Nghiên cứu xây dựng mối quan hệ giữa lưu lượng, vận tốc và mật độ trong dòng xe gắn máy tại tp hcm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ VĂN TOÀN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA LƯU LƯỢNG,
VẬN TỐC VÀ MẬT ĐỘ TRONG DÒNG XE GẮN MÁY
TẠI TP HCM
Chuyên ngành: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
Mã số: 60 58 30

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2015


Cơng trình được hồn thành tại : Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Văn Hồng Tấn

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Trần Vũ Tự

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Nguyễn Xuân Long

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 12 tháng 09 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm
1. .......................................................
2. .......................................................
3. .......................................................
4. .......................................................
5. .......................................................

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KĨ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÊ VĂN TOÀN

MSHV: 12010339

Ngày, tháng, năm sinh: 24 - 09 - 1989

Nơi sinh: Bình Thuận

Chuyên ngành: Xậy dựng đường ôtô và đường thành phố

Mã số: 60 58 30

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA LƯU LƯỢNG,
VẬN TỐC VÀ MẬT ĐỘ TRONG DÒNG XE GẮN MÁY TẠI TP HCM
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Luận văn bao gồm các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Phương pháp nghiên cứu
Chương 4: Thu thập số liệu
Chương 5: Phân tích kết quả
Chương 6: Kết luận
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …………………………
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ………………………..
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. VĂN HỒNG TẤN
Tp. HCM, ngày
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. VĂN HỒNG TẤN

tháng

năm 20

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. LÊ BÁ KHÁNH

TRƯỞNG KHOA KĨ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập tại trường, tôi đã nhận được nhiều kiến thức quý báu để
thực hiện luận văn này và áp dụng trong cơng việc, đó là nhờ sự dạy dỗ ân cần, tận
tình của các Thầy Cô giáo. Trước hết tôi muốn gửi lời cám ơn đến các Thầy Cơ
trong Bộ mơn Cầu Đường, phịng Đào tạo Sau đại học.
Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới Thầy TS. Văn Hồng Tấn, người đã giảng

dạy đồng thời là người trực tiếp hướng dẫn tôi hồn thành luận văn này bằng sự tận
tình và ân cần.
Tôi cũng xin gửi lời cám ơn tới Thầy TS. Chu Công Minh đã hỗ trợ và giúp đỡ
tôi bằng những bái báo tham khảo và chương trình phân tích dịng xe SEV để tơi có
thể hồn thành tốt nhất luận văn này.
Tôi cũng xin gửi lời cám ơn tới Thầy TS. Nguyễn Xuân Long đã giúp đỡ tôi
những kiến thức bổ ích và cần thiết cho luận văn này.
Tơi xin cám ơn đến các bạn đồng nghiệp đã giúp tơi trong q trình thu thập số
liệu cho luận văn, các bạn đã quan tâm, chia sẽ với tôi trong suốt thời gian học tập
cũng như quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi đặc biệt cám ơn những người thân trong gia đình đã động viên, chia sẽ và
giúp đỡ tôi rất nhiều về mặt tinh thần, trở thành nguồn động lực lớn lao để tơi hồn
thành tốt luận văn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời chúc tốt đẹp đến tất cả mọi người.
Trân trọng!
Học viên

Lê Văn Toàn


TĨM TẮT
Trên thế giới đã có nhiều tài liệu về việc nghiên cứu các đặc tính của dịng xe
nhưng đa phần là các nghiên cứu về dịng xe ơtơ, là phương tiện giao thông chiếm
đa số ở các nước phát triển, chưa có nhiều nghiên cứu tập trung về phương tiện xe
gắn máy, là thành phần chiếm đa số ở nước ta. Do đó đề tài này nghiên cứu về các
thơng số của dịng xe gắn máy, tìm hiểu về mật độ giao thông và vận tốc xe khi lưu
thông, tính tốn chi phí lưu thơng qua từng tuyến đường, xác định khả năng thông
hành lớn nhất của đường nhằm có một cái nhìn rõ hơn về dịng xe gắn máy, góp
phần vào việc khai thác và quản lý giao thông một cách hợp lý và hiệu quả. Trên cơ
sở dữ liệu đó, nghiên cứu này cũng góp phần vào việc cung cấp dữ liệu cơ bản về

dòng xe gắn máy để có thể xây dựng nên các mơ hình mơ phỏng dịng xe gắn máy.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, đề tài “Nghiên cứu xây dựng mối quan hệ giữa lưu lượng,
vận tốc và mật độ trong dòng xe gắn máy tại TP HCM” là do tơi hồn tồn thực
hiện và nghiên cứu. Nếu có bất kỳ sai phạm nào, tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Lê Văn Toàn


