Nghiên cứu ứng dụng bài toán điều khiển phối hợp trên một trục ở đô thị Việt Nam ứng dụng cho một số tuyến của thành phố Buôn Ma Thuột

Nghiên cứu ứng dụng bài toán điều khiển phối hợp trên một trục ở đô thị Việt Nam ứng dụng cho một số tuyến của thành phố Buôn Ma Thuột

Tính cấp thiết của đề tài

Giao thông vận tải luôn là vấn đề được đặc biệt quan tâm ở nước ta trong suốt thời gian qua. Phương tiện cá nhân phát triển với tốc độ phi mã, mất kiểm soát khiến cho tình hình giao thông ngày càng trở nên trì trệ. Chính sự phát triển nhanh chóng của phương tiện các nhân, đặc biệt là xe hai bánh đã làm cho các giải pháp về quy hoạch, các lý thuyết tính toán về dòng xe và các giải pháp tổ chức điều khiển giao thông trở nên mất tác dụng ở nước ta gây nên tình trạng ùn tắc. Tại các vị trí nút giao nhau trên các trục đường chính đô thị, mật độ phương tiện tham gia giao thông cao mà chủ yếu là xe hai bánh khiến tình hình còn trở nên tệ hơn. Để giải quyết vấn đề trên, các đô thị trên thế giới và cả ở nước ta đã lắp đặt hệ thống điều khiển giao thông bằng tín hiệu đèn góp phần giải quyết nạn ùn tắc giao thông trên các trục đường trong đô thị và nâng cao ý thức chấp hành luật giao thông của người dân. Tuy nhiên, vấn đề vấp phải khi trong một đô thị có mô hình mạng lưới đường mà số lượng các nút điều khiển bằng đèn tín hiệu khá lớn và các tín hiệu đèn làm việc độc lập với nhau khiến cho dòng xe lưu thông trên các trục đường chính có lưu lượng lớn mất nhiều thời gian hơn, gây tiêu hao nhiên liệu hơn và đặc biệt gây ô nhiễm môi trường, ô nhiễm tiếng ồn và mất vẻ đẹp đô thị hiện đại. Vậy làm thế nào để giải quyết vấn đề như trên?

Như ta đã biết, bài toán điều khiển phối hợp hay bài toán điều khiển giao thông trên một trục đã và đang được sử dụng ở hầu hết các nước tiên tiến trên thế giới bởi tính ưu việt của nó so với các biện pháp tổ chức giao thông khác. Bài toán điều khiển phối hợp sẽ giải quyết được sự thay đổi bất thường của dòng xe, tăng độ an toàn, nâng cao khả năng thông hành, giảm tổn thất thời gian, giảm tâm lý căng thẳng cho người lái xe. Bài toán này tỏ ra hiệu quả trên các trục đường có nhiều nút điều khiển bằng đèn tín hiệu.

Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng bài toán điều khiển phối hợp trên một trục ở đô thị Việt Nam, ứng dụng cho một số tuyến của thành phố Buôn Ma Thuột” được hình thành nhằm phát triển các lý thuyết tính toán đã có sao cho phù hợp với đô thị ở Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu

Trên cơ sở khảo sát dòng xe trên một số trục đường ở thành phố Đà Nẵng và thành phố Buôn Ma Thuột, từ đó đưa ra các trường hợp có thể ứng dụng bài toán điều khiển phối hợp trên một trục. Phân tích ưu nhược điểm của mỗi trường hợp và lựa chọn bài toán phù hợp cho mỗi trường hợp trên.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các nút giao thông ở đô thị nước ta, cụ thể là ở thành phố Đà Nẵng và thành phố Buôn Ma Thuột.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm dòng xe trong đô thị ở thành phố Đà Nẵng và thành phố Buôn Ma Thuột.

Nghiên cứu lý thuyết dòng xe để lựa chọn lý thuyết tính toán cho hệ điều khiển phối hợp trên một trục phù hợp với đô thị nước ta.

Bố cục đề tài

Đề tài nghiên cứu gồm phần mở đầu, 4 chương và phần kết luận:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về điều khiển giao thông phối hợp trên một trục.

Chương 2: Khái quát về mạng lưới giao thông đường bộ trong đô thị nước ta.

Chương 3: Các bài toán điều khiển phối hợp trên một trục và lựa chọn bài toán vận dụng cho các đô thị Việt Nam.

Chương 4: Ví dụ tính toán áp dụng trên một số trục đường ở thành phố Buôn Ma Thuột.

Kết luận và hướng phát triển

Tổng quan tài liệu nghiên cứu

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG

PHỐI HỢP TRÊN MỘT TRỤC

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN GIAO THÔNG

Lúc mới bắt đầu, đèn xanh đèn đỏ chỉ dành cho tàu hỏa. Lúc đầu, nó thắp sáng bằng khí gas. Sau 43 năm, chúng mới chạy điện nhưng vẫn cần người điều khiển cho tới khi hoàn toàn tự động năm 1950. Tín hiệu giao thông lúc này chưa có đèn vàng và thay thế nó là chiếc còi hú vang khi cần.

Lịch sử đèn tín hiệu có từ tháng 10/1868, khi người ta đặt hệ thống đèn ngay bên ngoài tòa nhà Quốc hội Anh ở Luân Đôn. Chúng được lắp để báo hiệu cho những đoàn tàu hỏa đi ngang qua đây. Trên cây cột kiểu hình khuỷu tay gắn hai chiếc đèn khí gas, một màu xanh và một màu đỏ để dùng cho ban đêm. Đèn đỏ có nghĩa là “dừng lại”, còn đèn xanh là “chú ý”.

