đặt vấn đề, giới thiệu bài toán mô phỏng giao thông, giả thuyết của mô hình, giới thiệu các phần mềm mô phỏng giao thông và nền tảng GAMA. • Chương 2: trình bày cơ sở lý thuyết về mô hình hóa dựa trên tác tử, một số mô hình mô phỏng giao thông phổ biến, phân loại mô phỏng giao thông và một số nghiên cứu về giao thông tại Việt Nam. • Chương 3: xây dựng các tác tử trong mô hình mô phỏng giao thông và trình bày một số thuật toán sử dụng trong mô hình. • Chương 4: trình bày ứng dụng của mô hình đề xuất để mô phỏng giao thông cho một số kịch bản khác nhau.
Các kịch bản đó bao gồm: mô phỏng giao thông trên đoạn đường hai chiều, tại ngã tư Lý Thường Kiệt - Phan Chu Trinh và đoạn đường Nguyễn Văn Cừ. • Chương 5: kết luận về mô hình và đưa ra một số hướng phát triển của mô hình trong tương lai.1 Giới thiệu bài toán mô phỏng giao thông Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều hệ thống mô phỏng giao thông trên máy tính được nghiên cứu để tìm và đánh giá các giải pháp để phát triển hệ thống giao thông. Hệ thống mô phỏng giao thông có thể giúp các nhà hoạch định giao thông tìm ra các giải pháp cho nhiều vấn đề giao thông như tắc nghẽn cũng như tiết kiệm kinh phí để thử nghiệm các thiết kế mới trước khi thực sự xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông. Ví dụ, trước khi chặn đường, mở tuyến mới, nâng cấp cơ sở hạ tầng hoặc xác định thời gian của đèn giao thông trong thế giới thực, các nhà phát triển có thể thử nghiệm trên hệ thống mô phỏng.
(a) Giao thông tại Việt Nam1. (b) Giao thông tại Châu Âu 2 .1: Sự khác nhau giữa hệ thống giao thông của Việt Nam và các nước phát triển. Tại Việt Nam, mô phỏng giao thông là một vấn đề vô cùng khó khăn bởi một số lí do. Đầu tiên, đó là quá trình đô thị hóa nhanh chóng dẫn đến việc gia tăng nhanh chóng của các phương tiện giao thông, đặc biệt là xe máy.
Thứ hai, đó là có sự khác nhau giữa hệ thống giao thông tại Việt Nam và hệ thống giao thông 2 https://tuoitre.vn/6-van-nan-ton-tai-khien-giao-thong-tphcm-tac-nghen.htm 2 https://khoahoc.tv/o-nhiem-am-thanh-de-doa-chau-au-25841 14 Mô hình mô phỏng đa tác tử và ứng dụng tại các nước phát triển, nơi mà các phương tiện giao thông di chuyển theo làn đường (Hình 1. Thứ ba và là lý do chính, đó là người tham gia giao thông không chấp hành đúng các quy định khi tham gia giao thông, họ có thể di chuyển đến bất kỳ chỗ trống nào phía trước họ, và thậm chí là bên trái hoặc bên phải nếu có vật cản phía trước. Chính vì các lý do trên, việc mô phỏng giao thông tại Việt Nam là bài toán vô cùng phức tạp, đặc biệt là mô tả cho tình trạng tắc đường khi xảy ra Hình 1. Do đó, việc biểu diễn bài toán theo mô hình toán học là rất khó khăn.
Trong trường hợp này, mô phỏng dựa trên tác tử dường như là giải pháp phù hợp hơn.2: Tắc nghẽn giao thông tại Việt Nam 3 .2 Mục tiêu của mô hình Mục tiêu của mô hình là có thể biểu diễn một số đặc điểm của văn hóa giao thông ở Việt Nam. Các phương tiện tham gia giao thông có thể di chuyển đến bất kỳ chỗ trống nào phía trước và thậm chí là bên trái hoặc bên phải nếu có vật cản phía trước. Mô hình phải có khả năng mô phỏng luồng giao thông hỗn hợp, bao gồm một số loại phương tiện giao thông như: xe máy, ô tô, xe buýt và xe tải. Mỗi loại phương tiện sẽ chiếm một khoảng không gian cụ thể trên đường và có thể có một tốc độ di chuyển tối đa được cho phép.
