bị tại nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu Vì vậy, nghiên cứu của đề tài sẽ đem lại một cái nhìn tổng quan hơn về lĩnh vực thiết kế nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu Nó có thể làm tài liệu tham khảo tốt cho sinh viên, kỹ sư chuyên ngành cầu đường, điện điện tử

Mặt khác, hiện nay chúng ta chưa có một tiêu chuẩn nào về thiết kế điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút Khi thiết kế, các kỹ sư thường vần dụng tiêu chuẩn này, tiêu chuẩn kia của nước ngoài hoặc theo kinh nghiệm, do vậy nó thiếu một hành lang pháp lý cần thiết khi thiết kế, trình duyệt, thẩm định các hồ sơ thiết kế điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút Nghiên cứu của đề tài này cũng mong muốn là một tiền đề tốt cho sự ra đời của tiêu chuẩn riêng về thiết kế điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút

5 Bố cục của đề tài

Luận án của chúng tôi theo mục tiêu và nhiệm vụ đ# đề ra được bố cục như dưới đây:

Mở đầu: Đặt vấn đề nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan về biện pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút giao thông

Chương 2: Hướng dẫn thiết kế Điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút giao thông

Chương 3: Ví dụ áp dụng Thiết kế nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu tại Hà Nội

Kết luận, kiến nghị

Toàn bộ luận án trình bày trên 112 trang A4, 74 hình vẽ, 11 bảng biểu, 01 tập phụ lục

Chương 1

Tổng quan về biện pháp điều khiển giao thông

bằng đèn tín hiệu tại nút giao thông

Mỗi cụm đèn điều khiển cho các phương tiện cơ giới gồm 1 đèn đỏ, 1 đèn vàng và 1 đèn xanh Với người đi bộ, do có tốc độ thấp nên chỉ cần 1 đèn đỏ và

1 đèn xanh Ngoài ra còn có cụm đèn phụ, các đèn này chỉ có tác dụng nhắc lại Tác dụng ảnh hưởng của mỗi đèn như sau:

- Đèn xanh (tín hiệu xanh): báo hiệu cho phép xe đi qua nút

- Đèn vàng (tín hiệu vàng): Báo hiệu sự thay đổi tín hiệu của đèn, tín hiệu vàng cấm đi Khi tín hiệu vàng thay đổi, lái xe và người đi bộ không thể dừng lại trước nơi giao nhau theo quy định thì được phép đi qua tiếp Khi tín hiệu đèn thay đổi người đi bộ đang đi ở dưới đường (ở phần đường xe chạy) cần phải nhanh chóng đi hết hoặc dừng lại ở đảo an toàn, nơi không có đảo an toàn phải dừng lại ở vạch sơn chia 2 dòng phương tiện đi ngược chiều nhau

- Tín hiệu vàng nhấp nháy: Cho phép các phương tiện qua lại và báo hiệu cần chú ý khi qua phải thận trọng

- Đèn đỏ: báo hiệu xe buộc phải dừng lại

Nếu đèn có lắp hộp đèn phụ tín hiệu hình mũi tên chỉ thì các loại phương tiện giao thông chỉ được đi khi tín hiệu mũi tên bật sáng cho phép Tín hiệu mũi tên cho phép rẽ trái thì đồng thời cho phép quay đầu

Khi tín hiệu mũi tên được bật sáng cùng một lúc với tín hiệu đỏ hoặc vàng thì lái xe và những người điều khiển các loại phương tiện đi theo hướng mũi tên, chỉ phải nhường đường cho các loại phương tiện đi từ các hướng khác

đang được phép đi

Điều khiển giao thông bằng loại đèn hai màu:

- Điều khiển giao thông đi bộ bằng loại đèn hai màu: Phía trên là tín hiệu màu đỏ có tín hiệu hình người tư thế đứng hoặc chữ viết "Dừng lại" Phía dưới là tín hiệu màu xanh, có hình người tư thế đi hoặc chữ viết "Đi"

Người đi bộ chỉ được phép đi qua đường khi tín hiệu đèn xanh bật sáng và

đi trong phạm vi vạch sơn dành cho người đi bộ Tín hiệu đèn xanh nhấp nháy báo hiệu rằng sẽ nhanh chóng chuyển tín hiệu sang màu đỏ

- Loại đèn hai màu xanh và đỏ không nhấp nháy dùng để điều khiển giao thông ở những nơi giao nhau với đường sắt, bến phà, cầu cất, giải cho máy bay lên xuống ở độ cao không lớn v.v Đèn xanh bật sáng: Cho phép các phương tiện giao thông được đi Đèn đỏ bật sáng: Cấm đi Hai đèn xanh và đỏ không

được cùng bật sáng một lúc

Để điều khiển giao thông cho từng loại phương tiện trên từng làn riêng có thể áp dụng đèn tín hiệu 2 hộp treo trên phần đường xe chạy, tín hiệu xanh có hình mũi tên chỉ xuống dưới, tín hiệu đỏ có hình hai gạch chéo Những tín hiệu của đèn này có ý nghĩa như sau:

- Tín hiệu xanh cho phép đi ở trên làn đường có mũi tên chỉ

- Tín hiệu đỏ cấm đi ở trên làn đường có đèn treo tín hiệu màu đỏ

Khi cả hai tín hiệu đèn không bật sáng: Cấm tất cả các loại phương tiện đi vào làn đường này

1.2 Lịch sử phát triển của nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu

Ngày 12 tháng 10 năm 1868, những chiếc đèn tín hiệu giao thông đầu tiên được lắp đặt bên ngoài nhà Quốc hội Anh ở London Chúng được lắp để báo hiệu cho những đoàn tàu hoả đi ngang qua đây Trên cây cột hình chữ T gắn hai đèn bằng khí ga, một màu xanh lục và một đỏ để báo hiệu vào ban đêm Đèn

đỏ có nghĩa là “dừng lại” và đèn xanh có nghĩa là “chú ý”

Khí ga được đưa vào từng đèn theo hệ thống van và khi cần thắp sáng đèn nào, một cảnh sát sẽ vặn to đèn đó và vặn nhỏ đèn kia Việc sử dụng đèn tín hiệu này cực kỳ nguy hiểm, ngày 2 tháng 1 năm 1868, chỉ vài tháng sau khi vận hành, hệ thống đèn này phát nổ và làm một cảnh sát bị thương khi đang điều chỉnh Dù vậy, nó vẫn được sử dụng cho đến khi người Mỹ phát minh ra đèn tín hiệu điện năm 1912

