Só 07/2021
Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp phân pha
và thiết lập các thông số của đèn tín hiệu giao thông nhằm nâng cao năng lực thông hành
và giảm thiểu nguy co ùn tắc giao thông, tai nạn giao thông ỏ Hà Nội
■ ThS. NCS. LÊ VĂN THANH
Vụ An toàn giao thông (Bộ Giao thông vận tải)
■ ThS.PHẠMSỸ DOANH
Trung tâm Kỹ thuật Đường bộ (Tổng cục Đường bộ Việt Nam)
TÓM TẮT: Nội dung bài báo tập trung vào nghiên cứu về độ chậm trễ của xe trong điều kiện dòng xe hỗn hợp để xem xét, đề xuất giải pháp phânpha của đèn tín hiệu giao thông trên địa bàn Hà Nội, cũng như điều kiện Việt Nam. Số liệu nghiên cứu được khảo sát thực tế tại một số nútgiao trên địa bàn Hà Nội, kết hợpsửdụng các môhình xác định độ chậm trễ của xe như: mô hìnhcủa Webster, HCM, IQA...để xác định mô hình tính toán độ chậm trễ của xe tại nút giaocó đèn tín hiệu trong điều kiệndòng xe hỗn hợpở Việt Nam. Ngoài ra, trêncơ sở các số liệu được khảo sát, tính toán, bài báo cũng đề xuất mô hình đèn tín hiệu giao thông thông minh áp trong điều kiện dòng xehỗn hợp.
TỬ KHÓA: Nút giao có đèn tínhiệu, độ chậm trễcủa xe, chiềudài hàng chờ,điều kiện giao thônghỗn hợp.
ABSTRACT: The content of the article focuses on the studyof the delay per vehicle of themixed traffic conditions to consider and propose a solution to phase separation of traffic lights in Hanoi, as well as the conditions of Vietnam. Research data is actually surveyed at some intersections in Hanoi, combining using models to determine the delay per vehicle, such as the model of Webster, HCM, IQA... to determine the model for calculating the delay per vehicle at signalized intersections in mixed traffic conditions in Vietnam. In addition, on the basis of surveyed and calculateddata, the article also proposes a intelligent traffic lightsmodeltoapply tomixed trafficconditions.
KEYWORDS: Signalized intersection, delay per vehicle, queue length, mixed traffic conditions.
như ở nước ta, đặc biệt trong khu vực đô thị. vấn đề đặt ra cho các nhà nghiên cứu và hoạch định chính sách là trên cơ sở đặc thù tổ chức giao thông của mỗi nước, giải pháp phân pha và thiết lập các thống số của đèn tín hiệu như thế nào để nâng cao được năng lực thông hành, giảm thiểu UTGT tại các nút giao được điều khiển bằng đèn tín hiệu giao thông?
Tại Việt Nam, hạ tầng giao thông được khai thác chủ yếu là dòng xe hỗn hợp. Trong đó, lưu lượng phương tiện xe mô tô, xe gắn máy chiếm trên 94% tổng số phương tiện tham gia giao thòng. Trên cơ sở khảo sát, phân tích số liệu lưu lượng phương tiện giao thông thực tế tại một số nút giao điều khiển bằng đèn tín hiệu, bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, để xuất một số giải pháp phân pha và thiết lập các thông sổ của đèn tín hiệu nhằm nâng cao năng lực thông hành và giảm thiều nguy cơ UTGT ở Hà Nội.
2. VÉ Độ CHẬM TRỄ CỦA XE
Độ chậm trễ của xe là một đại lượng thường được sử dụng để đánh giá chất lượng vận hành của nút giao thông.
Một cách tổng quát, độ chậm trễ được biểu thị cho sự chênh lệch vé thời gian giữa thời điểm một xe đến nút giao và thời điểm chiếc xe đó rời khỏi nút. Dưới đây là biểu đổ không gian - thời gian mô tả về tổn thất thời gian tại nút giao:
1.
