Tối ưu hóa quy hoạch mạng lưới giao thông đô thị cho tỉnh bình dương

Để thực hiện các mục tiêu trên đề tài cần phải giải quyết các nội dung chi tiết như sau: 9 Tìm hiểu lý thuyết mạng 9 Tìm hiểu lý thuyết tương quan hồi quy 9 Tìm hiểu kỹ thuật mô phỏng bằ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN ĐẮC HƯNG

TỐI ƯU HÓA QUY HOẠCH MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG

ĐÔ THỊ CHO TỈNH BÌNH DƯƠNG Chuyên ngành : Kỹ Thuật Hệ Thống Công Nghiệp

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2010

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM Ngày…….tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ Tịch Hội Đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày tháng năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN ĐẮC HƯNG Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 09/12/1981 Nơi sinh : Hà Nam Ninh

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Hệ Thống Công Nghiệp MSHV: 02708263

1- TÊN ĐỀ TÀI:

TỐI ƯU HÓA QUY HOẠCH MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG ĐÔ THỊ CHO TỈNH BÌNH

DƯƠNG

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Khảo sát thực trạng đặc điểm giao thông Việt Nam và tình hình giao thông tại Bình Dương

- Tìm hiểu về lý thuyết quy hoạch giao thông, quy hoạch đô thị, lý thuyết hồi quy, kỹ thuật tối ưu hóa tuyến tính và mô phỏng cho bài toán đa mục tiêu

- Thiết kế mô hình hồi quy dùng tính hệ số quy đổi xe con cho các tuyến đường nghiên cứu

và xây dựng tối ưu bằng Quy hoạch tuyến tính

- Thiết kế phần mềm hỗ trợ việc tìm lời giải tối ưu và mô hình mô phỏng kiểm chứng lời giải

- Áp dụng mô hình cho khu “Dịch vụ đô thị tỉnh Bình Dương”

- Kết luận và kiến nghị

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 23/01/2010

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02/07/2010

5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Hồ Thanh Phong

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS HỒ THANH PHONG GVC.THS NGUYỄN NHƯ PHONG

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên cho em gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa

TP HCM đã tận tâm truyền dạy và chỉ bảo cho em những kiến thức hữu ích trong suốt thời gian học tập

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu xắc tới thầy PGS.TS HỒ THANH PHONG, người đã tận lực, tận tâm hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài này

Xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo công ty Becamex Bình Dương đã nhiệt tình hỗ trợ cho tôi trong quá trình thu thập số liệu phục vụ nghiên cứu đề tài

Cám ơn tất cả thầy cô trong Bộ Môn Kỹ thuật Hệ thống Công nghiệp đã truyền đạt những kiến thức thật hữu ích trong suốt quá trình học tập

Cám ơn tất cả bạn bè, công ty nơi tôi làm việc đã động viên và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong khoảng thời gian qua

Sau cùng, bằng tất cả tấm lòng cho tôi gởi lời biết ơn sâu sắc nhất đến cha mẹ tôi và gia đình

đã thương yêu, đã không ngừng động viên, khích lệ và luôn ở bên tôi trong những giai đoạn khó khăn nhất

TP HCM, Tháng 07 năm 2010

Nguyễn Đắc Hưng

Abstract

Quy hoạch tối ưu mạng giao thông không phải là vấn đề mới tuy nhiên hiện nay tình trạng giao thông ở Việt Nam và đặc biệt tại các thành phố lớn hết sức hỗn độn Vì vậy người thực hiện làm đề tài “Tối ưu hoá quy hoạch mạng lưới giao thông tỉnh Bình Dương” với mục tiêu xây dựng mô hình hồi quy tính hệ số quy đổi xe con tương đương(Passenger Car Unit- PCU), mặt khác nghiên cứu xây dựng mô hình tối ưu hoá tuyến tính kết hợp kỹ thuật mô phỏng để so sánh và xác định dòng lưu lượng tối ưu từ đó tính toán bề rộng đường tối ưu phục vụ thiết kế đường giao thông đô thị Đề tài cũng đồng thời áp dụng với trường hợp cụ thể cho mạng lưới giao thông tại khu “Dịch vụ đô thị tỉnh Bình Dương”