Đèn dùng khí gas để thắp sáng trong những năm cuối thế kỷ XIX. Khí gas được đưa vào từng đèn theo hệ thống van và khi cần thắp sáng đèn nào, một cảnh sát sẽ vặn to đèn đó và vặn nhỏ đèn kia. Sử dụng đèn tín hiệu này cực kỳ nguy hiểm và ngày 2/1/1869, tức chỉ vài tháng sau khi vận hành, hệ thống đèn này phát nổ khiến một cảnh sát bị thương khi đang điều chỉnh. Dù vậy, nó vẫn được sử dụng cho tới khi một người Mỹ (Lester Wire) phát minh ra đèn tín hiệu dùng điện năng vào năm 1912.

Sau khi ngành công nghiệp ôtô phát triển vượt bậc, một cảnh sát có tên Lester Wire, làm việc tại thành phố Salt Lake thuộc bang Utah của Mỹ, đã nảy ra ý tưởng đưa đèn tín hiệu đường sắt vào đường bộ năm 1912. Khi đó, đèn tín hiệu trên đường sắt đã được tự động hóa nhưng do tàu chỉ chạy trên đường thẳng nên lúc đưa sang đường bộ, vốn nhiều đường ngang ngõ tắt, chúng hoàn toàn không thích hợp và lại trở về hình thức điều chỉnh thủ công.

Tháng 8/1914, Công ty tín hiệu giao thông ra đời ở Mỹ và chịu trách nhiệm lắp đặt đèn giao thông tại các ngã tư bang Ohio. Điều đặc biệt là khi đó, đèn tín hiệu chưa hề có đèn vàng nên mỗi khi chuẩn bị chuyển trạng thái, cảnh sát giao thông bấm một chiếc còi hú vang để báo cho lái xe biết.

Đến năm 1920, hệ thống đèn tín hiệu này mới có đủ 3 màu: xanh, vàng, đỏ và do sĩ quan cảnh sát Williams Potts, sống tại thành phố Detroit sáng chế.

Năm 1923, Gerrette Morgan đã được nhận bằng phát minh thiết bị điều khiển tín hiệu giao thông, mặc dù ông không phải là người trực tiếp làm nên cuộc cách mạng đèn tín hiệu giao thông hiện đại.

Nguyên nhân dẫn tới phát minh của Morgan là do tình trạng tai nạn xảy ra nhiều trên đường phố Mỹ trong những năm đó. Ông thấy cần phải có một tiêu chuẩn thống nhất để hệ thống tín hiệu sẵn có hoạt động thật hiệu quả. Sau khi nghiên cứu, Morgan thiết kế cột tín hiệu hình chữ T, trong đó có các tín hiệu như “dừng lại”, “đi” và “dừng lại ở tất cả các hướng”. Khi đèn báo “dừng lại ở tất cả các hướng”, người đi bộ mới được phép đi qua đường.

Sau năm 1923, hệ thống đèn tín hiệu vẫn phải có người vận hành. Tính riêng tại thành phố New York, hơn 100 cảnh sát phải làm việc 16 giờ một ngày và tổng tiền lương ở mức 250.000 USD mỗi năm. Do những khó khăn nói trên, các kỹ sư được lệnh thiết lập và phát triển hệ thống đèn tín hiệu điều khiển tự động. Tuy nhiên, phải gần 20 năm sau, ước mơ của cảnh sát giao thông mới thành sự thật.

Năm 1950, đèn tín hiệu xanh – đỏ tự động được sử dụng rộng rãi ở Canada và phát triển nhanh chóng trên thế giới. Ngày nay, hệ thống đèn tín hiệu hiện đại hơn rất nhiều, tích hợp nhiều tính năng như tự động chụp hình xe vượt đèn đỏ. Bên cạnh đó, nhiều nước có phát minh hết sức thú vị như đèn 4 chế độ ở Anh, New Zealand, Phần Lan… đèn sẽ chuyển từ “đỏ” sang “đỏ và vàng” rồi mới đến “xanh” và về lại “vàng”. Trạng thái đỏ và vàng nhằm báo cho tài xế biết đèn xanh sẽ sáng trong một thời gian ngắn nữa.

Tại các nước trên thế giới, kể cả Việt Nam, có đèn tín hiệu giao thông ba màu đơn giản, ý nghĩa từng màu được quy định như sau: Tín hiệu xanh là được đi; Tín hiệu đỏ là cấm đi; Tín hiệu vàng là báo hiệu sự thay đổi tín hiệu. Khi đèn vàng bật sáng, người điều khiển phương tiện phải cho xe dừng lại trước vạch dừng, trừ trường hợp đã đi quá vạch dừng thì được đi tiếp. Tín hiệu vàng nhấp nháy là được đi nhưng cần chú ý.

MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG BẰNG TÍN HIỆU ĐÈN

Đèn điều khiển giao thông

Đèn điều khiển giao thông là chiếc đèn có thể được thắp sáng bằng các nguồn năng lượng khác nhau mà hiện nay sử dụng chủ yếu là đèn điện. Đèn có thể chuyển đổi qua lại giữa các màu: xanh, đỏ, vàng trong quá trình làm việc.

Điều khiển giao thông bằng tín hiệu đèn

Điều khiển giao thông bằng tín hiệu đèn tức là phân chia thời gian cho các luồng xe qua một nút giao thông để giảm bớt hoặc triệt tiêu các xung đột (giao cắt).

Trong hệ thống điều khiển giao thông bằng tín hiệu đèn gồm có: điều khiển độc lập, điều khiển thích nghi và điều khiển phối hợp.

Trong giai đoạn đầu do lưu lượng giao thông còn nhỏ nên hầu hết các nút được điều khiển độc lập, về sau cùng với sự phát triển của KHKT và dòng xe nên người ta nghĩ ra cách phối hợp các đèn trên các hướng chính sao cho dòng xe trên các hướng chính thông qua nhiều nút hiệu quả nhất, cũng như sử dụng những thành tựu của khoa học để xây dựng các phần mềm tạo nên các “chu kỳ mềm tối ưu”. Từ đó bài toán phối hợp điều khiển các đèn và điều khiển thích nghi của đèn tín hiệu ra đời.