Hình 1.1 Đèn dùng khí ga để báo hiệu cuối thế kỷ 19

Đèn tín hiệu giao thông điện hiện đại là một phát minh của người Mỹ Sau khi ngành công nghiệp ô tô phát triển vượt bậc, một cảnh sát có tên là Lester Wire, làm việc tại thành phố Salt Lake, bang Utah, Mỹ đr nảy ra ý tưởng

đưa đèn tín hiệu đường sắt vào đường bộ đầu năm 1912, chiếc đèn tín hiệu điện

có hai màu đỏ-xanh Khi đó, đèn tín hiệu đường sắt đr được tự động hoá nhưng

do tàu chỉ chạy trên đường thẳng nên lúc đưa sang đường bộ, nơi có nhiều nhánh đường giao nhau nên nó hoàn toàn không thích hợp và lại trở về hình thức

Đèn tín hiệu giao thông ba màu vàng, xanh, đỏ được giới thiệu lần đầu tiên ở New York và Detroit vào 1920 do sỹ quan cảnh sát Williams Potts sáng chế Nhưng phiên bản đèn tín hiệu giao thông hiện đại do Garrett Augustus Morgan phát minh và ông đr được cấp bằng sáng chế cho phát minh này

Hình 1.2 Garrett A Morgan Người phát minh ra đèn tín hiệu hiện đại

Garrett Augustus Morgan sinh năm 1877 tại Kentucky trong một gia đình cựu nô lệ Sau đó, ông chuyển đến Cincinnati và sau đó là Cleveland, nơi ông sở hữu một doanh nghiệp sửa chữa máy khâu hoạt động có hiệu quả ông trở nên nổi tiếng như một nhà công nghệ, một nhà kỹ thuật Là một doanh nhân có tài, Morgan tiếp tục mở một tạp chí có tên là The Cleveland Call

Đầu thế kỷ 20, Cleveland, giống như các thành phố chính khác của Mỹ, các con đường đông ngẹt với người đi bộ, xe đạp, xe ngựa kéo, và nhiều xe ô tô mới Không luật lệ giao thông nào có thể điều khiển nổi, và sự hỗn loạn ngự trị

đường phố Tai nạn thường xuyên xảy ra Sau khi chứng kiến một tai nạn giao thông như vậy, Morgan thấy rằng cần phải cải thiện tình trạng này Kết quả là

đèn tín hiệu giao thông hiện đại ra đời và được cấp bằng sáng chế vào 23 tháng

11 năm 1923

Không hoàn toàn như các đèn tín hiệu đương thời, đèn tín hiệu của Morgan giống như một cái cột hình chữ T, nó đề cao ba trạng thái: dừng, đi và dừng tất cả mọi hướng Trạng thái thứ ba, tạm dừng tất cả mọi hướng cho phép

người đi bộ có thể băng qua đường một cách an toàn hơn Phát minh của Morgan được sử dụng khắp bắc Mỹ trước khi nó được cải tiến như hệ thống đèn tín hiệu thông thường hiện nay Có thể nói, phát minh của Morgan là cơ sở cho những hệ thống đèn tín hiệu hiện đại như ngày nay

Hình 1.3 Bản vẽ đèn tín hiệu của Garrett A Morgan Sau 1923, hệ thống đốn tớn hiệu vẫn phải cú người vận hành Tớnh riờng tại New York, hơn 100 cảnh sỏt phải làm việc 16h một ngày và tổng tiền lương

ở mức 250.000 USD mỗi năm Do những khú khăn trờn nờn người ta bắt đầu nghiờn cứu hệ thống điều khiển tự động Tuy nhiờn, phải gần 20 năm sau, ước

mơ của cảnh sỏt giao thụng mới trở thành sự thật

Năm 1950, đốn xanh đỏ tự động được sử dụng rộng rói ở Canada và phỏt triển nhanh chúng trờn thế giới Ngày nay, hệ thống đốn tớn hiệu hiện đại hơn rất nhiều, tớch hợp nhiều tớnh năng như tự động chụp hỡnh xe vượt đốn đỏ 1.3 Mục tiêu điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút giao thông

Tại các nút giao thông điều khiển theo luật đường chính đường phụ mà lưu lượng xe trên đường chính quá lớn, xe trên đường phụ phải chờ lâu, người lái xe có cảm giác khó chịu và dẫn đến những xử lý không đúng, cho xe cắt qua

dòng xe chính khi không đủ khoảng thời gian trống cần thiết, dễ phát sinh tai nạn

Qua thống kế cho thấy rằng:

- Thời gian chờ 0 ữ 20 s, người lái xe không thấy khó chịu

- Thời gian chờ 20 ữ 45 s người lái xe bắt đầu thấy khó chịu

- Thời gian chờ lớn hơn 45 s đa số người lái xe khó chịu dẫn đến sử lý không đúng, có thể gây tai nạn giao thông Đối với các trường hợp này thì nên chuyển sang điều khiển nút giao thông bằng cảnh sát hay bằng đèn tín hiệu để nâng cao an toàn cho người lái xe

Điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu cũng làm tăng khả năng thông qua của nút, giảm tai nạn giao thông, giảm hiện tượng ùn tắc Khả năng thông qua của nút giao điều khiển bằng đèn lớn hơn rất nhiều so với nút không có đèn tín hiệu Kinh nghiệm cho thấy khả năng thông qua nút điều khiển bằng đèn gấp

đôi nút không có đèn và bằng khoảng 60% nút giao thông khác mức Điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu làm tăng văn minh đô thị

Nói chung, đèn tín hiệu với công nghệ kỹ thuật hiện đại mang lại hiệu quả rất lớn cho quản lý giao thông đô thị Nếu được liên kết điều khiển theo mạng lưới nút giao, thì mỗi nút giao có đèn tín hiệu có thể coi như một cửa ngõ

