## Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh, với diện tích khoảng 2.061 km² và dân số thực tế ước tính hơn 14 triệu người, đang đối mặt với tình trạng ùn tắc giao thông nghiêm trọng. Hiện có gần 9 triệu phương tiện cá nhân, chủ yếu là xe máy và ô tô, lưu thông trên mạng lưới đường đô thị đa dạng với nhiều ngã tư phức tạp. Tình trạng ùn tắc không chỉ gây lãng phí thời gian, nhiên liệu mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và chất lượng cuộc sống. Một trong những nguyên nhân chính là hệ thống đèn giao thông hiện tại hoạt động theo chu kỳ cố định, không linh hoạt, chưa đáp ứng được lưu lượng giao thông biến động và chưa ưu tiên cho các phương tiện khẩn cấp.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển một hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông tại các ngã tư đô thị dựa trên mức độ ưu tiên của các hướng qua giao lộ, nhằm giảm thiểu thời gian chờ đợi, hạn chế ùn tắc và nâng cao hiệu quả lưu thông. Nghiên cứu tập trung vào mô phỏng và thử nghiệm tại một ngã tư thực tế ở Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2018-2021. Kết quả dự kiến sẽ góp phần xây dựng hệ thống đèn giao thông thông minh, thích ứng với lưu lượng giao thông thực tế và ưu tiên các phương tiện đặc biệt, từ đó cải thiện đáng kể các chỉ số về thời gian di chuyển và mật độ phương tiện tại các điểm giao cắt.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

- **Lý thuyết điều khiển tín hiệu giao thông động**: Phân tích và điều chỉnh chu kỳ đèn dựa trên lưu lượng giao thông thực tế, thay vì chu kỳ cố định truyền thống.
- **Mô hình ưu tiên hướng đi tại ngã tư**: Xác định thứ tự ưu tiên các hướng dựa trên các tiêu chí như thời gian chờ, mật độ xe, và sự xuất hiện của phương tiện ưu tiên (xe cứu thương, cứu hỏa).
- **Thuật toán phân bổ quyền ưu tiên**: Sử dụng ma trận chuyển đổi đèn giao thông và tập hợp các hướng không gây xung đột để xác định các hướng được phép di chuyển đồng thời, đảm bảo an toàn và tối ưu hóa lưu thông.
- **Khái niệm về tập hợp hướng đi không xung đột và xung đột**: Giúp loại bỏ các tình huống giao thông gây ùn tắc và tai nạn tại ngã tư.
- **Phương pháp mô phỏng bằng ngôn ngữ Java và HTML/JavaScript**: Tạo mô hình trực quan để kiểm tra và đánh giá hiệu quả thuật toán điều khiển.

### Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

- Dữ liệu lưu lượng giao thông thực tế tại các ngã tư ở Thành phố Hồ Chí Minh.
- Các thông số kỹ thuật về thời gian đèn xanh, đèn đỏ, thời gian tối đa cho phép chờ đèn đỏ.
- Bảng hướng đi không gây xung đột được xác định dựa trên quy định luật giao thông Việt Nam và thiết kế ngã tư.

Phương pháp phân tích:

- Áp dụng thuật toán toán học để xác định thứ tự ưu tiên các hướng đi dựa trên dữ liệu đầu vào.
- Sử dụng mô phỏng để đánh giá hiệu quả thuật toán trong việc điều chỉnh tín hiệu đèn giao thông.
- Phân tích kết quả mô phỏng qua các chỉ số như thời gian chờ trung bình, số lượng phương tiện di chuyển qua ngã tư, và mức độ giảm ùn tắc.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ 2018 đến 2021, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, phát triển thuật toán, lập trình mô phỏng, và thử nghiệm thực tế tại ngã tư đường 3/2 và Lý Thường Kiệt.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- Thuật toán điều khiển đèn giao thông dựa trên mức độ ưu tiên các hướng qua giao lộ đã xác định được tập hợp các hướng đi không xung đột, cho phép đồng thời 6-7 hướng di chuyển tại một ngã tư 15 hướng, tăng khả năng lưu thông so với hệ thống đèn cố định.
- Mô phỏng thực nghiệm tại ngã tư đường 3/2 và Lý Thường Kiệt cho thấy, sau mỗi 10 giây cập nhật dữ liệu ưu tiên, hệ thống điều chỉnh tín hiệu đèn linh hoạt, giảm thời gian chờ đèn đỏ trung bình khoảng 20-30% so với phương pháp truyền thống.
- Hệ thống ưu tiên cho các phương tiện khẩn cấp và các hướng có thời gian chờ vượt quá giới hạn giúp giảm thiểu tình trạng ùn tắc cục bộ, tăng tính an toàn giao thông.
- Việc sử dụng đèn vàng làm mịn quá trình chuyển đổi giữa các trạng thái đèn giúp giảm thiểu rủi ro va chạm và nhầm lẫn của người tham gia giao thông.

### Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả trên là do thuật toán phân bổ quyền ưu tiên dựa trên dữ liệu thời gian thực và thứ tự ưu tiên được cập nhật liên tục, giúp hệ thống đèn giao thông thích ứng với biến động lưu lượng xe. So với các nghiên cứu trước đây sử dụng điều khiển mờ hoặc mạng neural, phương pháp này đơn giản hơn, sử dụng ít tài nguyên tính toán nhưng vẫn đảm bảo tính tối ưu và an toàn.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ thời gian chờ trung bình của các hướng trước và sau khi áp dụng thuật toán, cũng như bảng so sánh số lượng phương tiện di chuyển qua ngã tư trong cùng một khoảng thời gian. Điều này minh chứng rõ ràng sự cải thiện về hiệu quả lưu thông và giảm ùn tắc.

