th thay ĐỔi tÍn hiỆu ĐÈn giao thÔng ĐÔ...
TRANSCRIPT
NG
UY
ỄN
TẤ
N Đ
ẠT
BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
HỆ
TH
ỐN
G T
HÔ
NG
TIN
Nguyễn Tấn Đạt
THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ
DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG
QUA GIAO LỘ
LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH
20
21
Thành phố Hồ Chí Minh - 2021
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM
VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Nguyễn Tấn Đạt
THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ
DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG
QUA GIAO LỘ
Chuyên ngành : Hệ Thống Thông Tin.
Mã số : 8480104
LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN VĨNH PHƯỚC
Thành phố Hồ Chí Minh – 2021
i
LỜI CAM KẾT
Tôi cam kết các số liệu, kết quả trong luận văn “Thay đổi tín hiệu đèn
giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ” là trung
thực, xuất phát từ nhu cầu thực tế trong quá trình học tập, cũng như tình hình
thực tế tìm giải pháp hạn chế ùn tắc giao thông trong đô thị hiện nay.
Trong quá trình nghiên cứu có tham khảo tài liệu từ các nghiên cứu liên
quan đều được dẫn nguồn cụ thể, nội dung trích dẫn trong luận văn. Tất cả nội
dung trình bày, kết quả luận văn là sự học hỏi, thực hiện nghiêm túc của bản
thân và chưa từng công bố trong các công trình nghiên cứu khoa học, bài báo
liên quan khác.
Học viên thực hiện
Nguyễn Tấn Đạt
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông
đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ”, Tôi đã nhận
được nhiều sự hỗ trợ, hướng dẫn từ phía quý Thầy Cô, các cá nhân và tổ chức
sau:
Tôi xin trân trọng gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn khoa học
PGS.TS. Trần Vĩnh Phước đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉnh sửa, chỉ dạy các kiến
thức trực quan trong giao thông, khai phá dữ liệu, hệ thống thông tin để tôi hoàn
thành luận văn này.
Trân trọng cảm ơn TS. Trương Nguyên Vũ – Viện trưởng viện Cơ học
và Tin học ứng dụng thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học đã tạo điều kiện cho lớp
học tốt nhất, mời nhiều nhà giáo ưu tú nhất để lớp học thành công tốt đẹp.
Cảm ơn Ban Giám đốc Học viện, phòng đào tạo, quý thầy cô Khoa Hệ
Thống Thông Tin và Viễn Thông, cũng như các Thầy Cô của Học Viện Khoa
học và Công Nghệ, quý thầy cô tham gia giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho
bản thân tôi trong suốt khóa học 2018 – 2021.
Tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, quý đồng nghiệp Trường Cao
đẳng Giao Thông Vận Tải III, bạn bè đã giúp đỡ cũng như đóng góp ý kiến,
động viên tinh thần cho tôi có thêm nghị lực hoàn thành luận văn này.
Trân trọng cảm ơn.
iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
STT Chữ viết tắt Ý nghĩa
1. D Tập hợp các hướng đi vào ngã tư.
2. 𝑻𝑫𝒊
Thời gian ngắn nhất cần thiết cho một chiếc xe trên
hướng i vượt ra khỏi ngã tư.
3. 𝑻𝑷𝒊 Thời gian dừng (thời gian đèn đỏ) tối đa cho hướng i.
4. 𝑫𝒄𝒔𝒊
Tập hợp của các hướng đi không gây xung đột với
hướng i ở ngã tư.
5. 𝑫𝒄𝒇𝒊
Tập hợp của các hướng đi gây xung đột với hướng i ở
ngã tư.
6. 𝑫𝒓𝒐𝒘𝒄𝒖𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕 Tập hợp các hướng hiện tại được di chuyển.
7. 𝑫𝒑𝒓𝒐𝒄𝒖𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕 Tập hợp các hướng hiện tại cấm di chuyển.
8. 𝑻𝒈𝒊 Thời gian đèn xanh hiện tại của hướng i.
9. 𝑻𝒓𝒊 Thời gian đèn đỏ hiện tại của hướng i.
10. 𝑫𝒓𝒐𝒘𝒏𝒆𝒘 Tập hợp của các hướng mới được đi.
11. 𝑫𝑷𝒓𝒐𝒏𝒆𝒘 Tập hợp của các hướng mới cấm đi.
iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Hướng không gây xung đột (ngã tư mô hình), 𝐷𝑐𝑠𝑖 ......................18
Bảng 4.1. Hướng đi không gây xung đột (ngã tư thực nghiệm), 𝐷𝑐𝑠𝑖 ............42
v
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Xe cứu thương bị ùn tắc trước đèn đỏ ............................................ 8
Hình 2.2: Mật độ lưu lượng các hướng không đều nhau . ............................... 9
Hình 3.1: Cấu trúc mô đun phân bổ hướng đi dựa trên thứ tự ưu tiên. .......... 13
Hình 3.2. Một ngã tư mô hình 15 hướng qua ngã tư...................................... 19
Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán. ............................................................................ 31
Hình 4.2: Giao diện chương trình mô phỏng bằng html + Javascript. ........... 32
Hình 4.3: Giao diện nhận dữ liệu đầu vào ..................................................... 33
Hình 4.4: Ngã tư mô phỏng với các đèn xanh, đỏ và mũi tên hướng được đi.
....................................................................................................................... 34
Hình 4.5: Ngã tư mô phỏng với các đèn vàng cảnh báo theo luật định. ........ 34
Hình 4.6: Tập dữ liệu "arrDs" để chương trình mô phỏng tự động. .............. 37
Hình 4.7: Khu vực cho kết quả đầu ra “Output” . .......................................... 38
Hình 4.8: Kết quả sau bước chạy thứ 1 từ tập dữ liệu "arrDs". ..................... 38
Hình 4.9: Kết quả sau bước chạy thứ 2 từ tập dữ liệu "arrDs". ..................... 39
Hình 4.10: Ảnh Google Map giao lộ đường 3/2 và đường Lý Thường Kiệt.. 40
Hình 4.11: Giao lộ đường 3/ 2 và đường Lý thường kiệt mô phỏng hóa. ...... 41
Hình 4.12: Giao diện chương trình mô phỏng ngã tư thực nghiệm. .............. 45
Hình 4.13: Giao diện chương trình thể hiện tập dữ liệu đầu vào ................... 46
Hình 4.14: Tập dữ liệu "arrDs" cho ngã tư thực nghiệm. .............................. 48
Hình 4.15: Khu vực tra kết quả đầu ra của chương trình mô phỏng .............. 49
Hình 4.16: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ 1 từ tập "arrDs". ............ 49
Hình 4.17: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ 2 từ tập "arrDs". ............ 50
Hình 4.18: Ngã tư thực nghiệm cho kết quả đèn vàng cảnh báo. .................. 51
vi
MỤC LỤC
LỜI CAM KẾT ................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC HÌNH .............................................................................. v
MỤC LỤC ...................................................................................................... vi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ............................................................................ 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài. ..................................................................... 1
1.1.1. Tình hình nghiên cứu nước ngoài ................................................. 1
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. ................................................. 3
1.2. Đặt vấn đề. .......................................................................................... 4
1.3. Mục tiêu nghiên cứu. .......................................................................... 5
1.4. Phạm vi nghiên cứu............................................................................. 5
1.5. Phương pháp nghiên cứu..................................................................... 5
1.6. Bố cục của luận văn. ........................................................................... 5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ........................................................................... 7
2.1. Tổng quan tình hình giao thông đường bộ ở thành phố Hồ Chí Minh 7
2.2. Mạng lưới ngã tư đường đô thị tại thành phố Hồ Chí Minh ................ 9
2.3. Hệ thống đèn giao thông thông minh ................................................ 10
2.4. Các tài liệu nghiên cứu ứng dụng trong luận văn. ............................. 11
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC
ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ ................................... 12
3.1. Nội dung nghiên cứu. ........................................................................ 12
3.2. Mô tả bài toán. .................................................................................. 13
3.2.1. Khái niệm hệ thống đèn giao thông dựa trên thứ tự ưu tiên ........ 13
3.2.2. Đầu vào bài toán ......................................................................... 14
3.2.3. Đầu ra bài toán ............................................................................ 15
3.2.4. Thuật toán ................................................................................... 15
vii
3.2.5. Thuộc tính của bài toán. .............................................................. 17
3.3. Giải bài toán ...................................................................................... 17
3.4. Đánh giá, Nhận xét. .......................................................................... 21
3.5. Kết luận ............................................................................................. 22
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG THỰC NGHIỆM THAY ĐỔI TÍN HIỆU ĐÈN
GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC
HƯỚNG QUA GIAO LỘ ............................................................................. 23
4.1. Giới thiệu .......................................................................................... 23
4.2. Giải thuật .......................................................................................... 24
4.2.1. Mã giả. ........................................................................................ 24
4.2.2. Sơ đồ thuật toán. ......................................................................... 30
4.2.3. Chương trình html mô phỏng bài toán. ....................................... 32
4.3. Giao lộ thực nghiệm. ......................................................................... 40
4.3.1. Mô tả giao lộ thực nghiệm. ......................................................... 40
4.3.2. Áp dụng thuật toán tìm hướng đi tiếp theo theo thứ tự ưu tiên: .. 42
4.4. Chương trình html + Javascript mô phỏng giao lộ thực nghiệm. ...... 44
4.5. Kết luận ............................................................................................. 51
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ............................................................................. 53
5.1. Kết quả nghiên cứu đạt được. ........................................................... 53
5.2. Hướng phát triển. .............................................................................. 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 54
PHỤ LỤC ...................................................................................................... 57
1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
Trong chương giới thiệu này, luận văn sẽ trình bày tổng quan về tình
hình nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề điều khiển giao thông tại các
ngã tư đô thị. Từ đó, đưa ra mục tiêu, phạm vi, phương pháp nghiên cứu và cấu
trúc của luận văn.
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.
1.1.1. Tình hình nghiên cứu nước ngoài
Trong các thành phố lớn trên thế giới vấn đề điều khiển hệ thống giao
thông là một bài toán lớn trong quản lý và vận hành hệ thống giao thông thành
phố. Hệ thống giao thông hiện đại là một hệ thống mà tích hợp những thành
tựu về công nghệ truyền thông, công nghệ máy tính và công nghệ điện tử vào
trong cơ sở hạ tầng giao thông, nhằm giải quyết các vấn đề giao thông như đáp
ứng nhu cầu giao thông trong điều kiện gia tăng số lượng phương tiện giao
thông gây ra tắc nghẽn giao thông, giảm ô nhiễm môi trường, làm tăng khả
năng lưu thông của dòng phương tiện giao thông, tăng tính an toàn trong lưu
thông của phương tiện giao thông.
Trong vấn đề giám sát và điều khiển hệ thống giao thông thì vấn đề đầu
tiên là thu thập dữ liệu thời gian thực về các phương tiện đang lưu thông. Việc
quan trắc xác định thông số dòng phương tiện giao thông có thể dùng những
phương pháp khác nhau như: vòng từ (look detector), radar, sóng siêu âm, hồng
ngoại và dùng camera quan trắc, …. Phương pháp dùng sóng rada, sóng siêu
âm và hồng ngoại để quan trắc phương tiện giao thông có ưu điểm không phụ
thuộc điều kiện môi trường xung quanh. Phương pháp quan trắc dòng phương
tiện giao thông sử dụng camera có nhiều ưu điểm nhưng đưa ra được nhiều
thông tin về dòng phương tiện giao thông, có giá thành rẻ hơn so với các
phương pháp trên, nhược điểm của phương pháp này là phụ thuộc nhiều vào
điều kiện ngoại cảnh (thời điểm trong ngày, cường độ ánh sáng và chế độ thời
tiết, …).
2
Một cấu thành quan trọng trong hệ thống giao thông thông minh là hệ
thống điều khiển tín hiệu giao thông. Việc điều khiển tín hiệu đèn giao thông
một cách hợp lý góp phần rất lớn đến sự thông suốt của dòng phương tiện trên
hệ thống giao thông và giảm thời gian chờ đợi tại các điểm giao cắt. Điều khiển
hệ thống đèn giao thông cơ bản có: điều khiển với chu kì tín hiệu lập trình sẵn;
điều khiển động và điều khiển phối hợp [1].
