## Tổng quan nghiên cứu

Tình trạng ùn tắc giao thông tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh đang trở thành vấn đề cấp bách với hơn 14 triệu dân và gần 9 triệu phương tiện cá nhân đang lưu thông. Mạng lưới giao thông đô thị với hàng trăm ngã tư đa dạng về hình học và lưu lượng phương tiện không đồng đều gây ra nhiều khó khăn trong việc điều khiển tín hiệu đèn giao thông. Hệ thống đèn giao thông hiện tại chủ yếu sử dụng chu kỳ cố định, không linh hoạt theo lưu lượng thực tế, dẫn đến tình trạng ùn tắc kéo dài, đặc biệt trong giờ cao điểm. Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp điều khiển tín hiệu đèn giao thông dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ nhằm giảm thiểu thời gian chờ, tăng khả năng lưu thông và hỗ trợ các phương tiện ưu tiên như xe cứu thương, xe cứu hỏa. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô phỏng và thử nghiệm tại một ngã tư điển hình ở Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2018-2021. Mục tiêu chính là phát triển thuật toán điều khiển đèn giao thông linh hoạt, dựa trên dữ liệu lưu lượng và ưu tiên, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý giao thông đô thị, giảm thiểu ùn tắc và ô nhiễm môi trường.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Lý thuyết điều khiển tín hiệu giao thông**: Bao gồm các phương pháp điều khiển chu kỳ cố định, điều khiển động và điều khiển phối hợp nhằm tối ưu hóa lưu lượng giao thông tại các điểm giao cắt.
- **Mô hình ưu tiên hướng đi**: Xác định thứ tự ưu tiên các hướng qua giao lộ dựa trên các tiêu chí như lưu lượng xe, thời gian chờ, và sự xuất hiện của phương tiện ưu tiên.
- **Thuật toán toán học và logic mờ**: Áp dụng thuật toán toán học để phân bổ tín hiệu đèn dựa trên mức độ ưu tiên, kết hợp với các kỹ thuật điều khiển mờ để xử lý dữ liệu không chắc chắn và biến động lưu lượng.
- **Khái niệm chính**: Tập hợp các hướng đi (D), thời gian di chuyển tối thiểu (𝑇𝐷𝑖), thời gian dừng tối đa (𝑇𝑃𝑖), tập hợp hướng không xung đột (𝐷𝑐𝑠), tập hợp hướng xung đột (𝐷𝑐𝑓), trạng thái đèn xanh và đỏ hiện tại (𝐷𝑟𝑜𝑤, 𝐷𝑝𝑟𝑜).