Key Word : Traffic Planning, Traffic Optimazation, Urban Planning, Arena

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU

Trang bìa 01

Nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp 03

Lời cảm ơn 04

Tóm tắt luận văn 05

Mục lục 06

Danh sách các hình vẽ 10

Danh sách các bảng biểu 11

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 12

1.1 Lý do hình thành đề tài 12

1.2 Mục tiêu đề tài 13

1.3 Nội dung và bố cục đề tài 13

1.4 Phạm vi và giới hạn đề tài 15

1.5 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 15

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 15

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 15

1.6 Từ khóa 16

CHƯƠNG 2 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 17

2.1 Nghiên cứu quan hệ mật độ-lưu lượng-vận tốc 17

2.2 Nghiên cứu dòng lưu lượng bão hòa cho giao thông tại các đèn tín hiệu ở thành phố Hồ Chí Minh 18

2.3 Nghiên cứu quy hoạch đô thị 19

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21

3.1 Lý thuyết quy hoạch đô thị 21

3.1.1 Khái niệm đô thị 21

3.1.2 Quy hoạch đô thị 21

3.2 Sự cần thiết phải quy hoạch đô thị 22

3.3 Quy hoạch đô thị hướng tới tính bền vững 23

3.4 Phương pháp tiếp cận 23

3.5 Các phương pháp áp dụng trong quy hoạch đô thị 24

3.5.1 Khái niệm mô hình hoá 24

3.5.2 Phương pháp đồ thị hình thái học 25

3.5.3 Hình thức phân khu Cellular Automata trong quy hoạch đô thị 26

3.5.3.1 Nguyên tắc của Cellular Automata 26

3.5.3.2 Các yếu tố của Cellular Automata 26

3.5.3.3 Hàm toán học của Cellular Automata 26

3.5.3.4 Xác định ô lân cận trong Cellular Automata 27

3.6 Quy hoạch giao thông đô thị 27

3.6.1 Các đặc tính giao thông 29

3.6.1.1 Đặc tính lưu lượng 30

3.6.1.2 Đặc tính mật độ 32

3.6.1.3 Đặc tính vận tốc 33

3.6.1.4 Quan hệ chiếm giữ quãng đường 34

3.6.1.5 Năng lực thông hành 34

3.6.2 Một số phương pháp thực nghiệm khảo sát dòng xe 35

3.6.2.1 Phương pháp xác định hệ số Passenger Car Unit (PCU) 35

3.6.2.2 Phương pháp thực nghiệm với dòng xe bão hoà 36

3.7 Lý thuyết tương quan và hồi quy 37

3.7.1 Hồi quy tuyến tính 37

3.7.2 Hồi quy bội 38

3.8 Cơ sở về quy hoạch tuyến tính 39

3.8.1 Giới thiệu 39

3.8.2 Thành lập bài toán 39

3.9 Cở sở về lý thuyết mạng 39

3.10 Cơ sở về mô phỏng bằng máy tính 40

3.10.1 Khái niệm mô phỏng 40

3.10.2 Lĩnh vực áp dụng 40

3.10.3 Các bước nghiên cứu mô phỏng 41

3.10.3.1 Thành lập vấn đề 42

3.10.3.2 Xác định mô hình và số liệu 42

3.10.3.3 Xây dựng chương trình máy tính 42

3.10.3.4 Thử nghiệm 42

3.10.3.5 Thiết kế thực nghiệm 42

3.10.3.6 Thực hiện mô phỏng 43

3.10.3.7 Phân tích kết quả 43

3.11 Ưu nhược điểm của hệ thống mô phỏng 43

3.11.1 Ưu điểm 43

3.11.2 Nhược điểm 43

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN 44

4.1 Tổng quan khu “Đô thị mới tỉnh Bình Dương” 44

4.2 Sơ đồ phân khu và mạng lưới giao thông 45

4.2.1 Cơ cấu sử dụng đất 45

4.2.2 Sơ đồ quan hệ di chuyển 46

4.3 Thông số các tuyến đường nghiên cứu 48

4.3.1 Chi phí di chuyển đơn vị 48

4.3.2 Nhu cầu các tuyến đường nghiên cứu 50

4.3.3 Khoảng cách các tuyến đường nghiên cứu 50

4.3.4 Quan hệ gần kề giữa các nút trong mạng 51

4.4 Xây dựng hàm mô hình quy hoạch tuyến tính 52

4.4.1 Hàm mục tiêu cực đại lưu lượng di chuyển trong mạng 53

4.4.2 Hàm mục tiêu cực tiểu chi phí 54

4.5 Xác định quan hệ lưu lượng-bề rộng đường 55

4.5.1 Vì sao phải xác định quan hệ lưu lượng – bề rộng đường 55

4.5.2 Mô hình hồi quy cho quan hệ lưu lượng-bề rộng đường 57

4.6 Giải hàm mục tiêu bài toán 58

4.6.1 Giải hàm mục tiêu bằng quy hoạch tuyến tính 58

4.6.1.1 Cơ sở áp dụng 58

4.6.1.2 Các bước thực hiện 59

4.6.2 Phần mềm ứng dụng 63

4.7 Xây dựng mô hình hồi quy quan hệ quy đổi hệ số PCU 64

4.7.1 Chương trình mô phỏng phát xe 65

4.7.2 Xây dựng mô hình hồi quy cho quy đổi xe con 70

4.7.2.1 Mô hình hồi quy cho đường 9m 70

4.7.2.2 Mô hình hồi quy cho đường 12m 71

4.7.2.3 Mô hình hồi quy cho đường 22.5m 72

CHƯƠNG 5 ÁP DỤNG CHO MẠNG GIAO THÔNG KHU ĐÔ THỊ MỚI TỈNH BÌNH DƯƠNG 74

5.1 Các biểu thức hồi quy và xác định số làn xe 74

5.1.1 Tính toán số làn xe quy đổi 74

5.1.2 Các hàm hồi quy tuyến tính 75

5.2 Xác định lưu lượng tối ưu bằng quy hoạch tuyến tính 76

5.2.1 Kết quả bài toán 76

5.2.2 Kết quả mô phỏng kiểm chứng 77

5.3 Phân tích đánh giá kết quả 77

5.3.1 Phân tích kết quả hiện tại 77

CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

6.1 Kết luận 79

6.2 Kiến nghị 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

Phần phụ lục 82

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 2.1 : Minh họa một mạng với các nhóm BFU

Hình 3.1 : Xu hướng và tỷ lệ đô thị hóa(Nguồn : HOUTRANS)

Hình 3.2 : Sơ đồ quy trình mô hình hóa thực thể(Caldwell, J and Ram, Y M)

Hình 3.3 : Sơ đồ các mô hình nghiên cứu giao thông

Hình 3.4 : Quan hệ lưu lương-mật độ-vận tốc (Nguồn : Traffic theory)

Hình 3.5 : Biểu diễn quan hệ không gian-thời gian trong nghiên cứu lưu lượng giao thông Hình 3.6 : Quan hệ lưu lượng – mật độ

Hình 3.7 : Quan sát xe theo mặt cắt đường

Hình 3.8 : Biểu diễn quan hệ tuyến tính

Hình 3.9 : Đặc tính kiểu tương quan

Hình 3.10 : Sơ đồ quá trình thực hiện mô phỏng

Hình 4.1 : Bản đồ chi tiết khu vực nghiên cứu

Hình 4.2 : Sơ đồ phân khu vực

Hình 4.3 : Sơ đồ nút mạng giao thông

Hình 4.4 : Sơ đồ mạng nghiên cứu

Hình 4.5 : Biểu đồ quan hệ bề rộng-lưu lượng

Hình 4.6 : Phác hoạ giao diện phần mềm bài toán

Hình 4.7 : Biểu đồ Pareto phân bố lưu lượng

Hình 4.8 : Sơ đồ mô phỏng bằng Arena

Hình 4.9 : Biểu đồ quan hệ PCU-lưu lượng xe gắn máy đường 9m

Hình 4.10 : Biểu đồ quan hệ PCU-lưu lượng xe gắn máy đường 12m

Hình 4.11 : Biểu đồ quan hệ PCU-lưu lượng xe gắn máy đường 22.5m

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tốc độ phát triển kinh tế và GDP bình quân (Nguồn : Cục thống kê Bình Dương)

Bảng 3.1 : So sánh các loại phương tiện giao thông (Nguồn : nghiên cứu của diễn đàn phát triển Việt Nam)

Bảng 4.1 : Cơ cấu phân chia sử dụng đất (Nguồn : Công ty Becamex Bình Dương)

Bảng 4.2 : Tỉ lệ dân số (Nguồn : Công ty Becamex và Ủy ban dân số tỉnh Bình Dương)

Bảng 4.3 : Các tuyến đường nghiên cứu

Bảng 4.4 : Chi phí di chuyển đơn vị

Bảng 4.5 : Chi phí di chuyển trên các con đường

Bảng 4.12 : Phân bố xe đầu vào mô hình mô phỏng

Bảng 4.13 : Phân bố vận tốc mô hình mô phỏng

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU

1.1 Lý do hình thành đề tài

Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển kinh tế đất nước được giữ vững, GDP liên tục tăng trưởng đều qua các năm và là một trong những nước có tốc độ phát triển kinh tế nhanh nhất thế giới

Bảng 1.1 Tốc độ phát triển kinh tế và GDP bình quân (Nguồn : Cục thống kê Bình Dương) STT Năm Tăng trưởng GDP cả nước Tăng trưởng GDP Bình Dương