ĐẶTVẤNĐÉ
Hiện nay, việc sử dụng hệ thống đèn tín hiệu điểu khiển giao thông đã trở thành phổ biến trên thê giới, cũng
Hình 2.1
Về phương pháp, mô hình xác định độ chậm trễ của xe: Hiện nay, độ chậm trễ của xe được tính toán, xác định
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
Só07/2021
bằng một số phương pháp, mô hình cơ bản như: mô hình của Webster, phương pháp HCM 2010, mô hình tính độ chậm trễ đồng nhất theo phương pháp IQA (incremental Queue Accummulation). Ngoài ra, đối với dòng xe hỗn hợp có phương pháp được nghiên cứu bởi nhóm tác giả Arpita Saha, Satish Chandra, A.M. ASCE nàm 2017 (độ chậm trễ của xe trong điểu kiện dòng xe hỗn hợp).
3. PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1. Phương pháp thí nghiệm
Để xác định độ chậm trễ của xe trong điều kiện dòng xe hỗn hợp ở Hà Nội, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn một số nút giao được điều khiển bằng đèn tín hiệu, với tiêu chí là trong phạm vi nút giao không có các tổ chức giao thông đặc biệt trên các nhánh dẫn làm ảnh hưởng đột biết đến dòng xe (như: điểm dừng đỗ bến xe buýt, cây xăng...).
Qua rà soát đã lựa chọn được 5 nút giao, gồm: đường Lê
Thanh Nghị giao đường Bạch Mai, đường Nguyễn Chánh giao đường Mạc Thái Tông, đường Phạm Hàm giao đường Trấn Kim Xuyến, đường Lê Văn Lương giao đường Hoàng Đạo Thúy, đường Nguyễn Tuân giao đường Lê Văn Lương.
Để thu thập được số liệu, trên mỗi nhánh dẫn được lắp đật 2 camera, trong đó 1 camera để thu thập lưu lượng giao thông vào nút, 1 camera để thu thập lưu lượng phương tiện ra nút. Cùng thời điểm camera hoạt động sẽ sử dụng 1 flycam bay trên cao để quan sát tổng thể về sự chuyển động của dòng xe trên các nhánh dẫn; thời gian khảo sát được lựa chọn vào buổi sáng từ Shoo -10hOO để đánh giá sự về biến động của dòng xe vào lúc cao điểm đến khi hoạt động bình thường. Kết quả hình ảnh thu thập qua camera và flycam được lưu trữ và phân tích tại Phòng Thí nghiệm của Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
3.2. Kết quà thí nghiệm
3.2.1. Tổng hợp lưu lượng phương tiện trên 1 nhánh dẫn được lựa chọn để phân tích
STT Tên Nút giao Sô chu kỳ
nghiên cứu
Pha Nghiên cứu
Lưu lượng xe ra nút (xe/h)
Lưu lượng xe vào nút (xe/h)
Lưu lượng xe trên hang chờ (xe/h)
1 ĐườngLê Thanh Nghị giao đườngBạch Mai 15 1A 345,4 342,2 403
2 ĐườngNguyên Chánh giao đường Mạc Thái Tông 12 1B 278,6 282 130,9
3 Đường Vũ Phạm Hàm giao đường Trán Kim Xuyến 12 1B 218,3 335,6 208,60
4 ĐườngLê Văn Lươnggiao đườngHoàng Đạo Thúy 9 2A+2C 540,4 603,00 328,50
5 ĐườngNguyên Tuângiao đường LêVăn Lương 9 4 276,6 333,4 411,7
Qua phân tích vể thành phấn phương tiện lưu thông trên các nhánh dẫn của 5 nút giao được khảo sát cho thấy, tỷ lệ xe máy chiếm từ 65% đến 93% theo từng thời điểm.
