Luận văn Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ

Nội dung tài liệu: Luận văn Thay đổi tín hiệu đèn giao thông đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ

1. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM NGUY VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN Ễ HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ N N T Ấ N N Đ Ạ T Nguyễn Tấn Đạt H Ệ TH Ố NG THÔNG TIN 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 2021 Thành phố Hồ Chí Minh - 2021
2. 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
3. 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
4. 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.
5. iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Ý nghĩa 1. D Tập hợp các hướng đi vào ngã tư. Thời gian ngắn nhất cần thiết cho một chiếc xe trên 2. 푻풊 푫 hướng i vượt ra khỏi ngã tư. 풊 3. 푻푷 Thời gian dừng (thời gian đèn đỏ) tối đa cho hướng i. Tập hợp của các hướng đi không gây xung đột với 4. 푫풊 풔 hướng i ở ngã tư. Tập hợp của các hướng đi gây xung đột với hướng i ở 5. 푫풊 풇 ngã tư. 풖풓풓풆풏풕 6. 푫풓풐풘 Tập hợp các hướng hiện tại được di chuyển. 풖풓풓풆풏풕 7. 푫풑풓풐 Tập hợp các hướng hiện tại cấm di chuyển. 풊 8. 푻품 Thời gian đèn xanh hiện tại của hướng i. 풊 9. 푻풓 Thời gian đèn đỏ hiện tại của hướng i. 풏풆풘 10. 푫풓풐풘 Tập hợp của các hướng mới được đi. 풏풆풘 11. 푫푷풓풐 Tập hợp của các hướng mới cấm đi.
6. iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Hướng không gây xung đột (ngã tư mô hình), 푠푖 ......................18 Bảng 4.1. Hướng đi không gây xung đột (ngã tư thực nghiệm), 푠푖 ............42
7. 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
8. 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
9. 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
10. 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, ).