1. Điều khiển độc lập

Các đèn đặt tại các nút không có liên hệ lẫn nhau khi hoạt động. Mỗi đèn tại mỗi nút làm việc độc lập nhau. Chình vì vậy việc tổ chức điều khiển rất đơn giản, tuy nhiên nó làm cho dòng xe chạy trên tuyến chính có nhiều nút điều khiển độc lập bị tổn thất thời gian rất lớn. Hệ thống tín hiệu đèn điều khiển độc lập chỉ thích hợp cho các nút giao trên các trục có lưu lượng nhỏ.

1. Điều khiển phối hợp

Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp bằng tín hiệu đèn là một tiến bộ lớn so với điều khiển từng nút giao thông riêng biệt. Với những ưu điểm vượt trội của nó so với hệ thống điều khiển độc lập nên hệ thống này đang được nghiên cứu để áp dụng rộng rãi trên các trục đường chính ở các đô thị lớn ở nước ta.

Trong bài toán điều khiển phối hợp có 2 loại:

• Điều khiển phối hợp đồng bộ
• Điều khiển phối hợp liên hoàn

1. Điều khiển thích nghi

Bài toán điều khiển thích nghi tức là nâng cao khả năng thích nghi với dòng xe tức thời, bằng cách thu các tín hiệu (xung) do các xe phát ra báo về máy xử lý và cho ra chu kỳ thích hợp.

Vào đầu những năm 1930 khi mà khoa học chưa phát triển, để thực hiện bài toán thích nghi các nhà tổ chức giao thông đã dùng một số chương trình cố định thay đổi trong một ngày cho phù hợp với lưu lượng xe vào các giờ sáng, trưa, chiều, tối. Phương pháp này người ta gọi là điều khiển thích nghi bằng “chu kỳ cứng”.

Theo thời gian, cùng với sự phát triển của KHCN và dòng xe, bài toán điều khiển thích nghi bằng “chu kỳ cứng” tỏ ra không còn phù hợp nữa. Từ thực tế đó, các nhà nghiên cứu đã đưa ra phương pháp mới: điều khiển thích nghi bằng “chu kỳ mềm” – tức là xây dựng một chương trình tạo nên các “chu kỳ mềm tối ưu” điều khiển các tín hiệu đèn sao cho luôn luôn thích ứng với các dòng xe tức thời ra vào các nút giao thông. Để đảm bảo khả năng thông hành tại các nút đạt giá trị tối ưu, người ta đã chế ra các máy tách xung (Detector) để đo, đếm xe, thu thập các thông tin cần thiết truyền về trung tâm điều khiển, từ đó trung tâm xử lý và tính ra chu kỳ hợp lý.

Ưu điểm của bài toán điều khiển thích nghi bằng chu kỳ mềm là giải quyết được tình trạng ùn tắc giao thông tại các nút giao. Và nó là một phần trong hệ thống giao thông thông minh (ITS) mà các nước tiên tiến đã và đang nghiên cứu hoàn thiện.

Tuy nhiên, do chi phí đầu tư xây dựng cũng như chi phí mua thiết bị phụ trợ còn cao nên bài toán sử dụng “chu kỳ mềm” ít được sử dụng ở nước ta. Nó phù hợp với các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Pháp,…

Điều khiển giao thông theo hình thức phối hợp trên một trục

Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp bằng tín hiệu đèn là một tiến bộ lớn so với điều khiển từng nút giao thông riêng biệt. Hệ thống này được áp dụng đầu tiên vào những năm 20 của thế kỷ XX, gắn liền với kết quả nghiên cứu lý thuyết của Henry – Waston (Anh). Kinh niệm ở nước ngoài cho thấy, nhờ áp dụng phương pháp điều khiển giao thông phối hợp mà tốc độ xe tăng 30%, giảm 20% sô vụ tai nạn xe đâm vào nhau và rút ngắn 1/3 thời gian ùn tắc.

So với điều khiển từng nút riêng biệt thì việc áp dụng điều khiển giao thông phối hợp có hàng loạt các ưu điểm sau:

• Nâng tốc độ xe chạy và giảm số chỗ phải dừng xe.
• Xe chạy trên đường phố nhịp nhàng, đều đặn làm tăng khả năng thông hành của nút.
• Tốc độ xe chạy của phương tiện giao thông trên đường phố là tương đối đồng đều vì không cho phép xe chạy với tốc độ quá cao và buộc các lái xe đang đi với tốc độ nhỏ phải tăng tốc để kịp đến ngã tư khi có đèn xanh, nhằm tránh bị dừng xe khi có đèn đỏ.
• Điều khiển phối hợp tạo khả năng giảm thiểu tai nạn giao thông, vì khi đi tới ngã tư xe gặp ngay đèn xanh để vượt qua nên không xảy ra tình huống xe sau đâm vào các xe đi phía trước. Khoảng cách thời gian giữa các xe chạy trong dòng thường không vượt quá 2-3 giây.

Ngoài ra nó còn làm cho người đi bộ tuân thủ quy tắc giao thông an toàn hơn khi đi qua đường

Chính vì nó có những ưu điểm trên nên ở nước ta hiện nay, đặc biệt là ở các thành phố lớn như thủ đô Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, thành phố Đà Nẵng với dòng xe chạy trên đường là dòng xe hỗn hợp (nhiều loại phương tiện thô sơ, cơ giới) đã và đang nghiên cứu thí điểm ứng dụng hệ thống điều khiển giao thông thông minh thông qua việc lắp đặt camera cảm biến có khả năng phân biệt phương tiện giao thông hỗn hợp để từ đó có thể tự động điều chỉnh pha đèn tín hiệu dựa trên lưu lượng giao thông thực tại nút; đồng thời, thực hiện tối ưu hóa pha đèn tín hiệu giao thông và phối hợp hoạt động đèn tín hiệu giao thông giữa các nút giao nhằm đảm bảo khả năng thông hành tốt nhất cho toàn đoạn tuyến.