Hệ thống cũng giải quyết được hạn chế của các phương pháp điều khiển đèn giao thông hiện tại tại Việt Nam, vốn chưa tích hợp ưu tiên cho phương tiện khẩn cấp và chưa xử lý hiệu quả các tình huống lưu lượng không đồng đều giữa các hướng.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Triển khai hệ thống điều khiển đèn giao thông ưu tiên tại các ngã tư trọng điểm**: Ưu tiên các giao lộ có mật độ giao thông cao và thường xuyên xảy ra ùn tắc, nhằm giảm thời gian chờ đèn đỏ ít nhất 20% trong vòng 12 tháng.
- **Tích hợp cảm biến và camera giám sát lưu lượng giao thông thời gian thực**: Thu thập dữ liệu chính xác để cập nhật mức độ ưu tiên liên tục, nâng cao độ chính xác của thuật toán, thực hiện trong 6 tháng đầu tiên.
- **Phát triển phần mềm mô phỏng và giám sát trực tuyến**: Cho phép các cơ quan quản lý giao thông theo dõi và điều chỉnh hệ thống kịp thời, giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả vận hành, hoàn thành trong 9 tháng.
- **Đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ quản lý và người tham gia giao thông**: Giúp hiểu rõ về hệ thống đèn giao thông ưu tiên mới, đảm bảo tuân thủ và phát huy hiệu quả, triển khai song song với việc lắp đặt hệ thống.
- **Nghiên cứu mở rộng áp dụng cho các thành phố khác và các loại giao lộ phức tạp hơn**: Tăng cường khả năng ứng dụng rộng rãi, góp phần giảm ùn tắc giao thông toàn quốc trong 2-3 năm tới.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Cơ quan quản lý giao thông đô thị**: Có thể áp dụng giải pháp để nâng cao hiệu quả điều khiển giao thông, giảm ùn tắc và tai nạn tại các ngã tư trọng điểm.
- **Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hệ thống Thông tin, Giao thông vận tải**: Tham khảo thuật toán và mô hình mô phỏng để phát triển các nghiên cứu tiếp theo hoặc ứng dụng thực tế.
- **Các công ty công nghệ phát triển hệ thống giao thông thông minh**: Áp dụng thuật toán vào sản phẩm điều khiển đèn giao thông, nâng cao tính cạnh tranh và hiệu quả sản phẩm.
- **Người tham gia giao thông và cộng đồng dân cư đô thị**: Hiểu rõ hơn về cơ chế điều khiển giao thông, từ đó nâng cao ý thức chấp hành luật lệ và phối hợp với hệ thống giao thông thông minh.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Hệ thống điều khiển đèn giao thông ưu tiên hoạt động như thế nào?**  
   Hệ thống sử dụng thuật toán phân tích lưu lượng và mức độ ưu tiên các hướng qua giao lộ, điều chỉnh tín hiệu đèn theo thứ tự ưu tiên để giảm thời gian chờ và tránh xung đột giao thông.

2. **Thuật toán có thể áp dụng cho các ngã tư phức tạp không?**  
   Có, thuật toán được thiết kế linh hoạt, có thể mở rộng cho các ngã tư nhiều nhánh và các tình huống giao thông đa dạng.

3. **Hệ thống có ưu tiên cho xe cứu thương và xe khẩn cấp không?**  
   Có, các phương tiện ưu tiên được xác định và cấp tín hiệu đèn xanh sớm hơn để đảm bảo di chuyển nhanh chóng và an toàn.

4. **Mô phỏng bằng Java và HTML có giúp đánh giá hiệu quả không?**  
   Rất hiệu quả, mô phỏng trực quan giúp kiểm tra và điều chỉnh thuật toán trước khi triển khai thực tế, giảm rủi ro và chi phí.

5. **Giải pháp này có thể giảm ùn tắc giao thông bao nhiêu phần trăm?**  
   Theo mô phỏng, thời gian chờ đèn đỏ giảm khoảng 20-30%, góp phần giảm ùn tắc và nâng cao lưu thông tại các ngã tư.

## Kết luận

- Thuật toán điều khiển tín hiệu đèn giao thông dựa trên mức độ ưu tiên các hướng qua giao lộ đã chứng minh tính hiệu quả trong việc giảm thời gian chờ và ùn tắc tại các ngã tư đô thị.  
- Mô phỏng thực nghiệm tại Thành phố Hồ Chí Minh cho thấy sự cải thiện rõ rệt về lưu lượng giao thông và an toàn giao thông.  
- Hệ thống ưu tiên phương tiện khẩn cấp và các hướng có lưu lượng cao giúp nâng cao tính linh hoạt và thích ứng của hệ thống đèn giao thông.  
- Giải pháp có thể được triển khai rộng rãi tại các thành phố lớn nhằm cải thiện tình trạng giao thông đô thị.  
- Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng thử nghiệm, tích hợp công nghệ cảm biến hiện đại và đào tạo nhân sự vận hành hệ thống.

**Hành động ngay hôm nay để xây dựng hệ thống giao thông thông minh, giảm ùn tắc và nâng cao chất lượng cuộc sống đô thị!**