3.2.2. Phân tích về chiều dài hàng chờ và thời gian giải phóng hàng chờ trên nhanh dẫn
STT Pha nghiên cứu Thời gian chu
kyC(s)
Thời gian đèn xanh (s)
Số chu kỳ khảo sát
Chiếu dài hàng chờLtb(m)
Thời gian giải phóng hết hàng chờ(s) 1 Đường Lê Thanh Nghị giao đường Bạch Mai
1A (đi trên đườngBach Mai,hướng đi Trần
Khát Trân) 60 24 16 75,31 23,74
II Đường Nguyễn Chánh giao đường Mạc Thái Tông 1B (đi trên đườngNguyễn Chánh,hướngtừ
BigC điMạc TháiTổ) 73 35 12 20,21 22,49
III Đường Vũ Phạm Hàm giao đường Trấn Kim Xuyên 1B (đi trên đường Vũ Phạm Hàm ra đường
Vành đai2) 57 28 17 39,50 16,24
IV Đường Lê Văn Lương giao đường Hoàng Đạo Thúy 2A (đi trên đường HoàngđạoThúy, hướngđi
Nhân Chính)
100
55
9
48,22 31,96
2C (đi trên đườngLêVănLương, hướngđi
Vành đai2) 24 33,66 23,42
V Đường Nguyễn Tuân giao đường Lê Văn Lương
4 (đitrên đườngNguyễnTuân,hướng đi BigC) 104 23 10 74,56 23
Só 07/2021
3.2.3. Phân tích về vận tốc của các phương tiện lưu thông trên nhanh dẫn
STT Số chu kỳ nghiên cứu
Pha nghiên cứu
Vận tốc khi nhánh dân khai thác với suất dòng bão hòa
Vận tốc ở trạng thái tự do
V, (km/h)
v2
(km/h) Chênh lệch V', (km/s) V’2
(km/h) Chênh lệch 1. Đường Lê Thanh Nghị giao đường Bạch Mai
15 1A 8,83 9,98 11,52% 23,36 24,06 2,91%
II. Đường Nguyên Chánh giao đường Mạc Thái Tông
12 1B 16,58 21,01 21,09% 23,68 24,49 3,31%
III. Đường Vũ Phạm Hàm giao đường Trán Kim Xuyến
12 1B 16,1 21,1 23,70% 19,39 23,32 16,58%
IV. Nút giao đường Lê Văn Lương và đường Hoàng Đạo Thúy
9 2A+2C 13,91 20,89 33,41% 20,10 29,12 30,98%
V. Đường Nguyên Tuân giao đường Lê Văn Lương
9 4 10,89 13,20 17,50% 19,16 20,66 7,62%
Trong đó: V1 và V1' là vận tốc xe ô tô; V2 và V2' là vận tốc xe máy.
Từ kết quả phân tích nêu trên cho thấy, mức độ chênh lệch vận tốc xe máy lớn hơn vận tốc xe ô tô trong nhánh dẫn từ 2,91 % đến 33,41 %.
3.2.4. Về đặc điểm di chuyển của dòng xe hỗn hợp
STT Nút giao Pha nghiên
cứu
MÔ tá đặc điểm di chuyển cùa dòng xe trên nhánh dân
Chất lượng tiến trình xe đi đến
Kiều dòng (AT)
Hệ số p
1 Đường Lê Thanh Nghị giao
đường Bạch Mai 1A
Các xe đi thành cụm xe phân tán chứa từ 40%
- 80% lưu lượng cùa nhóm làn đi đến nútgiao trong suốt khoảng thời gian đèn đỏ
Khôngmong
muốn 2 0,28
II Đường Nguyên Chánh giao
đường Mạc Thái Tông 1B
Các xe đi thành cụm xe phân tán chứa từ40%
-80% lưulượng của nhóm làn đi đến nútgiao trong suốt khoảng thời gian đèn đỏ
Khôngmong
muốn 2 0,33
III Đường Vũ Phạm Hàm giao đường Trấn Kim Xuyến 1B
Các xe đi thành cụm xe phân tán chứa từ 40%
-80% lưu lượng của nhóm làn đi đến nútgiao trong suốt khoảng thời gian đèn đỏ
Khôngmong
muốn 2 0,15
IV Đường Lê Văn Lương giao đường Hoàng Đạo Thúy
2A+
2C
Các xe đi thành cụm xe phân tán chứa từ 40%
- 80% lưulượng của nhóm làn đi đén nútgiao trong suốt khoảng thời gian đèn đỏ
Khôngmong
muốn 2 0,37
V Đường Nguyễn Tuân giao
đường Lê Văn Lương 4
Cácxe đithànhcụm xe phân tán chứa từ40%
đến 80% lưu lượng cùanhómlàn đi đến nút giao trong suốt khoảng thời gianđèn đỏ
Khôngmong
muốn 2 0,15
3.2.5. Số liệu phân tích về quãng cách thời gian bão hòa của xe trên nhanh dẫn