1. Điều khiển phối hợp đồng bộ (điều khiển phối hợp trên mạng)

Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp đồng bộ là cùng một lúc thay đổi tín hiệu đèn trên tất cả các ngã tư trên một dãy tuyến phố

Trong đó bài toán truyền đồng thời tất cả các tín hiệu cùng màu trong cùng một thời gian như nhau trên tất cả các nút giao thông liền kề là bài toán đơn giản nhất và được dùng phổ biến.

Bài toán này chỉ phát huy tác dụng trong trường hợp khi lượng xe rẽ trái ít và khoảng cách các nút gần nhau, thời gian cần thiết để xe chạy từ nút này đến nút kia với tốc độ không đổi bằng hoặc nhỏ hơn thời gian của một chu kỳ đèn. Khi thấy đèn xanh, các xe phải dùng tốc độ tối đa để vượt qua càng nhiều nút càng tốt trước khi đèn cùng chuyển sang đỏ. Quan hệ giữa thời hạn một chu kỳ đèn (T_ck), tốc độ xe chạy (v, m/s) và khoảng cách giữa các ngã tư (l, m) là:

(1.1)

Trong đó: n = 1, 2, 3… biểu thị thứ tự thay đổi tín hiệu đèn xanh giữa các ngã tư qua 1, 2, 3 chu kỳ đèn.

1. Điều khiển phối hợp liên hoàn

Hệ thống này có thể áp dụng khi khoảng cách giữa các ngã tư bất kỳ. Chính với đặc điểm này mà hệ thống điều khiển phối hợp liên hoàn được áp dụng nhiều hơn vì thực tế đa số các tuyến phố, khoảng cách giữa các nút là không đều nhau.

Phối hợp các đèn tín hiệu trên đường phố như là hàm của tốc độ. Vì vậy hệ thống điều khiển phối hợp liên hoàn có thể chia ra ba trường hợp:

• Với tốc độ xe chạy không đổi theo 1 hoặc 2 hướng.
• Với tốc độ xe chạy thay đổi.
• Với tốc độ xe chay cưỡng bức.

Trong ba trường hợp trên thì hệ thống với tốc độ xe chạy không đổi theo 1 hoặc 2 hướng là thường gặp hơn cả.

KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG PHỐI HỢP BẰNG TÍN HIỆU ĐÈN Ở NƯỚC TA VÀ TRÊN THÊ GIỚI

Hệ thống điều khiển giao thông trên thế giới

Kỹ thuật điều khiển giao thông bằng tín hiệu đèn đã ra đời từ rất lâu ở các nước tiên tiến trên thế giới như: Anh, Pháp, Nga, Mỹ, … Ban đầu chỉ là những chiếc đèn điều khiển bằng tay được sử dung trên các trục đường ở thành phố Westmister nước Anh. Sau đó một thời gian chiếc đèn ba màu tự động được sử dụng tại Wolverhamton nước Anh. Tuy nhiên, sau một thời gian sử dụng người ta thấy chiếc đèn “tự động” này tỏ ra kém hiệu quả so với điều khiển bằng tay do nó chạy theo một chương trình cố định nên không linh hoạt theo sự thay đổi của dòng xe. Từ đó, người ta dùng một số chương trình cố định thay đổi trong một ngày cho phù hợp với lưu lượng xe từng thời điểm trong ngày.

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều nhà nghiên cứu đã đề xuất ra bài toán liên kết các đèn trên cùng một tuyến đường chính sao cho dòng xe trên tuyến chính thông qua nhiều nút một cách có lợi nhất. Bài toán phối hợp ra đời từ đó và được nhiều nước áp dụng do nó mang lại nhiều tính ưu việt.

Do đặc điểm dòng xe ở các nước phát triển trên thế giới là dòng xe thuần, đồng thời ý thức người dân khi tham gia giao thông rất cao cộng với công tác quy hoạch đô thị có xem xét đến việc tổ chức điều khiển giao thông nên việc sử dụng các bài toán phối hợp rất thuận lợi. Mặc dù lưu lượng giao thông trên các trục đường chính ở các thành phố lớn trên thế giới như New York, Pari, Lon Don,… luôn duy trì ở mức cao nhưng hầu như không xảy ra ùn tắc giao thông chính nhờ vào phương pháp tổ chức, điều khiển giao thông theo hình thức phối hợp. Chính bài toán điều khiển này đã biến hệ thống giao thông ở các thành phố trên trở nên văn minh, hiện đại và đã đưa một số tuyến đường trở thành biểu tượng của quốc gia.

Ngày nay, với sự giúp sức của khoa học kỹ thuật, bài toán điều khiển phối hợp trên một trục được phát triển lên tầm cao mới bằng cách ứng dụng công nghệ thông tin vào điều khiển. Với khả năng tự nhận biết lưu lượng giao thông bằng các công nghệ như Camera đếm xe, các Detector được đặt dưới mặt đường, …Từ đó, số liệu được truyền về trung tâm điều khiển, được xử lý tính toán ra chu ky đèn tối ưu và phản hồi ngay tức thì đến các đèn tín hiệu. Hệ thống này được gọi là Hệ thống giao thông thông minh (ITS).