để điều tiết giao thông và phối hợp với các nút khác trong toàn mạng để giảm thiểu sự ùn tắc giao thông trong đô thị và nó có thể nâng cao chất lượng chất lượng dòng xe, ngoài ra nó có thể đưa ra các thứ tự ưu tiên hợp lý đối với các loại hình phương tiện giao thông khác nhau, ví dụ ưu tiên đi bộ, xe đạp, xe công cộng, sau đó mới đến các loại xe cơ giới khác, tạo cho người sử dụng đường có cảm giác yên tâm khi vượt qua nút giao

1.4 Những nhược điểm khi điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút

Nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu cũng có những nhược điểm sau:

- Chi phí xây dựng và khai thác lớn Chi phí xây dựng một nút đèn tín hiệu còn tuỳ thuộc các thiết bị sử dụng (tủ điều khiển, đèn ) nhưng dao động trong khoảng 500 triệu một nút Các chi phí khai thác hàng năm như tiền điện,

- Tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường cũng tăng lên khi thời gian chu kỳ lớn Trong thời gian một chu kỳ 60 giây, lượng tiêu hao nhiên liệu cho

- An toàn giao thông tại nút cũng không thật cao, ví dụ trong trường hợp

đèn đỏ hỏng mà nút vẫn hoạt động, hoặc nghĩa vụ chờ bị vi phạm (vượt đèn đỏ) Tình trạng này cũng khá phổ biến ở Hà nội nói riêng cũng như các đô thị ở Việt Nam nói chung do ý thức của người tham gia giao thông còn hạn chế

1.5 Các biện pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút giao thông

Việc thực hiện điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu được áp dụng cho từng nút giao thông riêng biệt hay cho cả một nhóm nút cùng nằm trên một

đường trục phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: các đặc trưng của dòng xe (thuần nhất hay hỗn tạp, dòng xe chạy trên đường theo cùng một tốc độ hay nhiều nhóm tốc độ khác nhau, lưu lượng và mật độ xe ), khoảng cách giữa các nút giao Hiện nay trên thế giới, có các biện pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại nút là:

- Điều khiển giao thông tại nút bằng đèn tín hiệu độc lập

- Điều khiển giao thông tại nút bằng đèn tín hiệu phối hợp

1.5.1 Biện pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu độc lập

Thực chất, đó là các nút có bố trí đèn tín hiệu nhưng hoạt động độc lập

mà không có sự liên hệ với các nút khác trên trục đường hoặc trên mạng lưới

đường Các nút đèn độc lập có thể hoạt động theo cơ chế sau:

- Đèn tín hiệu do người điều khiển:

hình xe chạy thực tế tại nút mà thay đổi đèn cho phù hợp, làm cho xe kịp thời

qua nút, giảm thời gian chết nâng cao được khả năng thông xe Tuy nhiên cần phải có người luôn luôn thường trực

- Đèn tín hiệu hoạt động theo chu kỳ cố định:

Căn cứ vào lưu lượng xe chạy đr được khảo sát, định ra chu kỳ đèn và thời gian của từng loại đèn Chu kỳ đèn và thời gian từng đèn có thể thay đổi trong ngày và hoạt động trong một thời gian nhất định như vào giờ cao điểm, giờ thấp điểm Loại đèn này tuy không cần người điều khiển, nhưng đèn thay

đổi một cách máy móc theo chu kỳ đr định bất kể lúc đó có xe hay không, gây tổn thất thời gian một cách vô ích

- Đèn tín hiệu hoạt động theo chu kỳ thay đổi phù hợp với lưu lượng xe:

Để khắc phục các nhược điểm của nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu có chu kỳ cố định, người ta sử dụng biện pháp điều khiển giao thông bằng

đèn tín hiệu có chu kỳ thay đổi phù hợp với lưu lượng xe Tại các đầu vào nút có lắp đặt các thiết bị đếm xe hoặc các camera giao thông, các số liệu đếm xe hoặc hình ảnh giao thông được truyền về trung tâm điều khiển, tại đây sử dụng các chương trình tính toán hoặc thông qua kinh nghiệm của người điều hành giao thông mà thay đổ chu kỳ phù hợp với lưu lượng xe của từng hướng đường vào nút Thông thường để đảm bảo an toàn giao thông người ta sử dụng chương trình với thứ tự các pha không thay đổi, chỉ kéo dài hay làm ngắn thời gian đèn xanh của các pha cho phù hợp với lưu lượng giao thông ở mỗi pha thời gian đèn xanh thay đổi từ giá trị nhỏ nhất tới giá trị lớn nhất đảm bảo thời gian chu kỳ

việc tổn thất thời gian

1.5.2 Biện pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu phối hợp

a ưu nhược điểm của biện pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu phối hợp

Điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu phối hợp là một tiến bộ lớn so với điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu độc lập So với việc điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu độc lập, thì phương pháp điều khiển giao thông bằng

đèn tín hiệu phối hợp có những ưu điểm sau:

- Nâng cao tốc độ trung bình xe chạy và giảm thiểu được việc dừng xe tại nút

- Xe chạy trên đường phố nhịp nhàng đều đặn hơn, làm tăng khả năng thông xe của nút, giảm thiểu sự ùn tắc của nút

- Tốc độ xe hành trình xe chạy trên đường được nâng cao

- Tốc độ xe chạy của phương tiện giao thông trên đường phố là tương

đối đồng đều vì không cho phép xe chạy với tốc độ quá cao và buộc các lái xe

đang đi với tốc độ nhỏ phải tăng tốc để kịp đến các nút giao khi có đèn xanh nhằm tránh bị dừng khi có đèn đỏ

- Điều khiển giao thông phối hợp giúp cho tai nạn giao thông giảm xuống, vì khi tới nút giao xe gặp ngay đèn xanh nên không xảy ra tình huống xe

ở phía sau đâm vào xe phía trước

- Các phương tiện xe thô sơ và người đi bộ an toàn hơn và tuân thủ quy tắc hơn khi đi qua đường

Tuy nhiên, biện pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu phối hợp cũng đòi hỏi phải có một trình độ nhất định về điều kiện đường, về điều kiện giao thông, về trang thiết bị tại nút cũng như trung tâm điều khiển

Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp có thể phân làm hai loại:

- Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp đồng bộ

- Hệ thống điều khiển giao thông theo quy luật “làn sóng xanh”

b Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp đồng bộ

Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp đồng bộ là hệ thống điều khiển

mà cùng một lúc thay đổi tín hiệu đèn của tất cả các nút trên một tuyến phố

Hệ thống điều khiển phối hợp đồng bộ đơn giản nhất là truyền đồng thời các tín hiệu đèn đồng màu và các tín hiệu đèn khác màu trong cùng một thời gian như nhau trên tất cả các nút giao thông liền kề

- Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp đồng bộ truyền đồng thời các tín hiệu đèn cùng màu

Theo biện pháp này thì các ngr tư trên đường chính có các pha đèn xanh,

đỏ trong cùng một khoảng thời gian Hệ thống điều khiển loại này chỉ có lợi trong trường hợp khi khoảng cách giữa các ngr tư như nhau và thời gian cần thiết để xe chạy từ nút này đến nút kia với tốc độ không đổi không lớn hơn thời gian một chu kỳ đèn Nếu khoảng cách giữa các ngr tư không bằng nhau thì xe

buộc phải thay đổi tốc độ Do vậy quan hệ giữa thời gian một chu kỳ đèn, tốc độ

xe chạy và khoảng cách giữa các nút nh− sau:

Tp = vl

Trong đó:

l: khoảng cách giữa các ngr t− (m) v: vận tốc xe chạy (m/s)

Hình 1.4 Điều khiển phối hợp truyền đồng thời tín hiệu cùng màu

- Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp đồng bộ truyền đồng thời các tín hiệu đèn khác màu

Hệ thống điều khiển loại này được áp dụng khi đoàn xe đi với một tốc độ xác định qua một nút giao ở đầu chu kỳ đèn tới nút giao tiếp theo thì bắt đầu bật

đèn xanh qua thời gian bằng 0.5, 1.5, 2.5 chu kỳ đèn Trong điều kiện thuận lợi, khi các dòng xe chạy ngược chiều có tốc độ như nhau, khoảng cách giữa các ngr tư bằng nhau thì thời gian một chu kỳ đèn tính theo công thức sau:

TP=v

a.l (với a=0,5; 1,5; 2,5)

c Hệ thống điều khiển giao thông theo làn sóng xanh

Hệ thống điều khiển theo làn sóng xanh có thể được áp dụng khi giữa các nút giao có khoảng cách không bằng nhau Do vậy, phương pháp điều khiển này

được áp dụng nhiều hơn so với phương pháp điều khiển phối hợp đồng bộ vì trong thực tế, khoảng cách giữa các nút giao không bằng nhau

Khi tính toán điều khiển phối hợp theo “làn sóng xanh”, trục đường điều khiển theo “làn sóng xanh” phải bảo đảm điều kiện sau:

- Là đường một chiều

- Nếu là đường hai chiều thì phải đảm bảo:

+ Đường phải có ít nhất 4 làn xe và một dải phân cách + Tại các nút giao phải có làn dành riêng cho xe rẽ trái và bố trí đủ thời gian đèn xanh cho xe rẽ trái Nếu không thì có thể cấm xe rẽ trái

+ Thành phần xe chạy trên đường phải tương đối đồng đều, đảm bảo vận tốc tương đối giống nhau, điều này phải có biển báo vận tốc ở ven

đường

+ Tại các nút giao thường được điều khiển với cùng một chu kỳ

- Cách tính làn sóng xanh cho đường một chiều:

Các nút điều khiển cùng một chu kỳ và thời gian bắt đầu xanh của nút sau chậm hơn thời gian bắt đầu xanh của nút trước một khoảng thời gian

V

L

L là khoảng cách giữa 2 nút (m), V là vận tốc xe chạy (m/s)

- Đối với đường 2 chiều

toán cho nút chính của trục đường:

t2T

P

−

Σ+

My

YSơ đồ cơ bản miêu ta thời gian 1 chu kỳ nh− hình 1.6

V2

(m) với V (m/s) là vận tốc làn sóng xanh

Trên sơ đồ ta thấy rằng nếu khoảng cách giữa các nút giao thông đều bằng lm thì rất dễ dàng cho việc tính toán và bố trí điều khiển Trong thực tế khoảng cách các nút không đồng đều vì vậy phải thay đổi thời gian xanh hay vận tốc cho phù hợp

khoảng l thì phải kiểm tra điều kiện bảo đảm thời gian xanh cho dòng xe cắt qua trục đường được điều khiển bằng làn sóng xanh

Trên hình vẽ GA1, GE1 là thời gian xanh bắt đầu và kết thúc cho hướng

đi

GA2, GE2 là thời gian bắt đầu và kết thúc cho hướng về Thời gian xanh cho các hướng không được điều khiển bằng làn sóng xanh chỉ có thể đựơc bố trí trong các khoảng GE2 (chu kỳ trước) đến GA1, GE1 đến GA2, GE2 đến GA1 (của chu kỳ tiếp)

Tính toán điều khiển theo làn sóng xanh (điều khiển phối hợp) rất phức tạp vì vưa ưu tiên cho hướng chính lại đảm bảo thông xe cho hướng cắt qua, khi khoảng cách các nút không đều nhau

Các nước tiên tiến người ta tính theo phương pháp chuyển, người ta lập phương án với một chu kỳ điều khiển với vị trí ban đầu sau đó cho dịch chuyển dần để tim phương án tối ưu

Trường hợp trên trục đường không nhiều nút dùng phương pháp vẽ xác

định thời gian bắt đầu và kết thúc cho từng cụm đèn (Hình 1.7)

Hình 1.7 Ví dụ về sử dụng phương pháp vẽ xác định thời gian từng đèn

1.5.3 Biện pháp nên sử dụng ở các đô thị lớn Việt Nam hiện nay

Hiện nay, tại các đô thị ở nước ta, do dòng xe đi trên đường là dòng xe hỗn tạp gồm nhiều phương tiện xe thô sơ, xe máy và ô tô chạy với tốc độ khác nhau và do mạng lưới giao thông chưa hoàn chỉnh nên việc áp dụng phương pháp điều khiển giao thông tại nút bằng đèn tín hiệu phối hợp là chưa hiệu quả Hơn nữa, việc thiết kế, tính toán điều khiển bằng đèn tín hiệu tại các nút độc lập

là cơ sở để thiết kế tính toán điều khiển phối hợp cho một trục đường hay cho mạng lưới đường Do đó luận án này tập trung vào nghiên cứu điều khiển giao thông cho một nút độc lập, loại điều khiển phổ biến nhất tại các đô thị lớn của nước ta hiện nay

