Mô hình hóa hệ thống đèn giao thông

Bài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nội Bài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nộiBài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nộiBài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nộiBài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nộiBài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nộiBài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nộiBài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nộiBài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nộiBài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nộiBài tập lớn mô hình hóa hệ thống đèn giao thông Đại học công nghiệp hà nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN



BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Môn: Các phương pháp mô hình hóa

Đề tài: Mô hình hóa hệ thống tín hiệu đèn giao thông.

GVHD: Ths.Phùng Đức Hòa

Nhóm thực hiện: Lớp:

1 Lê Quốc Bình

2 Nguyễn Thị Quyên

Hà Nội 23/07/2017

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2017

Giáo viên hướng dẫn Thạc Sĩ: Phùng Đức Hòa

LỜI CẢM ƠN

Bài tập lớn là môn học đánh khả năng làm việc theo nhóm của sinh viên, cũng như tạo cho sinh viên tạo cho sinh viên tính tự lập đánh dấu sự trưởng thành của một sinh viên, và khả năng làm việc dựa vào hướng dẫn của giáo viên, tạo điều kiện cho sinh viên nghiên cứu khóa luận tốt nghiệp kỹ sư sau này và là sự chuyển tiếp trong quá trình phấn đấu, học tập và rèn luyện của một sinh viên để trở thành một kỹ sư công nghệ thông tin Quá trình làm đồ án quá trình học tập, tích lũy và kiểm tra lại kiến thức đã học và đem những kiến thức đó áp dụng vào thực tế.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phùng Đức Hòa.Thầy đã trực tiếp hướng dẫn nhóm em làm Bài Tập Lớn này Trong quá trình thực hiện Bài Tập Lớn,thầy đã tận tình định hướng, hướng dẫn và giúp đỡ nhóm em giải quyết các khó khăn trong quá trình thực hiện bài tập lớn này

Lời cuối cùng, nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy.Chúc thầy và toàn thể gia đình sức khỏe và thành đạt.

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế là tốc độ gia tăng không ngừng về các loại phương tiện giao thông Sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy ra rất thường xuyên.Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để đảm bảo giao thông thông suốt

và sử dụng đèn điều khiển giao thông ở những ngã tư, những nơi giao nhau của các làn đường là một giải pháp Để viết chương trình điều khiển đèn giao thông ta có thể viết trên nhiều hệ ngôn ngữ khác nhau Nhưng cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp chế tạo linh kiện bán dẫn và vi mạch tổng hợp, một hướng phát triển mới của các vi xử lý đó hình thành đó là các vi điều khiển Với nhiều ưu điểm, vi điều khiển đó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Bằng cách áp dụng vi điều khiển trong quá trình sản xuất và xử lý, vi điều khiển đã thực

sự thể hiện được ưu thế của mình so với các thiết bị điều khiển thông thường vì thế việc sử dụng vi điều khiển mang lại hiệu quả khá cao trong việc điều khiển tín hiệu giao thông Xuất phát từ những nhu cầu thực tế giao thông trên đoạn từ Nhổn đến Cầu Giấy tình trạng ách tắc thường xảy ra vào những thời gian cao điểm Đặc biệt là đoạn ngã tư Nhổn Với ham muốn hiểu biết về về lĩnh vực này, nhóm em xin chọn đề tài làm bài tập lớn với đề tài: Mô hình hóa hệ thống đèn giao thông tại đoạn ngã tư Nhổn Mục đích của đề tài này là hiểu biết về vấn đề điều khiển đèn giao thông và quan trọng nhất là những giải pháp giao thông tại các ngã tư và cụm ngã tư nhằm tiết kiệm thời gian và ách tắc giao thông.