Hệ thống điều khiển giao thông ở nước ta

Hệ thống tín hiệu đèn giao thông đã xâm nhập vào nước ta từ khá lâu. Tuy nhiên, kể từ khi có mặt đến nay, các cột đèn tín hiệu đa số vẫn còn hoạt động độc lập, được cài đặt bằng thủ công và điều khiển theo chu kỳ cứng. Trải qua một thời gian dài, nhận thấy sự bất tiện của hệ thống đèn tín hiệu cũ, cùng với đó là sự phát triển hệ thống đèn tín hiệu trên thế giới, hệ thống đèn tín hiệu ở Việt Nam ngày càng được cải tiến, đặc biệt ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng,… Hệ thống đèn tín hiệu giờ đây có thể được liên kết với nhau, được điều khiển, quan sát từ trung tâm điều khiển đèn tín hiệu. Với hệ thống này, đèn tín hiệu được điều khiển một cách linh động, được bật vào giờ cao điểm và được tắt khi không cần thiết để tăng khả năng thông hành trên tuyến.

Hiện nay, tại các đô thị lớn của Việt Nam (Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chí Minh) đều đã có hệ thống giám sát điều hành giao thông và đang ngày càng được nâng cấp. Các dự án này sử dụng hệ thống camera giám sát, trung tâm điều khiển giao thông, hệ thống radio để thu thập thông tin, điều hành giao thông và cung cấp thông tin cho người sử dụng.

Tại Hà Nội, Trung tâm Điều khiển giao thông đã chính thức đưa vào hoạt động từ năm 2000 với hệ thống thiết bị của hãng SAGEM điều khiển đèn tín hiệu giao thông do Chính phủ Pháp tài trợ. Có thể nói đây là ứng dụng đầu tiên của công nghệ ITS trong khu vực đô thị ở Việt Nam. Đến nay, trung tâm này đã được nâng cấp nhiều lần và vẫn đang hoạt động hiệu quả, góp phần giám sát, điều hành giao thông toàn thành phố. Đầu tháng 10/2014, trung tâm điều khiển tín hiệu đèn giao thông mới được triển khai Dự án “Nâng cấp Trung tâm điều khiển đèn tín hiệu giao thông và thiết bị ngoại vi – giai đoạn 1”. Dự án được đưa vào Chương trình mục tiêu chống ùn tắc giao thông giai đoạn 2012-2015, có mức đầu tư hơn 231 tỷ đồng. Giai đoạn 1 khi hoàn thiện sẽ lắp đặt 29 bộ camera quan sát tại 29 nút giao thông, 156 bộ camera đếm lưu lượng tại 41 nút và 35 bộ camera xử lý vi phạm tại 10 nút giao thông trọng điểm.

Hình 1.1. Trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông Hà Nội

Ngoài ra, vào tháng 6/2013, Hà Nội tiếp tục triển khai dự án REMON với mục tiêu theo dõi và xác định trực tuyến lưu lượng giao thông đồng thời tạo ra nguồn dữ liệu giao thông cho cả giai đoạn ngắn hạn và dài hạn. Dự án này sử dụng các phương tiện giao thông được giám sát (tốc độ và hướng chuyển động), định vị qua hệ thống GPS để thu thập các số liệu và phản ánh tình trạng dòng giao thông, phát hiện các vị trí ùn tắc qua đó cung cấp thông tin cho người sử dụng. Các thông tin thu thập phục vụ công tác quản lý, điều hành giao thông, đánh giá quy hoạch và các giải pháp tổ chức, điều khiển giao thông, xây dựng quy hoạch, chiến lược phát triển dài hạn để giải quyết các vấn đề giao thông.

Tại Đà Nẵng, Sở giao thông vận tải Đà Nẵng phối hợp với IBM xây dựng chương trình ITS cho toàn thành phố. Trung tâm Điều hành đèn tín hiệu giao thông và vận tải công cộng thành phố Đà Nẵng tiến hành lắp đặt hệ thống camera giám sát giao thông, hỗ trợ giám sát, điều hành và giúp lực lượng công an giám sát các vi phạm và tiến tới thực hiện “xử phạt nguội”. Dự án xây dựng và nâng cấp hệ thống tín hiệu và điều khiển giao thông thành phố Đà Nẵng, thực hiện từ năm 2004 đến năm 2012 từ nguồn vốn ODA của Tây Ban Nha, tiến hành điều khiển phối hợp các nút giao thông trên một số tuyến đường theo hình thức “làn sóng xanh”. Mới đây nhất, Dự án “Cải thiện giao thông đô thị thành phố Đà Nẵng” (DTRIP) do Cơ quan hợp tác phát triển quốc tế Nhật Bản (JICA) tài trợ đã chính thức được khởi động và bắt đầu giai đoạn thi công lắp đặt. Trong đó, Dự án thí điểm Quản lý hành lang giao thông đường Lê Duẩn với thực trạng hành lang thí điểm là trục hành lang giao thông chính của thành phố, có lưu lượng giao thông rất cao nhưng hệ thống đèn tín hiệu không hoạt động hiệu quả gây nên tình trạng ách tắc giao thông trong giờ cao điểm; đồng thời tình hình giao thông tại khu vực này cũng bị tác động lớn khi Trung tâm Hành chính của thành phố đi vào hoạt động.

Hình 1.2. Trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông TP Đà Nẵng

Tại thành phố Hồ Chí Minh, trung tâm điều khiển giao thông cũng đã được xây dựng. Hệ thống camera giám sát giao thông được lắp đặt. Thành phố đang thực hiện chương trình “Ứng dụng Khoa học công nghệ giảm ùn tắc giao thông giai đoạn 2013-2015 tầm nhìn đến 2020” nhằm “Nghiên cứu thử nghiệm và đưa vào ứng dụng các giải pháp công nghệ cho ITS nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và phát triển hệ thông cơ sở hạ tầng giao thông hiện hữu trên địa bàn thành phố, góp phần giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông”.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong tiến trình phát triển giao thông cũng như phát triển hệ thống điều khiển giao thông bằng tín hiệu đèn đã trải qua rất nhiều giai đoạn khác nhau tương ứng với sự phát triển khoa học công nghệ của từng thời kỳ. Tình hình giao thông đô thị ngày càng được quan tâm hơn, được đầu tư nâng cấp thiết bị cơ sở hạ tầng nhằm phục vụ tốt hơn cho công tác tổ chức điều khiển giao thông trong đô thị, đem lại nhiều dấu hiệu tích cực cho giao thông đô thị nước ta. Tuy nhiên vẫn còn nhiều tồn tại dễ nhận thấy đó là: tình trạng ùn tắc vẫn thường xuyên xảy ra, dòng xe lưu thông trên tuyến chưa được tối ưu do phải dừng quá nhiều đèn đỏ,…