1

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ................................................................... 6
1.1 Đặt vấn đề - Thực trạng giao thông ................................................................ 6
1.2 Cơ sở hình thành đề tài ................................................................................... 7
1.3 Mục tiêu nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu .................................................... 9
1.4 Những nghiên cứu liên quan ........................................................................... 9
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................... 12
2.1 Các lý thuyết cơ bản về dòng xe .................................................................... 12
2.1.1 Lý thuyết dòng xe ..................................................................................... 12
2.1.2 Các yếu tố cơ bản của dòng xe .................................................................. 12
2.1.2.1 Vận tốc dòng xe ................................................................................. 12
2.1.2.2 Mật độ dòng xe .................................................................................. 13
2.1.2.3 Lưu lượng dòng xe ............................................................................. 13
2.1.2.4 Thành phần dòng xe ........................................................................... 13
2.2 Các định nghĩa về chi phí của một link......................................................... 13
2.2.1 Chi phí nhiên liệu...................................................................................... 14
2.2.2 Chi phí thời gian (Value of time) .............................................................. 14

2.3 Biểu đồ cơ bản của dịng xe – Mơ hình hồi quy ............................................ 15
2.3.1 Biểu đồ cơ bản của dịng xe ...................................................................... 15
2.3.2 Mơ hình hồi quy........................................................................................ 17
2.3.2.1 Phân tích hồi quy ............................................................................... 17
2.3.2.2 Mơ hình hồi quy tuyến tính ................................................................ 17
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................ 19


2

3.1 Các mơ hình quan hệ Vận tốc - Mật độ của dịng xe................................... 19
3.1.1 Mơ hình Greenshields ............................................................................... 19
3.1.2 Mơ hình Pieceswise .................................................................................. 20
3.1.3 Mơ hình lơgarit Greenberg ........................................................................ 20
3.1.4 Mơ hình hàm số mũ Underwood ............................................................... 21
3.1.5 Mơ hình hai đoạn Edie .............................................................................. 21
3.1.6 Mơ hình đường cong Bell ......................................................................... 22
3.1.7 Nhận xét các mơ hình ............................................................................... 22
3.2 Xác định khả năng thông hành của đường theo từng mơ hình ................... 23
3.3 Mối quan hệ giữa lưu lượng và chi phí đi lại trên 1 link ............................. 25
3.3.1 Hàm chi phí link (link cost function) ......................................................... 26
3.3.2 Phép gán Unconstrained ............................................................................ 26
3.3.3 Phép gán Constrained ............................................................................... 27
3.4 Các phương pháp xác định thơng số dịng xe phổ biến ................................ 28
3.4.1 Phương pháp mô phỏng vi mô .................................................................. 28
3.4.2 Phương pháp sử dụng ống cảm ứng áp lực ................................................ 29
3.4.3 Phương pháp sử dụng cảm biến điện áp .................................................... 29
3.4.4 Phương pháp sử dụng thiết bị cảm biến hồng ngoại .................................. 30
3.4.5 Phương pháp sử dụng ra đa sóng ngắn ...................................................... 30
3.4.6 Phương pháp sử dụng cảm biến siêu âm.................................................... 30

3.4.7 Phương pháp sử dụng cảm ứng vòng từ .................................................... 31
3.4.8 Phương pháp sử dụng xe thăm dò ............................................................. 32
3.4.9 Phương pháp phân tích xử lý hình ảnh video giao thông ........................... 32
3.5 Các bước nghiên cứu ..................................................................................... 32


3

3.5.1 Khảo sát, thu thập số liệu .......................................................................... 32
3.5.2 Phân tích, xử lý dữ liệu ............................................................................. 33
3.5.3 Cơng cụ hỗ trợ việc thống kê và phân tích - phần mềm SPSS ................... 33
CHƯƠNG 4: THU THẬP SỐ LIỆU .................................................................. 35
4.1 Xác định các thơng số cơ bản của dịng xe.................................................... 35
4.1.1 Dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu ............................................................... 35
4.1.2 Khảo sát thực địa ...................................................................................... 35
4.1.3 Thiết lập hệ thống quan trắc bằng camera ................................................. 37
4.1.4 Thu thập dữ liệu ........................................................................................ 38
4.1.5 Phân tích dữ liệu ....................................................................................... 40
4.1.5.1 Hệ số MCU ........................................................................................ 40
4.1.5.2 Chương trình phân tích dữ liệu ........................................................... 41
4.1.5.3 Tính tốn giá trị vận tốc và mật độ của dịng xe ................................. 44
4.2 Xác định chi phí đi lại .................................................................................... 45
4.2.1 Dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu ............................................................... 45
4.2.2 Tiến hành thu thập dữ liệu......................................................................... 46
4.2.2.1 Xác định chi phí nhiên liệu................................................................. 46
4.2.2.2 Xác định chi phí thời gian VOT ......................................................... 50
4.2.2.3 Xác định chi phí đi lại trung bình ....................................................... 52
CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ............................................................... 53
5.1 Vị trí quan trắc trên đường Võ Văn Kiệt ..................................................... 53
5.1.1 Xác định quan hệ giữa Vận tốc và Mật độ, tính tốn và kiểm tra Khả năng

thơng hành của đường........................................................................................ 53
5.1.2 Xác định quan hệ Chi phí di chuyển và Lưu lượng xe ............................... 58