Điều khiển lập trình sẵn là khi thời gian hoạt động của đèn giao thông
được tính toán trước phù hợp với từng điểm giao cắt và là một giá trị cố định.
Kiểu điều khiển này có ưu thế là hệ thống điều khiển đơn giản và chỉ phù hợp
khi lưu lượng giao thông ít biến đổi. Nhưng nhược điểm là chu kỳ cố định, mà
lưu lượng giao thông tại các điểm giao cắt là một biến số luôn thay đổi.
Điều khiển đèn giao thông động là một phương pháp điều khiển đèn giao
thông khi mà chu kỳ bật tắt tín hiệu giao thông thay đổi theo những yếu tố như
lưu lượng, thời điểm trong ngày. Phương pháp điều khiển giao thông này giúp
tối ưu hóa việc lưu thông các phương tiện giao thông. Tuy nhiên rất khó khăn
để đạt được hệ thống điều khiển động tối ưu bởi vì những đặc tính ảnh hưởng
như tính động, tính rời rạc và tính không dự đoán của hệ thống giao thông.
Những nghiên cứu về hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông động được
tiến hành rộng rãi. Những nghiên cứu này áp dụng những kỹ thuật điều khiển
thông minh như điều khiển mạng thần kinh (neural network); điều khiển mờ
(fuzzy control); điều khiển gen di truyền (genetic control); thuật toán học
(learning algorithm) [2]. Chúng ta sẽ xem xét qua những công trình áp dụng
các thuật toán trên vào điều khiển đèn giao thông. Trong điều khiển tín hiệu
giao thông động thì kỹ thuật điều khiển mờ được áp dụng rộng rãi nhất. Hàng
loạt các công trình nghiên cứu về điều khiển mờ [3], [4], [5]. Một phương pháp
tiến hành chung: xây dựng hàm quan hệ để mờ hóa thông số đầu vào thông số
dòng phương tiện giao thông, như số lượng xe đến trên mỗi làn đường, độ dài
của dãy phương tiện giao thông, …; định dạng các luật điều khiển mờ. Sau đó
từ những luật điều khiển mờ để xác định kết quả đầu ra như: chu kì tín hiệu đèn
3
giao thông; thời gian bật tắt các pha. Ứng dụng phương pháp mờ để điều khiển
tín hiệu giao thông có nhiều ưu điểm. Một trong các ưu điểm đó là sử dụng ít
tài nguyên hệ thống máy tính, thuật toán đơn giản hơn so với các thuật toán
điều khiển thông minh khác. Ưu điểm nữa so với phương pháp điều khiển đèn
đường thời gian cố định là giảm thời gian chờ của phương tiện giao thông, tăng
khả năng lưu thông của phương tiện giao thông. Một khó khăn trong sử dụng
phương pháp điều khiển mờ là việc xây dựng các luật điều khiển mờ và điều
này phụ thuộc vào nền tảng kiến thức tổng hợp về điều khiển và giao thông của
người nghiên cứu, vì vậy điều này gây khó khăn lớn khi đạt được kết quả tối
ưu [6]. Hơn thế điều khiển mờ áp dụng khó khăn khi trong hệ thống điều khiển
nhiều điểm giao cắt.
Trong nhiều nghiên cứu sử dụng mạng neural và thuật toán học để điều
khiển tín hiệu đèn giao thông [7], [8], [9]. Ưu điểm thuật toán đem lại nhiều ưu
điểm tận dụng được vốn kinh nghiệm cho các trường hợp giao thông đặc thù
các thành phố khác nhau, kết quả đưa lại khả quan. Nhược điểm việc điều khiển
tín hiệu giao thông tại các điểm giao cắt cần các thuật toán phức tạp và sử dụng
trong khi điều khiển nhiều nút trong hệ thống tín hiệu giao thông.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.
Về quan trắc dòng phương tiện giao thông, một số hệ thống quan trắc
dòng phương tiện giao thông đã được một số nhóm nghiên cứu và thử nghiệm.
Chẳng hạn, nhóm nghiên cứu của công ty FPT đã sử dụng dữ liệu từ camera để
đếm xe từ video clip quay dòng xe. Kết quả của họ hiện chỉ đếm xe cho trên
một làn xe. Các kiểm chứng về hiệu quả của việc sử dụng camera trong các thời
điểm khác nhau về cường độ ánh sáng, mật độ dòng xe cao di chuyển với vận
tốc thấp cũng chưa được thể hiện rõ ràng. Nhóm nghiên cứu tại Trường đại học
Quốc tế - Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh cũng có những nghiên
cứu cơ bản để đánh giá hệ thống giao thông thông minh, các hệ thống quang
báo cảnh báo tình trạng kẹt xe. Công ty TNHH Giải pháp Công nghệ FPT (FPT
Technology Solutions – FTS), kênh VOV giao thông (Đài tiếng nói Việt Nam
4
- VOV) và Sở Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh hợp tác để đưa thông
tin giao thông do kênh VOV giao thông cung cấp lên hệ thống Bảng quang báo
điện tử nhằm cung cấp kịp thời thông tin tình trạng kẹt xe trên địa bàn Thành
phố để người tham gia giao thông tự điều tiết thay đổi hướng di chuyển cho
phù hợp. Ngoài ra, để đảm bảo an toàn giao thông, tất cả các xe ôtô tham gia
dịch vụ giao thông, vận chuyển hàng hóa hay hành khách đều phải gắn các hệ
thống giám sát hành trình cảnh báo tình trạng hoạt động của xe.
1.2. Đặt vấn đề.
Tình trạng kẹt xe đang là đề tài rất nóng tại Việt Nam, đặc biệt tại hai
thành phố lớn là thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội. Tình trạng kẹt xe gây ra
rất nhiều thiệt hại về tài sản của nhà nước cũng như của nhân dân như tốn rất
nhiều thời gian để di chuyển, lãng phí về xăng dầu và giảm tuổi thọ của các
phương tiện tham gia giao thông, thiệt hại kinh tế xã hội…Ngoài ra, tình trạng
kẹt xe cũng gây ra nhiều ức chế về mặt tâm lý cho tham gia giao thông, gây ô
nhiễm môi trường, …
Rất nhiều giải pháp của Nhà nước, Bộ Giao thông vận tải, Sở Giao thông
vận tải thành phố Hồ Chí Minh, và các đơn vị tư vấn được đề xuất nhằm giải
quyết tình trạng kẹt xe như thay đổi điều chỉnh giờ làm việc của cá bộ công
chức, học sinh sinh viên; thay đổi dải phân cách, quy họach lại các tuyến đường
giao thông, và gần đây là xây dựng các cầu vượt tại các giao lộ, chương trình
VOV giao thông, … đã có những tác động tốt làm giảm tình trạng kẹt xe.
Tuy nhiên, một thực tế nhận thấy rõ là các giải pháp đề xuất trên chỉ là
các giải pháp giải quyết cục bộ tạm thời. Tình trạng ùn tắc giao thông tại thành
phố Hồ Chí Minh và Hà Nội vẫn tiếp tục xảy ra. Một trong các nguyên nhân
gây nên tình trạng kẹt xe là do hệ thống đèn điều khiển giao thông tại các giao
lộ, một số hệ thống đèn này đang hoạt động một cách độc lập với các chu kỳ
đèn xanh, đèn đỏ cố định và chưa có tín hiệu đèn phù hợp cho các hướng lưu
thông có các phương tiện ưu tiên. Vì vậy, đề tài nghiên cứu “Thay đổi tín hiệu
5
đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ’’
được chọn làm luận văn tốt nghiệp.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu.
Cung cấp một giải pháp điều khiển đèn giao thông tại một ngã tư đô thị
với tín hiệu đèn thay đổi theo mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ. Góp
phần xây dựng một hệ thống đèn điều khiển giao thông linh hoạt, giúp cho các
phương tiện di chuyển hợp lý hơn, giảm ùn tắc giao thông và hạn chế thời gian
chờ tại các ngã tư đô thị.
1.4. Phạm vi nghiên cứu.
Áp dụng thử nghiệm mô phỏng với một ngã tư ở Thành phố Hồ Chí Minh:
thiết kế, lập trình phần mềm mô phỏng tình trạng giao thông tại một ngã tư đô
thị được điều khiển bằng đèn giao thông dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng.
1.5. Phương pháp nghiên cứu.
Phương pháp toán được áp dụng để triển khai thuật toán điều khiển đèn
giao thông dựa trên độ ưu tiên các hướng qua giao lộ.
Phương pháp mô phỏng được áp dụng để mô phỏng tình trạng giao thông
tại một ngã tư có đèn giao thông điều khiển theo độ ưu tiên các hướng qua giao
lộ.
1.6. Bố cục của luận văn.
Cấu trúc của luận văn “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên
mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ’’ được trình bày trong 5 chương
với bố cục cụ thể như sau :
Chương 1: Giới thiệu
Chương này trình bày đặt vấn đề, nêu lý do chọn đề tài, mục tiêu, phạm
vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và bố cục của luận văn.
Chương 2: Tổng quan về tình hình giao thông và hệ thống đèn giao
thông tại các Thành phố lớn của Việt nam
6
Chương 3: Hệ thống đèn tín hiệu giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu
tiên của các hướng qua giao lộ.
Chương 4: Mô phỏng thực nghiệm thay đổi tín hiệu đèn giao thông tại
một ngã tư đô thị.
Chương 5: Kết luận.
7
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
Trong chương này, luận văn sẽ trình bày tổng quan về tình hình giao thông
đường bộ ở Thành phố Hồ Chí Minh, Mạng lưới giao thông và các hệ thống
đèn giao thông tại Thành phố Hồ Chí Minh .
2.1. Tổng quan tình hình giao thông đường bộ ở thành phố Hồ Chí
Minh
Thành phố Hồ Chí Minh đã được xây dựng trong hơn ba trăm năm. Tổng diện
tích hiện tại 2.061 km², với hơn 9 triệu dân, trong đó, dân số thành thị hiện tại
là 7.125.494 người, dân số nông thôn chiếm 1.867.589 người. Tuy nhiên, nếu
tính thêm những người cư trú không đăng ký hộ khẩu (người đến từ các tỉnh
khác cho giáo dục, kinh doanh hoặc công việc của họ và một số khách du lịch…)
thì dân số thực tế của Thành phố Hồ Chí Minh khoảng hơn 14 triệu người.
Người dân thành phố đang sử dụng gần 9 triệu xe ô tô và xe máy cá nhân, không
bao gồm một số phương tiện giao thông công cộng và phương tiện đi theo người
đến từ các tỉnh khác.
Mạng lưới đường đô thị ở thành phố Hồ Chí Minh có thể là được mô hình hóa
như một mạng hình học với nhiều ngã tư, các ngã tư này là một điểm giao nhau
của nhiều tuyến đường, từ 3 đến 7 đường, được gọi là ngã tư n nhánh (n =
3,4,5,6,7). Mạng lưới bao gồm các con đường với chiều rộng và hình học khác
nhau đa hình đa dạng. Độ dài của các đoạn đường giữa hai ngã tư không bằng
nhau, nhiều đoạn quá ngắn hoặc quá dài. Một số ngã tư có đường vòng ở trung
tâm (vòng xuyến), một số khác có đảo nhỏ tại các góc để hình thành đường phụ
nhằm để rẽ phải để tạo thành các luồng tự do.
8
Hình 2.1: Xe cứu thương bị ùn tắc trước đèn đỏ
(Nguồn:http://vietbao.vn/)
Theo quy định của luật giao thông Việt Nam, tất cả các phương tiện di chuyển
bên phải làn đường. Trong tổ chức đường bộ, một số đoạn đường được sử dụng
làm đường hai chiều, đường một chiều. Các phần đường của đường hai chiều
được phân cách bằng các dải phân cách bằng các đường sơn kẻ đơn hoặc kép,
đảo, rào chắn. Một số làn đường được chia riêng biệt dành cho xe bốn bánh
hoặc xe hai bánh, trong đó xe bốn bánh gồm xe hơi, xe buýt, xe tải và xe hai
bánh xe đạp, xe máy, xe ba bánh, xe tay ga và xe đạp. Các làn đường dành riêng
được phân tách bằng dải phân cách như vạch kẻ, rào chắn hoặc đảo. Đường lớn
dành cho xe bốn bánh có thể được phân chia bằng các vạch kẻ nét đứt (vạch
sơn không liên tục).
Đèn điều khiển giao thông được lắp đặt ở cuối đường, nơi các phương tiện tham
gia giao thông giao nhau tại ngã tư. Mỗi bộ bao gồm ba màu sắc thường được
bố trí hàng dọc hoặc ngang, trong đó đèn tín hiệu xanh lục cho phép phương
tiện trên làn đường đó được di chuyển, đèn tín hiệu màu vàng nhằm để cảnh
báo các phương tiện trên làn đó chạy chậm lại và dừng hẳn lại trước vạch khi
đèn tín hiệu chuyển sang màu đỏ.
9
Hình 2.2: Mật độ lưu lượng các hướng không đều nhau .
(Ghi vào lúc 7:30 ngày 1 tháng 9 năm 2015 tại ngã tư đường HMG và HH,
Thành phố Hồ Chí Minh )
Nói đến tình trạng giao thông, thành phố Hồ Chí Minh hiện được biết đến là
thành phố có quá nhiều xe máy và một số trong số những người điều khiển
phương tiện này di chuyển không đảm bảo tuân thủ luật Giao thông đường bộ.
Họ cố vượt qua xe phía trước hoặc chen lấn qua những khoảng trống, chạy lên
lề đường để có thể để vượt qua đám đông các xe đang lưu thông phía trước, bất
kể những chiếc xe phía trước là xe hai bánh hay xe bốn bánh. Trong những giờ
cao điểm, tình trạng ùn tắc, tắc nghẽn giao thông xảy ra thường xuyên tại một
số ngã tư. Dẫn đến tình trạng giao thông hiện nay là do của cơ sở hạ tầng giao
thông kém chưa đáp ứng đủ nhu cầu đi lại của người dân, tình trạng chiếm dụng
đường bộ bởi những người bán hàng rong, đậu xe hơi ở lòng lề đường, bên cạnh
đó còn do sự bất hợp lý của hệ thống điều khiển đèn giao thông với chu kỳ đơn
giản, được lập trình cố định.
2.2. Mạng lưới ngã tư đường đô thị tại thành phố Hồ Chí Minh
Sự phát triển của thành phố Hồ Chí Minh qua nhiều giai đoạn lịch sử dẫn đến
sự đa dạng của mạng lưới đường đô thị, dạng hình học và phần đường sử dụng.
Làn đường kết nối đến ngã tư có thể có chiều rộng khác nhau và được sử dụng
làm đường một chiều, đường hai chiều vào và ra ngã tư. Mỗi hướng di chuyển
vào ngã tư hoặc rời khỏi ngã tư của các phương tiên tham gia giao thông có thể
xem như một dòng chảy hỗn hợp hoặc hai dòng chảy tách biệt cho xe hai bánh
và xe bốn bánh.
10
Các phương tiện khi đến ngã ba hoặc ngã tư giao lộ có thể đi thẳng, rẽ phải
hoặc rẽ trái; đến ngã năm, sáu, hoặc ngã bảy, một chiếc xe có thể đi thẳng, rẽ
phải ngay lối thứ 1, thứ 2 hoặc thứ 3…, rẽ trái ở lối thứ 1 hoặc các lối thứ 2,
thứ 3… Nói cách khác, một luồng giao thông đến một ngã tư được chia thành
nhiều hướng. Hầu hết các hướng cần phải được phối hợp với đèn điều khiển tín
hiệu giao thông một cách hợp lý cho các phương tiện đi ra khỏi giao lộ;
2.3. Hệ thống đèn giao thông thông minh
Hệ thống đèn tín hiệu điều khiển giao thông (còn được gọi tên khác là đèn
tín hiệu giao thông, đèn điều khiển giao thông, hay đèn xanh đèn đỏ) là một
thiết bị được dùng để điều khiển giao thông ở những giao lộ có lượng phương
tiện lưu thông lớn (thường là ngã ba, ngã tư đông xe qua lại). Đây là một thiết
bị quan trọng không những an toàn cho các phương tiện mà còn giúp giảm ùn
tắc giao thông vào giờ cao điểm. Nó được lắp ở tâm giao lộ hoặc trên vỉa hè.
Đèn tín hiệu giao thông có thể hoạt động tự động hay cảnh sát giao thông điều
khiển.
Nhằm mục đích giảm thời gian chờ đợi của xe trước đèn giao thông, hoạt động
đựa trên hệ điều khiển đèn giao thông thông minh [3,4] của một số tác giả đã
tiếp cận hệ thống điều khiển thích ứng cho nhiều ngã tư gần dựa trên logic mờ
[7] hoặc hệ chuyên gia với if-then quy tắc cho một ngã tư bị cô lập [6], [5].
Những cách tiếp cận này phân tích dữ liệu lưu lượng trên luồng tỷ lệ, mật độ
và vận tốc của ô tô trên các đoạn đường nối với ngã tư [2], [3]. Số lượng ô tô
đi vào một đoạn đường được tính theo thời gian thực theo cảm ứng các vòng
lặp, hệ thống định vị toàn cầu (GPS), RFID hoặc máy quay video [2-5], [8-10].
Phân tích dữ liệu của những chiếc xe đi vào một đoạn đường, cách tiếp cận dự
đoán số lượng xe và thời gian khi chúng xuất hiện ở ngã tư tiếp theo để chuyển
đèn giao thông.
Các cách tiếp cận trên khó triển khai tại Thành phố Hồ Chí Minh do ngoài sự
đa dạng của phương tiện, sự khác biệt giữa ngã tư và sự phức tạp trong hành vi
11
của người tham gia giao thông trên đường. Ngã tư ở thành phố Hồ Chí Minh
được xây dựng với nhiều nhánh có chiều rộng khác nhau và cách tổ chức đường
bộ cũng không đều nhau. Trên nhiều con đường, xe 4 bánh và 2 bánh đi lại
trong một khoảng cách rất gần (đi chung trong 1 làn đường). Ngoài ra, các
phương tiện từ trường học, bến tàu và ngõ hẻm kết nối với đường tại bất kỳ vị
trí nào giữa hai ngã tư đều làm thay đổi số lượng xe đếm bằng cảm biến. Hơn
nữa, các cách tiếp cận trên chưa xem xét đến các quy định phương tiện ưu tiên
trên các luồng phương tiện hướng đến ngã tư như đoàn xe, xe cứu hỏa, xe cứu
thương, …vv. Trong khi đó, hệ thống điều khiển đèn giao thông [11, 12] tập
trung vào việc xóa đường cho sự di chuyển của các phương tiện khẩn cấp và
không giải quyết vấn đề ùn tắc trước đèn giao thông cũng như kẹt xe ở ngã tư.
2.4. Các tài liệu nghiên cứu ứng dụng trong luận văn.
Bài báo khoa học nghiên cứu [13] đã trình bày cách tiếp cận thuật toán thay đổi
tín hiệu điều khiển đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng
qua giao lộ bằng phương pháp toán học. Kết quả bài báo khoa học này đã chứng
minh được tính tối ưu của thuật toán và đề xuất giải pháp tiếp cận, đưa thuật
toán vào xây dựng hệ thống đèn giao thông thông minh hơn góp phần giảm
thiểu ùn tắc giao thông tại các giao lộ của Thành phố lớn như Thành phố Hồ
Chí Minh.
Bài báo khoa học [14] đã trình bày phần nghiên cứu mô hình phân luồng
giao thông một cách vĩ mô. Nghiên cứu đã đề xuất mô hình thống kê giao thông
theo không gian-thời gian để ước tính tỷ lệ đám đông phương tiện phía sau đèn
tín hiệu giao thông từ đó xác định mức độ ưu tiên của các hướng đi qua giao lộ.
[15, 16, 17] Mô hình phân tích khu vực có phương tiện giao thông như một
biến lưu lượng tùy thuộc vào không gian và thời gian, áp dụng khái niệm thống
kê không gian trong GIS để thể hiện khu vực có xe cộ dưới dạng biểu đồ không
gian ở các trường hợp khác nhau.
12
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN
MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ
Trong chương quan trọng này, luận văn sẽ trình bày chi tiết nội dung
thuật toán và phương pháp xác định các hướng được đi qua ngã tư theo thứ tự
ưu tiên.
3.1. Nội dung nghiên cứu.
Trong nghiên cứu này, chúng ta sẽ tiếp cận hệ thống và giải bài toán
điều khiển đèn giao thông ở đô thị dựa trên thứ tự ưu tiên của các hướng phương
tiện giao thông đi vào giao lộ. Hành trình di chuyển của các phương tiện giao
thông vào giao lộ được phân tích ra thành từng hướng, các hướng có thứ tự ưu
tiên được gán theo mức độ khác nhau tùy trường hợp. Các hướng di chuyển
vào giao lộ được kết hợp với bộ đèn điều khiển giao thông đặt ở cuối luồng
phương tiện tham gia giao thông đó.
Một hệ thống đèn điều khiển giao thông dựa trên mức độ ưu tiên của các
hướng vào giao lộ bao gồm 02 mô đun chính, mô đun phát hiện mức độ ưu tiên
của từng hướng đi và mô đun dành quyền ưu tiên di chuyển dựa trên mức độ
ưu tiên đó. Mô đun phát hiện mức độ ưu tiên của từng hướng đi sẽ phân tích dữ
liệu của các luồng giao thông trước hệ thống đèn để xác định mức độ ưu tiên
và gán chúng theo thứ tự ưu tiên giảm dần. Trong hệ thống, một trong những
tiêu chí để xác định mức độ ưu tiên cao hơn của các hướng đi có thể kể đến
như: hướng có phương tiện tham gia giao thông khẩn cấp theo quy định hiện
hành; hướng có thời gian chờ tham gia giao thông vượt quá thời gian cấm hoặc
hướng có lưu lượng phương tiện tham gia giao thông lớn… Mức độ ưu tiên của
các hướng tham gia giao thông tại một giao lộ sẽ được thay đổi theo thời gian.
Trong chương này, luận văn trình bày các khái niệm như: tập hợp các
hướng đi, các biến về thời gian chờ, thời gian cấm tối đa, thời gian di chuyển
của các phương tiện giao thông trong hệ thống đèn điều khiển giao thông dựa
trên thứ tự ưu tiên. Tiếp theo, luận văn sẽ xác định dữ liệu đầu vào của bài toán,
13
xác định kết quả đầu ra của bài toán và đưa ra thuật toán cho bài toán này. Sau
cùng, luận văn sẽ giải bài toán và đánh giá, nhận xét bài toán, cho ra kết luận.
3.2. Mô tả bài toán.
3.2.1. Khái niệm hệ thống đèn giao thông dựa trên thứ tự ưu tiên
Hệ thống điều khiển đèn giao thông dựa trên thứ tự ưu tiên tại ngã tư.
Đèn tín hiệu giao thông được đặt ở cuối hướng di chuyển của các phương
tiện giao thông vào ngã tư giao lộ. Một hệ thống điều khiển đèn giao thông dựa
trên thứ tự ưu tiên tại ngã tư bao gồm hai mô đun chính, mô đun phát hiện mức
độ ưu tiên lưu lượng di chuyển và mô đun phân bổ quyền ưu tiên dựa trên thứ
tự.
Mô đun phân bổ hướng đi dựa trên thứ tự ưu tiên của các hướng.
Là một phần của hệ thống đèn điều khiển giao thông được lắp đặt tại ngã tư
dựa trên thứ tự ưu tiên. Mô đun phân bổ quyền ưu tiên dựa trên thứ tự bao gồm
bộ quy trình cho phép cấu thành quyền được di chuyển và một ma trận chuyển
đổi đèn giao thông.
Hình 3.1: Cấu trúc mô đun phân bổ hướng đi dựa trên thứ tự ưu tiên.
Dữ liệu đầu vào của mô đun bao gồm các yếu tố xác định lưu lượng di chuyển
của các chuyên gia khi thiết kế đường, thiết kế ngã tư và dữ liệu từ mô đun phát
hiện mức độ ưu tiên lưu lượng di chuyển.
Dữ liệu đầu ra của mô đun là các hướng đi được di chuyển qua ngã tư có
được từ sự kết hợp đúng hướng cần di chuyển với từng hướng đi theo thứ tự ưu
tiên giảm dần từ mô đun phát hiện mức độ ưu tiên lưu lượng di chuyển.
14
Cuối cùng, ma trận chuyển đổi đèn giao thông sẽ giải mã các hướng đi thuận
chiều và các hướng gây xung đột giao thông cho ra một tập hợp các hướng đi
tốt nhất giải quyết bài toán điều khiển đèn giao thông dựa trên thứ tự ưu tiên tại
ngã tư.
3.2.2. Đầu vào bài toán
Tại một ngã tư cụ thể, dữ liệu đầu vào của bài toán không thay đổi theo thời
gian và được xác định bởi các chuyên gia giao thông, bao gồm:
- D = {di , i = 1,2, .. ,N}: tập hợp các hướng đi vào ngã tư, không
bao gồm hướng di chuyển cho mọi trường hợp.
- 𝑇𝐷𝑖 : thời gian ngắn nhất cần thiết cho một chiếc xe trên hướng di
vượt ra ngoài ngã tư, 𝑇𝐷𝑖 = 𝐿𝐷
𝑖 𝑉𝑟⁄ , trong đó 𝐿𝐷𝑖 là chiều dài của
hướng di qua ngã tư và 𝑉𝑟 là vận tốc quy định tại ngã tư.
- 𝑇𝑃𝑖 : thời gian dừng (thời gian đèn đỏ) tối đa cho hướng di.
- 𝐷𝑐𝑠𝑖 , 𝐷𝑐𝑓
𝑖 : Tập hợp của các hướng đi thuận chiều và tập hợp các
hướng đi xung đột với di , i = 1,2, .. ,N ;
Trong đó 𝐷𝑐𝑠𝑖 + 𝐷𝑐𝑓
𝑖 = D – {di}
Bên cạnh đó, dữ liệu đầu vào của bài toán do mô đun phát hiện mức độ ưu
tiên lưu lượng cung cấp sẽ được xác định trong một khoảng thời gian đều nhau
Ts . Nghĩa là, sau Ts thời gian, dữ liệu đầu vào của bài toán gồm:
- Một chuỗi các hướng đi đã được sắp xếp giảm dần theo thứ tự
ưu tiên dành cho hướng 𝑑𝑖 ∈ 𝐷.
- 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 : Tập hợp các hướng được di chuyển hiện tại
- 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 : Tập hợp các hướng cấm di chuyển hiện tại.
- 𝑇𝑔𝑖 : Thời gian hiện tại của đèn xanh của hướng i.
- 𝑇𝑟𝑖 : Thời gian hiện tại của đèn đỏ của hướng i.
15
Như vậy, các điều kiện đầu vào của bài toán được phân tích như sau:
- 𝐷𝑐𝑠𝑖 với i = 1,2, .. , N, được cấu trúc như một bảng hướng đi không
gây xung đột theo từng hướng i.
- 𝑇𝐷𝑖 𝑣à 𝑇𝑃
𝑖 với i = 1,2, .. , N
- D = {di , i = 1,2, .. ,N}, Tập hợp các hướng đi được sắp xếp theo
thứ tự ưu tiên giảm dần.
- 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 và 𝐷𝑝𝑟𝑜
𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 :
Thỏa điều kiện:
- Điều kiện 1: 𝑇𝑔𝑖 ≥ 𝑇𝐷
𝑖 , ∀𝑖.
- Điều kiện 2: 𝑇𝑟𝑖 ≤ 𝑇𝑃
𝑖 , ∀i.
- Điều kiện 3: Phương tiện giao thông đi qua ngã tư không xung đột
với nhau.
3.2.3. Đầu ra bài toán
- 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑛𝑒𝑤 : Tập hợp của các hướng được đi mới.
- 𝐷𝑃𝑟𝑜𝑛𝑒𝑤 : Tập hợp của các hướng cấm mới.
3.2.4. Thuật toán
Kiểm tra điều kiện của bài toán: 𝑻𝒈𝒊 ≥ 𝑻𝑫
𝒊 .
∀𝑖 = 1, 2, … 𝑁, nếu ∃di : 𝑇𝑔𝑖 < 𝑇𝐷
𝑖 , thì bảo toàn tình trạng hiện tại
của đèn giao thông. Ngược lại, tìm:
Hướng thứ nhất được đi: 𝒅𝒑𝒓𝟏 .
∀𝑖 = 1, 2, … 𝑁, nếu ∃di : 𝑇𝑟𝑖 > 𝑇𝑃
𝑖 , thì 𝑑𝑝𝑟1 ← 𝑑𝑖 , ngược lại 𝑑𝑝𝑟1 ←
𝑑𝑝𝑟 𝑚𝑎𝑥 , 𝑑𝑝𝑟 𝑚𝑎𝑥𝜖 𝐷, trong đó 𝑑𝑝𝑟 𝑚𝑎𝑥 là hướng có thứ tự ưu tiên cao
nhất của D.
Hướng thứ hai được đi: 𝒅𝒑𝒓𝟐 .
16
Xét 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
có nguồn gốc từ bảng các hướng đi không xung đột, nếu
𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
= ∅, bỏ qua kết quả.
Ngược lại 𝑑𝑝𝑟2 ← 𝑑𝑝𝑟 𝑚𝑎𝑥 , 𝑑𝑝𝑟 𝑚𝑎𝑥𝜖 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
, trong đó 𝑑𝑝𝑟 𝑚𝑎𝑥 là
hướng có thứ tự ưu tiên cao nhất của 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
.
Lưu ý: 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
⊂ 𝐷 − {𝑑𝑝𝑟1}
Hướng thứ i được đi: 𝒅𝒑𝒓𝒊.
Xét 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟(𝑖−1)
có nguồn gốc từ bảng các hướng đi không xung đột,
𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟(𝑖−1)
⊂ 𝐷 − {𝑑𝑝𝑟(𝑖−1)} . Nếu ⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟(𝑖−1)
𝑖 = ∅ , thì bỏ qua kết quả.
Ngược lại 𝑑𝑝𝑟𝑖 ← 𝑑𝑝𝑟 𝑚𝑎𝑥 , 𝑑𝑝𝑟 𝑚𝑎𝑥 ∈ ⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟(𝑖−1)
𝑖 , trong đó
𝑑𝑝𝑟 𝑚𝑎𝑥 là hướng ưu tiên cao nhất của ⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟(𝑖−1)
𝑖 .
Lưu ý: 𝑑𝑝𝑟𝑖 ∈ ⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟(𝑖−1)
𝑖 ,
do đó: 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟0
= 𝐷 𝑣à 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟0
∩ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
= 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
Kết quả: 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑛𝑒𝑤 = {𝑑𝑝𝑟1, 𝑑𝑝𝑟2, 𝑑𝑝𝑟3 … }
và 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑛𝑒𝑤 = 𝐷 − 𝐷𝑟𝑜𝑤
𝑛𝑒𝑤
Ứng dụng: Các kết hợp hiện tại 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 và 𝐷𝑃𝑟𝑜
𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 được thay thế
bằng kết hợp mới 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑛𝑒𝑤 và 𝐷𝑃𝑟𝑜
𝑛𝑒𝑤 như sau.
Các hướng thuộc 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑟𝑜𝑤
𝑛𝑒𝑤 được bảo toàn quyền được đi,
Các hướng thuộc 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑟𝑜𝑤
𝑛𝑒𝑤 được chuyển sang quyền được
đi,
Các hướng thuộc 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑝𝑟𝑜
𝑛𝑒𝑤 được bảo toàn cấm,
Các hướng thuộc 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑝𝑟𝑜
𝑛𝑒𝑤 được chuyển sang lệnh cấm.
Các quá trình chuyển đổi từ quyền được đi sang lệnh cấm được làm mịn
bằng tín hiệu của đèn vàng để làm chậm phương tiện và dừng lại.
17
3.2.5. Thuộc tính của bài toán.
Sự hội tụ: Thuật toán chọn 𝑑𝑝𝑟𝑖 cho 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑛𝑒𝑤 = {𝑑𝑝𝑟1, 𝑑𝑝𝑟2, 𝑑𝑝𝑟3, … } từ
⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟(𝑖−1)
𝑖 là hữu hạn. Thật vậy, (𝑑𝑝𝑟𝑖 ∉ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟𝑖
) ∧ (⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟𝑖
= ⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟(𝑖−1)
∩𝑖𝑖
𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟𝑖
) ⟹ 𝑑𝑝𝑟𝑖 ∉ ⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟𝑖
𝑖 , ∀𝑖 = 1,2, … , 𝑁. Biểu thức này cho thấy rằng bất kỳ
hướng đi nào của ⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟𝑖
𝑖 đều được đưa ra cho 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑛𝑒𝑤 cho đến khi không có
hướng nào tồn tại trong ⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟𝑖
𝑖 , tức là cho đến khi ⋂ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟𝑖
𝑖 = ∅ .
An toàn giao thông: Tất cả các hướng đi thuộc 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑛𝑒𝑤 đều không xung
đột với nhau.
Tính chất giao hoán của sự không xung đột các hướng được ký hiệu là
" ⊡ ", kết quả là:
𝑑𝑝𝑟2 ∈ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
⟹ 𝑑𝑝𝑟2 ⊡ 𝑑𝑝𝑟1
𝑑𝑝𝑟3 ∈ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
∩ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟2
⟹ (𝑑𝑝𝑟3 ⊡ 𝑑𝑝𝑟1) ∧ (𝑑𝑝𝑟3 ⊡ 𝑑𝑝𝑟2)
𝑑𝑝𝑟4 ∈ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
∩ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟2
∩ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟3
⟹ (𝑑𝑝𝑟4 ⊡ 𝑑𝑝𝑟1) ∧ (𝑑𝑝𝑟4 ⊡
𝑑𝑝𝑟2) ∧ (𝑑𝑝𝑟4 ⊡ 𝑑𝑝𝑟3)
……
3.3. Giải bài toán
Ở phần này, luận văn sẽ giải bài toán với một ngã tư được thiết kế cụ thể
như sau:
Một giao lộ được thiết kế thành bốn tham gia giao thông, trong đó có
năm dòng chảy của các phương tiện giao thông tiến vào ngã tư. Các phương
tiện giao thông trên các dòng chảy này được chia ra thành mười lăm hướng
(𝑑1, 𝑑2, … , 𝑑15) cần đi ra khỏi ngã tư, trong đó có hướng 𝑑3 được chỉ định là
hướng luôn luôn được đi và không xung đột với các hướng còn lại. Các hướng
được gọi là không xung đột với một hướng đang được chọn được thiết kế bởi
các chuyên gia giao thông (bảng 1).
18
i Hướng được
chọn (𝑑𝑖) Hướng không gây xung đột (𝐷𝑐𝑠
𝑖 )
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
𝑑1
𝑑2
𝑑3
𝑑4
𝑑5
𝑑6
𝑑7
𝑑8
𝑑9
𝑑10
𝑑11
𝑑12
𝑑13
𝑑14
𝑑15
{𝑑2, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑12, 𝑑15}
{𝑑1, 𝑑9, 𝑑11, 𝑑12, 𝑑13 , 𝑑15}
{𝑑1, 𝑑2, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12 , 𝑑13 , 𝑑14 , 𝑑15}
{𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑11, 𝑑12, 𝑑13, 𝑑15}
{𝑑4, 𝑑6, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑12, 𝑑14 , 𝑑15}
{𝑑1, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12 , 𝑑14 , 𝑑15}
{𝑑4, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑11, 𝑑12, 𝑑13, 𝑑15}
{𝑑1, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑7, 𝑑9, 𝑑12, 𝑑14, 𝑑15}
{𝑑1, 𝑑2, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12, 𝑑14, 𝑑15}
{𝑑1, 𝑑6, 𝑑9, 𝑑11, 𝑑12, 𝑑15}
{𝑑2, 𝑑4, 𝑑6, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑12 , 𝑑15}
{𝑑1, 𝑑2, 𝑑4, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑13 , 𝑑14 , 𝑑15}
{𝑑4, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑9, 𝑑12, 𝑑14 , 𝑑15}
{𝑑5, 𝑑6, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑12 , 𝑑13 , 𝑑15}
{𝑑1, 𝑑2, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑12, 𝑑13 , 𝑑14}
Bảng 3.1: Hướng không gây xung đột (ngã tư mô hình), 𝑫𝒄𝒔𝒊 .
Giả sử, đầu vào của bài toán được cung cấp bởi mô đun phát hiện mức
độ ưu tiên lưu lượng như sau:
𝐷 = {𝑑5, 𝑑2, 𝑑7, 𝑑15, 𝑑12, 𝑑11, 𝑑1, 𝑑4, 𝑑10, 𝑑9 , 𝑑8, 𝑑13, 𝑑6, 𝑑14} (1)
𝐷𝑛𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑1, 𝑑2, 𝑑9, 𝑑12, 𝑑15};
𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑10 , 𝑑11 , 𝑑13 , 𝑑14}
19
Hệ thống đèn tín hiệu hiện tại đáp ứng các điều kiện (1) và (2) cho thời
gian 𝑇𝑟 và 𝑇𝑔 .
Hình 3.2. Một ngã tư mô hình 15 hướng qua ngã tư
Áp dụng thuật toán trên ta có các hướng được xác định đi tiếp theo như
sau:
Theo giả thuyết, ta có:
𝐷 = {𝑑5, 𝑑2, 𝑑7, 𝑑15, 𝑑12 , 𝑑11 , 𝑑1, 𝑑4, 𝑑10 , 𝑑9, 𝑑8, 𝑑13, 𝑑6, 𝑑14} là tập
các hướng đi đầu vào đã được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm dần của mô đun
phát hiện ưu tiên lưu lượng và hệ thống đèn tín hiệu hiện tại đáp ứng các
điều kiện (1) và (2) cho thời gian 𝑇𝑟 và 𝑇𝑔 . Do đó, áp dụng thuật toán trên,
ta có:
Hướng thứ nhất được đi: 𝑑𝑝𝑟1 ← 𝑑5 (𝑑5 là hướng có thứ tự ưu tiên
cao nhất của D).
20
Hướng thứ hai được đi: 𝑑𝑝𝑟2
Ta có 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
= 𝐷𝑐𝑠0 ∩ 𝐷𝑐𝑠
5 = {𝑑15 , 𝑑12 , 𝑑4, 𝑑9, 𝑑8, 𝑑6, 𝑑14} ≠ ∅
Do đó 𝑑𝑝𝑟2 ← 𝑑15
Hướng thứ ba được đi: 𝑑𝑝𝑟3
Ta có 𝐷𝑐𝑠15 = {𝑑1, 𝑑2, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12 , 𝑑13 , 𝑑14}
⟹ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟2
= 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
∩ 𝐷𝑐𝑠15 = {𝑑12, 𝑑4, 𝑑9, 𝑑8, 𝑑6, 𝑑14} ≠ ∅
Do đó: 𝑑𝑝𝑟3 ← 𝑑12
Hướng thứ tư được đi: 𝑑𝑝𝑟4
Ta có 𝐷𝑐𝑠12 = {𝑑1, 𝑑2, 𝑑4, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑13 , 𝑑14 , 𝑑15}
⟹ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟3
= 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟2
∩ 𝐷𝑐𝑠12 = {𝑑4, 𝑑9, 𝑑6, 𝑑14} ≠ ∅
Do đó: 𝑑𝑝𝑟4 ← 𝑑4
Hướng thứ năm được đi: 𝑑𝑝𝑟5
Ta có 𝐷𝑐𝑠4 = {𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑11, 𝑑12, 𝑑13, 𝑑15}
⟹ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟4
= 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟3
∩ 𝐷𝑐𝑠4 = {𝑑9, 𝑑6} ≠ ∅
Do đó: 𝑑𝑝𝑟5 ← 𝑑9
Hướng thứ sáu được đi: 𝑑𝑝𝑟6
Ta có 𝐷𝑐𝑠9 = {𝑑1, 𝑑2, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12, 𝑑14, 𝑑15}
⟹ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟5
= 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟4
∩ 𝐷𝑐𝑠9 = {𝑑6} ≠ ∅
Do đó: 𝑑𝑝𝑟6 ← 𝑑6
Hướng thứ bảy được đi: 𝑑𝑝𝑟7
Ta có 𝐷𝑐𝑠6 = {𝑑1, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12, 𝑑14, 𝑑15}
⟹ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟6
= 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟5
∩ 𝐷𝑐𝑠6 = ∅ ⟹ Dừng
21
Ta có kết quả của bài toán như sau:
𝐷𝑟𝑜𝑤𝑛𝑒𝑤 = {𝑑5, 𝑑15, 𝑑12, 𝑑4, 𝑑9, 𝑑6, }
𝐷𝑝𝑟𝑜𝑛𝑒𝑤 = {𝑑2, 𝑑7, 𝑑11, 𝑑1, 𝑑10 , 𝑑8, 𝑑13, 𝑑14}
Áp dụng: Từ (2) và kết quả trên ta có:
- Các hướng bảo toàn đèn xanh:
𝐷𝑟𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑟𝑜𝑤
𝑛𝑒𝑤 = {𝑑9, 𝑑12, 𝑑15}
- Các hướng bảo toàn đèn đỏ:
𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑝𝑟𝑜
𝑛𝑒𝑤 = {𝑑7, 𝑑8, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑13, 𝑑14}
- Các hướng chuyển từ đèn đỏ sang đèn xanh:
𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑟𝑜𝑤
𝑛𝑒𝑤 = {𝑑4, 𝑑5, 𝑑6}
- Các hướng chuyển từ đèn xanh sang đèn vàng, rồi sang đèn đỏ:
𝐷𝑟𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑝𝑟𝑜
𝑛𝑒𝑤 = {𝑑1, 𝑑2}
3.4. Đánh giá, Nhận xét.
Giải pháp thay đổi tín hiệu đèn giao thông tại ngã tư đô thị dựa trên mức
độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ giúp khắc phục phần nào chưa hợp lý của
hệ thống đèn giao thông hiện tại ở các Thành phố lớn. Nhằm mục đích hạn chế
ùn tắc giao thông tại một số ngã tư trọng điểm, giải pháp này tận dụng tối đa
diện tích đường bộ và loại bỏ các các yếu tố gây ùn tắc từ những hướng di
chuyển gây xung đột giao thông giữa ngã tư. Bên cạnh đó, nó cũng phối hợp
độ dày xe hợp lý tại chỉ đường đi vào ngã tư và thông xe đang chờ đèn xanh
phía trước ngã tư đường vắng.
Cách tiếp cận xác định độ dày xe để kiểm soát nhiều hơn đèn giao thông
linh hoạt, không chỉ để giảm độ dày của xe trước giao thông đèn mà còn để sử
dụng hiệu quả đường giao nhau. Cách tiếp cận loại bỏ di chuyển xung đột trong
ngã tư để tăng tốc độ của phương tiện, và xóa sự nhầm lẫn giao thông do vượt
22
đèn đỏ của các phương tiện khẩn cấp với nhau với sự bám víu của người khác
để giảm sự nhầm lẫn và rủi ro kẹt xe.
3.5. Kết luận
Thuật toán thay đổi tín hiệu đèn giao thông tại ngã tư đô thị dựa trên mức
độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ giúp khắc phục phần nào chưa hợp lý của
hệ thống đèn giao thông hiện tại ở các Thành phố lớn như Thành Phó Hồ Chí
Minh. Phương pháp đề xuất đối với đèn giao thông điều khiển dựa trên ưu tiên
cung cấp một giải pháp tích hợp để dọn đường cho xe ưu tiên, ngăn chặn tắc
nghẽn trước đèn giao thông và tránh kẹt xe hướng xung đột qua ngã tư. Ưu tiên
được xác định trong cách tiếp cận là ước tính dựa trên yêu cầu của phương tiện
tình huống khẩn cấp, thời gian dừng xe chờ phía trước đèn đỏ và giảm đều mật
độ lưu lượng xe tại ở hướng đi vào và trong ngã tư.
23
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG THỰC NGHIỆM THAY ĐỔI TÍN HIỆU
ĐÈN GIAO THÔNG ĐÔ THỊ DỰA TRÊN MỨC ĐỘ ƯU TIÊN CỦA
CÁC HƯỚNG QUA GIAO LỘ
Trong chương này, luận văn sẽ áp dụng thuật toán và lập trình mô phỏng
thay đổi tín hiệu điều khiển đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của
các hướng qua giao lộ ngã tư bằng ngôn ngữ Java và html.
4.1. Giới thiệu
Hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông hiện tại của các Thành phố lớn
đang thể hiện sự hữu ích của mình trong việc phân luồng giao thông qua giao
lộ, tuy nhiên với những giao lộ có mật độ lưu lượng tham gia giao thông không
đều nhau ở các hướng, hoặc hướng đang ùn tắc mà có phương tiện tham gia
giao thông ưu tiên cần đi qua thì hệ thống điều khiển đèn giao thông này lộ rõ
sự lỗi thời. Trong chương này, luận văn muốn mô phỏng bằng hình ảnh một
giải pháp thay đổi tín hiệu điều khiển phân luồng giao thông phù hợp hơn tại
các ngã tư giao lộ, giảm đều mật độ giao thông trên các hướng, giải quyết tức
thời cho các hướng có phương tiện tham gia giao thông ưu tiên mà ít bị cản trở
hoặc gây ùn tắc.
Mục tiêu của chương này là nâng cao tính trực quan của giải pháp thay đổi tín
hiệu điều khiển đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng
qua giao lộ bằng phương pháp lập trình với ngôn ngữ Java và mô phỏng các
hướng được di chuyển qua ngã tư giao lộ bằng html.
Nhằm đạt được mục tiêu trên, chương bốn này sẽ trình bày phân tích giải thuật
của thuật toán bằng mả giả, sơ đồ thuật toán và lập trình mô phỏng bằng ngôn
ngữ Java và html. Tiếp theo đó, luận văn sẽ áp dụng thuật toán và giải thuật
thay đổi tín hiệu điều khiển đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của
các hướng qua giao lộ vào một ngã tư thực tế tại Thành phố Hồ Chí Minh nhằm
làm thực nghiệm. Cuối chương, luận văn sẽ tóm tắt các kết quả đạt được tại ngã
tư thực nghiệm cho thấy tính hữu dụng của giải pháp trên.
24
4.2. Giải thuật
4.2.1. Mã giả.
1. Định nghĩa Bảng các hướng di chuyển không gây xung đột với hướng
thứ i:
var arrD_1_cs = [d2, d6, d8, d9, d10, d12, d15];
var arrD_2_cs = [d1, d9, d11, d12, d13, d15];
var arrD_3_cs = [d1, d2, d4, d5, d6, d7, d8, d9, d10, d11, d12, d13, d14, d15];
var arrD_4_cs = [d5, d6, d7, d8, d9, d11, d12, d13, d15];
var arrD_5_cs = [d4, d6, d8, d9, d12, d14, d15];
var arrD_6_cs = [d1, d4, d5, d9, d10, d11, d12, d14, d15];
var arrD_7_cs = [d4, d8, d9, d11, d12, d13, d15];
var arrD_8_cs = [d1, d4, d5, d7, d9, d12, d14, d15];
var arrD_9_cs = [d1, d2, d4, d5, d6, d7, d8, d10, d11, d12, d14, d15];
var arrD_10_cs = [d1, d6, d9, d11, d12, d15];
var arrD_11_cs = [d2, d4, d6, d9, d10, d12, d15];
var arrD_12_cs = [d1, d2, d4, d6, d7, d9, d10, d11, d13, d14, d15];
var arrD_13_cs = [d4, d6, d7, d9, d12, d14, d15];
var arrD_14_cs = [d5, d6, d8, d9, d10, d12, d13, d15];
var arrD_15_cs = [d1, d2, d4, d5, d6, d7, d8, d9, d10, d12, d13, d14];
2. Kiểm tra các giá trị INPUT
var strD = giá trị Textbox arrD;
var strD_current_row = giá trị Textbox arrD_current_row;
var strD_current_pro = giá trị Textbox arrD_current_pro;
25
- Kiểm tra arrD khác rỗng
if(strD == ""){
Hiện thị lỗi "Please input." ở Textbox arrD
Set forcus
return false;
}else{
Xóa nội dung message lỗi
}
- Kiểm tra arrD_current_row khác rỗng
if(strD_current_row == ""){
Hiện thị lỗi "Please input." ở Textbox arrD_current_row
Set forcus
return false;
}else{
Xóa nội dung message lỗi
}
- Kiểm tra arrD_current_pro khác rỗng
if(strD_current_pro == ""){
Hiện thị lỗi "Please input." ở Textbox arrD_current_pro
Set forcus
return false;
}else{
Xóa nội dung message lỗi
}
26
- Kiểm tra strD = arrD_current_row + arrD_current_pro
Trường hợp strD, arrD_current_row, arrD_current_pro đã được nhập
Nếu strD = arrD_current_row + arrD_current_pro thì tiếp tục
mục 3.
Ngược lại, hiển thị thông báo lỗi : Vui lòng nhập các hướng
còn thiếu vào Textbox arrD_current_row hoặc Textbox
arrD_current_pro.
3. Hiển thị trạng thái đèn XANH cho các quyền hiện tại
4. Hiển thị trạng thái đèn ĐỎ cho các quyền cấm
5. Xử lý thuật toán
5.1. Gán mảng arrD vào mảng giao arrIntersec
var arrIntersec = arrD;
5.2. Dùng vòng lặp Do ... While để lặp lại thao tác xử lý cấu thành
quyền ưu tiên
5.2.1. Lấy ra hướng có độ ưu tiên cao nhất trong mảng giao
arrIntersec (1)
5.2.2. Xác định tập hợp HƯỚNG DI CHUYỂN KHÔNG GÂY
XUNG ĐỘT tiếp theo (2)
do {
var arrDnext;
var newd;
switch(arrIntersec[0].name) {
case "d1":
arrDnext = arrD_1_cs;
newd = d1;
break;
27
case "d2":
arrDnext = arrD_2_cs;
newd = d2;
break;
case "d3":
arrDnext = arrD_3_cs;
newd = d3;
break;
case "d4":
arrDnext = arrD_4_cs;
newd = d4;
break;
case "d5":
arrDnext = arrD_5_cs;
newd = d5;
break;
case "d6":
arrDnext = arrD_6_cs;
newd = d6;
break;
case "d7":
arrDnext = arrD_7_cs;
newd = d7;
break;
case "d8":
arrDnext = arrD_8_cs;
28
newd = d8;
break;
case "d9":
arrDnext = arrD_9_cs;
newd = d9;
break;
case "d10":
arrDnext = arrD_10_cs;
newd = d10;
break;
case "d11":
arrDnext = arrD_11_cs;
newd = d11;
break;
case "d12":
arrDnext = arrD_12_cs;
newd = d12;
break;
case "d13":
arrDnext = arrD_13_cs;
newd = d13;
break;
case "d14":
arrDnext = arrD_14_cs;
newd = d14;
break;
29
case "d15":
arrDnext = arrD_15_cs;
newd = d15;
break;
default:
// code block
}
5.2.3. Lấy phần giao giữa tập hợp arrIntersec và (2)
arrIntersec = getIntersec(arrIntersec, arrDnext);
5.2.4. Gán (1) vừa tìm thấy ở trên vào mảng kết hợp mới của
các hướng bên phải.
arrD_new_row.push(newd);
5.3. Xác định sự kết hợp mới của các hướng cấm : arrD_new_pro =
arrD - arrD_new_row
arrD_new_pro = getNotIntersec(arrD, arrD_new_row);
6. Kết quả trả về
arrD_new_row : sự kết hợp mới của các hướng bên phải.
arrD_new_pro : sự kết hợp mới của các hướng cấm.
7. Hiển thị trạng thái đèn XANH cho các quyền mới
8. Hiển thị trạng thái đèn ĐỎ cho các quyền cấm mới
30
4.2.2. Sơ đồ thuật toán.
31
Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán.
32
4.2.3. Chương trình html mô phỏng bài toán.
Giao diện html của chương trình Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa
trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ như sau:
Hình 4.2: Giao diện chương trình mô phỏng bằng html + Javascript.
Với giao diện mô phỏng thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức
độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ (Hình4.2) chương trình sẽ bắt đầu thực
hiện với tập các hướng đi đầu vào có thứ tự ưu tiên giảm dần như sau:
(d5, d2, d7, d15, d12, d11, d1, d4, d10, d9, d8, d13, d6, d14)
33
Và các hướng được di chuyển là 𝐷𝑛𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑1, 𝑑2, 𝑑9, 𝑑12, 𝑑15}; hướng
không được đi là 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑10 , 𝑑11 , 𝑑13, 𝑑14}
Các tập dữ liệu đầu vào này được thể hiện trên giao diện phần mềm như sau:
Hình 4.3: Giao diện nhận dữ liệu đầu vào
Bên cạnh đó, nhằm mục trực quan hơn cho người xem, các hướng được đi qua
ngã tư còn được thể hiện bằng các đèn màu xanh lá và mũi tên màu xanh xá
trên giao lộ mô phỏng; còn các hướng cấm không được đi thể hiện bằng các
đèn tín hiệu màu đỏ (không thể hiện mũi tên di chuyển trong mô phỏng). Bên
cạnh đó, cũng như các hệ thống đèn hiện tại, để chuyển hướng điều khiển từ
đèn xanh (được đi) sang đèn đỏ (không được đi) phần mềm sẽ thể hiện 3 giây
đèn vàng nhằm báo hiệu cho người tham gia giao thông theo luật định.
34
Hình 4.4: Ngã tư mô phỏng với các đèn xanh, đỏ và mũi tên hướng được
đi.
Hình 4.5: Ngã tư mô phỏng với các đèn vàng cảnh báo theo luật định.
35
Ý đồ luận văn là một hệ thống điều khiển thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô
thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng sẽ được cập nhật tập dữ liệu tiếp
theo sau mỗi 10 giây, chương trình điều khiển hệ thống sẽ cập nhật bộ các
hướng đi mới có thứ tự ưu tiên giảm dần dựa trên các yếu tố như: hướng có đèn
đỏ quá thời gian quy định, hướng có xe ưu tiên theo luật định, hướng có mật độ
lưu lượng xe đông,…để đưa vào hoạt động.
Như vậy, để chương trình mô phỏng hoạt động liên tục, luận văn xây dựng giả
lập một tập hợp "arrDs" gồm 50 tập dữ liệu các hướng đi vào ngã tư được sắp
theo thứ tự ưu tiên giảm dần để chương trình chạy tự động sau mỗi 10 giây. Ở
chương trình mô phỏng này, ta có tập "arrDs" sau:
{
"arrDs": [
"d9, d10, d4, d5, d6, d11, d1, d8, d15, d7, d2, d13, d12, d14",
"d5, d10, d14, d8, d13, d7, d2, d6, d1, d11, d12, d9, d15, d4",
"d11, d4, d7, d12, d8, d1, d9, d15, d14, d13, d2, d10, d6, d5",
"d10, d15, d9, d8, d13, d6, d12, d1, d5, d11, d4, d7, d2, d14",
"d14, d13, d8, d10, d7, d9, d1, d6, d11, d5, d2, d4, d12, d15",
"d8, d15, d10, d14, d11, d6, d9, d1, d7, d5, d13, d12, d4, d2",
"d11, d9, d7, d8, d2, d10, d14, d15, d13, d1, d6, d12, d5, d4",
"d8, d5, d9, d4, d1, d15, d2, d12, d11, d14, d6, d13, d10, d7",
"d7, d8, d12, d5, d11, d6, d4, d2, d9, d1, d15, d10, d13, d14",
"d15, d8, d11, d9, d10, d6, d2, d13, d12, d14, d1, d4, d7, d5",
"d14, d15, d13, d1, d5, d11, d6, d10, d7, d12, d2, d8, d9, d4",
"d9, d8, d14, d5, d4, d2, d13, d1, d10, d6, d15, d7, d11, d12",
"d14, d10, d13, d6, d4, d2, d12, d7, d8, d5, d9, d15, d11, d1",
36
"d9, d1, d13, d2, d10, d14, d15, d4, d11, d5, d6, d12, d8, d7",
"d10, d8, d9, d2, d1, d6, d15, d4, d14, d11, d7, d13, d5, d12",
"d13, d9, d7, d14, d11, d6, d12, d2, d10, d4, d15, d8, d5, d1",
"d12, d4, d2, d14, d10, d9, d7, d8, d5, d15, d11, d1, d13, d6",
"d2, d5, d12, d15, d1, d10, d14, d6, d7, d11, d4, d13, d9, d8",
"d15, d5, d10, d11, d12, d4, d2, d8, d6, d13, d7, d9, d1, d14",
"d8, d1, d7, d13, d5, d4, d2, d14, d6, d11, d15, d10, d12, d9",
"d10, d7, d9, d14, d6, d2, d1, d11, d15, d5, d13, d8, d4, d12",
"d4, d5, d6, d1, d7, d2, d14, d12, d9, d10, d11, d8, d13, d15",
"d4, d13, d9, d10, d5, d11, d15, d12, d1, d8, d6, d2, d7, d14",
"d15, d10, d14, d5, d7, d2, d4, d12, d9, d13, d11, d8, d6, d1",
"d14, d2, d8, d7, d5, d12, d10, d9, d11, d6, d15, d1, d13, d4",
"d8, d5, d4, d12, d6, d13, d1, d10, d7, d11, d15, d14, d9, d2",
"d8, d14, d1, d7, d5, d11, d13, d9, d10, d12, d6, d15, d2, d4",
"d13, d7, d10, d1, d6, d15, d2, d8, d4, d11, d12, d5, d14, d9",
"d2, d14, d15, d13, d8, d9, d1, d11, d10, d12, d7, d4, d5, d6",
"d11, d7, d9, d4, d12, d1, d15, d13, d10, d2, d14, d6, d8, d5",
"d5, d4, d13, d8, d15, d6, d14, d2, d7, d1, d11, d12, d9, d10",
"d7, d13, d4, d14, d2, d11, d8, d5, d1, d15, d6, d10, d9, d12",
"d6, d12, d4, d15, d1, d9, d8, d5, d2, d7, d13, d11, d10, d14",
"d13, d9, d15, d10, d1, d11, d4, d12, d2, d5, d7, d8, d6, d14",
"d10, d6, d15, d2, d5, d11, d1, d7, d8, d4, d9, d13, d12, d14",
"d2, d4, d13, d10, d1, d15, d7, d8, d14, d5, d9, d12, d11, d6",
"d15, d10, d12, d1, d8, d7, d11, d9, d13, d2, d6, d5, d14, d4",
37
"d13, d7, d9, d6, d8, d14, d10, d2, d12, d11, d4, d15, d5, d1",
"d4, d15, d6, d5, d13, d1, d14, d8, d12, d9, d2, d7, d11, d10",
"d15, d2, d12, d10, d5, d6, d7, d8, d11, d1, d9, d4, d13, d14",
"d7, d8, d9, d12, d2, d6, d5, d13, d14, d11, d1, d10, d15, d4",
"d4, d13, d2, d11, d7, d9, d14, d12, d5, d1, d6, d10, d15, d8",
"d7, d12, d6, d11, d15, d5, d14, d2, d1, d9, d10, d13, d4, d8",
"d11, d13, d15, d12, d9, d8, d5, d14, d4, d2, d6, d7, d1, d10",
"d15, d9, d8, d14, d7, d12, d6, d11, d10, d13, d5, d2, d4, d1",
"d1, d13, d6, d8, d11, d7, d4, d5, d2, d12, d9, d14, d10, d15",
"d11, d15, d6, d12, d7, d5, d1, d9, d10, d2, d4, d8, d14, d13",
"d12, d1, d8, d4, d9, d7, d14, d11, d10, d5, d6, d15, d2, d13",
"d8, d12, d13, d10, d1, d4, d2, d5, d14, d9, d7, d11, d6, d15",
"d14, d9, d1, d7, d12, d10, d5, d2, d11, d8, d6, d13, d4, d15"
]
}
Hình 4.6: Tập dữ liệu "arrDs" để chương trình mô phỏng tự động.
38
Sau mỗi lần chương trình xử lý tập dữ liệu đầu vào, chương trình sẽ cho kết
quả đầu ra “Output” là tập các hướng được đi mới 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑛𝑒𝑤 và các hướng cấm mới
𝐷𝑝𝑟𝑜𝑛𝑒𝑤 . Và như thế, chương trình sẽ chạy tự động cho đến khi hết tập dữ liệu
"arrDs".
Hình 4.7: Khu vực cho kết quả đầu ra “Output” .
Như vậy, với tập D = (d9, d10, d4, d5, d6, d11, d1, d8, d15, d7, d2, d13, d12, d14) đầu
tiên từ tập "arrDs", chương trình sẽ cho kết quả mô phỏng như sau:
Hình 4.8: Kết quả sau bước chạy thứ 1 từ tập dữ liệu "arrDs".
39
Tiếp theo, sau 10 giây, tập D = (d5,d10,d14,d8 d13,d7,d2,d6,d1,d11,d12,d9,d15,d4) thứ
2 từ tập "arrDs", chương trình sẽ cho kết quả mô phỏng:
Hình 4.9: Kết quả sau bước chạy thứ 2 từ tập dữ liệu "arrDs".
Và cứ như vậy, sau 10 giây, chương trình mô phỏng sẽ đưa vào tập D gồm các
hướng đi mới đã được sắp theo thứ tự ưu tiên từ tập dữ liệu "arrDs" để thực
hiện thay đổi tín hiệu điều khiển hệ thống đèn giao thông và cho ra kết quả là
tập các hướng đi mới 𝑫𝒓𝒐𝒘𝒏𝒆𝒘 và các hướng cấm mới 𝑫𝒑𝒓𝒐
𝒏𝒆𝒘 tối ưu hơn, và để làm
mịn sự chuyển đổi trong tín hiệu từ đèn xanh sang đèn đỏ, hệ thống sẽ thể hiện
đèn màu vàng trong thời gian là 3 giây. Chương trình sẽ thực hiện mô phỏng
sẽ liên tục với 50 tập con của tập dữ liệu "arrDs".
40
4.3. Giao lộ thực nghiệm.
4.3.1. Mô tả giao lộ thực nghiệm.
Giao lộ thực nghiệm trong luận văn này là giao lộ ngã tư đường 3/2 và
đường Lý Thường Kiệt có hệ thống đèn điều khiển giao thông, có bốn luồng
phương tiện tham gia giao thông tiến vào ngã tư. Các luồng phương tiện này
được chia thành 12 hướng (d1 , d2 , …, d12) cần đi ra khỏi ngã tư, trong đó có
hướng d3 và hướng d12 là hướng luôn được di chuyển, không xung đột với các
hướng còn lại.
Hình 4.10: Ảnh Google Map giao lộ đường 3/2 và đường Lý Thường Kiệt.
Để tiện lập trình mô phỏng thay đổi tín hiệu điều khiển đèn giao thông tại ngã
tư đường 3/2 và đường Lý Thường Kiệt bằng html +Javascript, luận văn sẽ mô
41
phỏng hóa ngã tư trên dưới dạng ngã tư giao lộ với các hướng đi từ d1, d2, …,
d12 như sau:
Hình 4.11: Giao lộ đường 3/ 2 và đường Lý thường kiệt mô phỏng hóa.
Từ ngã tư giao lộ trên được mô phỏng hóa trên, ta dễ dàng xác định bảng các
hướng không gây xung đột với một hướng thứ i đang được chọn bằng quy định
luật giao thông đường bộ của Việt Nam như sau:
i Hướng được
chọn (𝑑𝑖) Hướng không gây xung đột (𝐷𝑐𝑠
𝑖 )
1
2
𝑑1
𝑑2
{𝑑2, 𝑑3, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑12}
{𝑑1, 𝑑3, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑12}
42
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
𝑑3
𝑑4
𝑑5
𝑑6
𝑑7
𝑑8
𝑑9
𝑑10
𝑑11
𝑑12
{𝑑1, 𝑑2, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12}
{𝑑3, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12}
{𝑑3, 𝑑4, 𝑑6, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12}
{𝑑3, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12}
{𝑑1, 𝑑2, 𝑑3, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑12}
{𝑑1, 𝑑2, 𝑑3, 𝑑7, 𝑑9, 𝑑12}
{𝑑1, 𝑑2, 𝑑3, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑12}
{𝑑3, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑11 , 𝑑12}
{𝑑3, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑10 , 𝑑12}
{𝑑1, 𝑑2, 𝑑3, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑9, 𝑑10, 𝑑11}
Bảng 4.1. Hướng đi không gây xung đột (ngã tư thực nghiệm), 𝑫𝒄𝒔𝒊
Giả sử ở trạng thái ban đầu, mô đun phát hiện hướng đi cho ta tập
hợp các hướng đi đã được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm dần tại ngã tư là,
𝐷 = {𝑑5, 𝑑2, 𝑑7, 𝑑11, 𝑑1, 𝑑4, 𝑑10, 𝑑9, 𝑑8, 𝑑6} (1)
Tập các hướng đang được di chuyển và hướng cấm,
𝐷𝑛𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑1, 𝑑2, 𝑑9, 𝑑6};
𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑4, 𝑑5, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑10, 𝑑11}
Hệ thống đèn tín hiệu hiện tại đáp ứng các điều kiện (1) và (2) cho
thời gian 𝑇𝑟 và 𝑇𝑔 .
4.3.2. Áp dụng thuật toán tìm hướng đi tiếp theo theo thứ tự ưu tiên:
Từ giả thuyết ban đầu, ta có tập các hướng đi đã được sắp theo thứ tự
ưu tiên giảm dần tại ngã tư là 𝐷 = {𝑑5, 𝑑2, 𝑑7, 𝑑11, 𝑑1, 𝑑4, 𝑑10, 𝑑9, 𝑑8, 𝑑6}
và hệ thống đèn tín hiệu hiện tại đáp ứng các điều kiện (1) và (2) cho thời
gian 𝑇𝑟 và 𝑇𝑔 . Do đó,
43
Hướng thứ nhất được đi: 𝑑𝑝𝑟1 ← 𝑑5 (𝑑5 là hướng có thứ tự ưu tiên
cao nhất của D).
Hướng thứ hai được đi: 𝑑𝑝𝑟2
Ta có 𝐷𝑐𝑠5 = {𝑑3, 𝑑4, 𝑑6, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12}
⟹ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
= 𝐷𝑐𝑠0 ∩ 𝐷𝑐𝑠
5 = {𝑑11 , 𝑑4, 𝑑10, 𝑑6} ≠ ∅
Do đó 𝑑𝑝𝑟2 ← 𝑑11
Hướng thứ ba được đi: 𝑑𝑝𝑟3
Ta có 𝐷𝑐𝑠11 = {𝑑3, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑10, 𝑑12}
⟹ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟2
= 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟1
∩ 𝐷𝑐𝑠11 = {𝑑4, 𝑑10, 𝑑6} ≠ ∅
Do đó: 𝑑𝑝𝑟3 ← 𝑑4
Hướng thứ tư được đi: 𝑑𝑝𝑟4
Ta có 𝐷𝑐𝑠4 = {𝑑3, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12}
⟹ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟3
= 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟2
∩ 𝐷𝑐𝑠4 = {𝑑10, 𝑑6} ≠ ∅
Do đó: 𝑑𝑝𝑟4 ← 𝑑10
Hướng thứ năm được đi: 𝑑𝑝𝑟5
Ta có 𝐷𝑐𝑠10 = {𝑑3, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑6, 𝑑11, 𝑑12}
⟹ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟4
= 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟3
∩ 𝐷𝑐𝑠10 = {𝑑6} ≠ ∅
Do đó: 𝑑𝑝𝑟5 ← 𝑑6
Hướng thứ sáu được đi: 𝑑𝑝𝑟6
Ta có 𝐷𝑐𝑠10 = {𝑑3, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑10, 𝑑11, 𝑑12}
⟹ 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟5
= 𝐷𝑐𝑠𝑝𝑟4
∩ 𝐷𝑐𝑠6 = ∅
⟹ Dừng
Ta có kết quả của bài toán như sau:
44
𝐷𝑟𝑜𝑤𝑛𝑒𝑤 = {𝑑5, 𝑑11, 𝑑4, 𝑑10, 𝑑6}
𝐷𝑝𝑟𝑜𝑛𝑒𝑤 = {𝑑2, 𝑑7, 𝑑1, 𝑑9, 𝑑8}
Áp dụng: Từ (2) và kết quả trên ta có:
- Các hướng bảo toàn đèn xanh:
𝐷𝑟𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑟𝑜𝑤
𝑛𝑒𝑤 = {𝑑6}
- Các hướng bảo toàn đèn đỏ:
𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑝𝑟𝑜
𝑛𝑒𝑤 = {𝑑7, 𝑑8}
- Các hướng chuyển từ đèn đỏ sang đèn xanh:
𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑟𝑜𝑤
𝑛𝑒𝑤 = {𝑑4, 𝑑5, 𝑑10, 𝑑11}
- Các hướng chuyển từ đèn xanh sang đèn vàng, rồi sang đèn đỏ:
𝐷𝑟𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑒𝑛𝑡 ∩ 𝐷𝑝𝑟𝑜
𝑛𝑒𝑤 = {𝑑1, 𝑑2, 𝑑9}
4.4. Chương trình html + Javascript mô phỏng giao lộ thực nghiệm.
Tương tự chương trình mô phỏng ngã tư giao lộ trong bài toán mô hình trên,
Chương trình mô phỏng ngã tư đường 3/2 và đường Lý thường kiệt được lập
trình mô phỏng bằng html + Javascipt trong đó, các hướng được đi qua ngã tư
được thể hiện bằng các đèn tín hiệu màu xanh lá và mũi tên màu xanh xá trên
giao lộ mô phỏng; còn các hướng cấm (hướng không được đi) thể hiện bằng
các đèn tín hiệu màu đỏ (không thể hiện mũi tên di chuyển trong mô phỏng).
Bên cạnh đó, cũng như các hệ thống đèn hiện tại, để chuyển hướng điều khiển
từ đèn xanh (được đi) sang đèn đỏ (không được đi) phần mềm sẽ thể hiện 3
giây đèn vàng nhằm báo hiệu cho người tham gia giao thông theo luật định.
45
Hình 4.12: Giao diện chương trình mô phỏng ngã tư thực nghiệm.
Với giao diện mô phỏng thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức
độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ thực nghiệm đường 3/2 và đường Lý
Thường Kiệt, chương trình sẽ bắt đầu thực hiện với tập các hướng đi đầu vào
có thứ tự ưu tiên giảm dần như sau:
𝐷 = {𝑑5, 𝑑2, 𝑑7, 𝑑11, 𝑑1, 𝑑4, 𝑑10, 𝑑9, 𝑑8, 𝑑6}
và các hướng được di chuyển là 𝐷𝑛𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑1, 𝑑2, 𝑑9, 𝑑6}; hướng không được
đi là 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑4, 𝑑5, 𝑑7, 𝑑8, 𝑑10, 𝑑11}
Các tập dữ liệu đầu vào này được thể hiện trên giao diện phần mềm như sau:
46
Hình 4.13: Giao diện chương trình thể hiện tập dữ liệu đầu vào
Để chương trình mô phỏng ngã tư giao lộ thực nghiệm đường 3/2 và đường Lý
Thường kiệt hoạt động liên tục, luận văn xây dựng giả lập một tập hợp dữ liệu
"arrDs" gồm 50 tập các hướng đi vào ngã tư được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm
dần để chương trình chạy tự động sau mỗi 10 giây. Ở chương trình mô phỏng
này, ta có tập "arrDs" sau:
{
"arrDs": [
"d7, d8, d1, d6, d2, d4, d5, d9, d10, d11",
"d11, d7, d4, d2, d1, d10, d9, d8, d5, d6",
"d2, d7, d1, d6, d8, d11, d9, d10, d5, d4",
"d2, d6, d5, d9, d7, d11, d4, d10, d1, d8",
"d2, d11, d5, d7, d4, d6, d8, d1, d10, d9",
"d1, d6, d10, d4, d2, d9, d11, d8, d7, d5",
"d2, d10, d9, d5, d4, d8, d1, d6, d7, d11",
"d2, d11, d4, d1, d6, d5, d10, d8, d7, d9",
"d11, d9, d4, d10, d2, d6, d7, d5, d8, d1",
47
"d9, d8, d5, d10, d4, d7, d2, d11, d6, d1",
"d5, d1, d6, d9, d2, d7, d8, d11, d4, d10",
"d5, d8, d6, d1, d4, d7, d2, d11, d9, d10",
"d7, d4, d10, d8, d5, d6, d11, d2, d1, d9",
"d8, d5, d1, d6, d7, d4, d11, d9, d10, d2",
"d8, d1, d5, d9, d2, d10, d6, d7, d4, d11",
"d11, d6, d9, d4, d2, d8, d1, d7, d5, d10",
"d8, d6, d10, d9, d5, d7, d2, d11, d1, d4",
"d8, d1, d11, d2, d5, d9, d10, d7, d6, d4",
"d6, d8, d7, d4, d10, d1, d5, d11, d2, d9",
"d7, d1, d5, d6, d2, d4, d9, d10, d11, d8",
"d1, d9, d7, d6, d2, d10, d5, d11, d4, d8",
"d8, d7, d4, d1, d6, d11, d10, d5, d2, d9",
"d4, d9, d11, d1, d8, d6, d7, d5, d2, d10",
"d9, d1, d8, d7, d11, d6, d5, d10, d4, d2",
"d4, d2, d8, d9, d10, d11, d7, d5, d6, d1",
"d11, d2, d7, d9, d5, d10, d8, d4, d1, d6",
"d11, d10, d4, d2, d1, d8, d7, d9, d6, d5",
"d11, d1, d4, d10, d7, d6, d5, d8, d2, d9",
"d5, d1, d8, d10, d11, d6, d7, d2, d9, d4",
"d7, d2, d1, d9, d6, d10, d4, d11, d5, d8",
"d1, d8, d7, d9, d10, d11, d4, d5, d6, d2",
"d2, d10, d5, d6, d9, d11, d8, d1, d7, d4",
"d2, d10, d7, d5, d4, d11, d6, d1, d8, d9",
"d11, d1, d5, d4, d7, d8, d6, d10, d9, d2",
"d2, d11, d10, d4, d7, d6, d1, d5, d9, d8",
48
"d10, d7, d11, d6, d1, d9, d2, d5, d8, d4",
"d2, d4, d7, d10, d11, d1, d6, d8, d5, d9",
"d1, d8, d2, d5, d11, d6, d4, d7, d10, d9",
"d9, d6, d7, d8, d5, d4, d2, d1, d10, d11",
"d5, d1, d10, d9, d6, d7, d4, d2, d11, d8",
"d7, d10, d11, d8, d2, d4, d6, d1, d9, d5",
"d1, d8, d5, d11, d2, d7, d4, d10, d6, d9",
"d2, d5, d11, d7, d8, d10, d6, d4, d9, d1",
"d9, d8, d10, d2, d7, d6, d4, d11, d1, d5",
"d2, d5, d4, d11, d1, d9, d7, d6, d10, d8",
"d9, d11, d1, d4, d8, d2, d7, d5, d6, d10",
"d9, d6, d5, d8, d7, d11, d2, d4, d1, d10",
"d2, d1, d4, d11, d6, d9, d5, d10, d7, d8",
"d1, d6, d4, d8, d10, d2, d7, d9, d11, d5",
"d7, d9, d10, d6, d4, d1, d5, d8, d2, d11"
]
}
Hình 4.14: Tập dữ liệu "arrDs" cho ngã tư thực nghiệm.
49
Sau mỗi lần chương trình mô phỏng xử lý tập dữ liệu đầu vào, chương trình sẽ
cho kết quả đầu ra “Output” là tập các hướng được đi mới 𝐷𝑟𝑜𝑤𝑛𝑒𝑤 và các hướng
cấm mới 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑛𝑒𝑤 .
Hình 4.15: Khu vực tra kết quả đầu ra của chương trình mô phỏng
Như vậy, với tập D = (d7, d8, d1, d6, d2, d4, d5, d9, d10, d11) đã được sắp theo thứ
tự ưu tiên giảm dần đầu tiên từ tập "arrDs", kết hợp với các hướng được di
chuyển là 𝐷𝑛𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑5, 𝑑11, 𝑑4, 𝑑10, 𝑑6} và các hướng cấm (không được đi)
là 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑2, 𝑑7, 𝑑1, 𝑑9, 𝑑8} chương trình sẽ cho kết quả mô phỏng như
sau:
Hình 4.16: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ 1 từ tập "arrDs".
50
Tiếp theo, sau 10 giây, với tập D = (d11, d7, d4, d2, d1, d10, d9, d8, d5, d6) thứ 2 đã
được sắp theo thứ tự ưu tiên giảm dần từ tập "arrDs", kết hợp với các hướng
được di chuyển là 𝐷𝑛𝑜𝑤𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑7, 𝑑8, 𝑑1, 𝑑2, 𝑑9} và các hướng cấm (không
được đi) là 𝐷𝑝𝑟𝑜𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 = {𝑑6, 𝑑4, 𝑑5, 𝑑10, 𝑑11} chương trình sẽ cho kết quả mô
phỏng tiếp theo như sau:
Hình 4.17: Ngã tư thực nghiệm sau bước chạy thứ 2 từ tập "arrDs".
51
Hình 4.18: Ngã tư thực nghiệm cho kết quả đèn vàng cảnh báo.
Và cứ như vậy, sau 10 giây, chương trình mô phỏng sẽ đưa vào tập D gồm các
hướng đi mới đã được sắp theo thứ tự ưu tiên từ tập dữ liệu "arrDs" để thực
hiện thay đổi tín hiệu điều khiển hệ thống đèn giao thông và cho ra kết quả là
tập các hướng đi mới 𝑫𝒓𝒐𝒘𝒏𝒆𝒘 và các hướng cấm mới 𝑫𝒑𝒓𝒐
𝒏𝒆𝒘 tối ưu hơn, và để làm
mịn sự chuyển đổi trong tín hiệu từ đèn xanh sang đèn đỏ, hệ thống sẽ thể hiện
đèn màu vàng trong thời gian là 3 giây. Chương trình sẽ thực hiện mô phỏng
sẽ liên tục với 50 tập con của tập dữ liệu "arrDs".
4.5. Kết luận
Cải thiện hệ thống điều khiển đèn giao thông đô thị là một trong những yêu cầu
thực tế góp phần làm giảm ùn tắc giao thông tại các giao lộ cho các thành phố
lớn hiện nay tại Việt Nam. Giải pháp “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị
dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ” là một trong những giải
pháp ít tốn kém về chi phí đầu tư và có sự cải thiện tốt, đảm bảo phân luồng
các phương tiện tham gia giao thông tại các giao lộ một cách hợp lý.
52
Kết quả mô phỏng tại ngã tư thực nghiệm trên cho ta thấy, hướng lưu thông
nào được xác định có mật độ phương tiện lớn hơn thì chu kỳ đèn xanh được
duy trì nhiều hơn và ngược lại, đảm bảo sự phân luồng và giảm mật độ lưu
thông ở các hướng đều nhau. Bên cạnh đó, với các xe được quyền ưu tiên theo
luật định cũng dễ dàng đi qua giao lộ mà không gây xung đột, ùn tắc với các
hướng di chuyển khác.
53
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
5.1. Kết quả nghiên cứu đạt được.
Quá trình nghiên cứu thuật toán và mô phỏng “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông
đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ” luận văn đạt được
một số kết quả như sau:
- Bằng phương pháp toán học, luận văn đã phân tích và áp dụng thuật toán
tìm các hướng đi mới theo thứ tự ưu tiên góp phần làm giảm đều mật độ
phương tiện lưu thông ở các hướng vào ngã tư đảm bảo an toàn giao
thông.
- Sử dụng ngôn ngữ lập trình Javascript và thiết kế giao diện html mô
phỏng các hướng đi qua giao lộ có hệ thống đèn giao thông được thay
đổi tín hiệu dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng một cách trực quan.
- Hệ thống “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu
tiên của các hướng qua giao lộ” cho thấy thêm một giải pháp góp phần
giảm ùn tắc giao thông tại các ngã tư giao lộ của các đô thị lớn tại Việt
Nam như Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội.
5.2. Hướng phát triển.
- Tích hợp thêm các mô đun nhận diện, phát hiện các hướng đi có xe ưu
tiên, hoặc hướng có mật độ lưu lượng phương tiện lớn bằng các phương
pháp phân tích hình ảnh qua camera hoặc phương pháp trực quan hóa tại
các ngã tư đô thị.
- Hiệu chỉnh phần mềm mô phỏng trực quan, sinh động hơn để dễ dàng
thể hiện rõ ưu điểm của giải pháp này bằng các phần mềm mô phỏng
chuyên nghiệp phát triển cơ sở hạ tầng giao thông.
- Mở rộng giải pháp “Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức
độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ” cho tất cả các giao lộ khác như
ngã 3, ngã 5 hoặc điểm giao nhau có vòng xuyến ở các Thành phố lớn.
54
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] T. A. Litman, "Smart Congestion Relief: Comprehensive Evaluation of
Traffic Congestion Costs and Congestion Reduction Strategies,"
Victoria Transport Policy Institute 2015.
[2] M. Papageorgiou, C. Diakaki, V. Dinopoulou, A. Kotsialos, and Y.
Wang, "Review of Road Traffic Control Strategies," Proceedings of the
IEEE, vol. 91, pp. 2043-2067, 2003.
[3] M. Wiering, J. v. Veenen, J. Vreeken, and A. Koopman, "Intelligent
Traffic Light Control," Institute of Information and Computing Sciences
- Utrecht University 2004.
[4] Trần Vạn Thúy Diễm, "Nghiên cứu một tiếp cận điều khiển đèn tín hiệu
giao thông thông minh tại một giao lộ," Luận văn Thạc sĩ ngành Công
nghệ thông tin, Trường Đại học Công Nghệ Thông Tin. 2016.
[5] B. Zhou, J. Cao, and H. Wu, "Adaptive Traffic Light Control of Multiple
Intersections in WSN-based ITS," presented at the IEEE International
Conference on Vehicular Technology, Yokohama, Japan, 2011.
[6] S. Mehta, "Fuzzy Control System For Controlling Traffic Lights," in
International MultiConference of Engineers and Computer Scientists
IMECS 2008, Hong Kong, 2008.
[7] W. Wen, "A dynamic and automatic traffic light control expert system
for solving the road congestion problem," Expert Systems with
Applications, vol. 34, pp. 2370–2381, 2007.
[8] R. S. Parmar and B. Trivedi, "Identification of Parameters and Sensor
Technology for Vehicular Traffic - A Survey," International Journal of
Traffic and Transportation Engineering, vol. 3, pp. 101-106, 2014.
55
[9] M. Tubaishat, Q. Qi, Y. Shang, and H. Shi, "Wireless Sensor-Based
Traffic Light Control," in IEEE CCNC 2008, 2008, pp. 702-706.
[10] M. Tubaishat, Y. Shang, and H. Shi, "Adaptive Traffic Light Control
with Wireless Sensor Networks," pp. 187-191, 2007.
[11] W. L. Mitchell, "Traffic light control for emergency vehicles," United
States Patent 4,443,783, Apr. 17, 1984.
[12] Chung-Cheng Chiu, Min-Yu Ku And Chun-Yi Wang, “Automatic
Traffic Surveillance System for Vision-Based Vehicle Recognition and
Tracking,” Journal of Information Science and Engineering 26, 611-629,
2010.
[13] P. V. Tran, T. T. Bui, D. Tran, P. Q. Pham, and A. V. T. Tran, “Approach
to Priority-based Controlling Traffic Lights," in Intelligent Information
and Database Systems, ACIIDS 2016, Danang, Vietnam, 2016, pp. 746-
754.
[14] T. T. Bui, T. V. Tran, L. H. T. Le, H. H. T. Duong, and P. V. Tran, "An
Approach to Representing Traffic State on Urban Roads Used by
Various Types of Vehicles," in 10th Asian Conference on Intelligent
Information and Database Systems, ACIIDS 2018, Dong Hoi City,
Vietnam, 2018, LNAI 10751, pp. 179-188. DOI: 10.1007/978- 3-319-
75417-8
[15] J. Zheng, K. Suzuki, and M. Fujita, "Evaluation of Car-following Models
Using Trajectory Data from Real Traffic," in 8th International
Conference on Traffic and Transportation Studies, Changsha, China,
2012, pp. 356-366.
[16] P. V. Tran and H. T. Nguyen, "Visualization Cube for Tracking Moving
Object," presented at the Computer Science and Information Technology,
Information and Electronics Engineering, 2011.
56
[17] Tsai, L. W., Chean, Y. C., Ho, C. P., Gu, H. Z., and Lee, S. Y. “Multi-
Lane Detection and Road Traffic Congestion Classification for
Intelligent Transportation System” Energy Procedia, 2011.
57
PHỤ LỤC
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67