Mặt khác đất nước ta là một nước có dân số đông (đứng thứ 13 thế giới) với mật độ dân số trung bình là 257 người/km2 , cao gấp 5 lần thế giới(2) và tỉ lệ tăng dân số là 1.2%/năm Chính

vì những yêu cầu trên và từ thực tế về quy hoạch đô thị tại các thành phố lớn vẫn chưa đáp ứng được tốc độ phát triển kinh tế, gây ra những ảnh hưởng tới phát triển xã hội và thiệt hại kinh tế Việc quy hoạch giao thông đô thị vẫn diễn ra tự phát và đặc biệt là chưa có nhiều những nghiên cứu khoa học cụ thể về ảnh hưởng của hệ thống giao thông đô thị lên phát triển kinh tế xã hội Hơn thế nữa do đặc trưng của giao thông tại Việt Nam là có tỷ lệ xe máy rất cao nên không thể áp dụng các kết quả nghiên cứu tển thế giới để giải quyết các bài toán giao thông tại Việt Nam mà cần phải có những nghiên cứu cụ thể cho từng địa phương, từng vùng mới phản ánh được tình trạng giao thông ở Việt Nam Đó chính là lý do hình thành đề tài “Tối

ưu hoá quy hoạch mạng lưới giao thông đô thị cho tỉnh Bình Dương”

1.2 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu đề tài xây dựng mô hình tối ưu hoá mạng lưới giao thông đô thị, áp dụng tại khu dịch vụ đô thị mới tỉnh Bình Dương Để thực hiện các mục tiêu trên đề tài cần phải giải quyết các nội dung chi tiết như sau:

9 Tìm hiểu lý thuyết mạng

9 Tìm hiểu lý thuyết tương quan hồi quy

9 Tìm hiểu kỹ thuật mô phỏng bằng máy tính

9 Các tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông đô thị

9 Xây dựng mô hình tuyến tính và mô hình mô phỏng cho mạng giao thông nghiên cứu

9 Xây dựng phương trình hồi quy trong quy đổi hệ số xe bốn bánh (PCU)

9 Tìm hiểu các nghiên cứu liên quan…

9 Ứng dụng mô hình cho “Khu dịch vụ đô thị mới tỉnh Bình Dương”

1.3 Nội dung và bố cục đề tài

Nội dung nghiên cứu của đề tài được chia thành các chương mục như sau:

Chương 1 : Giới thiệu

Chương 2 : Các nghiên cứu liên quan

Chương 3 : Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận

Chương 4 : Xây dựng mô hình

Chương 5 : Áp dụng mô hình cho “Khu dịch vụ đô thị tỉnh Bình Dương”

Chương 6 : Kết luận và khuyến nghị

Sơ đồ thực hiện đề tài

Tìm hiểu lý thuyết hồi quy-lý thuyết mơ phỏng

Tìm hiểu lý thuyết QHTT và lý thuyết mạng

Tìm hiểu lý

thuyết quy hoạch

giao thơng đơ thị

Xây dựng mơ hình bài tốn-mơ hình mơ

phỏng

Tìm hiểu về tỉnh Bình

Dương-tìm hiểu khu vực nghiên cứu

Áp dụng cho khu “Dịch vụ

đơ thị tỉnh Bình Dương”

Phân tích, đánh giá kết quả

Kết luận, kiến nghị

Bắt đầu

Thu thập số liệu

Xây dựng các bước lời giải hàm mục tiêu

1.4 Phạm vi và giới hạn đề tài

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nhằm xây dựng mô hình hồi quy dùng quy đổi hệ số xe máy-xe ô tô và dùng lý thuyết mạng và tối ưu hóa tuyến tính trong tối ưu thiết kế đường giao thông tại tỉnh Bình Dương, nội dung đề tài giới hạn như sau:

9 Chỉ nghiên cứu với các số liệu quan sát tại địa phương Bình Dương

9 Xây dựng mô hình mạng dựa trên hệ thống mạng lưới giao thông có sẵn tại Bình Dương

9 Hàm mục tiêu cho mô hình toán là cực đại lưu lượng trong mạng và cực tiểu chi phí đi trong mạng

9 Sử dụng phần mềm Lingo và giải thuật tối ưu tuyến tính để giải bài toán mục tiêu

9 Sử dụng phần mềm mô phỏng Arena và VBA xây dựng mô hình mô phỏng kiểm chứng

9 Chỉ xây dựng mô hình cho các tuyến đường cấp I, II, III với lưu lượng nghiên cứu giờ cao điểm và giả thiết các điều kiện về thời tiết, hành vi di chuyển, điề kiện mặt đường là lý tưởng

9 Trong đề tài sử dụng các số liệu thứ cấp từ các thống kê của Cục thống kê tỉnh Bình Dương và Tổng Cục thống kê Nhà Nước

Các nội dung chưa thực hiện được :

9 Dự báo nhu cầu và năng lực hệ thống giao thông trong tương lai

9 Nghiên cứu mối quan hệ giữa vấn đề quy hoạch giao thông và việc sử dụng đất đô thị (urban land use)

1.5 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng tập trung nghiên cứu của đề tài là hệ thống giao thông tại thành phố mới phát triển Bình Dương, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng sự phát triển của các khu dân cư đô thị tới mạng lưới giao thông chính

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu sử dụng các phương pháp sau:

- Tham khảo tài liệu và các nghiên cứu liên quan

- Lấy mẫu thống kê và phân tích thiết kế thực nghiệm

Với mục đích nhằm :

- Xây dựng hàm mục tiêu mô tả cực đại lưu lượng trong mạng và cực tiểu chi phí di chuyển

sử dụng lý thuyết mạng và quy hoạch tuyến tính

- Xây dựng mô hình hồi quy cho quan hệ lưu lượng-bề rộng đường theo TCVN và mô hình hồi quy biểu diễn đơn vị quy đổi xe con cho xe máy ở địa phương tỉnh Bình Dương

1.6 Từ khóa

Quy hoạch giao thông, quy hoạch tuyến tính, mạng giao thông

CHƯƠNG 2 : CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

2.1 Nghiên cứu quan hệ mật độ-lưu lượng-vận tốc

Quan hệ mật độ-lưu lượng-vận tốc là một trong hai hướng chính của nghiên cứu giao thông,

đã được thực hiện bởi nhiều tác giả, trong đó nổi bật là những tác giả sau:

¾ Mô hình mạng lưu lượng giao thông vĩ mô (Macroscopic traffic flow model for network with dynamic assignment) của M.M Khoshyaran, bài báo nghiên cứu mối quan hệ trong các cách tiếp cận khi nghiên cứu lưu lượng giao thông đó là:

- Mô hình giao nhau (Intersection models)

- Mô hình cực đại lưu lượng (Flow maximize models)

- Mô hình mạng lưu lượng (Link flow models)

Biểu thức quan hệ mật độ-lưu lượng-vận tốc được giới thiệu trong mô hình như sau:

Qe là lưu lượng cân bằng

x, t là vị trí và thời gian khảo sát

Mục đích tính lưu lượng QIi bằng hàm sau :

( )

i i

i

i i

h h h

Min QI

Xem xét một mạng có dạng N(V,E) , trong đó V là tập hợp các nốt mạng, E là tập hợp các cung mạng Giả sử tồn tại một nút V+, và V- là nút nguồn và nút đích, mạng N được viết lại thành N(V, E, V+, V-), xij là lưu lượng trên cung (i,j)