Giải pháp điều khiển giao thông trên một trục là một trong những giải pháp mang tính khả thi cao cho giao thông đô thị nước ta. Nếu tổ chức tốt sẽ đem lại nhiều hiệu quả to lớn: nâng cao khả năng khai thác của tuyến, giảm thiểu thời gian dừng đèn đỏ trên các trục đường điều khiển, từ đó giải quyết được vấn đề ùn tắc giao thông trong đô thị, đặc biệt tại các nút có lưu lượng giao thông lớn. Do đó, việc nghiên cứu áp dụng bài toán điểu khiển phối hợp trên một trục trong điều kiện giao thông đô thị nước ta nói chung, ứng dụng cụ thể cho một số tuyến chính ở thành phố Buôn Ma Thuột nói riêng là vô cùng cần thiết.

CHƯƠNG 2

KHÁI QUÁT VỀ MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ TRONG ĐÔ THỊ NƯỚC TA

THỰC TRẠNG GIAO THÔNG Ở CÁC ĐÔ THỊ LỚN NƯỚC TA

Điều dễ nhận thấy trong giao thông đô thị nước ta là thành phần dòng xe tham gia giao thông rất đa dạng: ô tô, xe máy, xe đạp, xe bus…. Phần lớn là phương tiện 2 bánh tham gia giao thông chiếm tỷ lệ từ 80 đến 90%. Khác với nhiều so với các nước phát triển, phương tiện cá nhân chiếm tỷ lệ lớn khiến cho mật độ dòng xe của giao thông đô thị Việt Nam luôn ở mức rất cao, tốc độ dòng xe thấp.

• Thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh

Hai thành phố lớn ở hai đầu đất nước là minh chứng rõ ràng nhất của sự phát triển mất kiểm soát của phương tiện giao thông cá nhân ở Việt Nam. Nạn ùn tắc diễn ra thường xuyên trong giờ cao điểm ở các tuyến đường quan trọng. Đã có nhiều giải pháp để khắc phục tình trạng này nhưng vẫn chưa có hiệu quả.

Hình 2.1. Ùn tắc giao thông ở Hà Nội

Hình 2.2. Ùn tắc giao thông ở thành phố Hồ Chí Minh

• Thành phố Đà Nẵng:

Đà Nẵng hiện có khoảng 440 nút giao thông trong nội thành và theo thống kê đến tháng 2/2014, TP Đà Nẵng có tổng cộng 83 nút giao được điều khiển bằng tín hiệu đèn. Mật độ nút phân bố không đều nhau, ở khu trung tâm khoảng cách giữa các nút thay đổi từ 150 – 350m và càng xa trung tâm mật độ càng thưa với khoảng cách từ 400 – 600m. Khoảng cách phân bố giữa các nút giao trong nội thành không đều và quá gần nhau nên thường xuyên gây ra ùn tắc giao thông và khi bị ùn tắc thì mức độ lan truyền của nó rất nhanh, rất khó giải quyết thông xe.

Tuy tình hình giao thông thành phố Đà Nẵng hiện tại không nghiêm trọng như tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, các nút giao ở Đà Nẵng hoạt động tương đối tốt, nhưng hiện tượng ùn tắc đã có dấu hiệu xảy ra tại một số nút giao thông chính vào giờ cao điểm như các nút giao trên đường Lý Thái Tổ, một số nút giao trên đường Lê Duẩn (khu vực giao với đường Phan Chu Trinh, Nguyễn Chí Thanh, Trần Phú), đường Nguyễn Văn Linh và các nút giao trên đường Điện Biên Phủ, đặc biệt là nút giao Ngã ba Huế (hiện đang được xây dựng nút giao thông khác mức).

Hình 2.3. Các giao lộ bị ùn tắc tại trung tâm Thành phố Đà Nẵng

Hình 2.4: Mức phục vụ trên các đường dẫn của nút.

Hình 2.5. Hình ảnh ùn tắc giao thông ở thành phố Đà Nẵng

• Thành phố Buôn Ma Thuột:

Tổng chiều dài mạng lưới đường đô thị của thành phố Buôn Ma Thuột hiện nay khoảng 758km. Mật độ đường phân bố không đều nhau, chủ yếu tập trung ở khu vực trung tâm với mật độ khoảng 6,41 km/km².

Số lượng các nút giao thông điều khiển bằng tín hiệu đèn khá ít, các đèn điều khiển độc lập, chu kỳ đèn chưa hợp lý, một số nút các nhánh dẫn với độ dốc dọc lớn, vạch chờ khá xa nút, tốc độ vào nút khá cao nhưng chưa có gờ giảm tốc. Có một số tuyến phố chính tất cả các nút điều được điểu khiển bằng tín hiệu đèn, khoảng cách các nút hợp lý nên cân nhắc tổ chức điều khiển theo hình thức điều khiển phối hợp, điều khiển trên toàn bộ các hệ thống trục chính.

Hình 2.6. Nút giao thông Ngã sáu Buôn Ma Thuột

Bảng 2.1: Thống kê các nút giao thông trên các trục đường chính ở thành phố Buôn Ma Thuột tính đến tháng 2/2014 [8]

Hình 2.7. Bản đồ hiện trạng giao thông thành phố Buôn Ma Thuột

Nhìn chung hệ thống đường của thành phố Buôn Ma Thuột hiện tại vẫn chưa quá tải nhưng ở một số trục chính của thành phố như đường Lê Hồng Phong, Nguyễn Tất Thành, Phan Châu Trinh .., nguy cơ xảy ra ùn tắc ở các trục chính này là rất cao vào giờ cao điểm.