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 6

1 Các khái niệm 6

2 Phân loại mô hình 8

2.1 Mô hình đồng dạng: 8

2.2 Mô hình tương tự: 8

3 Mục đích của phương pháp mô hình hóa 9

4 Cách tiến hành phương pháp mô hình hóa 10

5 Lợi ích của phương pháp mô hình hóa 11

CHƯƠNG II Mô hình hóa hệ thống giao thông 11

1 Thực trạng giao thông trên tuyến đường từ Nhổn => Cầu Giấy 11

1.1 Nút giao thông ngã tư Nhổn ( Nhổn – Đan Phượng – Xuân Phương – Tây Tựu ) 11

1.2 Nút giao thông ngã tư Dịch Vọng Hậu ( Hồ Tùng Mậu – Xuân Thủy –Phạm Văn Đồng – Cầu Vượt Mai Dịch ) 12

1.3 Nút giao thông Cầu Giầy (Xuân Thủy - Cầu Giấy - Nguyễn Phong Sắc -Trần Thái Tông ) 14

2 Mô hình hóa hệ thống đèn giao thông 14

2.1 Mục đích và nhiệm vụ 14

2.2 Ưu điểm 15

CHƯƠNG III NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐÈN GIAO THÔNG 15

1 Cấu tạo của hệ thống đèn giao thông tại 1 ngã tư 15

16

2 Nguyên tắc hoạt động 16

3 Giản đồ thời gian cho từng đèn 19

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH 19

1 Phần mềm lập trình 19

2 Giao diện mô phỏng proteus 21

3 Giao diện lập trình cho vi điều khiển 21

4 Giao diện điều khiển đèn giao thông viết bằng C# 22

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

1 Các khái niệm

Phương pháp mô hình hóa là một phương pháp khoa học để nghiên cứu cácđối tượng, các quá trình … bằng cách xây dựng các mô hình của chúng (các môhình này bảo toàn các tính chất cơ bản được trích ra của đối tượng đang nghiên cứu)

và dựa trên mô hình đó để nghiên cứu trở lại đối tượng thực Mô hình: là một hệthống các yếu tố vật chất hoặc ý niệm (tư duy) để biểu diễn, phản ánh hoặc tái tạođối tượng cần nghiên cứu, nó đóng vai trò đại diện, thay thếđối tượng thực sao choviệc nghiên cứu mô hình cho ta những thông tin mới tương tự đối tượng thực

CHƯƠNG I – Tính chất của mô hình:

CHƯƠNG II + Tính tương tự: có sự tương tự giữa mô hình và vật gốc, chúng cónhững đặc điểm cơ bản có thể so sánh với nhau được như: cấu trúc (đẳng cấu), chức

năng, thuộc tính, cơ chế vận hành… Song sự tương tự giữa mô hình và đối tượngthực (vật gốc) chỉ là tương đối.

CHƯƠNG III + Tính đơn giản: mô hình chỉ phán ánh một hoặc một số mặt nào đócủa đối tượng gốc

CHƯƠNG IV + Tính trực quan: mô hình là sự tái hiện đối tượng nghiên cứu dướidạng trực quan

CHƯƠNG V + Tính lý tưởng: khi mô hình hóa đối tượng gốc, ta đã khái quát hóa,trừu tượng hóa, phản ánh đặc tính của đối tượng gốc ở mức độ hoàn thiện hơn (lýtưởng)

CHƯƠNG VI + Tính quy luật riêng: mô hình có những tính chất riêng được quyđịnh bởi các.phần tử tạo nên nó Phương pháp mô hình hóa là một phương phápkhoa học bằng việc xây dựng mô hình của đối tượng nghiên cứu, sao cho việcnghiên cứu mô hình cho ta nhữngthông tin (về thuộc tính, cấu trúc, chức năng, cơchế vận hành ….) tương tự đối tượng nghiên cứu đó Cơ sở logic của phương pháp

mô hình hóa là phép loại suy Phương pháp mô hình hóa cho phép tiến hành nghiêncứu trên những mô hình (vật chất hay ý niệm (tư duy)) do người nghiên cứu tạo ra(lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn đối tượng thực) để thay thế việc nghiên cứu đối tượngthực Điều này thường xảy ra khi người nghiên cứu không thể hoặc rất khó nghiêncứu đối tượng thực trong điều kiện thực tế Phương pháp mô hình hóa xem xét đốitượng nghiên cứu như một hệ thống (tổng thể), song tách ra từ hệ thống (đối tượng)các mối quan hệ, liên hệ có tính quy luật có trong thực tế nghiên cứu, phản ánhđược các mối quan hệ, liên hệ đó của các yếu tố cấu thành hệ thống – đó là sự trừutượng hóa hệ thống thực Dùng phương pháp mô hình hóa giúp người nghiên cứu