1.6 Các thông số cần phải thu thập, tính toán khi ĐIềU KHIểN GIAO THÔNG BằNG ĐèN TíN HIệU TạI NúT ĐộC LậP

1.6.1 Lưu lượng xe vào nút và biểu đồ lưu lượng

Lưu lượng xe tại nút thông thường được xác định thông qua việc đếm xe Việc đếm xe và xác định lưu lượng xe tại nút có các tác dụng sau:

- Xác định lưu lượng và thành phần xe cộ qua nút, xác định năng lực phục

vụ của nút hiện trạng, làm cơ sở để tính toán lưu lượng xe chạy cho năm tính toán tương lai

- Tạo cơ sở dữ liệu để tính toán chu kỳ đèn tín hiệu, số lượng pha và phân thời gian xanh cho từng hướng

- Để bố trí số lượng làn xe và đảo giao thông tại nút giao thông cho hợp lí

- Để xuất các biện pháp cải tạo nút, kết hợp với đèn tín hiệu

Chính vì vậy, đây là một trong những đầu vào quan trọng cần phải được

tổ chức tốt để có các số liệu đáng tin cậy trong thiết kế Công tác này được thực hiện như sau:

a Lập sơ đồ các luồng xe

Đánh mr số và ghi cụ thể hướng dòng xe Tại mỗi mặt cắt đường vào nút

có ba luồng cho mỗi loại xe là xe đi thẳng, xe rẽ phải và xe rẽ trái

b Phân chia các phương tiện giao thông ra nhiều loại khác nhau

Dựa theo tính chất, đặc điểm và tốc độ của phương tiện giao thông để phân loại Theo tiêu chuẩn này, có thể căn cứ vào thành phần xe chạy hỗn tạp hiện nay trong các thành phố lớn của nước ta (Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng…) mà có thể chia ra ba nhóm xe:

+ Xe tải hạng siêu nặng (4 trục trở lên)

+ Container

+ Xe khách và xe buýt nhỏ (4 bánh, dưới 20 chỗ) + Xe khách và xe buýt lớn (6 bánh, trên 20 chỗ) + Máy kéo, công nông

8 7 95 4

6

11 10 12

c Phương pháp đếm

Có thể đếm bằng thủ công và đếm bằng máy

- Đếm thủ công do con người thực hiện Mỗi người phụ trách một hướng

đối với một nhóm xe Như vậy, mỗi ngr ba cần 6 người cho một nhóm xe và 6x3=18 người cho ba nhóm xe, mỗi ngr tư cần 12 người cho một nhóm xe và 12x3=36 người cho ba nhóm xe Mỗi giờ đếm được chia làm 4 thời đoạn, mỗi thời đoạn 15’ Mẫu ghi kết quả đếm xe có thể xem ở bảng 1.1 sau

Bảng 1.1 Mẫu ghi kết quả đếm xe

- Đếm bằng máy: xác định lưu lượng xe và tải trọng xe trên đường bằng

hệ thống đếm tự động đặt trên mặt đường hoặc hai bên đường

Tuy nhiên, việc đếm bằng máy khó thực hiện được với một nước có giao thông phức tạp như nước ta mà tỷ lệ xe máy và xe thô sơ còn chiếm một tỷ lệ lớn Hơn nữa chỉ xác định được lưu lượng và tải trọng của các nhánh đường vào nút mà không xác định được lưu lượng của các hướng Cũng có thể kết hợp quay camera với phương pháp chuyên gia để xác định tỷ lệ các loại xe đi theo các hướng sau khi đr vào nút

d Xử lý số liệu

Trước khi xử lý số liệu, phải có người ngoài nhóm kiểm tra số liệu của các nhóm đếm xe mang về xem có đủ tin cậy hay không Muốn vậy, phải xem

số liệu lưu lượng xe và thành phần xe chạy hướng vào từ một mặt cắt và hướng

đi ra khỏi mặt cắt khác nhau của nút Số liệu đếm được là tin cậy khi tổng lượng

xe đi ra khỏi mặt cắt của nút bằng lượng xe đi vào của một mặt cắt nhất định

Ngoài ra, nếu cùng một thời điểm đếm xe tại các nút liên tiếp liền kề thì cần kiểm tra sao cho lượng xe ra vào của nút này gần tương đương với lượng xe

ra vào của nút liền kề Sở dĩ có sai số (không lớn) là do có trường hợp xe dừng lại giữa hai phố và rẽ vào các ngõ hẻm

Tính đổi các loại xe về xe con tiêu chuẩn: Việc tính đổi xe được tiến hành theo công thức:

Trong đó:

có thể tham khảo như sau:

70 70

a) Biểu đồ lưu lượng tại nút phức tạp

Hình 1.9 Ví dụ về biểu đồ lưu lượng

Từ các số liệu đếm được, cần xác định các loại lưu lượng sau:

- Lưu lượng xe giờ cao điểm theo các luồng xe cho từng nhóm xe theo từng buổi (sáng, trưa, chiều) của từng ngày

- Lưu lượng xe giờ cao điểm đặc trưng cho từng nhóm xe đr quy đổi ra xe tiêu chuẩn

- Lưu lượng xe giờ cao điểm của cả ba nhóm xe theo từng hướng đr quy

đổi ra xe tiêu chuẩn

- Vẽ biểu đồ lưu lượng xe chạy của nút

- Tính tỷ lệ phần trăm các luồng xe ra vào nút làm cơ sở cho việc nhận

định và lựa chọn hướng ưu tiên và thời gian xanh cho từng pha

1.6.2 Hệ thống pha, thời gian chuyển pha và thời gian chu kỳ

a Pha và hệ thống pha

Pha là hệ thống điều khiển cho một số hướng nhất định Tuỳ thuộc vào lưu lượng xe và mức độ phức tạp của các dòng xe tại nút mà có thể điều khiển bằng 2 pha, 3 pha hoặc 4 pha Tuy nhiên, việc điều khiển bằng nhiều pha phải