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu**: Thu thập dữ liệu lưu lượng giao thông thực tế tại các ngã tư đô thị, đặc biệt là ngã tư đường 3/2 và Lý Thường Kiệt, Thành phố Hồ Chí Minh. Dữ liệu bao gồm thứ tự ưu tiên các hướng đi, thời gian đèn xanh, đỏ, và các thông số liên quan đến phương tiện ưu tiên.
- **Phương pháp phân tích**: Sử dụng thuật toán toán học để xác định tập hợp các hướng được phép đi dựa trên mức độ ưu tiên và điều kiện không xung đột. Phân tích dữ liệu theo chu kỳ cập nhật 10 giây để mô phỏng điều khiển tín hiệu đèn giao thông động.
- **Mô phỏng**: Lập trình mô phỏng bằng ngôn ngữ Java và HTML kết hợp JavaScript để trực quan hóa hoạt động của hệ thống đèn giao thông dựa trên thuật toán ưu tiên. Mô phỏng chạy liên tục với 50 tập dữ liệu ưu tiên khác nhau nhằm đánh giá hiệu quả thuật toán.
- **Timeline nghiên cứu**: Nghiên cứu và phát triển thuật toán từ 2018 đến 2021, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, thiết kế thuật toán, lập trình mô phỏng và thử nghiệm thực tế tại ngã tư mẫu.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- Thuật toán điều khiển đèn giao thông dựa trên mức độ ưu tiên đã xác định được tập hợp các hướng đi không xung đột, tối đa hóa số lượng phương tiện được lưu thông đồng thời đảm bảo an toàn giao thông. Ví dụ, tại ngã tư mô hình 15 hướng, thuật toán chọn được 6 hướng đi mới trong khi giữ 8 hướng cấm, giúp giảm thiểu xung đột.
- Mô phỏng thực nghiệm tại ngã tư đường 3/2 và Lý Thường Kiệt cho thấy hệ thống có khả năng cập nhật tín hiệu đèn linh hoạt sau mỗi 10 giây, đáp ứng kịp thời các thay đổi lưu lượng và ưu tiên phương tiện. Kết quả mô phỏng cho thấy giảm thời gian chờ trung bình khoảng 15-20% so với hệ thống đèn cố định.
- Hệ thống hỗ trợ ưu tiên cho các phương tiện khẩn cấp như xe cứu thương, giúp giảm thiểu thời gian di chuyển qua giao lộ, góp phần nâng cao hiệu quả cứu hộ và an toàn giao thông.
- Việc áp dụng thuật toán giúp giảm ùn tắc tại các ngã tư trọng điểm, đồng thời giảm thiểu hiện tượng vượt đèn đỏ và xung đột giao thông, góp phần giảm thiểu tai nạn và ô nhiễm môi trường.

### Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả trên là do thuật toán dựa trên mức độ ưu tiên linh hoạt, kết hợp với việc xác định chính xác các hướng không xung đột, giúp tối ưu hóa việc phân bổ thời gian đèn xanh. So với các phương pháp điều khiển đèn giao thông cố định hoặc dựa trên logic mờ truyền thống, giải pháp này giảm thiểu thời gian chờ không cần thiết và tăng khả năng lưu thông. Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ thời gian chờ trung bình và tỷ lệ phương tiện lưu thông qua ngã tư theo từng chu kỳ tín hiệu. So sánh với các nghiên cứu trước đây, phương pháp này có ưu điểm về tính toán nhanh, dễ triển khai và khả năng mở rộng cho nhiều ngã tư phức tạp. Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp một công cụ điều khiển giao thông thông minh, phù hợp với đặc thù giao thông đô thị Việt Nam, góp phần giảm thiểu ùn tắc và nâng cao an toàn giao thông.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Triển khai hệ thống điều khiển đèn giao thông ưu tiên tại các ngã tư trọng điểm**: Áp dụng thuật toán điều khiển tín hiệu đèn giao thông dựa trên mức độ ưu tiên để giảm ùn tắc, đặc biệt tại các giao lộ có lưu lượng phương tiện lớn. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: Sở Giao thông vận tải và các đơn vị quản lý hạ tầng giao thông.
- **Tích hợp hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu thời gian thực**: Sử dụng camera, cảm biến radar và các thiết bị IoT để thu thập dữ liệu lưu lượng và phương tiện ưu tiên, làm cơ sở cho thuật toán điều khiển. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện: Các công ty công nghệ và cơ quan quản lý.
- **Phát triển phần mềm mô phỏng và giám sát điều khiển giao thông**: Xây dựng phần mềm trực quan, hỗ trợ cập nhật và điều chỉnh thuật toán theo thực tế, giúp các nhà quản lý dễ dàng theo dõi và điều chỉnh. Thời gian thực hiện: 1 năm. Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.
- **Tổ chức đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ quản lý và người tham gia giao thông**: Tăng cường hiểu biết về hệ thống đèn giao thông ưu tiên và quy định giao thông để đảm bảo hiệu quả vận hành. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể thực hiện: Sở Giao thông vận tải, các trường đào tạo và truyền thông.
- **Nghiên cứu mở rộng và tối ưu thuật toán cho hệ thống nhiều ngã tư liên kết**: Phát triển thuật toán điều khiển phối hợp đa điểm để tối ưu lưu lượng giao thông toàn thành phố. Thời gian thực hiện: 2-3 năm. Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu và trường đại học.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Cơ quan quản lý giao thông đô thị**: Giúp xây dựng và triển khai các giải pháp điều khiển giao thông thông minh, giảm ùn tắc và nâng cao an toàn giao thông.
- **Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hệ thống thông tin, Giao thông vận tải**: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về thuật toán điều khiển tín hiệu giao thông dựa trên mức độ ưu tiên, phương pháp mô phỏng và phân tích dữ liệu giao thông.
- **Doanh nghiệp công nghệ phát triển giải pháp giao thông thông minh**: Tham khảo để phát triển các sản phẩm phần mềm điều khiển đèn giao thông, tích hợp hệ thống cảm biến và thu thập dữ liệu.
- **Các tổ chức đào tạo và huấn luyện lái xe, an toàn giao thông**: Sử dụng nội dung nghiên cứu để nâng cao nhận thức về quy trình điều khiển giao thông và tác động của hệ thống đèn ưu tiên đến hành vi lái xe.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Thuật toán điều khiển đèn giao thông ưu tiên hoạt động như thế nào?**  
Thuật toán phân tích lưu lượng và mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ, sau đó xác định tập hợp các hướng không xung đột để cấp đèn xanh đồng thời, giúp tối ưu hóa lưu thông và giảm thời gian chờ.

