BÀI GIẢNG PHÂN TÍCH GIAO THÔNG TẠI NÚT GIAO ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐÈN TÍN HIỆU

Chuyên đề 5.4:
PHÂN TÍCH GIAO THÔNG TẠI
NÚT GIAO ĐIỀU KHIỂN BẰNG
ĐÈN TÍN HIỆU


Lịch sử đèn giao thông
 Ra đời 10/1868 tại Luân Đôn, Anh, dùng trong
điều khiển tàu hỏa
 Ban đầu chưa có đèn vàng (chỉ có đèn xanh, đỏ); đèn
thắp sáng bằng khí ga

 8/1914, công ty tín hiệu giao thông ra đời tại Mỹ:
đèn giao thông lắp tại các ngã tư ở bang Ohio
 Chưa có tín hiệu vàng, dùng còi hú khi chuyển trạng thái

 1920: có đủ 3 màu: do sĩ quan cảnh sát Williams
Posst, sống tại thành phố Detroit (Mỹ) sáng chế
ra.
 1922: hệ thống tự động điều khiển thời gian bằng
điện


Lịch sử đèn giao thông
 1928: xuất hiện hệ điều khiển với thời gian tín hiệu
định sẵn (pre-timed system)
 Cuối 1920s: hệ thống điều khiển thích nghi
(actuated control) ra đời, sử dụng các cảm biến
lực (pressure detectors)
 1952: sử dụng hệ thống máy tính tương tự ở
Denver, Colorado (Mỹ).

 1963: điều khiển sử dụng hệ thống máy tính số
(digital computers) xuất hiện.


Các kiểu tín hiệu điều khiển
 Điều khiển với thời gian tín hiệu định sẵn (Pre-timed
control): thời gian các pha tín hiệu lặp lại giống nhau
sau mỗi chu kỳ đèn.
 Điều khiển với thời gian tín hiệu thích nghi (Actuated
control):
 Thay đổi thời gian các pha tín hiệu sau mỗi chu kỳ tùy theo tình
trạng giao thông trên đường
 Cần thiết phải kết nối với các cảm biến giao thông (TB dò xe)
- Điều khiển thích nghi một phần (Semi-actuated): chỉ lắp cảm
biến ở các nhánh phụ, giao thông trên nhánh chính chỉ bị gián
đoạn khi có lượng giao thông đủ lớn trên nhánh phụ.
- Điều khiển thích nghi đầy đủ (Fully actuated): lắp cảm biến ở tất
cả các nhánh. Thời gian xanh được phân bổ tùy theo lưu lượng
giao thông trên mỗi nhánh.


Điều khiển với thời gian tín hiệu cố
định (Pre-timed control)


Điều khiển với thời gian tín hiệu
thích nghi (Actuated control)

Một số khái niệm cơ bản
 Chu kỳ (cycle): là trình tự đầy đủ và khép kín của
tất cả các chỉ thị đèn (màu bóng đèn).
 Thời gian chu kỳ (cycle length): thời gian cần thiết
để thực hiện được 1 chu kỳ.
 Nhịp (interval): là khoảng thời gian mà một tín
hiệu (chỉ thị đèn) không thay đổi
 Nhịp chuyển (change interval): là chỉ thị ”màu
vàng”, để chuyển tiếp từ tín hiệu xanh sang tín
hiệu đỏ cho một hướng di chuyển.
 Thời gian chuyển nhịp = thời gian đèn vàng + thời gian
đỏ cùng lúc trên tất cả các hướng).


Diện tích hình
thang cong là số xe
được giải tán trong
thời gian xanh


Một số khái niệm cơ bản
 Thời gian xanh:
 Thời gian xanh thực tế: = khoảng thời gian của chỉ thị
màu xanh.
 Thời gian xanh có hiệu: là thời gian thực sự có hiệu quả
trong việc giải tán dòng xe
 l1: tổn thất thời
gian do khởi
động (start-up
lost time)

 l2: tổn thất thời
gian dọn sạch
(clearance lost
time)
 e: độ kéo dài
thời gian xanh
có hiệu


Một số khái niệm cơ bản
 Quãng cách thời gian dòng bão hòa (Saturation
Headway)
 Khi đèn xanh bật, hàng xe
chờ bắt đầu chuyển động
qua nút với quãng cách thời
gian giảm dần. Giá trị ổn
định gọi là quãng cách thời
gian dòng bão hòa.