dự báo, dự đoán, đánh giá các tác động của các biện pháp điều khiển, quản lý hệthống.Ví dụ: sử dụng phương pháp phân tích cấu trúc (đặc biệt là cấu trúc khônggian, các bộ phận hợp thành có bản chất vật lý giống hệt đối tượng gốc) để phảnánh, suy ra cấu trúc của đối tượng gốc như: mô hình động cơ đốt trong, mô hình tếbào, sa bàn… Phương pháp “chiếc hộp đen” được coi là phương pháp mô hình hóa

chức năng.Trong phương pháp này, người ta đã trìu xuất chức năng của hệ, cònchứcnăng của hệ được mô hình hóa bằng “chiếc hộp đen” cho biết mối quan hệ giữa

“đầu vào” và “đầu ra” của hệ

2 Phân loại mô hình

Phương pháp Mô hình hóa hướng đến việc tạo ra các công cụ tiện dụng phụcvụ

cho những hoạt động nghiên cứu trên các lĩnh vực khác nhau bao gồm cả khoahọctự nhiên và khoa học xã hội Về cơ bản, ngoài cách phân chia theo hai loại môhình

là mô hình tĩnh và mô hình động, phương pháp Mô hình hóa còn chia ra thành cácloại mô hình sau:

CHƯƠNG II Mô hình đồng dạng:

CHƯƠNG VII – Mô hình đồng dạng không gian: là vật thu gọn về không

nhất định để xem xét sự đồng bộ, sự tương tác, tương quan,…giữa các chi tiếttrong tổng thể Một số loại mô hình đồng dạng không gian thường được sử dụng là

sa đồ, mô hình nhà máy, mô hình máy bay,…

CHƯƠNG VIII – Mô hình đồng dạng vật lý: là mô hình mô phỏng những

chất giống hay gần giống với nguyên bản Một vài ví dụ về mô hình đồng dạng vật

lý có thể kể đến như mô hình tái hiện một vụ án, mô hình con đường tiến hóa củađộng vật,

CHƯƠNG IX – Mô hình đồng dạng toán học : dùng một hệ thống các phương trìnhtính

toán (thường phải dùng đến máy tính) để lặp lại hay phán đoán sự kiện, dự báo vềsản xuất, đánh bắt thuỷ hải sản, lũ lụt, thời tiết, dân số, sự phát truyển khoa học –công nghệ,…

CHƯƠNG III Mô hình tương tự:

CHƯƠNG X – Mô hình lý tưởng: bằng những tư duy và lý luận logic toán học,

thống phương trình toán học được xây dựng để miêu tả một sự kiện, hiện tượng bất

kỳ (về vật lý, hoá học, xã hội, tâm lý,…) bằng những quy lật khống chế chủ yếu,

bỏ qua hay bỏ bớt những yếu tố phụ ngoại lai làm nhiễu loạn sự kiện Một số môhình lý tưởng tiêu biểu là mô hình toán về sự rơi tự do trong chân không, hệ thốngphương trình cơ bản Maxwells về điện – từ trường, động học chất điểm, – Mô hình analogie: chỉ những hiện tượng rất khác xa nhau về bản chất vật lýnhưng được mô tả bằng những phương trình (công thức) toán như nhau và các điềukiện đơn trị cũng giống nhau Do đó người ta có thể dung mô hình tương tự đểnghiên cứu những hiện tượng vật lý khác nhau Có thể kể ra một vài ví dụ về môhình analogie như mô hình “tương tự nhiệt điện” (Electro -Thermal AnalogyETA) hay mô hình “ tương tự thuỷ lực – nhiệt” (Hydro – Thermal of Fluid FlowAnalogy HTA)

1 Mục đích của phương pháp mô hình hóa

CHƯƠNG XI – Làm sáng tỏ vấn đề: chúng ta có thể đưa ra được các lỗi của hệ

tiếp cận trực quan đồ họa hơn là từ các dạng trình bày khác như văn bản, đoạn mã,

Hơn nữa, việc mô hình hoá giúp chúng ta dễ dàng hiểu được cách thức hoạtđộng của vấn đề.