Các phương tiện tham gia giao thông 3 https://tuoitre.vn/6-van-nan-ton-tai-khien-giao-thong-tphcm-tac-nghen.htm 15 Mô hình mô phỏng đa tác tử và ứng dụng đặc biệt là xe máy, thường di chuyển không theo làn đường. Vì vậy, một hệ quả quan trọng đó là mô hình sẽ mô phỏng giao thông trong không gian hai chiều, tức là một mô hình mà các phương tiện có thể di chuyển trên tất cả các bề mặt của đường chứ không chỉ trên các làn đường một chiều. Cuối cùng, các phương tiện có khả năng không tuân thủ các quy định giao thông, chẳng hạn như đèn tín hiệu giao thông hoặc di chuyển sang làn đường đối diện để vượt xe ở phía trước. Bài toán mô phỏng giao thông được phát biểu như sau: hãy tìm cách mô phỏng hệ thống giao thông Việt Nam trong phạm vi vi mô sao cho các phương tiện tham gia giao thông di chuyển một cách thuận lợi, không xảy ra va chạm trên đường cũng như trên toàn mạng lưới giao thông.3 Một số phần mềm mô phỏng giao thông 1.1 TRANSIMS TRANSIMS (TRansportation ANalysis SIMulation System) [2] là một bộ công cụ tích hợp được phát triển để tiến hành phân tích hệ thống giao thông và dự đoán sự di chuyển của dân sư cho một khu vực.
TRAMSIMS được phát triển đầu tiên tại phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos. Và sau đó, với mục đích thiết lập TRANSIMS trở thành tài nguyên chung được phát triển liên tục cho cộng đồng nghiên cứu giao thông vận tải, TRANSIMS đã được cung cấp dưới dạng nguồn mở dưới giấy phép NASA Open Source Agreement. TRANSIMS có thể mô phỏng các hành vi di chuyển của mỗi cá nhân trong 24 giờ dựa trên các hoạt động được trích xuất từ dữ liệu khảo sát. TRANSIMS mô phỏng dựa trên mô hình Cellular Automata [18], một mô hình mô phỏng sử dụng lý thuyết Automat.
So với các mô hình tổng hợp giao thông khác, TRANSIMS thể hiện thời gian một cách nhất quán và liên tục. Dự án phát triển phần mềm TRANSIMS đã được ngừng hỗ trợ từ năm 2013.2 SUMO SUMO (Simulation of Urban MObility) [3] là một gói mô phỏng giao thông đường bộ mã nguồn mở, có tính di động cao, gói mô phỏng giao thông đường 16 Mô hình mô phỏng đa tác tử và ứng dụng Hình 1.3: Giao diện phần mềm TRANSIMS 4. bộ liên tục và vi mô được thiết kế để xử lí những mạng lưới đường bộ lớn. Phần mềm được phát triển chủ yếu bởi các nhân viên của viện hệ thống giao thông vận tải của Trung tâm vũ trụ Đức và được cung cấp miễn phí dưới dạng mã nguồn mở từ năm 2001.
Trong thời gian gần hai thập kỷ qua, SUMO đã phát triển thành một gói nhiều tính năng tiện ích cho mô phỏng giao thông bao gồm nhập mạng lưới đường đi, hỗ trợ nhiều định dạng nguồn khác nhau,. Phần lớn thành quả phát triển được thực hiện bởi Học viện các hệ thống giao thông vận tải, trực thuộc Trung tâm hàng không vũ trụ Đức. SUMO rất linh hoạt, hỗ trợ chạy trên nhiều hệ điều hành thông dụng như Windows, Linux, Mac OS. Về khả năng hỗ trợ tạo lập các mạng lưới giao thông, SUMO không có công cụ tạo lập bằng đồ họa tích hợp ngay trong phần mềm.
Thay vào đó là sử dụng dòng lệnh. Tuy nhiên, SUMO cho phép nhập dữ liệu bản đồ từ nhiều nguồn khác nhau như Visum, VISSIM , Shapefiles, OpenStreetMap, RoboCup, MATsim, OpenDrive và các loại tập tin mô tả bằng XML khác. Điều này là hết sức thuận lợi cho người dùng trong các ứng dụng thực tiễn. SUMO có thể tiến hành mô phỏng trên mạng lưới lên tới 10000 con đường.