ĐIỀU KIỆN VỀ GIAO THÔNG

Hiện tại Hà Nội, Đà Nẵng, thành phố Hồ Chí Minh cũng như nhiều thành phố khác trong cả nước, thành phần dòng xe tham gia giao thông rất phức tạp và chủ yếu là lượng xe hai bánh (bao gồm xe máy và xe đạp). Do nhiều yếu tố mà hiện nay thành phần này hiện vẫn đang phát triển với tốc độ cao và chưa có chiều hướng thuyên giảm.

Bảng 2.2. Số phương tiện ôtô, xe máy trên địa bàn 3 thành phố lớn tính đến cuối năm 2011

Thành phần dòng xe tại các đô thị vẫn chủ yếu là xe máy, tỷ lệ xe ô tô không cao. Tính trung bình cả nước 80 người/ 1ôtô và (3-4)người/ 1xe máy. Các xe trong dòng xe có tốc độ chênh lệch nhau tương đối lớn. Điều này không chỉ là đặc thù riêng của đô thị nào mà còn là điểm nổi bật chung về dòng xe ở các đô thị Việt Nam trong một vài năm gần đây. Do vậy trong bất kỳ một nghiên cứu nào có liên quan đến dòng xe đều không thể bỏ qua các thành phần này.

Nhận thấy rằng, với một ngã tư đơn giản đã có 32 điểm xung đột nhưng trong tình trạng giao thông hỗn hợp như trên, mỗi phương tiện có một tốc độ khác nhau, hành trình khác nhau thì số lượng tiềm tàng các điểm xung đột sẽ là vô cùng, không xung đột cũng trở thành xung đột. Hình thức và mức độ nguy hiểm của các điểm xung đột cũng sẽ đa dạng hơn nhiều. Do đó, vấn đề tổ chức – điều khiển giao thông trở nên phức tạp và cần thiết hơn.

Ngoài ra theo kết quả dự báo của một số tác giả trong nước, với tốc độ phát triển kinh tế trong những năm tới thì nhu cầu vận chuyển hàng hoá cũng như hành khách còn tiếp tục tăng, tỷ lệ người sở hữu phương tiện các nhân ngày càng tăng cao. Do đó lưu lượng xe lưu thông trên đường nói chung cũng sẽ tăng đáng kể.

Trước tình hình đó, để tránh những hiện tượng khó giải quyết như hiện nay ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh thì ngay từ bây giờ thiết nghĩ các thành phố như Đà Nẵng, Buôn Ma Thuột cũng cần thiết phải có chiến lược định hướng phát triển giao thông rất chi tiết và cụ thể.

TÌNH HÌNH TỔ CHỨC ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG

Tổ chức – điều khiển giao thông là một trong những yếu tố quan trọng để làm tăng hiệu quả khai thác của giao thông đô thị. Nếu áp dụng các biện pháp tổ chức – điều khiển giao thông hợp lý thì sẽ là tăng khả năng thông xe của đường, của nút giao thông, tạo điều kiện thuận lợi, tâm lý thoải mái cho người tham gia giao thông, làm giảm tai nạn và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Còn nếu tổ chức – điều khiển giao thông không hợp lý cả về mặt không gian và thời gian thì nhiều lúc có tác dụng ngược lại.

Ở Đà Nẵng hiện đang sử dụng hệ thống đèn tín hiệu theo dự án tín hiệu giao thông Thành phố Đà Nẵng do chính phủ Tây Ban Nha tài trợ và đưa vào sử dụng cuối năm 2012. Hệ thống đèn tín hiệu này được lắp đặt trên 64 nút giao trong nội thành. Nhờ cách cài đặt nhiều chế độ trong ngày như vào các giờ cao điểm, giờ thấp điểm, ngày cuối tuần… tạo chế độ hoạt động khá linh hoạt nên tại các nút giao thông người và phương tiện lưu thông khá thuận lợi. Trong trường hợp xảy ra ùn tắc cục bộ, thông qua hệ thống camera quan sát, từ trung tâm có thể can thiệp trực tiếp để chuyển đổi chế độ đèn phù hợp hơn, hoặc có thể chuyển sang chế độ đèn vàng nhấp nháy để các phương tiện dễ dàng lưu thông. Theo khảo sát của trung tâm, qua thời gian đưa vào sử dụng, các điểm ùn tắc trong giờ cao điểm đã giảm hẳn, và thời gian xảy ra ùn tắc cũng đã rút ngắn xuống đáng kể với khoảng 5-10 phút.. Đặc biệt nhờ có các camera, những vụ tai nạn giao thông xảy ra tại các nút giao thông quan trọng trong thời gian gần đây đều được ghi lại hình ảnh. Vì vậy, công tác điều tra, xử lý của các cơ quan chức năng gặp nhiều thuận lợi, nhất là trong việc xác định lỗi thuộc về ai trong các vụ tai nạn giao thống.