 Suất dòng bão hòa
 Thời gian tổn thất
do khởi động:
 Thời gian để n xe trong
hàng chờ giải tán:


Một số khái niệm cơ bản
 Mối liên hệ giữa các thông số:

Thường lấy: l1 = 2s, e = 2s, nên tL = Yi

Thời gian tổn thất được áp dụng mỗi
khi có luồng xe bắt đầu chuyển động


Một số khái niệm cơ bản
 Suất dòng bão hòa (cường độ dòng bão hòa):
 Suất dòng (cường độ) dòng xe lớn nhất có thể thông
qua trên một nhánh dẫn nếu giả thiết rằng toàn bộ thời
gian là thời gian xanh có hiệu.


Một số khái niệm cơ bản
 Năng lực thông hành của nút có đèn điều khiển:
 Thường đánh giá qua NLTH của các nhánh dẫn. HCM sử
dụng khái niệm NLTH của một làn hoặc nhóm làn
(Capacity of an Intersection Lane or Lane Group).
 NLTH của một nhóm làn là suất dòng (cường độ dòng
xe) theo giờ lớn nhất có thể thông qua trong điều kiện
phổ biến về đường, giao thông, và tín hiệu.

 Suất dòng bão hòa biểu thị NLTH của một nhóm làn với
giả thiết đèn xanh mở liên tục trong 1h.
 NLTH ci của nhóm làn i được xác định như sau:

gi/C = tỷ suất xanh có hiệu;
gi = thời gian xanh có hiệu; C = thời gian chu kỳ
si = suất dòng bão hòa


Một số khái niệm cơ bản

 Suất dòng bão hòa:
Theo HCM2000:
s: suất dòng bão hòa cho một nhóm làn (xe/h)

so: suất dòng bão hòa cơ bản tính cho một làn xe
(so = 1900 xe/h/làn).
N: số làn xe trong nhóm làn
fi: các hệ số hiệu chỉnh kể đến các yếu tố hình học
và giao thông.


Một số khái niệm cơ bản
 Khái niệm về hệ số tương đương xe rẽ trái ELT
 1 xe rẽ trái tiêu tốn nhiều thời gian xanh hơn so với xe
đi thẳng khi vượt qua nút.

 Ví dụ: trong cùng 1 khoảng thời gian, làn 1 quan sát
được 5 xe đi thẳng và 2 xe rẽ trái; làn 2 quan sát được
11 xe đi thẳng.
 Trên quan điểm tương đương về sử dụng thời gian xanh
ta có: 11 = 5 +2ELT  ELT = 3.0


Một số khái niệm cơ bản
 Khái niệm về hệ số tương đương xe rẽ trái ELT
Ví dụ: Một nhánh dẫn tới 1 nút giao có đèn tín hiệu gồm 2
làn xe; pha rẽ trái cho phép; 10% xe rẽ trái; hệ số
tương đương rẽ trái ELT = 5. Quãng cách thời gian dòng
bão hòa cho xe đi thẳng là 2.0 giây. Xác định suất dòng
bão hòa tương đương và quãng cách trung bình cho tất

cả các xe trên nhánh dẫn.

Lời giải:
 Quãng cách trung bình:
h = (0.1*2*5)+(0.9*2.0) = 2.8 (s)
 Suất dòng bão hòa:
s = 3600/2.8 = 1286 (xe/h/làn)


Một số khái niệm cơ bản
 Hệ số tương đương do một yếu tố ảnh hưởng bất kỳ
 Suất dòng bão hòa ở điều kiện phổ biến (prevailing
conditions), sprev ; được tính thông qua suất dòng
bão hòa ở điều kiện lý tường (ideal conditions),
sideal và hệ số hiệu chỉnh kể đến yếu tố ảnh hưởng
(ví dụ: fLT)

hprev, hideal : lần lượt là quãng cách thời gian ở điều kiện
phổ biến và điều kiện lý tưởng.


