Tối ưu hóa luồng giao thông tại nút giao cắt “Ông Ích Khiêm – Đống Đa – Hải Phòng
MỞ ĐẦU
Theo thống kê của Phòng cảnh sát Giao thông công an TP Đà Nẵng, tính đến ngày 15/2/2014, toàn thành phố có hơn 683.600 phương tiện xe máy, gần 42.000 xe ô tô đã được đăng ký. Các phương tiện tham gia giao thông gia tăng trong khi hạ tầng giao thông thiếu đồng bộ và công tác tổ chức giao thông vẫn chưa thực sự hợp lý khiến tình trạng ùn tắc trên địa bàn thành phố thường xuyên xảy ra vào giờ cao điểm. Đặc biệt là tình hình giao thông tại nút giao thông “Ông Ích Khiêm – Đống Đa – Hải Phòng, vào giờ cao điểm lưu lượng xe tại đây lớn, đường hẹp và thời gian tín hiệu đèn chưa hợp lý gây ra tình trạng ùn ứ thường xuyên, các xe vi phạm luật giao thông như vượt đèn đỏ, lấn làn đường vẫn còn diễn ra.
Thời gian qua, để đảm bảo giao thông đô thị, Thành phố Đà Nẵng đã áp dụng rất nhiều biện pháp nhằm giảm thiểu tình trạng ùn tắc giao thông, giảm tai nạn nhưng vẫn chưa giải quyết tận gốc tình trạng ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm tại các điểm nút giao thông.
Vì vậy vấn đề cấp bách hiện nay là cần có những giải pháp để tổ chức giao thông hợp lý cho khu vực này.
Mô phỏng là một công cụ hiệu quả được sử dụng để tái tạo và phân tích các vấn đề phức tạp, khó nghiên cứu bởi chi phí hay tính nguy hiểm. Và những năm gần đây, mô hình hóa hoặc mô phỏng hệ thống phức tạp phân tán sử dụng hệ thống đa tác tử (HTĐTT) đang được ưa chuộng. HTĐTT thuộc lĩnh vực trí tuệ nhân tạo phân tán, với những đặc tính như là một hệ thống cấu thành bởi nhiều phần tử độc lập tương tác với nhau, các phần tử này có thể di chuyển, tác động vào môi trường và chịu sự tác động của môi trường. Chính vì các đặc điểm này mà việc sử dụng HTĐTT để mô hình hóa và mô phỏng hệ thống giao thông là sự lựa chọn hợp lý.
Do đó với mong muốn được góp phần vào công tác dự báo các tình huống có thể xảy ra trong việc phân luồng giao thông, quy hoạch đô thị tại Thành phố Đà Nẵng, tôi chọn đề tài “Tối ưu hóa luồng giao thông tại nút giao cắt “Ông Ích Khiêm – Đống Đa – Hải Phòng” của Thành phố Đà Nẵng bằng mô hình hóa và mô phỏng” làm luận văn tốt nghiệp.
- Tìm hiểu tình trạng giao thông cũng như cơ sở hạ tầng trong khu vục nghiên cứu.
- Mô hình hóa hệ thống giao thông khu vực nghiên cứu.
- Mô phỏng lưu lượng xe dựa trên công nghệ đa tác tử.
- Đưa ra các giải pháp phân luồng, đặt đèn tính hiệu.
- Áp dụng vào dữ liệu thực tế của khu vực để đảm bảo giao thông thông suốt vào các giờ cao điểm tại khu vực nghiên cứu.
a. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống đa tác tử;
- Cơ sở hạ tầng giao thông tại khu vực nghiên cứu;
- Dữ liệu GIS của khu vực nghiên cứu;
- Platform GAMA và phần mở rộng của nó.
b. Phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống giao thông tại khu vực nút giao thông Ông Ích Khiêm – Đống Đa – Hải Phòng, Thành phố Đà Nẵng;
a. Nghiên cứu lý thuyết
- Tổng hợp và nghiên cứu các tài liệu liên quan lý thuyết mô hình hóa và mô phỏng dựa trên hệ đa tác tử.