được cân nhắc so sánh kỹ lưỡng vì càng nhiều pha thì tổn thất thời gian chuyển pha càng tăng làm giảm khả năng thông qua của nút

b Các sơ đồ pha

- Sơ đồ pha tại các ngI tư

Tại các ngr tư, tuỳ theo lưu lượng xe rẽ trái chiếm tỷ lệ nhiều hay ít, hoặc tuỳ theo bề rộng mặt cắt ngang của đường vào nút nhỏ hay lớn mà ta có thể áp dụng một trong ba sơ đồ với các chu kỳ 2 pha, 3 pha hoặc 4 pha

* Sơ đồ hai pha

Tại các nút đơn giản nên thiết kế điều khiển 2 pha, đây là loại hình điều khiển đơn giản nhất bằng đèn tín hiệu Nó có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện, tuy nhiên nó vẫn còn tồn tại dòng rẽ trái ngăn cản dòng đi thẳng ngược chiều, nên ở những nút giao thông lớn, thành phần dòng xe phức tạp thì nó dường như

là không phù hợp

Khi điều khiển giao thông theo sơ đồ này thì chỉ lưu tâm cho các dòng xe

đi theo hướng thẳng Các xe rẽ trái phải lựa chọn tìm được “khoảng gián cách”

để rẽ trái trong thời gian còn bật đèn xanh theo hướng thẳng

Hình 1.11 Sơ đồ điều khiển ba pha cho ngI t−

Để điều khiển giao thông theo sơ đồ ba pha cần thực hiện các biện pháp sau:

* Sơ đồ bốn pha

Khi lượng xe rẽ trái từ cả hai hướng đường vào ngr tư đều lớn, để tách hai dòng xe này nhằm tăng an toàn xe chạy thì có thể áp dụng sơ đồ bốn pha Với sơ đồ này các giao cắt bị triệt tiêu hoàn toàn, nhưng có thể gây ức chế cho người tham gia giao thông vì làm tăng thời gian chờ

Hình 1.12 Sơ đồ điều khiển bốn pha cho ngI tư

- Sơ đồ pha tại các ngI ba

Tại các ngr ba độc lập có thể điều khiển theo sơ đồ hai pha hoặc ba pha

* Sơ đồ hai pha

Pha bPha a

Hình 1.13 Sơ đồ điều khiển hai pha cho ngI ba

* Sơ đồ ba pha

Hình 1.14 Sơ đồ điều khiển ba pha cho ngI ba

d Thời gian chuyển pha

Là khoảng thời gian tính từ lúc kết thúc pha này đến lúc bắt đầu pha kia Khoảng thời gian này phải đảm bảo quá trình giao thông diễn ra an toàn, các xe

e Chu kỳ đèn

trình điều khiển, tức là khoảng thời gian bắt đầu xanh của pha này đến lúc bắt

đầu xanh pha đó ở quá trình tiếp theo

1.6.3 Quy luật xe đến nút và rời nút

- Qui luật xe tới nút

Số lượng xe tới nút của pha trong mỗi chu kỳ đèn được xác định theo qui luật phân bố xác xuất poisson:

x m )

k x , m (

!x

m.eP

Trong đó:

P là tích luỹ xe đến nút của pha trong chu kỳ với số xe x ≤ k

m là số lượng xe trung bình tới nút trong 1 chu kỳ:

P

T3600

M

m =

M là lưu lượng xe lớn nhất trên 1 làn trong pha đang xét

Có thể tra P ở các sổ tay toán học

- Qui luật xe rời nút

Mục đích là xác định số xe lớn nhất có thể rời khỏi nút ( qua vạch dừng) trong khoảng thời gian xanh

Khi gặp đèn đỏ, các xe tới nút phải chờ trước vạch dừng, đến khi đèn xanh xuất hiện, các xe thứ tự rời khỏi nút như hình 1.15 dưới đây:

Hình 1.15 Các xe xếp hàng chờ trước nút khi có đèn đỏ

f

a X

t

tT

Trong đó:

1.6.4 Khả năng thông xe

Khả năng thông qua của nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu là số lượng xe lớn nhất có thể thông qua nút theo tất cả các hướng trong một đơn vị thời gian Đơn vị thời gian thông thường được chọn là một giờ (giờ cao điểm)

Khả năng thông qua của nút phụ thuộc vào nhiều nhân tố đồng thời cùng diễn ra; tuy nhiên có thể phân thành ba nhóm yếu tố sau đây:

a Điều kiện đường

Điều kiện đường bao gồm các yếu tố hình học của nút như: Bề rộng làn

xe, số làn xe của các nhánh đường vào nút, độ dốc dọc, bán kính rẽ, loại mặt

đường, hệ số bám ϕ, vị trí làn dừng xe, khoảng các giữa các nút, cấu tạo kiểu nút, loại vùng lrnh thổ…Trong số này yếu tố bề rộng làn xe và số làn xe (bề rộng nhánh dẫn) có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thông qua của nút Thông

thường khi bề rộng nhánh dẫn lớn thì với một lượng xe trong một hàng chờ nhất

định, chiều đài hàng chờ không lớn do vậy khi có tín hiệu xanh, xe trong hàng chờ thường thoát hết thời gian xanh được tận dụng làm tăng khả năng thông qua của nút Ngựơc lại khi bề rộng nhánh dẫn nhỏ củng với một lượng xe như trên nhưng chiều dài hàng chờ lớn hơn, phải cần thời gian xanh dài hơn để có thể tiêu tán số lượng xe trong hàng chờ dẫn đến thời gian chu kỳ đèn tăng lên, kéo theo tổn thất thời gian và khả năng thông qua của nút cũng giảm xuống Như vậy có thể nói rằng bề rộng nhánh dẫn tỷ lệ với số lượng xe có thể thoát ra qua nút ứng với từng điều kiện cụ thể của từng nút, đây là một trong các yếu tố rất quan trọng được xem xét khi đưa ra tiêu chuẩn thiết kế hình học cho nút Ngoài

ra yếu tố qui hoạch của khu vực nút như việc bố trí các công trình công cộng, quảng trường cũng ảnh hưởng đến hoạt động chung của cả nút

b Các điều kiện về giao thông bao gồm:

- Yếu tố giờ cao điểm

- Yếu tố bro hoà trên nhánh dẫn

- Lưu lượng xe chạy trên mỗi nhánh, chiều dài hàng chờ

- Tốc độ trung bình của các phương tiện

- Phân bố tỷ lệ xe theo hướng chuyển động: xe rẽ trái, rẽ phải, đi thẳng

- Thành phần dòng xe theo mỗi hướng cũng như loại xe: xe tải và xe buýt

Yếu tố bro hoà của nhánh dẫn cũng như lưu lượng của dòng xe và chiều dài hàng chờ được xem xét là những yếu tố rất quan trọng bởi khi lượng xe trong hàng chờ của nhánh dẫn đạt tới trạng thái gần bro hoà và bro hoà tức là số

xe thoát qua nút là lớn nhất, tổn thất thời gian là ít nhất Yếu tố bro hoà có giá trị từ 0,0 đến 1,0

ảnh hưởng của hướng chuyển động: Dòng rẽ phải ít chịu ảnh hưởng của các dòng khác nên khả năng thoát qua nút của nó thường cao hơn Dòng đi thẳng bị cản trở bởi dòng rẽ trái, rẽ phải trong hàng chờ và của dòng rẽ trái hướng đối diện, còn dòng rẽ trái là bất lợi nhất do vừa phải tách ra khỏi dòng đi thẳng cùng chiều rồi cắt qua dòng đi thẳng, dòng rẽ trái đối diện (trừ trường hợp

rẽ trái cắt mặt), hành trình xe chạy dài, quĩ đạo không ổn định, tốc độ thấp nên khả năng thoát qua nút thường rất thấp

ảnh hưởng của thành phần dòng xe cũng rất đáng kể đặc biệt đối với xe tải nặng và xe buýt, ở nước ta xe đạp cũng là một trong những phương tiện gây

ảnh hưởng đến khả năng thông qua của nút

c Điều kiện tổ chức- điều khiển giao thông

Bao gồm toàn bộ những thông số về tín hiệu, báo hiệu như: Sơ đồ pha, thời gian chu kỳ, phân phối các thời gian xanh, đỏ, vàng, phương pháp điều khiển (điều khiển độc lập hay điều khiển phối hợp), thời gian xanh cho bộ hành qua nút hệ thống biển, vạch kẻ trên mặt bằng nút cũng như hệ thống qui tắc giao thông

Số pha trong một chu kỳ điều khiển, thường dùng sơ đồ hai pha, trường hợp dòng rẽ trái chiếm tỷ lệ cao trong tổng dòng hoặc có ưu tiên đặc biệt mới sử dụng chu kỳ 3 hoặc 4 pha Thời gian của một chu kỳ và sự phân chia thời gian xanh, thời gian vàng, và thời gian đỏ được xác định trên cơ sở của hai yếu tố về

điều kiện đường và điều kiện giao thông như đr nêu ở trên Thời gian xanh tối thiểu được xem xét trên cơ sở có xét đến thời gian xanh cho bộ hành

1.7 Các thiết bị được sử dụng khi điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu

1.7.1 Trung tâm điều khiển giao thông và các thiết bị của trung tâm điều khiển

a Trung tâm điều khiển

Tại các đô thị lớn trên thế giới, để điều hành mọi hoạt động giao thông tại nút, nhằm chống ùn tắc, tăng nhanh tốc độ xe chạy và giảm tai nạn giao thông, người ta đr xây dựng và khai thác hệ thống điều khiển giao thông với các trung tâm điều khiển có trang thiết bị hiện đại, có đủ khả năng quan sát, tự động thu thập các thông tin cần thiết và các dòng xe đang ra vào nút giao thông hoặc trên

các đường phố Trên cơ sở đó, tổ chức điều khiền giao thông một cách có hiệu quả cho từng khu vực hoặc cho cả thành phố

ở Mỹ, từ cuối năm 1950 hệ thống điều khiển giao thông tự động với trung tâm điều khiển đr thực hiện điều hành trên 30% số nút giao thông ở thành phố NewYork ở các nước như Canada, Đức, Pháp, Nhật từ lâu đều đr có hệ thống điều khiển giao thông tự động mang tên như “Toronto”, “Berlin” ở Nga,

đến năm 1968 mới thực hiện điều khiển tự động cho 7 nút giao thông quan trọng ở Mat cơ va

Tại Việt Nam, năm 1998 đr xây dựng và đưa vào hoạt động một trung tâm điều khiển (loại quan sát bằng truyền hình) tại thủ đô Hà nội ở thành phố

Hồ Chí Minh cũng đr xây dựng 5 trung tâm điều khiển để điều hành giao thông cho các quận trong thành phố

Trung tâm điều khiển có thể phân ra hai loại sau:

- Trung tâm điều khiển quan sát bằng truyền hình

- Trung tâm điều khiển giao thông tự động

- Trung tâm điều khiển quan sát bằng truyền hình

Tại các nút giao thông, người ta sẽ đặt các Camera để từ trung tâm điều khiển có thể quan sát trực tiếp hiện trạng giao thông của từng nút trên màn hình

Từ các quan sát trực tiếp trên màn hình ở trung tâm sẽ ra lệnh điều khiển tới các nút giao thông (thay đổi chu kỳ đèn hoặc cho cảnh sát giao thông đang làm nhiệm vụ tại nút)

Như vậy, từ trung tâm này, không những thực hiện điều khiển trực tiếp giao thông tại nút mà quan sát qua truyền hình có thể thấy rõ được hình ảnh về mật độ, thành phần xe chạy, tình trạng ùn tắc, nguyên nhân xảy ra tai nạn giao thông Đồng thời qua quá trình quan trắc có thể nghiên cứu được quy luật dòng

xe, phản ứng của lái xe trong dòng, tốc độ của từng loại phương tiện đi lại trong nút

Hệ thống điều khiển giao thông với trung tâm điều khiển quan sát bằng truyền hình có ưu điểm là cơ cấu đơn giản, không tốn kém nhưng có nhược

điểm là hiệu quả điều hành giao thông phụ thuộc vào kinh nghiệm của người quan sát và ra lệnh tại trung tâm