Ở Hà Nội, trung tâm điều khiển tín hiệu đèn giao thông mới được triển khai Dự án “Nâng cấp Trung tâm điều khiển đèn tín hiệu giao thông và thiết bị ngoại vi – giai đoạn 1”. Dự án được đưa vào Chương trình mục tiêu chống ùn tắc giao thông giai đoạn 2012-2015, có mức đầu tư hơn 231 tỷ đồng. Giai đoạn 1 khi hoàn thiện sẽ lắp đặt 29 bộ camera quan sát tại 29 nút giao thông, 156 bộ camera đếm lưu lượng tại 41 nút và 35 bộ camera xử lý vi phạm tại 10 nút giao thông trọng điểm. Mục tiêu của dự án nhằm từng bước hiện đại hóa Trung tâm điều khiển đèn tín hiệu giao thông với công nghệ tiên tiến, hiện đại, có khả năng kiểm soát, điều khiển linh hoạt tất cả các nút đèn tín hiệu giao thông từ Trung tâm; tăng cường khả năng giám sát giao thông bằng hình ảnh (quan sát tình hình giao thông qua camera và phát hiện phương tiện vi phạm thông qua hệ thống camera giám sát) để đảm bảo an ninh trật tự trên địa bàn thành phố; tự động điều khiển chu kỳ đèn tín hiệu giao thông phù hợp với lưu lượng phương tiện trong từng thời điểm và thiết lập linh hoạt các tuyến làn sóng xanh để giảm thiểu ách tắc giao thông và thời gian dừng chờ tại các nút giao; đảm bảo điều khiển đồng bộ từ Trung tâm điều khiển đèn… Trung tâm điều khiển đèn tín hiệu giao thông (THGT) có khả năng kiểm soát, điều khiển linh hoạt tất cả các nút đèn tín hiệu giao thông từ trung tâm, tự động điều khiển chu kỳ đèn tín hiệu phù hợp với lượng phương tiện trong từng thời điểm. “Với hệ thống trang thiết bị hiện đại gồm 450 camera quan sát, đo đếm lưu lượng và giám sát xử lý vi phạm sẽ giúp lực lượng cảnh sát giao thông xử lý các vi phạm qua hình ảnh, từng bước nâng cao ý thức chấp hành Luật Giao thông cho người tham gia giao thông”.

Nhìn chung, hệ thống tín hiệu, giải pháp tổ chức – điều khiển tại nút giao thông của thành phố Đà Nẵng, thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội hay thành phố Buôn Ma Thuột tuy đã được cải tạo đáng kể trong thời gian vừa qua nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu giao thông thực tế. Tình trạng ùn tắc vẫn thường xuyên xảy ra vào giờ cao điểm. Khả năng thông xe trên các đường trục chính chưa được tối ưu.

Thêm vào đó, việc quyết định đặt đèn ở các vị trí này hay vị trí khác phần lớn còn mang tính chất kinh nghiệm và cảm tính, mà chưa có một cơ sở nào chứng tỏ việc đặt đèn là hợp lý và sẽ đem lại hiệu quả kinh tế khi đưa vào hoạt động. Do đó cần phải có nghiên cứu thêm về cơ sở lý luận để đặt đèn tín hiệu và có những tính toán cụ thể về chu kỳ đèn hợp lý, tránh tác dụng ngược lại.

Một vấn đề tồn tại hiện nay nữa là: từ trước đến nay, do việc phát triển thành phố không có quy hoạch cụ thể cho nên dẫn đến diện tích đất giành cho đường nói chung, cho nút nói riêng rất thấp. Vì vậy, việc tổ chức giao thông một chiều hay điều khiển tại nút bằng đảo dẫn hướng trở nên khó thực hiện. Thực tế, trong thành phố rất ít có các tuyến giao thông một chiều. Ở Đà Nẵng chỉ mới tổ chức giao thông một chiều ở một số tuyến đường song song gần đường Bạch Đằng (Bạch Đằng – Trần Phú – Nguyễn Chí Thanh – Lê Lợi, Phan Chu Trinh). Thành phố Buôn Ma Thuột có mạng lưới giao thông có thể tổ chức giao thông một chiều rất tốt, tuy nhiên chưa được xem xét.

AN TOÀN VÀ TAI NẠN GIAO THÔNG

Vấn đề an toàn và tai nạn giao thông thường gắn liền với việc tổ chức – điều khiển giao thông, ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Tuy nhiên, tai nạn giao thông luôn là nỗi lo lắng bất an của mỗi người dân đô thị, do đó để hạn chế tai nạn giao thông trên đường và đặc biệt là tại các ngã ba, ngã tư,… thì điều đầu tiên quan tâm đến là giải pháp tổ chức – điều khiển giao thông. Nếu áp dụng phương pháp tổ chức – điều khiển tốt thì không những giải toả được những bất an trong lòng mỗi người dân về tai nạn giao thông mà còn đem lại hiệu quả kinh tế cao. Có thể nói an toàn giao thông là tiêu chuẩn cao nhất trong thiết kế bất kỳ một nút giao thông nào. Hiện nay chưa có tiêu chuẩn nào đề cập tới chỉ tiêu an toàn ở nút giao thông bằng giá trị định lượng, nhưng nếu xảy ra trên hai vụ tai nạn chết người một năm thì được coi là nút nguy hiểm cần có biện pháp giải quyết.

Trên nút giao thông một trong những nguyên nhân gây tai nạn là yếu tố tầm nhìn không đảm bảo, điều này thường ít thoả mãn trên hầu hết các nút thuộc nội thành (ví dụ: ngã sáu Hoàng Diệu – Ông Ích Khiêm – Nguyễn Văn Linh, ngã năm Hoàng Diệu- Phan Chu Trinh, Ngô Quyền – Nguyễn Công Trứ, Ngô Quyền – Chế Lan Viên…). Để tăng tầm nhìn trong nút bằng cách mở rộng phạm vi hoạt động là vấn đề rất khó giải quyết, vì quỹ đất giành cho nút là rất ít. Vì vậy, cần phải có biện pháp thích hợp ứng với từng trường hợp cụ thể. Hầu như các nút giao thông thường được tổ chức chung cho cả dòng xe hỗn hợp nhiều thành phần, không có phân làn cho xe rẽ trái, rẽ phải hay đi thẳng. Nhiều trường hợp khi vào nút xe rẽ trái lại ở bên phải và xe muốn rẽ phải lai ở bên trái do đó làm tăng mức độ nguy hiểm của nút.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN KY THUAT\LUAN VAN 2014\LUAN VAN XAY DUNG DUONG O TO/PHAN QUOC LOC