- Phân tích và thiết kế mô hình đa tác tử
b. Nghiên cứu thực nghiệm
- Điều tra dữ liệu về cơ sở hạ tầng và lưu lượng giao thông khu vực nghiên cứu;
- Ứng dụng công cụ QGIS để xây dựng bộ dữ liệu GIS về khu vực nghiên cứu;
- Ứng dụng platform GAMA và phần mở rộng của nó để xây dựng mô hình cụ thể dựa trên các kịch bản đặt ra.
a. Về mặt khoa học
- Nghiên cứu về tác tử và hệ đa tác tử, một hướng nghiên cứu mới đang nhận được nhiều sự quan tâm hiện nay.
- Nghiên cứu các mô hình mô phỏng giao thông bằng đa tác tử.
- Có thể phát triển xây dựng mô hình mô phỏng tại các nút giao thông trọng điểm trong toàn thành phố.
b. Về mặt thực tiễn
- Ứng dụng tính ưu việt của hệ đa tác tử vào việc mô phỏng hệ thống giao thông nhằm hỗ trợ công tác phân luồng, quy hoạch mạng lưới giao thông đô thị.
Mở đầu
Chương 1 – Tổng quan về hệ thống đa tác tử và mô phỏng giao thông đô thị
Chương 2 – Thực trạng giao thông khu vực nút giao thông “ông ích khiêm – đống đa – hải phòng” của TP.Đà Nẵng
Chương 3 – Tối ưu hóa luồng giao thông tại khu vực nghiên cứu
Kết Luận
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ VÀ MÔ PHỎNG GIAO THÔNG ĐÔ THỊ
TÁC TỬ VÀ HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ
Tác tử
Thuật ngữ tác tử là một thuật ngữ chung tổng quát dùng để chỉ các loại “thực thể” khác nhau [36]. Đề tài xin trình bày ba định nghĩa tiêu biểu và được trích dẫn nhiều nhất trong số các định nghĩa:
- Jacques Ferber [23] định nghĩa một tác tử như một thực thể ảo hay thực thể vật lý hoạt động và phát triển trong một môi trường mà nó là một thành phần của môi trường đó. Tác tử có thể giao tiếp với các tác tử khác và nó có các hành vi độc lập.
- Yves Demazeau và Antonio Rocha Costa [40], một tác tử là một thực thể thật hay ảo mà hànhvi của nó có tính độc lập. Tác tử hoạt động và phát triển trong một môi trường mà trong đó, chúng có thể cảm nhận và tác động lên môi trường và tương tác với các tác tử khác.
- Theo Michael Wooldridge [30] một tác tử là một hệ thống tin học có khả năng hoạt động độc lập và linh hoạt trong một môi trường.
Hệ thống đa tác tử
Định nghĩa
Chúng ta đã thấy rằng các tác tử hoạt động trong môi trường có thể là thật hay ảo. Môi trường có thể cho phép các tác tử gặp nhau và tạo ra các tín hiệu thông tin liên lạc hoặc tương tác [2]. Theo Ferber [23], một hệ thống đa tác tử là một hệ thống hợp thành từ các thành phần như: môi trường, tập hợp các tác tử, tập các đối tượng trong không gian, tập các mối quan hệ, tập các hoạt động cho phép các tác tử thực hiện các hành động lên môi trường, các thực thi.
Đặc điểm của hệ thống đa tác tử
Tính trồi
Mô hình dựa trên tác tử
Khái niệm về mô hình dựa trên tác tử
Mô hình dựa trên tác tử, gọi tắt là ABM (Agent-Based Modeling) là một trong các loại mô hình tính toán dùng để mô hình hóa và mô phỏng các hành động không đồng nhất của các thực thể tự trị trong một môi trường và sự tương tác giữa chúng.
Sự khác nhau giữa tác tử và đối tượng
Một số ứng dụng của ABM
Cách xây dựng một ABM
SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ ĐỂ MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG PHỨC TẠP
Hệ thống phức tạp là gì?