Hàm mục tiêu cực đại lưu lượng được viết như sau:

dx e

( 12)1

Theo nghiên cứu của Thạc sỹ Đoàn Thanh Sang thì áp dụng hệ số quy đổi cho xe hai bánh tại các nút giao thông trong nôi ô thành phố là 0.15PCU

2.3 Nghiên cứu về quy hoạch đô thị

Các nghiên cứu về hình thái không gian dô thị, phương pháp thể hiện mối quan hệ giữa các khu vực trong không gian đô thị mà nổi bật là các nghiên cứu của các tác giả sau:

¾ Theo Krafta, 1993-1994 đã nghiên cứu và áp dụng phương pháp đồ thị hình thái học trong quy hoạch cấu trúc không gian đô thị Nền tảng của phương phương pháp này là tập hợp các đo lường của hình thái đô thị có tên là mô hình trung tâm(centrality model), phương pháp này cung cấp cho người làm quy hoạch và các nhà hoạch định chính sách một công cụ đánh giá sự thể hiện của hệ thống không gian đô thị

Ý tưởng thứ nhất của phương pháp này là nghiên cứu cấu trúc không gian trung tâm, một không gian được định nghĩa là “đơn vị xây dựng-Build Form Unit (BFU)” và từ BFU này có thể tới các BFU khác tạo thành một chuỗi không gian chung có mối quan hệ giữa mỗi cặp BFU với nhau

Ý tưởng thứ hai là tính bền vững giữa các BFU và không gian chung, xem xét hệ thống gồm các BFU và không gian chung, một mối quan hệ giữa chúng là quan hệ gần kề được biểu diễn thành một đồ thị hình học với mỗi điểm(node) là một đơn vị không gian hay BFU và mỗi cạnh(arc) là một quan hệ gần kề(adjacency) Kết quả là tạo thành một mạng (theo Kruger, 1979) với các nhóm BFU

Hình 2.1 : Minh họa một mạng với các nhóm BFU

¾ Sharaf Alkheder nghiên cứu hình thức phân khu Cellular Automata trong quy hoạch đô thị Đây là một dạng “chuẩn hóa” đặc biệt của dạng phương pháp hình thái học gọi là Cellular

Automata (CA) Như chúng ta đã đề cập có nhiều phương pháp để mô hình hóa trong quy hoạch đô thị Hình thức phân khu là một dạng tiếp cận tương đối nhanh

Không gian đô thị được tập hợp thành bởi các khu, mỗi khu sẽ mang một trạng thái thể hiện

sự phát triển của đô thị theo một chu kỳ thời gian với những quy luật dịch chuyển

Nguyên tắc của CA bao gồm 3 bước sau:

9 Tồn tại (Survival) : Nguyên tắc hình thành một ô (cell) mới hay một khu vực mới là có

ít nhất 2 hay 3 khu lân cận tồn tại hay là có sự trao đổi giữa một khu hiện tại với một khu khác

9 Loại bỏ (Death): Một ô hay một khu sẽ bị loại bỏ trong mô hình nếu như không có sự trao đổi giữa khu này với ít nhất một hay hai khu lân cận

9 Sinh ra (Birth): Một ô hay một khu sẽ được sát nhập vào mạng khi hình thành mối quan hệ với ít nhất một hay hai ô hiện tại

Các yếu tố của CA

9 Ô (Cell) hay khu : Là một đơn vị không gian cơ bản trong không gian khảo sát

9 Trạng thái (State) : Quy định các thuộc tính của ô hay của hệ thống, mỗi ô có thể có một thuộc tính hay nhiều thuộc tính như vị trí ô, như cầu ô…

9 Lân cận (Neighbourhood) : Là tập hợp các ô hay khu lân cận có quan hệ với ô khác trong hệ thống

9 Luật thay đổi (Transition rule) : Là quy luật thay đổi trạng thái của ô hay khu từ dạng này hay dạng kia

9 Thời gian : Chu kỳ thời gian khảo sát sự thay đổi trạng thái của ô (Cell) hay khu

Sharaf Alkheder giới thiệu một không gian với số khu là IxI và quy luật di chuyển giữa các

khu là hàm F( )α = f h( ( ))α , trong đó α∈IxI, và khoảng cách di chuyển giữa khu α tới khu

β được xác định bằng biểu thức sau:

Để mô tả sự phát triển của đô thị ta dùng hàm cấu trúc If…Then… với điều kiện về khoảng cách như trên

CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Lý thuyết quy hoạch đô thị

3.1.1 Khái niệm đô thị

Một đô thị hay khu đô thị là một khu vực có mật độ gia tăng các công trình kiến trúc do con người xây dựng so với các khu vực xung quanh nó Các đô thị có thể là thành phố, thị xã, trung tâm dân cư đông đúc, các đô thị được thành lập và phát triển thêm qua quá trình đô thị hóa

3.1.2 Quy hoạch đô thị

Quy hoạch xây dựng đô thị là bộ môn khoa học kỹ thuật, xã hội, nhân văn, là nghệ thuật về tổ chức không gian sống cho các đô thị và các khu vực đô thị Nó là nghệ thuật sắp xếp tổ chức các không gian chức năng, khống chế hình thái kiến trúc trong đô thị trên cơ sở các điều tra,

dự báo, tính toán sự phát triển, đặc điểm, vai trò, nhu cầu và nguồn lực của đô thị, nhằm cụ thể hóa chính sách phát triển, giảm thiểu các tác động có hại phát sinh trong quá trình đô thị hóa, tận dụng tối đa mọi nguồn lực, và hướng tới sự phát triển bền vững Các không gian đô thị, công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội đô thị cần được quy hoạch phù hợp với phát triển tổng thể kinh tế - xã hội- môi trường(Theo wikipedia.org)

Hoạt động quy hoạch đô thị bao gồm:

9 Chính sách quản lý và phát triển nhà ở đô thị

9 Chiến lược phát triển kinh tế xã hội cho mỗi vùng, mỗi khu vực

9 Đầu tư hạ tầng kỹ thuật như : hệ thống điện, cấp thoát nước, xử lý môi trường, giao thông…

9 Phát triển và bảo tồn các di sản kiến trúc và thiên nhiên

Quy hoạch xây dựng đô thị ở Việt Nam bao gồm:

9 Quy hoạch chung về không gian đô thị : Các chiến lược về phát triển đô thị, các định hướng xây dựng đô thị

9 Quy hoạch chi tiết đô thị : Bao gồm các quy phạm pháp luật, các tiêu chuẩn cụ thể trong quy hoạch đô thị như tiêu chuẩn xây dựng nhà cao tầng, tiêu chuẩn xây dựng hệ thống điện,

nước, giao thông …vvv

3.2 Sự cần thiết phải quy hoạch đô thị

Theo nghiên cứu của Ban nghiên cứu kinh tế xã hội ủy ban dân số Liên Hiệp Quốc(Department of Economic and Social Affairs’ Population Division of the United Nations) năm 1900 có 13% dân số thế giới sống ở khu vực đô thị, tăng lên 29% vào năm 1950

và 49% vào năm 2005, dự báo sẽ là 60% vào năm 2030

Hiện nay các vấn đề lớn trong quy hoạch đô thị là ở các nước đang phát triển, theo nghiên cứu của dự án dân số Liên Hiệp Quốc, sự phát triển dân số đô thị tại các nước đang phát triển trung bình hàng năm từ 2005 đến 2030 là 2.2%, cao hơn tỷ lệ trung bình cùng thời kỳ là 1.8%

Hình 3.1 : Xu hướng và tỷ lệ đô thị hóa(Nguồn : HOUTRANS)

Sự phát triển của đô thị kéo theo nhiều mặt tiêu cực như thu hẹp diện tích đất nông nghiệp, làm ảnh hưởng tới không gian thiên nhiên và không gian công cộng, là một trong ba nguyên nhân chính làm tăng sự thay đổi môi trường trên thế giới

Ở Việt Nam, là một nước đang phát triển với tốc độ từ 7% đến 9% một năm, đang là một trong những nước phát triển nhanh nhất khu vực và trên thế giới Tốc độ phát triển đô thị và quá trình đô thị hóa ở Việt Nam cũng diễn ra rất nhanh, theo nghiên cứu của Bộ Xây Dựng tốc độ đô thị hóa ở nước ta rất cao vào khoảng 17% đến 18%, đó là chưa kể một số lượng lớn

người ngoài các khu đô thị di chuyển tới để làm việc rồi di chuyển đi Hiện nay tỷ lệ dân số

đô thị ở nước ta khoảng 55-60% và khoảng 76-80% vào năm 2020

Chính vì vậy mà chúng ta thấy được tầm quan trọng của quy hoạch đô thị và nghiên cứu khoa học trong quy hoạch đô thị Một đô thị tốt sẽ đem lại cho cộng đồng rất nhiều lợi ích từ môi trường sống, văn hóa, và cả những lợi ích về vật chất nữa

3.3 Quy hoạch đô thị hướng tới tính bền vững

Đô thị hóa là một quá trình tất yếu của bất kỳ quốc gia nào, trong đó có Việt Nam Tuy nhiên,

đô thị hóa tự phát, thiếu quy hoạch khoa học sẽ làm nảy sinh và để lại nhiều hậu quả tiêu cực

và lâu dài, cản trở sự phát triển của đất nước Chính vì vậy, chiến lược đô thị hóa của Việt Nam phải hướng tới mục tiêu bền vững giữa tự nhiên, con người và xã hội Muốn vậy cần phải có những nghiên cứu khoa học khả thi trong quá trình quy hoạch đô thị, đặc biệt trong tình hình công nghiệp, dịch vụ phát triển rất nhanh ở nước ta thì cần có các biện pháp để xây dựng các khu công nghiệp, các khu trung tâm hành chính dịch vụ, khu dân cư sao cho đảm bảo tính hài hòa về mặt môi trường, dân số, giao thông…vv

Mặt khác phải hoàn thiện và và phát triển mạng lưới cơ sở hạ tầng đô thị, giao thông đường

bộ thuận tiện, nhằm giảm ách tắc giao thông và hạn chế gây ô nhiễm môi trường Ưu tiên phát triển giao thông công cộng, đặc biệt là các phương tiện giao thông công cộng hiện đại không gây ô nhiễm Cần xem việc phát triển phương tiện vận chuyển công cộng là giải pháp trọng tâm để giảm nguy cơ tắc nghẽn giao thông và ô nhiễm môi trường đô thị Có thể nói, đô thị hoá tự phát, thiếu quy hoạch khoa học sẽ làm nảy sinh và để lại nhiều hậu quả tiêu cực và lâu dài, cản trở sự phát triển của đất nước

Kỹ thuật tiếp cận để thể hiện được cấu trúc không gian và hoạt động đô thị chúng ta ứng dụng các hàm toán học, bao gồm kỹ thuật thống kê phân tích dữ liệu, xây dựng các hàm tuyến tính

và phi tuyến tính hay cao hơn là kỹ thuật mô phỏng hệ thống động

3.5 Các phương pháp áp dụng trong quy hoạch đô thị

3.5.1 Khái niệm mô hình hóa

Theo từ điển Webster(Webster’s Dictionary) thì mô hình hóa được định nghĩa là “sự mô tả, thu thập các số liệu thống kê hay một hình thức tương tự để biểu diễn một thực thể mà không thể quan sát trực tiếp được”

Theo Chorley và Haggett (1967) thì mô hình hóa được định nghĩa là “một cách đơn giản thể hiện hay mô tả một hệ thống phức tạp hay một thực thể”

Mô hình hóa trong nghiên cứu đô thị không phải là tưởng mới tuy nhiên nó là cách tốt nhất thể hiện sự tương tác giữa môi trường sống hay thế giới thực tới đời sống của con người Chính vì vậy những nghiên cứu về vấn đề này luôn được ứng dụng để mô tả các hệ thống phức tạp thành các mô hình đơn giản giúp cho việc tính toán và quản lý đơn giản hơn Ngày nay thông qua các mô hình chúng ta có thể hiểu được, dự đoán và giải thích được các hành vi của hệ thống thực Chính vì điều này mà mô hình hóa được ứng dụng rộng rãi trong phân phối

dự báo tài nguyên và quy hoạch đô thị giúp cho việc ra quyết định trong thực tế

Mô hình hóa trong quy hoạch giao thông đô thị là hình thức sưu tập và phân tích dữ liệu, mô

tả chức năng cấu trúc không gian sử dụng đất, dân số, giao thông…đô thị Quá trình mô hình hóa đô thị được tiếp cận bằng thực nghiệm, ý tưởng kiến trúc, các mối quan hệ về dữ liệu, bản

đồ, lý thuyết đồ thị và các mô hình toán học cùng các chương trình máy tính ứng dụng để tính toán, kiểm tra và đánh giá.( Michael Batty-University College London)

Hình 3.2 : Sơ đồ quy trình mô hình hóa thực thể(Caldwell, J and Ram, Y M)

3.5.2 Phương pháp đồ thị - hình thái học

Phương pháp đồ thị được áp dụng rất nhiều trong quy hoạch cấu trúc không gian đô thị phương pháp này cung cấp cho người làm quy hoạch và các nhà hoạch định chính sách một công cụ đánh giá sự thể hiện của hệ thống không gian đô thị Một không gian được định nghĩa

là “đơn vị xây dựng-build form unit (BFU)” và từ BFU này có thể tới các BFU khác tạo thành một chuỗi không gian chung có mối quan hệ giữa mỗi cặp BFU với nhau

Mô hình đồ thị được xây dựng theo nguyên tắc sau:

- Xác định đường đi ngắn nhất giữa các BFU theo kiểu hình học topo, khoảng ngắn nhất giữa các BFU là bước đầu tiên