2. **Giải pháp này có thể áp dụng cho bao nhiêu ngã tư cùng lúc?**  
Hiện tại, giải pháp được thử nghiệm trên từng ngã tư đơn lẻ, tuy nhiên có thể mở rộng cho hệ thống nhiều ngã tư liên kết với thuật toán điều khiển phối hợp.

3. **Làm thế nào để thu thập dữ liệu lưu lượng giao thông chính xác?**  
Sử dụng các thiết bị cảm biến như camera, radar, vòng từ và công nghệ định vị GPS để thu thập dữ liệu thời gian thực về số lượng và loại phương tiện.

4. **Giải pháp có hỗ trợ ưu tiên cho xe cứu thương và xe khẩn cấp không?**  
Có, thuật toán xác định mức độ ưu tiên cao cho các phương tiện khẩn cấp, đảm bảo đèn xanh được cấp kịp thời để xe ưu tiên di chuyển nhanh qua giao lộ.

5. **Hiệu quả của giải pháp so với hệ thống đèn giao thông cố định là gì?**  
Mô phỏng cho thấy giảm thời gian chờ trung bình khoảng 15-20%, giảm ùn tắc và tăng khả năng lưu thông, đồng thời nâng cao an toàn giao thông tại các ngã tư.

## Kết luận

- Thuật toán điều khiển tín hiệu đèn giao thông dựa trên mức độ ưu tiên giúp giảm ùn tắc và thời gian chờ tại các ngã tư đô thị.  
- Giải pháp hỗ trợ ưu tiên cho phương tiện khẩn cấp, nâng cao hiệu quả cứu hộ và an toàn giao thông.  
- Mô phỏng thực nghiệm tại Thành phố Hồ Chí Minh chứng minh tính khả thi và hiệu quả của thuật toán.  
- Đề xuất triển khai hệ thống tại các ngã tư trọng điểm, tích hợp thu thập dữ liệu thời gian thực và phát triển phần mềm giám sát.  
- Khuyến khích nghiên cứu mở rộng cho hệ thống điều khiển đa điểm và phối hợp toàn thành phố nhằm tối ưu hóa lưu lượng giao thông đô thị.  

Hành động tiếp theo là phối hợp với các cơ quan quản lý giao thông để thử nghiệm thực tế, đồng thời phát triển phần mềm điều khiển và giám sát nhằm ứng dụng rộng rãi giải pháp này trong tương lai gần.