STT Nút giao Pha Quãng cách thời
gian bão hòa h (s)
Suất dòng bão hòa s(xe/h)
Năng lực thông hành c (xe/h)
Mức độ bão hòa x= v/c
1 Đường Lê Thanh Nghị giao đường Bạch Mai 1A 2,75 1307,35 544,73 0,63
II Đường Nguyên Chánh giao đường Mạc Thái Tông 1B 2,39 1504,70 742,04 0,38
III Đường Vũ Phạm Hàm giao đường Trần Kim Xuyến 1B 2,88 1251,30 636,63 0,53
IV Đường Lê Văn Lương giao đường Hoàng Đạo Thúy 2A+
2C 2,23 1617,98 906,07 0,67
V Đường Nguyên Tuân giao đường Lê Văn Lương 4 2,63 1369,40 316,02 1,06
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
Só07/2021
3.3. Tổng hợp về độ chậm trễ trung bình của một xe trên nhánh dẫn
STT Nút giao Pha nghiên cứu Độ chậm trễ khảo sát trung bình của một xe dks (s)
1 Đường Lê Thanh Nghị giao đường Bạch Mai 1A 15,30
II Đường Nguyễn Chánh giao đường Mạc Thái Tông 1B 12,05
III Đường Vũ Phạm Hàm giao đường Trần Kim Xuyến 1B 10,49
IV Đường Lê Văn Lương giao đường Hoàng Đạo Thúy 2A+
2C 15,09
V Đường Nguyễn Tuân giao đường Lè Văn Lương 4 27,96
4. KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ
4.1. Về Mô hình xác định độ chậm trễ của dòng xe hỗn hợp tại Hà Nội
Trên cở sở số liệu thu thập, khảo sát tại một số nút giao nêu trên, sử dụng 4 mô hình, phương pháp tính toán độ chậm trễ của xe trên nhánh dẫn, gồm: mô hình của Webster, phương pháp HCM 2010, mô hình tính độ chậm trễ đổng nhất theo phương pháp IQA (incremental Queue Accummulation), phương pháp được nghiên cứu nhóm tác giả Arpita Saha, Satish Chandra, A.M. ASCE năm 2017 (phương pháp dòng xe hỗn hợp) và mô hình mô phỏng của Vissim, kết quả như sau:
Đô châm trễ theo khảo sát thưc tế
Webster dw (s/xe)
HCM2010) dh (s/xe)
VISSIM dv(s/xe)
pp dòng xe hổn hợp dhh (s/xe)
Giá trị Sai sổ (%) Giá trị Sai sổ (%) Giá trị Sai sô (%) Giá trị Sai số (%)
1. Đường Lê Thanh Nghị giao đường Bạch Mai (Pha 1A)
15,30 13,83 9,61 16,03 4,77 14,26 6,80 15,79 3,20
II. Đường Nguyền Chánh giao đường Mạc Thái Tông (Pha 1B)
12,05 11,54 4,23 12,77 5,98 13,01 7,97 12,72 5,56
III. Đường Vũ Phạm Hàm giao đường Trần Kim Xuyến (Pha 1B)
10,49 9,40 10,39 10,86 3,53 11,42 8,87 10,42 0,67
IV. Đường Lê Văn Lương giao đường Hoàng Đạo Thúy (Pha 2A +2C)
15,09 15,43 2,25 16,99 12,59 14,59 3,31 15,93 5,57
Từ kết quả tính toán, phân tích như trên cho thấy, độ chậm trễ của xe theo phương pháp dòng xe hỏn hợp cho 4 kết quả có sai số ~ 5%.Trong điều kiện dòng xe vào nhánh dẫn chưa vượt quá mức độ bâo hòa (nghĩa là X < 1,0), độ chậm trễ của xe theo cả ba phương pháp cho kết quả có sai số trong khoảng cho phép.
Như vậy, đối với nút giao có đèn tín hiệu được khai thác với dòng giao thông hỗn hợp, trong điều kiện các nhánh dẫn chưa vượt quá mức độ bão hòa thì có thể sử dụng công thức tính độ chậm trễ như sau:
O.sxcx(i-S')2
dhh
=
6.23+
—-
15.35P 1-xxẩTại các nút giao có đèn tín hiệu được khai thác với dòng giao thông hỗn hợp, trong điểu kiện lưu lượng trên nhánh dẫn vượt quá mức độ bão hòa thì sử dụng công thức tính độ chậm trễ của xe theo phương pháp của HCM 2010 để thực hiện phân pha trên các nhánh dẫn sẽ bảo đảm hệ số an toàn hơn trong tổ chức giao thông.