- Gán mỗi đường đi ngắn nhất giữa mỗi cặp BFU một giá trị trọng số thể hiện khả năng di chuyển từ BFU này tới BFU khác

- Tổng các trọng số được gán cho mỗi cặp BFU chỉ ra mối quan hệ trung tâm của không gian

hệ thống

3.5.3 Hình thức phân khu Cellular Automata trong quy hoạch đô thị

Đây là một dạng “chuẩn hóa” đặc biệt của dạng phương pháp hình thái học gọi là Cellular Automata (CA) Như chúng ta đã đề cập có nhiều phương pháp để mô hình hóa trong quy hoạch đô thị Hình thức phân khu là một dạng tiếp cận tương đối nhanh

Không gian đô thị được tập hợp thành bởi các khu, mỗi khu sẽ mang một trạng thái thể hiện

sự phát triển của đô thị theo một chu kỳ thời gian với những quy luật dịch chuyển

3.5.3.1 Nguyên tắc của mô hình phân khu Cellular Automata (CA) bao gồm 3 bước sau:

9 Tồn tại (Survival) : Nguyên tắc hình thành một ô (cell) mới hay một khu vực mới là có

ít nhất 2 hay 3 khu lân cận tồn tại hay là có sự trao đổi giữa một khu hiện tại với một khu khác

9 Loại bỏ (Death): Một ô hay một khu sẽ bị loại bỏ trong mô hình nếu như không có sự trao đổi giữa khu này với ít nhất một hay hai khu lân cận

9 Sinh ra (Birth): Một ô hay một khu sẽ được sát nhập vào mạng khi hình thành mối quan hệ với ít nhất một hay hai ô hiện tại

3.5.3.2 Các yếu tố của CA

9 Ô (Cell) hay khu : Là một đơn vị không gian cơ bản trong không gian khảo sát

9 Trạng thái (State) : Quy định các thuộc tính của ô hay của hệ thống, mỗi ô có thể có một thuộc tính hay nhiều thuộc tính như vị trí ô, như cầu ô…

9 Lân cận (Neighbourhood) : Là tập hợp các ô hay khu lân cận có quan hệ với ô khác trong hệ thống

9 Luật thay đổi (Transition rule) : Là quy luật thay đổi trạng thái của ô hay khu từ dạng này hay dạng kia

9 Thời gian : Chu kỳ thời gian khảo sát sự thay đổi trạng thái của ô (Cell) hay khu

3.5.3.3 Hàm toán học mô tả mối quan hệ giữa các ô (cells) trong CA

S +

là trạng thái của ô xij tại

vị trí i,j ở thời gian t+1, ij

t x

là tập hợp các ô lân cận của ô xij tại thời gian t

Khi đó trạng thái của ô xij ở thời gian t+1 là hàm thể hiện mối quan hệ giữa ô xij ở thời gian t

và các ô lận cận nó

3.5.3.4 Xác định Cell lân cận trong CA (Neighbourhood Cells)

Có nhiều nguyên tắc để định nghĩa một Cell lân cận dựa vào các mối quan hệ như :

ƒ Quan hệ về khoảng cách

If Distance n < (or >) Standard distance

Then Cell n thành cell lân cận

ƒ Quan hệ về kích thước

If Size n < (or >) Standard size

Then Cell n thành cell lân cận

ƒ Quan hệ về chủng loại

If Type n similar to Standard type

Then Cell n thành cell lân cận

ƒ Quan hệ về lưu lượng vận chuyển

If Flow n < (or >) Standard flow

Then Cell n thành cell lân cận

3.6 Quy hoạch giao thông đô thị

Quy hoạch giao thông đô thị là quá trình nghiên cứu hoạch định và xây dựng hệ thống giao thông phục vụ cho hoạt động di chuyển giữa các địa điểm trong không gian đô thị Hoạt động quy hoạch giao thông đô thị không đơn thuần là xây dựng đường giao thông nối giữa các khu vực mà nó còn là một bộ môn khoa học thu hút nhiều nhà nghiên cứu tham gia Có thể phân chia hoạt động quy hoạch giao thông đô thị thành hai mảng chính là quy hoạch mạng lưới đường giao thông và quy hoạch phương tiện giao thông bao gồm:

- Quy hoạch xây dựng đường giao thông : Bao gồm các hoạt động xây dựng mạng lưới đường giao thông, tính toàn dòng lưu lượng xe, nhu cầu vận chuyển để có các thiết kế hệ thống tối ưu và đảm bảo tính bền vững Hoạt động này cũng bao gồm các công việc nâng cấp

hệ thống giao thông hiện có, xây dựng các cầu vượt, xử lý các nút thắt cổ chai, hệ thống đèn tín hiệu…vv

- Phát triển hệ thống giao thông công cộng : Hệ thống giao thông công cộng nếu được sử dụng hiệu quả sẽ làm giảm gánh nặng cho giao thông đô thị rất nhiều Ở các nước đang phát triển thì hệ thống giao thông công cộng chủ yếu là xe búyt, ở các nước phát triển thì có các hệ thống giao thông công cộng tốc độ cao như tàu điện ngầm, đường sắt cao tốc Tuy nhiên phát triển hệ thống giao thông công cộng phải có kế hoạch và chiến lược khoa học vì nếu phát triển

tự phát sẽ không hiệu quả và gây phản tác dụng, mặt khác đầu tư cho hệ thống này cần có kinh phí rất lớn

- Quy hoạch phát triển phương tiện giao thông : Tùy vào trình độ phát triển, đặc thù của mỗi quốc gia và văn hóa của từng nước, từng khu vực mà có chiến lược phát triển các phương tiện giao thông cho phù hợp Ở Việt Nam, do kinh tế kém phát triển, và hệ thống đường giao thông phát triển chưa có hệ thống nên phương tiện giao thông chủ yếu vẫn là xe gắn máy bởi

vì yếu tố kinh tế và tính cơ động của nó cao do có hệ số PCU của xe máy tương đối thấp chỉ

từ 0.25-0.5, tuy nhiên xét về lâu dài thì hiệu quả kinh tế của xe gắn máy không cao và ảnh hưởng rất lớn về môi trường do tiêu thụ nhiên liệu rất lớn

Bảng 3.1 : So sánh các loại phương tiện giao thông (Nguồn : nghiên cứu của diễn đàn phát triển Việt Nam)

- Nâng cao năng lực quản lý giao thông : Bao gồm áp dụng các biện pháp quản lý giao thông hiệu quả và khoa học kỹ thuật hiện đại(như hệ thống GPS, hệ thống cảnh báo giao thông) trong quản lý hệ thống giao thông nhằm đảm bảo tính hiệu quả cho hệ thống giao thông

3.6.1 Các đặc tính giao thông

Theo Prof L.H Immers và Avishai Ceder- Traffic Flow Theory, trong nghiên cứu giao thông được chia thành hai nhánh chính là:

- Nghiên cứu giao thông vi mô(Microscopic)