ở nước ta, các phương tiện giao thông đi lại trong các thành phố có thành phần hỗn tạp bao gồm cả thô sơ và cơ giới với lượng xe máy chiếm số đông trong thành phần dòng xe nên việc trang bị một trung tâm điều khiển bằng truyền hình tại các thành phố lớn là phù hợp với hoàn cảnh hiện tại của nước ta

- Trung tâm điều khiển giao thông tự động

Tại các nút giao thông, người ta đặt các máy đếm xe (detector) trước vạch dừng xe khoảng 20 đến 30m Các detector này có chức năng thu nhận những thông tin số liệu cần thiết về: lưu lượng, mật độ, thành phần, tốc độ xe Các thông tin này được truyền từ máy đếm xe về bộ điều khiển tại chỗ đặt ngay tại nút sau đó truyền về trung tâm điều khiển Tại trung tâm điều khiển, các thông tin này sẽ được các mày tính điện tử thu nhận và giải các bài toán tối ưu về điều khiển Kết quả của bài toán sẽ trở thành các lệnh được truyền qua hệ thống điều khiển từ xa đến các nút giao thông và hệ thống đèn tín hiệu đặt tại nút sẽ tự

động bật các pha đèn theo đúng lệnh điều khiển

Trên các nước tiên tiến, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển giao thông tự động với quan sát truyền hình

b Các thiết bị của trung tâm điều khiển

Thiết bị chủ yếu của trung tâm điều khiển bằng truyền hình bao gồm:

- Các Camera truyền hình đặt tại nút giao thông: vị trí các Camera phải chắc chắn an toàn sao cho Camera có thể truyền được toàn bộ và đúng hình ảnh hiện trạng của nút giao thông vào bất kỳ thời điểm nào trong ngày và ban đêm Các ống truyền hình có độ nhạy phù hợp với độ sáng thường xuyên thay đổi của

đường và thời gian tự động thay đổi chế độ làm việc của Camera không lớn hơn

5 giây Phạm vi quan sát của Camera từ 10 đến 500 m với bề rộng đường phố từ

10 đến 30 m Camera phải đảm bảo quay được trên mặt phẳng nằm ngang với

sát phải phân biệt được biển số của xe chạy với tốc độ 60km/h

- Hệ thống cáp truyền dẫn: để truyền tín hiệu hình ảnh từ Camera về trung tâm điều khiển

- Máy thu hình: tại trung tâm điều khiển có tổng đài chuyển kênh với các máy thu hình cỡ lớn để quan sát trực tiếp hình ảnh của bất kỳ một Camera nào cần kiểm tra

Thiết bị chủ yếu của trung tâm điều khiển tự động bao gồm:

- Các máy đếm xe (detector): các máy đếm này có nhiều loại, gồm:

+ Loại hoạt động theo xung lượng hơi ép, cảm ứng điện từ Loại này được chôn dưới mặt đường

+ Loại hoạt động bằng siêu âm được treo trên không

+ Loại hoạt động theo nguyên lý quang học được treo hai bên

đường

- Bộ điều khiển tại chỗ (tủ điều khiển - controller): bộ điều khiển tại chỗ

được đặt ngay tại nút có chức năng thu nhận các thông tin do các detector truyền đến, sau đó truyền về tổ hợp máy tính điện tử ở trung tâm qua đường dây cáp hoặc được ghi lại ở băng từ máy ghi tín hiệu đặt ở trung tâm

- Hệ thống máy tính điện tử: các máy này phải có công suất và tốc độ cao cùng các phần mền được cài đặt để giải bài toán tối ưu về điều khiển Có thể chia hệ thống máy tính này thành hai bộ phận thực hiện hai chức năng:

+ Chức năng tiếp nhận, lưu trữ, xử lý thông tin từ dạng tín hiệu sang các thông số tính toán

+ Chức năng giải các bài toán điều khiển tối ưu theo các chương trình đr được nghiên cứu phụ thuộc vào tình huống giao thông xảy ra

- Bộ điều khiển từ xa: sau khi máy tính đr chọn được giải pháp tối ưu mà kết quả thể hiện trên các sơ đồ điều khiển với các bản đồ mạng lưới giao thông

có tỷ lệ lớn thì nhân viên điều khiển theo sơ đồ này bằng cách bấm nút hệ thống

điều khiển từ xa để truyền lệnh điều khiển dưới dạng tín hiệu ngược trở lại cho

bộ điều khiển tại chỗ đặt tại nút giao thông Bộ điều khiển tai chỗ nhận và thi hành thành các lệnh điều khiển các pha đèn tín hiệu (xanh, vàng, đỏ) tại nút giao (Rút ngắn hoặc kéo dài thời gian của các pha đèn) Trong trường hợp không có lệnh từ trung tâm điều khiển bộ phận điều khiển tại chỗ sẽ tự động

điều khiển đèn tín hiệu theo các chương trình cứng đr được cài đặt sẵn

- Ngoài các thiết bị trên, trung tâm điều khiển còn có hệ thống Micro và điện thoại để liên lạc trực tiếp từ trung tâm đến cảnh sát giao thông

đang làm việc tại nút

1 1

1

1

4 4

a Các yêu cầu chung với tủ điều khiển

Tủ điều khiển là bộ phận quan trọng nhất và giá tiền cũng cao nhất của một nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu Nó bảo đảm cho nút điều khiển bằng đèn tín hiệu khai thác đ−ợc an toàn và lâu dài Tủ điều khiển có sự

cố sẽ rất dễ dẫn đến cả hệ thống ngừng hoạt động và nút dễ xảy ra tai nạn Tủ

điều khiển đ−ợc lựa chọn cần đạt đ−ợc các tính năng sau:

- Sử dụng chủ yếu nhôm hoặc thép sơn tĩnh điện làm vỏ máy, dễ điều khiển, thao tác vận chuyển dễ cũng nh− chống ăn mòn tốt

- Tất cả những bộ phận điện tử chính của bộ điều khiển đ−ợc chứa trong một Module điều khiển Chính vì vậy, tạo điều kiện thuận lợi cho bảo d−ỡng, dễ dàng thay thế và thời gian sử dụng dài

- Chuyển lệnh điều khiển sang đèn tín hiệu giao thông và ng−ợc lại cần

đảm bảo: