PHÂN TÍCH HỆ THỐNG

4.1. MỤC TIÊU

Xây dựng phần mềm mô phỏng hệ thống giao thông cho phép người sử dụng nhập dữ liệu :

 Các thông số vật lý của hệ thống, tín hiệu điều khiển;

 Các thông số mô phỏng: phân bố phát sinh, phân bố quẹo tại các nút cuối con đường;

 Thời gian mô phỏng;

 Thời gian Delay của tín hiệu đèn;

 Tại các giao lộ thì cho phép người sử dụng xác định quy tắc quẹo (hình vẽ)

Cách rẽ trái

 Xe di chuyển trên hệ thống thì tuân theo các mô hình: following car, stop_start, lane changing, tranh chấp tại các giao lộ (FIFO).

 Việc di chuyển của các phần tử mang tính liên tục nên chọn phương pháp Simulation là Time base, và thực hiện mô phỏng trong một khoảng thời gian nhất định.

 Trên hệ thống có các Sensor, dựa vào trạng thái Sensor chúng ta sẽ biết đƣợc trạng thái của hệ thống tại một thời điểm.

 Kết quả Simulation đƣọc xuất ra tập tin dạng text.

 Tạo giao diện đồ họa hiển thị kết quả cho người sử dụng.

18 - Quy tắc quẹo tại giao lộ

4.2. PHÂN TÍCH :

Hệ thống giao thông bao gồm các thực thể sau :

 Xe

 Các nút

 Nối kết giữa các nút

 Tín hiệu điều khiển (tín hiệu đèn tại các giao lộ, tín hiệu giao thông)

 Các sensor

Các thông số xác định trạng thái của hệ thống:

 Số lƣợng xe trên mạng

 Arrival Time của xe vào mạng

 Số lƣợng xe trên Link

 Tín hiệu điều khiển (Control) 4.2.1. Chi tiết

a. Xe:

Có nhiều loại xe nhƣng đề tài chỉ nghiên cứu các loại xe là nhân tố chủ yếu trong tắc nghẽn: xe gắn máy, xe hơi(4 chỗ), tải nhẹ, bus.

7 - Bảng thuộc tính kỹ thuật và các thông số vật lý Loại Chiều rộng

(theo số làn phụ)

Chiều dài A + max km/s 2

A - max km/s 2

A + avg km/s 2

A - avg km/s 2

A 1 1 10 10 5 5

B 2 2 40 35 20 20

C 2 3 40 35 30 30

D 2 4 20 20 10 10

b. Các nút:

Các nút đƣợc phân thành các loại nhƣ sau:

 InOut

 Giao lộ (ngã ba, ngã tƣ ) + có tín hiệu đèn ?

 Vòng xoay

c. Liên kết giữa các nút (Link)

 Số làn phụ (độ rộng)

 Vận tốc cho phép

 Chiều dài

d. Control

 Thời gian Delay của các tín hiệu đèn

 Tín hiệu điều khiển 4.2.2. Các mô hình toán a. Phân bố phát sinh

Phân bố đƣợc lựa chọn phù hợp với số liệu thu thập. Theo thực tế cho thấy, nếu số lƣợng xe phát trong một đơn vị thời gian nhỏ thì phân bố Poisson là phù hợp.

Tuy nhiên, khi lƣợng xe phát đủ lớn, phân bố chuẩn (Normal) đƣợc sử dụng xấp xỉ.

b. Mô hình gia tốc

Gọi H min là khoảng cách giới hạn nhỏ nhất, H max là khoảng cách giới hạn lớn nhất (an toàn), d là khoảng cách giữa 2 xe ( xe thứ n(sau) và xe thứ n-1(trước))

d > H max hoặc d =  : áp dụng Free Following d <= H max : áp dụng Car Following

d <= H min :

A n =min{a n - , a n-1 - - 0,5 ((v n –v n-1 ) 2 /d) nếu v n > v n-1 (4.1) A n =min{a n - , a n-1 - + 0,25 a - n ) nếu v n <= v n-1 (4.2)

 Car following

d <= H min : giảm tốc tối đa H max >= d > H min : a n :

A n =  +(-)

) ( 1

) (

) (

n n

n v v

d

v   









(4.3) + : nếu (v n <= v n-1 )

- : nếu (v n > v n-1 )

Free Following: tăng tốc tối đa đạt đến vận tốc cho phép.

c. Mô hình Stop_Start : Khi đến giao lộ :

 Đèn xanh : chạy bình thường

 Đèn đỏ : giảm tốc tối đa (dừng)

 Đèn vàng : nếu qua vạch giới hạn và phía trước không có xe thì tăng tốc, ngƣợc lại giảm tốc tối đa (dừng)

d. Mô hình chuyển làn

Xe thực hiện chuyển làn khi:

 Tăng tốc

 Chuyển hướng

Trước khi chuyển phải kiểm tra xem có an toàn hay không (tính khoảng cách so với xe trước và sau) .

Đối với xe 2 bánh, chế độ chuyển làn linh động hơn so với các loại xe khác. Xe máy sẽ hoạt động chuyển làn tự do để chiếm vùng không gian phía trước. Điều này dẫn đến xe 2 bánh sẽ chạy xen lẫn với các loại phương tiện khác và rất phù hợp với thực tế hiện tại.

4.3. PHẦN MỀM MÔ PHỎNG

Phần mềm được xây dựng theo các bước như sau:

 Bước I : từ các số liệu thu thập trong thực tế và mô hình hóa các hoạt động trong hệ thống đƣa ra kết quả đánh giá trạng thái của hệ thống trong thực tế (so sánh với thực tế để kiểm tra tính đúng đắn của phần mềm).

 Bước II : áp dụng các giải thuật tối ưu, chứng minh kết quả tối ưu.

 Bước III : kết hợp với các Sensor để điều khiển hệ thống thực.

Data Flow Diagram (DFD) Nhập dữ

liệu

Áp dụng các mô hình, cập nhật trạng

thái Các Sensor

Kết quả

Tối 19 - DFD cấp 0 ƣu

4.4. THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU 4.4.1. Thông số vật lý của hệ thống:

Bao gồm các Node và Link :

 Node :

o tọa độ (x,y)

o loại (node biên, giao lộ, vòng xoay, trung gian)

 Link : Nhập dữ liệu

Xử lý dữ liệu nhập

Thông số cấu hình Simulate

Thông số vật lý của hệ thống Áp dụng

các mô hình, cập nhât lại hệ

thống

Tính Arrival time

của các nút InOut

Arrival time

Phát xe Đồng hồ Simulate ON/OFF

Xuất kết quả

Tập tin amination Kết quả

đánh giá Trạng thái

hệ thống

Animation

Màn hình Tối ƣu

Yêu cầu tối ƣu

Giám sát Sensor Các

sensors

20 - Lưu đồ phần mềm

o Node kết thúc o Chiều dài

o Độ rộng (số Sublane) 4.4.2. Thông số cấu hình mô phỏng :

 Node: Nếu là Node biên thì có hệ số Lamda của phân bố Poisson

 Link:

o Vận tốc tối đa cho phép (vận tốc cho phép từng sublane thì nhân với hệ số K i )

o Phân bố quẹo

o Khoảng cách giới hạn (có thể xem là hằng số ?) để áp dụng mô hình phân bố quẹo và nhận biết tín hiệu đèn giao thông

 Thời gian mô phỏng

 Thời gian Delay của tín hiệu đèn tại các Node giao lộ

 Arrival Time: gắn với các node biên, mỗi node biên sẽ có nhiều xe đến trong thờigian mô phỏng

4.4.3. Trạng thái hệ thống :

Link (suy ra số xe trên toàn hệ thống), trạng thái của các tín hiệu đèn

 Xe chuyển động trong hệ thống sẽ có sự ảnh hưởng lẫn nhau và có các đặc tính khác nhau tùy thuộc vào từng loại xe.

 Trạng thái xe tại mỗi thời điểm đƣợc xác định bởi:

o Vận tốc o Gia tốc

o Khoảng cách so với Node cuối link o Khoảng cách so với xe trước

o Khoảng cách so với xe sau o Sublane hiện tại

o Sublane cần đến (chuyển lane tăng tốc hoặc chuẩn bị quẹo)

 Trạng thái của các tín hiệu đèn tại các Node giao(xanh, đỏ, vàng) Kết quả đánh giá

 Mật độ xe trung bình trên mỗi Link

 Mật độ lớn nhất

 Mật độ nhỏ nhất

4.4.4. Tập tin Amination

Để tạo giao diện đồ hoạ cho người sử dụng thì trạng thái của hệ thống tại mỗi thời điểm đƣợc xuất ra tập tin Amination.

4.5. DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CHO CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 4.5.1. Dữ liệu đầu vào cho chương trình mô phỏng:

- Biểu diễn các loại xe trong chương trình mô phỏng: Các xe được biểu diễn bằng các hình chữ nhật tương ứng với kích thước vùng chiếm chỗ của xe trong không gian mô phỏng, cụ thể là đường giao thông. Xe có vận tốc và gia tốc tương ứng với các mô hình giao thông (xe bám xe, xe chạy tự do…)

- Phân bố phát xe: Trong chương trình mô phỏng, xe được phát từ 22 điểm nút để vào mạng được khảo sát. Phân bố phát xe trong chương trình mô phỏng là phân bố chuẩn (Normal Distribution) và mỗi loại xe sẽ có thông số khác nhau. Thông số của phân bố này đƣợc xác định thông qua việc thu thập số liệu thực tế tại 22 điểm phát xe đã qui định.

- Tỷ lệ quẹo của từng loại xe tại các giao lộ: Tại các giao lộ, mỗi loại xe sẽ có tỷ lệ đi theo các hướng khác nhau. Tỷ lệ này được xác định dựa vào số liệu thu thập thực tế.

- Bản đồ số của mạng giao thông cần mô phỏng.

KIND MAXSPEED

LENGTH A+MAX A-MAX A+AVG A-AVG

WIDTH IDLINK

STARTNODE ENDNODE SENSOR_IN SENSOR_OUT LENGTH NUM_SUBLANE MAX_SPEED DIS_LIMIT CONTROL_IN TIME_BLUE TIME_YELLOW TIME_RED IDNODE

X Y KIND LAMDA

TIMER IDNODE

TIMER

TIMER IDVEHICLE IDLINK CURRENTLANE DESLANE

DIS_F_ENDNODE SPEED

A

IDVEHICLE

KIND

21 - Quan hệ dữ liệu trong tập tin Animation

4.5.2 Phương pháp thu thập số liệu:

Phương pháp thu thập số liệu dựa trên việc đếm thực tế tại các điểm qui định.

- Số liệu cho phân bố phát xe:

o Thời gian lấy mẫu: Mẫu sẽ đƣợc thu thập vào ba thời điểm khác nhau trong ngày 7h-8h, 11h-12h và 17h-18h.

o Số lƣợng mẫu: 40 mẫu cho mỗi thời điểm.

o Các thông số thu thập: số lƣợng xe các loại vào trong khoảng thời gian 1 phút.

o Cách thu thập: Bố trí người khảo sát tại 22 địa điểm qui định để thực hiện việc khảo sát. 40 mẫu đƣợc thu thập liên tục. Mỗi loại xe sẽ đƣợc phân công lấy mẫu riêng biệt.

Số liệu sau khi thu thập sẽ được nhập vào file excel và dùng một chương trình macro để tìm các thông số giá trị trung bình và phương sai của hàm phân bố chuẩn tương ứng.

- Số liệu cho tỷ lệ quẹo:

o Thời gian lấy mẫu: Mẫu sẽ đƣợc thu thập vào ba thời điểm khác nhau trong ngày 7h-8h, 11h-12h và 17h-18h.

o Số lƣợng mẫu: 40 mẫu cho mỗi thời điểm.

o Các thông số thu thập: số xe các loại vào các hướng cụ thể sau khi vào giao lộ trong vòng 1 phút.

o Cách thu thập: Bố trí người khảo sát tại 19 nút giao thông trong mạng nghiên cứu (quận 10) để thực hiện việc khảo sát. 40 mẫu đƣợc thu thập liên tục. Mỗi loại xe sẽ đƣợc phân công lấy mẫu riêng biệt. Ví dụ: thu thập số xe gắn máy quẹo từ đường Nguyễn Tri Phương vào 3/2 trong vòng 1 phút tương ứng với một mẫu khảo sát.

Số liệu sau khi thu thập sẽ đƣợc xữ lý bằng excel để tìm ra tỷ lệ quẹo của từng loại xe.