Giới thiệu chung về hệ thống phức tạp
Theo [31], hệ thống phức tạp là phải có một hệ thống điều hành linh động liên quan đến số lượng lớn các tương tác giữa các thành phần, được mô tả bởi một tổ chức đa mức mà trong đó ngữ nghĩa của các tương tác là khác nhau giữa các mức độ tổ chức. Các mối quan hệ giữa các thành phần cần nhấn mạnh khía cạnh năng động chứ không phải là khía cạnh tĩnh của hệ thống tương tác.
Phân loại hệ thống phức tạp
Sử dụng hệ thống đa tác tử trong mô hình hóa và mô phỏng hệ thống phức tạp
Mô hình tác tử
Tổ chức và tương tác của tác tử
Mô hình hóa hệ thống phức tạp bằng hệ thống đa tác tử
Trong đề tài này, chỉ đề cập đến mô hình phân rã AEIO (mô hình nguyên âm) [39]. Mô hình này mô tả rõ ràng sự tương tác và môi trường, phù hợp với mục đích nghiên cứu của đề tài. Bốn thành phần này bao gồm: Tác tử (A), Môi trường (E), Tương tác (I), Tổ chức (O).
MÔ PHỎNG DỰA TRÊN HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ
Giới thiệu về mô phỏng
Quy trình của mô phỏng
Mô phỏng đa tác tử
Mô hình hóa mô phỏng đa tác tử dựa trên ý tưởng biểu diễn hoạt động của một chương trình máy tính bằng cách mô tả cấu trúc bên trong của nó.
Meta-model được dùng để xác định các đối tượng được sử dụng trong mô hình và đặc tả ngôn ngữ mô hình hóa (cả khái niệm và cú pháp) cho hệ thống thực. Chúng cho phép mô tả một hệ thống ở mức tổng quan và thậm chí dùng với mục đích phân tích hơn là mô phỏng [8].
CÁC MÔ HÌNH HÀNH VI CỦA PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
Mô hình xe bám xe
Mô hình xe bám xe kiểm soát hành vi của người ĐKPT đối với phương tiện đi trước trên cùng một làn. Trường hợp “xe bám xe” được định nghĩa là khi có một phương tiện tham gia giao thông bị giới hạn bởi một phương tiện đi trước nó, nếu cứ lái xe theo tốc độ mong muốn thì sẽ gây ra va chạm. Còn khi một phương tiện không bị giới hạn bởi bất kì phương tiện nào đi trước thì được xem là phương tiện “tự do” và có thể đạt tới tốc độ mong muốn.
Mô hình chuyển làn
Chuyển làn có tác động đáng kể đến lưu lượng giao thông. Thay đổi làn đường bắt buộc được thực hiện khi người lái xe phải rời khỏi làn đường hiện tại. Thay đổi làn đường tùy ý xảy ra khi một người lái xe di chuyển sang làn đường bên cạnh để được cung cấp điều kiện giao thông tốt hơn.
Mô hình xe vượt xe
Trên các tuyến đường không có dải phân cách cứng giữa các làn đường lưu thông thì việc chuyển làn đường là không đủ. Thay vào đó, một mô hình xem xét quá trình vượt xe phía trước là rất cần thiết.
MỘT SỐ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ MÔ PHỎNG GIAO THÔNG
Mô hình đa tác tử hướng hành vi của Arnaud Doniec
Mô hình đa tác tử mô phỏng giao thông trong một môi trường hỗn độn của Praveen Paruchuri
Mô hình đa tác tử mô phỏng hệ thống giao thông không người lái của Fenghui Wang
Mô hình hệ thống đa tác tử mô phỏng giao thông đô thị tại Việt Nam dựa trên mô hình phân rã nguyên âm AEIO
Mô hình hệ thống đa tác tử mô phỏng giao thông tại Việt Nam dựa trên một số mô hình trên thế giới
KẾT CHƯƠNG 1
Trong chương này, luận văn đã trình bày những khái niệm cơ bản về tác tử, hệ thống đa tác tử, những đặc điểm của hệ đa tác tử và tầm quan trọng của việc phối hợp giữa các tác tử trong hệ thống đa tác tử. Chương này cũng cũng trình bày về mô phỏng và các mô hình hệ thống đa tác tử mô phỏng giao thông được công bố trên thế giới và Việt Nam những năm qua.