CHƯƠNG XII – Mô phỏng được hình ảnh tương tự: hình thức trình bày của

đưa ra được một hình ảnh giả lập như hoạt động thực sự của hệ thống thực tế, điềunày giúp cho người tiếp cận cảm thấy thuận tiện khi làm việc với mô hình (là hìnhảnh thu nhỏ của hệ thống thực tế)

CHƯƠNG XIII – Gia tăng khả năng duy trì hệ thống: các ký hiệu trực quan

năng duy trì hệ thống Thay đổi các vị trí được xác định và việc xác nhận trực quantrên mô hình các thay đổi đó sẽ giúp làm giảm đi số lượng lỗi Do đó, chúng ta cóthể tạo ra các thay đổi nhanh hơn và các lỗi được kiểm soát hoặc xảy ra ít hơn.– Làm đơn giản hóa vấn đề: mô hình hoá có thể biểu diễn vấn đề ở nhiều mức,

từ mức tổng quát đến mức chi tiết, mức càng tổng quát thì ký hiệu sử dụng càng ít(do đó càng đơn giản hoá việc hiểu) và vấn đề được biểu diễn càng tổng quát

2 Cách tiến hành phương pháp mô hình hóa

Từ khi phương pháp Mô hình hóa ra đời đến nay, các nhà khoa học đã sángtạo ra rất nhiều phương pháp khác biệt để mô hình hóa như phương pháp Descartes,phương pháp hệ thống, phương pháp hiện tượng, Nhìn chung, mỗi phương phápđều thể hiện một số ưu điểm và nhược điểm nhất định đối với công tác nghiên cứukhoa học Bài viết xin chỉ ra một quy trình cơ bản nhất để tiến hành phương pháp

Mô hình hóa bao gồm các bước sau đây:

CHƯƠNG XIV – Đánh giá vấn đề, yêu cầu cần đạt được: sử dụng tư duy và

nhìn nhận vấn đề, phân loại các đối tượng và ý tưởng có liên quan

CHƯƠNG XV – Đưa ra một số giả thuyết : dự kiến một số lời giải thích khả

hiện tượng được nêu ra

CHƯƠNG XVI – Thiết kế thử nghiệm: sử dụng các vật liệu, dụng cụ để tạo ra

những số liệu cụ thể, các hiện tượng xảy ra trong quá trình thử nghiệm

CHƯƠNG XVIII – Phân tích dữ liệu: từ những thông tin ghi lại được, tiến hành

tiết nguyên nhân, kết quả, ý nghĩa của vấn đề được nêu ra

CHƯƠNG XIX – Rút ra kết luận và mở rộng vấn đề: rút ra kết luận cho vấn

đặt ra những câu hỏi liên quan để làm rõ vấn đề, từ đó có thể mở ra những nghiêncứu mới.

3 Lợi ích của phương pháp mô hình hóa

CHƯƠNG XX – Là công cụ nghiên cứu hữu ích khi hệ không gian vật lý

tốn kém và tốn thời gian để xây dựng

CHƯƠNG XXI – Cho phép quan sát, nghiệm thu, đánh giá trước khi tiến

nghiệm trên đối tượng, hiện tượng thực tế

CHƯƠNG XXII – Là công cụ có chi phí thấp, dễ dàng xây dựng, tháo lắp và

quá trình tiến hành công việc nghiên cứu Tóm lại, phương pháp Mô hình hóa làmột trong những phương pháp căn bản và thiết yếu nhất đối với những người làmnghiên cứu khoa học Phương pháp này đã đưa đến lời giải cho hàng loạt vấn đềquan trọng và thiết thực đối với cả lĩnh vực khoa học và thực tế đời sống xã hội.Chính vì vậy, chúng ta cần phải nắm chắc và áp dụng linh hoạt phương pháp Môhình hóa để có thể phục vụ công tác nghiên cứu khoa học một cách hiệu quả và tối