Tốc độ thực hiện nhanh (cập nhật đến 100000 xe/s trên một máy 1GHz), cho phép mô hình hóa những hệ thống giao thông tương đối lớn có sự tương tác giữa các phương tiện.gov/joomla/index.php/transims-interface-development 17 Mô hình mô phỏng đa tác tử và ứng dụng Hình 1.4: Giao diện phần mềm SUMO 5 .3 VISSIM VISSIM [4] là phần mềm mô phỏng lưu lượng giao thông đa phương thức được phát triển bởi tập đoàn PTV Planung Transport Verkehr AG, Đức. VISSIM được coi là tiêu chuẩn của thế giới về lập kế hoạch giao thông và mô phỏng giao thông vì khả năng cung cấp tổng quan thực tế và chi tiết về hiện trạng của lưu lượng và tác động giao thông cùng khả năng xác định nhiều kịch bản giả định. Với khái niệm liên kết và kết nối của trong VISSIM, người dùng có thể ánh xạ chi tiết mạng lưới giao thông và mô hình hóa các hình học khác nhau từ một nút giao thông đơn giản đến các giao điểm phức tạp. VISSIM có thể được sử dụng cho mô phỏng vĩ mô , vi mô và thậm chí là mô phỏng hỗn hợp giữa vĩ mô và vi mô.
Ngoài ra, VISSIM còn có khả năng linh hoạt giúp mở rộng mô phỏng lập kế hoạch vi mô trong một môi trường thử nghiệm ổn định.de/docs/Tutorials/TraCIPedCrossing.html 18 Mô hình mô phỏng đa tác tử và ứng dụng Hình 1.5: Giao diện phần mềm VISSIM 6 .4 Nền tảng GAMA GAMA [1] là một nền tảng mô phỏng nhằm cung cấp cho các chuyên gia, người điều hành và nhà khoa học máy tính một môi trường phát triển mô hình hóa và mô phỏng hoàn chỉnh để xây dựng các mô phỏng đa tác tử rõ ràng về mặt không gian. GAMA được phát triển đầu tiên bởi nhóm nghiên cứu MSI (đặt tại IFI, Hà Nội) và IRD/SU International Research Unit UMMISCO từ năm 2007 đến 2010, và hiện được phát triển bởi một nhóm các đối tác học thuật bao gồm UMMISCO, đại học Rouen(Pháp), đại học Toulouse 1 (Pháp), đại học Orsay (Pháp), đại học Cần Thơ (Việt Nam). Nền tảng GAMA dựa trên ngôn ngữ Java và có thể chạy trên các hệ điều hành khác nhau như Windows, Mac OS, Linux. GAMA được phát triển để có thể sử dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau như: quy hoạch đô thị, dịch tễ học, môi trường, vận tải,.
Ngoài ra, nền tảng cho phép người dùng có thể nhập một lượng lớn các loại dữ liệu đầu vào khác nhau như CSV, OSM (Open Street Map), SVG, Shapefiles, dữ liệu văn bản,. Một số đặc điểm của GAMA như sau: 6 https://i.com/vi/IJTRL_CCBqI/maxresdefault.jpg 19 Mô hình mô phỏng đa tác tử và ứng dụng • Là một ngôn ngữ mô hình hóa hoàn chỉnh, GAML, để mô hình hóa các tác tử và môi trường. • Có khả năng sử dụng dữ liệu phức hợp GIS như một môi trường cho các cá thể. • Có thư viện lớn và khả năng mở rộng cao (sự chuyển động, giao tiếp, các hàm toán học, vẽ đồ thị,.
• Có khả năng xử lý một lượng rất lớn (hỗn hợp) các cá thể. • Giao diện người dùng linh hoạt dựa trên nền tảng Eclipse. • Dễ dàng sử dụng ngay với những nhà khoa học không thuộc chuyên ngành máy tính. • Có khả năng tương tác với các cá thể trong quá trình chạy mô phỏng.6: Giao diện nền tảng GAMA.