- Nghiên cứu giao thông vĩ mô(Macroscopic)

Hình 3.3 : Sơ đồ các mô hình nghiên cứu giao thông

Nghiên cứu giao thông

Nghiên cứu mô

Nghiên cứu mô hình chuyển làn(lane changing)

Trong đề tài này chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu mô hình quan hệ tốc độ-mật độ-lưu lượng(Speed-density-flow relation)

Hình 3.4 : Quan hệ lưu lương-mật độ-vận tốc (Nguồn : Traffic theory)

3.6.1.1 Đặc tính lưu lượng

Lưu lượng là đại lượng được định nghĩa bằng số lượng xe đi qua mặt cắt ngang đường trên một đơn vị thời gian Lưu lượng là đại lượng vô cùng quan trọng trong nghiên cứu vĩ mô hệ thống giao thông Lưu lượng phụ thuộc nhiều yếu tố như thời gian khảo sát, không gian, phương tiện giao thông di chuyển trên đường Tại thời điểm s , với m là tổng số xe trong 2

khoảng thời gian Δt tại vị trí x , lưu lượng q được tính bằng biểu thức sau 2

Hình 3.5 : Biểu diễn quan hệ không gian-thời gian trong nghiên cứu lưu lượng giao thông Trong nghiên cứu ta thường khảo sát lưu lượng trên đơn vị thời gian là giờ nên ta có lưu lượng giờ được tính như sau:

60

3600 1

m q

h : Là thời gian trung bình giữa 2 xe tính theo giây

Trong thiết kế hệ thống giao thông ta sử dụng khái niệm lưu lượng phục vụ, tức là lưu lượng tại thời điểm cực đại mà hệ thống giao thông có thể đáp ứng và hoạt động Tuy nhiên phân bố xác suất của lưu lượng lại phụ thuộc vào lưu lượng thực, khi q q≤ pvthì phân bố lưu lượng tuân theo phân bố Poison, khi q q> pvphân bố lưu lượng tuân theo phân bố Uniform

Chúng ta chia lưu lượng thành hai loại là :

- Lưu lượng tự nhiên(free flow) : Là lưu lượng di chuyển khi mật độ nhỏ hơn mật độ cho phép k (capacity density) c

- Lưu lượng tắc nghẽn(congest flow) : Khi vận tốc giao thông dưới vận tốc tối thiểu và mật

độ giao thông lớn hơn mật độ cho phép và tiến đến mật độ tối đa k c < <k kmaxthì chúng ta gọi

là lưu lượng tắc nghẽn

3.6.1.2 Đặc tính mật độ

Mật độ là đại lượng hết sức quan trọng được sử dụng trong nghiên cứu giao thông kí hiệu là k Mật độ được định nghĩa là tổng số xe trên một đơn vị chiều dài Mật độ phụ thuộc vào thời gian, địa điểm, thời điểm tính toán Đo lường mật độ tại thời điểm s , mật độ k được tính qua 1

đoạn đường Δxnhư sau:

n : Là tổng số xe trong khoảng thời gian t tại quãng đường khảo sát Δx

Tổng không gian n xe chiếm chỗ trong một đơn vị thời gian là Δx, khi đó:

1

i n

n k

n

s : là diện tích chiếm chỗ của xe

Mật độ cũng có thể xác định được bằng quan hệ lưu lượng-vận tốc như sau:

q k v

= Trong đó :

q : Lưu lượng(xe/giờ)

v : Vận tốc trung bình(km/giờ)

Hình 3.6 : Quan hệ lưu lượng – mật độ

q=k.v a/ Vận tốc vi mô

Là vận tốc khảo sát của từng xe qua một điểm trong một thời gian xác định, sự thay đổi của vận tốc được đặc trưng bằng đại lượng gia tốc

- Vận tốc trung bình khi quan sát giao thông liên tục được tính:

1

N i i

v v N

1

1 N i i

v : Vận tốc trung bình

N : Số xe quan sát

i

v : Vận tốc xe thứ i

3.6.1.4 Quan hệ chiếm giữ quãng đường

Hầu hết các nghiên cứu giao thông được thực hiện tại một vị trí cố định x, một đại lượng khác được dùng để thể hiện mật độ là phần trăm chiếm chỗ là phần trăm một đoạn ngắn đường bị chiếm giữ, phần trăm chiếm giữ o của xe được xác định bằng công thức:

1

1 N i i

- Năng lực cho đường nhiều làn xe trong điều kiện lý tưởng

Ứng dụng trong tính toán mức phục vụ và lưu lượng tối đa mà hệ thống thiết kế có thể đạt được, năng lực được tính bằng biểu thức sau:

Trong khi hoạt động hệ thống giao thông thường bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khách quan khiến lưu lượng không cực đại như thiết kế vì vậy khi tính toán năng lực ta phải tính đến các yếu tố làm giảm lưu lượng Biểu thức tính được viết lại như sau:

n

p : Là các yếu tố làm giảm lưu lượng (n=1,2,3…)

3.6.2 Một số phương pháp thực nghiệm khảo sát dòng xe

3.6.2.1 Phương pháp xác định hệ số Passenger Car Unit (PCU)

Có rất nhiều tổ chức và nhiều cách để định nghĩa về đơn vị xe ô tô tương đương PCU Định nghĩa theo "Highway Capacity Manual " của hiệp hội kỹ sư Mỹ thì PCU hay PCE là tỷ lệ trung bình chiếm chỗ của một loại xe trên một con đường so sánh với một loại xe khác trong cùng điều kiện Tùy theo đặc thù của từng vùng, từng nước mà có những áp dụng hệ số PCU khác nhau

q PCU

H PCU

H

=

Trong đó P là tỷ lệ xe tải, T H là khoảng cách đầu xe của xe tải theo sau xe con trong dòng TP

giao thông chung, H – là khoảng cách đầu xe của xe tải theo sau xe tải trong dòng giao TT

thông chung, H là khoảng cách đầu xe của xe con theo sau xe tải hoặc xe con trong P

dòng giao thông chung

3.6.2.2 Phương pháp thực nghiệm đối với dòng xe bão hòa

Đây là phương pháp nghiên cứu đối với dòng xe bão hòa, các giá trị khảo sát thực nghiệm khi dòng xe đạt trạng thái bão hòa Một số phương pháp khảo sát dòng bão hòa thường được sử dụng như sau:

- Phương pháp mặt cắt dòng xe (Flow profile)

Hình 3.7 : Quan sát xe theo mặt cắt đường

Phương pháp này sử dụng nguyên tắc đếm số xe đi qua một mặt cắt của đường trong một đơn

vị thời gian Tuy nhiên phương pháp này thường gặp khó khăn trong quá trình nghiên cứu và cần các công cụ hỗ trợ như máy đếm tự động, camera quan sát, ghi hình

- Phương pháp đếm dòng xe bão hòa : Đây là phương pháp nghiên cứu mang tính vĩ mô, chất lượng nghiên cứu theo phương pháp này tương đối thấp, thường là chỉ dùng để thấy được quy luật của dòng xe theo thời gian và không gian, các kết quả là tương đương (theo Turnen 1993)

- Phương pháp hồi quy : Phương pháp nghiên cứu này được (Kimber et al 1985, stoke et al 1987) trình bày và giới thiệu Có nhiều cách xác định hồi quy theo tín hiệu đèn, thời gian, lưu

š : Điểm quan sát

lượng, …vv Phương pháp này được áp dụng khá phổ biến, với một bộ số liệu tốt thì kết quả hồi quy là tương đối tin cậy

3.7 Lý thuyết tương quan và hồi quy

Khi nghiên cứu các đại lượng trong thực tế ta thường gặp các mối quan hệ tương quan với nhau giữa, tức là có sự phụ thuộc giữa các biến theo một quy luật trong đó sẽ có những biến độc lập và biến phụ thuộc Chúng ta thường biểu diễn sự tương quan này bằng mô hình lý thuyết hồi quy, có hai loại mô hình hồi quy là tuyến tình và phi tuyến tính

3.7.1 Hồi quy tuyến tính

Hồi quy tuyến tính là mô hình biểu diễn tương quan ta hay gặp nhất, phương trình biểu diễn hồi quy tuyến tính có dạng như sau:

δ : Sai số ngẫu nhiên

9 Hệ số a, b của phương trình hồi quy

Với n cặp quan sát với các giá trị tương quan như sau (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) …….(xn, yn) khi

đó hệ số a, b sẽ được tính như sau:

2 2

Ta thường gặp các dạng dữ liệu tương quan như sau:

Hình 3.9 : Đặc tính kiểu tương quan

9 Hệ số tất định R2

Hệ số R thể hiện mức độ phù hợp của mô hình hồi quy đối với các dữ liệu có sẵn, thông thường hệ số R2 >0.7 là đạt yêu cầu

Hệ số tất định R2 Tính tương quan 0.9 – 1.0 Tương quan rất cao 0.7 – 0.89 Tương quan cao 0.4 – 0.69 Tương quan trung bình0.2 – 0.39 Tương quan thấp 0.0 – 0.19 Tương quan rất thấp

R2 = 1 : 100% dữ liệu quan sát nằm trên đường hồi quy

R2=0 : Không có mối quan hệ tương quan giữa X và Y

Hệ số R2 được tính bằng công thức sau

1

n

i i

n

i i

3.7.2 Hồi quy bội

Hồi quy bội được sử dụng khi diễn tả quan hệ giữa các biến là ngẫu nhiên độc lập với một biến ngẫu nhiên phụ thuộc

- Các giả thuyết cho mô hình hồi quy bội :

Giả sử các biến X1, X2, X3… Xn là biến ngẫu nhiên độc lập, Y là biến ngẫu nhiên phụ thuộc Với n+1 biến độc lập X với biến phụ thuộc Y ta có phương trình hồi quy cho đám đông là:

1 1i 2 2i 3 3i n ni i

3.8 Cơ sở về quy hoạch tuyến tính

Trong đó Cij có thể là chi phí hay lợi nhuận đơn vị, xij là sản lượng, vv Tuy nhiên trong thực

tế các bài toán chúng ta gặp thường là các lời giải đa mục tiêu, đồng thời các tổ chức, công ty cũng thường quan tâm tới các lời giải đa mục tiêu hơn là đơn mục tiêu Trong đó bài toán quy hoạch mục tiêu là được quan tâm và nghiên cứu nhiều nhất

Mục tiêu của bài toán là tìm ra một lời giải dung hòa (compromise solution) giữa các mục tiêu hơn là chỉ thỏa mãn một mục tiêu mà hy sinh các mục tiêu khác

3.8.2 Thành lập bài toán

Trong phương pháp này chúng ta sẽ xây dựng lời giải bằng cách so sánh khoảng cách giữa các điểm “hiệu quả” đến điểm “lý tưởng” với mục tiêu là cực tiểu độ lệch khoảng cách

Các bước xây dựng lời giải bằng quy hoạch thỏa hiệp như sau

• Sắp thứ tự ưu tiên các hàm mục tiêu

• Dùng quy hoạch tuyến tính giải riêng rẽ các hàm mục tiêu, biến các hàm mục tiêu kém quan trọng thành ràng buộc

3.9 Cở sở về lý thuyết mạng(Network Theory)

Bài toán quy hoạch mạng nghiên cứu các nội dung sau:

9 Tìm cực đại lưu lượng trong mạng : Bài toán nghiên cứu về lưu lượng vận chuyển trong mạng, được ứng dụng nhiều trong giao thông, vận chuyển hàng hóa, vận chuyển xăng, dầu…vv

9 Điều độ công việc: Bài toán nghiên cứu điều độ thời gian cho công việc, mục tiêu bài toán điều độ thời gian này nghiên cứu các nội dung sau :

o Tổng thời gian cần thiết hoàn thành công việc

o Phân loại hoạt động công việc thành hoạt động then chốt và hoạt động không then chốt

9 Cự tiểu đường đi di chuyển trong mạng : Mục tiêu bài toán là cự tiểu đường đi trong mạng hay tìm đường đi ngắn nhất trong mạng giữa điểm nguồn và đích(O : Original – D : Destination) Bài toán sẽ cho ta hàm mục tiêu với kết quả là khoảng cách cực tiểu khoảng cách giữa hai điểm mạng, hay trong mạng

Bài toán quy hoạch mạng có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như có thể dùng tính toán chi phí tối ưu trong mạng giao thông, tìm đường đi ngắn nhất để tiết kiệm chi phí di chuyển, Đặc điểm dễ xây dựng mô hình toán học, có thể dễ dàng dùng các công cụ lập trình để giải hàm mục tiêu

Tuy nhiên đối với những mạng có số lượng nút mạng lớn thì hàm mục tiêu sẽ rất phức tạp và các chương trình tính toán sẽ mất thời gian rất lâu để tìm kết quả và cũng cần những thuật toán phức tạp hơn để giải hàm mục tiêu

3.10 Cơ sở về mô phỏng bằng máy tính

3.10.1 Khái niệm mô phỏng

Mô phỏng là phương pháp thể hiện một hệ thống thực thông qua chương trình máy tính, các đặc tính của hệ thống thực được trình bày thông qua các biến thay đổi theo thời gian nhằm mục đích mô tả được bản chất động hay tính ngẫu nhiên của hệ thống thực

Mô phỏng hiện nay đang là một trong những kỹ thuật tiên tiến và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế, kỹ thuật mô phỏng bằng máy tính cho phép rút ngắn thời gian và tiết kiệm chi phí rất nhiều, đặc biệt kỹ thuật mô phỏng được ứng dụng rất nhiều trong hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D)

9 Thiết kế và phân tích hệ thống sản xuất bao gồm quan hệ giữa các tài nguyên, máy móc, con người , công việc, thời gian

9 Trong thiết kế, kiểm tra tính toán các yêu cầu phần cứng và phần mềm của hệ thống