ưu nhất

CHƯƠNG IV Mô hình hóa hệ thống giao thông

1 Thực trạng giao thông trên tuyến đường từ Nhổn => Cầu GiấyCHƯƠNG V Nút giao thông ngã tư Nhổn ( Nhổn – Đan Phượng – Xuân Phương – Tây Tựu )

Hình 1.1: Ngã tư Nhổn nhìn từ phía đường Xuân Phương

Đường Nhổn, Đan Phượng là tuyến đường 2 làn cho cả 2 chiều đi, mặc dù 2làn đường rất rộng nhưng vẫn hay thường xuyên xảy ra tắc đường và tai nạn giaothông do một số người đi đường chưa có ý thức khi tham gia giao thông

Đường Xuân Phương và đường Tây Tựu là tuyến đường chỉ có 1 làn cho xeđi

cả 2 chiều nên rất hay thường xuyên xảy ra ắc tách và tai nạn giao thông

Ngã tư có hai trục đường kích thước hình học không đối xứng, cần bố trícụmđèn tín hiệu cho phương tiện và người đi bộ 2 chiều theo 2 hướng như nhau Đây lànút giao thông khá đặc biệt có tới 2 đường 1 làn đó là đường Xuân Phương vàđường Tây Tựu

CHƯƠNG VI Nút giao thông ngã tư Dịch Vọng Hậu ( Hồ Tùng Mậu – Xuân Thủy –Phạm Văn Đồng – Cầu Vượt Mai Dịch )

Hình 1.2: Nút giao thông Dịch Vọng.

Là trục đường 2 làn cho xe đi cả 2 chiều Ngã tư có hai trục đường vớikíchthước hình học không đối xứng, đặc biệt chiều rộng đường và lưu lượng xekhác nhau tương đối lớn, do đó khi bố trí các cụm đèn tín hiệu cho phương tiện vàngười đi cần thêm đèn báo cho rẽ phải khi đèn đỏ (hướng Hồ Tùng Mậu Xuân Thủyđểtránh ùn tắc bởi đường hẹp)

CHƯƠNG XXIII Nút giao thông này nối các khu dân cư đông đúc liền kề nhiềutrường đại học như Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Đại Học Ngoại Ngữ, Đại HọcThương Mại, Cao Đẳng Thương Mại và Du Lịch … nên lượng xe nhiều hơn hẳn.Nút giao thông này được coi là tiêu điểm ùn tắc giao thông của Thành Phố đượcthành phốvà các cơ quan đưa giải pháp nhằm giảm ách tắc tại đây

CHƯƠNG VII Nút giao thông Cầu Giầy (Xuân Thủy - Cầu Giấy - Nguyễn Phong Sắc -Trần Thái Tông ).

CHƯƠNG XXIV Hình 1.3: Nút giao thông Cầu Giấy

CHƯƠNG XXV Ngã tư có 2 trục đường với kích thước hình học không đốixứng và do đó có cấu trúc đặc biệt, làn đường rộng với nhiều làn xe chạy nên ngoài

4 cột đèn tín hiệu giao thông cao 3.8m , tín hiệu đèn giao thông chính được đặt đốidiện nơi thuận tiện cho người điều khiển phương tiện giao thông dễ dàng nhìn thấy.Các cụm đèn tín hiệu gồm đèn cho phương tiện và người đi bộ qua 2 chiều được bốchí theo 2 hướng như nhau Nút giao thông này là nút giao thông quan trọng củathành phố, là hướng đi chủ yếu của các loại xe tải, contener Lượng xe đi qua ngã tưkhông có xe tải vì đã qua cầu vượt nhưng lượng xe con, xe khách và các phươngtiện công cộng thì rất nhiều Nên ở nút này thường xảy ra ách tắc giao thông hanggiờ đồng hồ vào buổi sang và buổi chiều tan tầm Nút giao thông này nối các khudân cư đông đúc liền kề

1 Mô hình hóa hệ thống đèn giao thông