Sau khi tìm hiểu các nội dung trên chúng tôi nhận thấy rằng ứng với mỗi mô hình mô phỏng giao thông, các nhóm tác giả đều đưa ra mô hình tác tử, mô hình hệ thống các tác tử và các mô hình hành vi. Mỗi mô hình tác tử, nhóm tác giả đều nêu lên đặc tính (trạng thái) của tác tử, khả năng tương tác (cảm nhận và tác động ngược lại) và cơ chế ra quyết định. Các mô hình đa tác tử đều thể hiện được tập các tương tác có thể của các tác tử, môi trường chung của các tác tử và cách giao tiếp trong hệ thống với nhau để lấy thông tin từ môi trường và lấy thông tin từ các tác tử khác và mối quan hệ giữa các tác tử như: nhìn thấy nhau, độ ưu tiên, sắp va chạm, cạnh tranh. Môi trường ở đây có thể là con đường, biển báo tín hiệu giao thông, nút giao thông và luật giao thông cũng như trạm điều khiển trung tâm. Mỗi tác tử thường đại diện cho mỗi phương tiện giao thông. Các tác tử xe đều có bộ cảm nhận để lấy thông tin từ các tác tử khác và từ môi trường.
CHƯƠNG 2
THỰC TRẠNG GIAO THÔNG TẠI NÚT GIAO CẮT “ÔNG ÍCH KHIÊM – ĐỐNG ĐA – HẢI PHÒNG” CỦA THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
HIỆN TRẠNG GIAO THÔNG TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
NHỮNG ĐẶC ĐIỂM ĐÁNG LƯU Ý VỀ GIAO THÔNG TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
Đặc điểm chung về giao thông tại Việt Nam
Đặc điểm giao thông tại khu vực nghiên cứu
Trên các tuyến đường Ông Ích Khiêm, Hải Phòng, Đống Đa có nhiều nhà dân sinh sống và buôn bán, nhiều trường học, công ty, chợ và bệnh viện… Vì vậy, lưu lượng xe lưu thông ở khu vực này rất đông. Hiện tại, tuyến đường Ông Ích Khiêm và Hải Phòng lại khá hạn hẹp nên việc đáp ứng được giao thông luôn luôn thông suốt là điều không thể, đặc biệt vào những giờ cao điểm tại khu vực này thường xảy ra tình trạng ùn tắt giao thông.
SỐ LIỆU ĐIỀU TRA THỰC TẾ
Kích thước các tuyến đường
Các tuyến đường tại khu vực này đa số đều hẹp, không có đường phân cách cố định. Cụ thể:
- Tuyến đường Ông Ích Khiêm: chiều ngang 12m, đường 2 chiều.
- Tuyến đường Đống Đa: chiều ngang 14m, đường 2 chiều.
- Tuyến đường Hải Phòng: chiều ngang 10m, đường 2 chiều.
- Tuyến đường Hải Phòng (1 chiều): chiều ngang 5m, đường 1 chiều.
Đặc điểm các nút giao thông trong khu vực nghiên cứu
Tại nút giao thông Ông Ích Khiêm – Hải Phòng có đèn giao thông, thời gian đèn xanh trên trục Hải Phòng là 30s, trên trục Ông Ích Khiêm là 27s. Kích thước đường hẹp nên trong quá trình tuân theo tín hiệu đèn giao thông gây ách tắt và vẫn còn tình trạng một vài xe vi phạm luật giao thông như lấn làn đường ngược chiều và vượt đèn đỏ.
Tại nút giao thông Ông Ích Khiêm – Đống Đa – Hải Phòng (1 chiều) không có đèn giao thông, nên tình trạng giao thông tại đây hỗn độn, nhất là vào giờ cao điểm.
Số liệu về lưu lượng phương tiện tham gia giao thông tại khu vực nghiên cứu vào giờ cao điểm
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2015\BAO YEN