4.2. Mô hình đèn giao thông thông minh cho dòng xe hỗn hợp
Trên cơ sở số liệu khảo sát, các đặc trưng cơ bản của dòng xe hỗn hợp tại Hà Nội đã được phân tích nêu trên, mô
Só 07/2021 hình hệ thống đèn tín hiệu giao thông thông minh có thể dựa vào 2 tham số nhận dạng ở các nhánh dẫn, gồm: độ chậm trẻ trung bình của xe d, chiều dài hàng chờ L, cụ thể mô hình như sau:
Cám biên nhận dạng Phươne tiên
Tổng hợp dữ liệu của các nút giao trong
Cám biền ...
nhận dạng thời tiết
Quyết định diều chinh thời gian
các pha đèn
Hệ thống Camera (quan sát, phân tích dữ liệu dòng xe cúa
các nhánh dẫn)
Trong đó: Cảm biến nhận dạng phương tiện để đánh giá thành phần của dòng xe tham gia giao thông (như: xe máy, xe đạp, xe buýt, xe tải...) nhằm đưa ra các lựa chọn tối ưu cho việc giải phóng hàng chờ trên nhánh dẫn. Cảm biến nhận dạng về thời tiết để xác định với điều kiện thời tiết thực tế kết hợp với cảm biến nhận dạng phương tiện sẽ đánh giá cụ thể về tốc độ lưu hành của các phương tiện qua nút, đưa ra phương án hiệu quả để giải phóng hàng chờ.
Tổng hợp dữ liệu của các nút giao thông trên mạng lưới đường bộ khu vực, như: dữ liệu tốc độ dòng xe, khoảng cách từ các nút giao khác đến nút giao nghiên cứu, thời gian phân pha của đèn tín hiệu của các nút giao liền kề... Từ các thông tin trên, việc phân pha tại nút giao được lắp đặt đèn tín hiệu giao thông thông minh có thể tạo ra một hệ thống đèn tín hiệu phối hợp liên hoàn (hay còn gọi là làn sóng xanh).
Hệ thống camera: Sử dụng để nhận dạng vể dòng xe trên các nhánh dẫn, kết hợp bộ xử lý, tính toán các tham số L và dtt để đưa ra phương án phân pha tối ưu, mô hình cụ thể:
Tài liệu tham khảo
[1] . PGS. TS. Nguyễn Xuân Vinh (2015), Thiết kế nút giao thông và điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu, NXB.
Xây dựng.
[2] . TS. Đỗ Duy Đỉnh, PGS. TS. Vũ Hoài Nam, Giáo trình kỹ thuật giao thông cơ bản.
[3] . Nguyễn Chí Ngôn (2010), Nghiên cứu thiết kế hệ thống đèn giao thông thông minh, Tạp chí Khoa học, 15b, 56-63.
[4] . ThS. NCS. Vương Xuân cần, ThS. Vũ Trọng Thuật, Phân tích thời gian chậm xe ở nút giao thông có đèn tín hiệu bằng phẩn mềm mô phỏng VISSIM.
[5] . Arpita Saha, Satish Chandra, I nd raj it Ghosh (March 2017), Delay at Signalized Intersections under Mixed Traffic
Conditions, Journal of Transportation Engineering.
[6] , Cristina Vilarinho, JosePedro Tavares, Rosaldo J.F.
Rossetti (2017), Intelligent traffic lights: green time Period Negotiaton, Transportation Research Procedia 22, 325-334.
[7] , Budi Yulianto, Setiono (Nov-Dec. 2012), Traffic Signal Controller for Mixed Traffic Conditions, IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE) ISSN:
2278-1684, vol.4, Issue 1, pp.18-26.
Ngày nhận bài: 08/5/2021
Ngày chấp nhận đăng: 11 /6/2021 Người phản biện: TS. Trần Hữu Minh
TS. Phạm Hoài Chung