Một số khái niệm cơ bản
 Hệ số tương đương do một yếu tố ảnh hưởng bất
kỳ
 Tương đương về sử dụng thời gian xanh cho ta quan hệ:

 Từ đó ta có:


Một số khái niệm cơ bản

 Pha và sự phân pha:
 Pha là một tổ hợp của nhịp xanh và chuyển nhịp mà ở
đó một hay nhiều luồng giao thông được phép chuyển
động.
* Những chuyển động trong 1 pha cần ít xung đột
với nhau.
 Phân pha là việc sắp xếp các hướng chuyển động ít
xung đột với nhau vào cùng một pha

 Rẽ trái được bảo hộ (protected left-turn) và rẽ trái
cho phép (permitted left-turn):
 Luồng rẽ trái được bảo hộ (vẽ bằng nét liền): không
xung đột với các dòng xe khác.
 Luồng rẽ trái cho phép (vẽ bằng nét đứt): cho phép tồn
tại xung đột giữa dòng xe rẽ trái và các dòng xe khác
trong nút.


Một số khái niệm cơ bản
 Ví dụ về phân pha:
 Số pha tối thiểu: 2 pha

 Dành riêng một pha bảo hộ cho xe rẽ trái theo phương
Bắc - Nam


Một số khái niệm cơ bản
 Nhiều pha:
 Giảm được xung đột giữa các dòng xe
 Tăng tổn thất thời gian do điều khiển

 (Tham khảo) sử dụng pha bảo hộ rẽ trái khi:
 Có ít nhất một làn xe rẽ trái
 Làn xe rẽ trái có lưu lượng > 240 xe/giờ
 Tích số của lưu lượng xe rẽ trái và lưu lượng xe hướng
đối diện vượt quá 50.000 khi hướng đối diện có 1 làn xe;
vượt quá 90.000 khi hướng đối diện có 2 làn xe; và vượt
quá 110.000 khi hướng đối diện có 3 làn xe.
500 xe/h
100 xe/h
Lưu lượng xe giờ
cao điểm


Một số khái niệm cơ bản
 Nhóm làn (Lane Groups) và sự phân nhóm làn:
 Xem xét giao thông trên từng nhánh dẫn và từng nhóm
làn trong mỗi nhánh dẫn
 Việc phân chia nhóm làn trong mỗi nhánh dẫn tùy thuộc
vào cấu tạo hình học của nút giao và phân bổ giao
thông theo các hướng chuyển động (có thể gọi chung là
cách thức tổ chức giao thông).

 Một số nguyên tắc:
 Làn hoặc các làn rẽ trái dành riêng: xem như 1 nhóm
làn.
 Nếu có các làn rẽ trái dành riêng và làn rẽ phải dành
riêng thì các làn còn lại nên xem như 1 nhóm làn.
 Các trường hợp khác: tùy theo sự phân bổ giao thông
theo các luồng xe.

Một số khái niệm cơ bản
 Một số trường hợp phân chia nhóm làn điển hình


Một số khái niệm cơ bản
 Một số trường hợp phân chia nhóm làn điển hình


Một số khái niệm cơ bản
 Nhóm làn đại diện (Critical Lane Groups):
 Trong một pha có thể có nhiều nhóm làn: tỷ suất v/s là
khác nhau cho mỗi nhóm làn  tồn tại một nhóm làn có
nhu cầu về thời gian xanh nhiều nhất gọi là nhóm làn tới
hạn hay nhóm làn đại diện.
 Khi các pha không chồng lấn: Nhóm làn đại diện là
nhóm làn có tỷ suất v/s là lớn nhất

 Khi các pha chồng lấn: cần xác định đường tới hạn
(critical path) với nguyên tắc:
(i) trừ thời gian tổn thất, luôn có 1 và chỉ một dòng xe
thuộc đường tới hạn di chuyển, và
(ii) đường tới hạn có tổng tỷ suất v/s lớn nhất.