4

5.2 Vị trí quan trắc trên đường Nguyễn Văn Linh ............................................ 59
5.2.1 Xác định quan hệ giữa Vận tốc và Mật độ, tính tốn Khả năng thơng hành
của đường .......................................................................................................... 59
5.2.2 Xác định quan hệ Chi phí di chuyển và Lưu lượng xe ............................... 62
5.3 Vị trí quan trắc trên đường Điện Biên Phủ .................................................. 63
5.3.1 Xác định quan hệ giữa Vận tốc và Mật độ, tính tốn Khả năng thông hành
của đường .......................................................................................................... 63
5.3.2 Xác định quan hệ Chi phí di chuyển và Lưu lượng xe ............................... 67
5.4 Vị trí quan trắc trên đường Quang Trung ................................................... 68
5.4.1 Xác định quan hệ giữa Vận tốc và Mật độ, tính tốn Khả năng thơng hành
của đường .......................................................................................................... 68
5.4.2 Xác định quan hệ Chi phí di chuyển và Lưu lượng xe ............................... 71
5.5 Vị trí quan trắc trên đường 3-2 ..................................................................... 72
5.5.1 Xác định quan hệ giữa Vận tốc và Mật độ, tính tốn Khả năng thơng hành
của đường .......................................................................................................... 72
5.5.2 Xác định quan hệ Chi phí di chuyển và Lưu lượng xe ............................... 76
5.6 Vị trí quan trắc trên đường Nguyễn Thị Minh Khai ................................... 77
5.6.1 Xác định quan hệ giữa Vận tốc và Mật độ, tính tốn Khả năng thông hành
của đường .......................................................................................................... 77
5.6.2 Xác định quan hệ Chi phí di chuyển và Lưu lượng xe ............................... 80
5.7 Vị trí quan trắc trên đường Âu Cơ ............................................................... 81
5.7.1 Xác định quan hệ giữa Vận tốc và Mật độ, tính tốn Khả năng thơng hành
của đường .......................................................................................................... 81
5.7.2 Xác định quan hệ Chi phí di chuyển và Lưu lượng xe ............................... 85

5.8 Vị trí quan trắc trên đường Nguyễn Trãi ..................................................... 86


5

5.8.1 Xác định quan hệ giữa Vận tốc và Mật độ, tính tốn Khả năng thơng hành
của đường .......................................................................................................... 86
5.8.2 Xác định quan hệ Chi phí di chuyển và Lưu lượng xe ............................... 89
5.9 Vị trí quan trắc trên đường Cách Mạng Tháng 8 ........................................ 90
5.9.1 Xác định quan hệ giữa Vận tốc và Mật độ, tính tốn Khả năng thông hành
của đường .......................................................................................................... 90
5.9.2 Xác định quan hệ Chi phí di chuyển và Lưu lượng xe ............................... 94
5.10 Tổng hợp kết quả nghiên cứu quan hệ Vận tốc - Mật độ........................... 95
5.10.1 Đường cong hồi quy của nhóm (I)........................................................... 95
5.10.2 Đường cong hồi quy của nhóm (II) ......................................................... 96
5.10.3 Đường cong hồi quy của nhóm (III) ........................................................ 97
5.10.5 So sánh và nhận xét kết quả nghiên cứu .................................................. 98
5.10.6 So sánh giá trị khả năng thông hành của đường ..................................... 101
5.11 Nhận xét kết quả nghiên cứu quan hệ Chi phí – Lưu lượng.................... 103
5.11.1 Giữa các tuyến đường trong cùng một nhóm ......................................... 103
5.11.2 Giữa các nhóm đường ........................................................................... 105
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN ................................................................................. 109
6.1 Kết luận ........................................................................................................ 109
6.2 Kiến nghị ...................................................................................................... 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 112


6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề - Thực trạng giao thơng
Trong những năm gần đây, tình hình ùn tắc giao thơng tại thành phố Hồ Chí
Minh (TP HCM) ngày càng trầm trọng do sự gia tăng quá nhanh của các loại
phương tiện và hành trình giao thơng; vận tốc đi lại trung bình đã chậm hơn nhiều
so với các năm trước, đặc biệt là xe ô tô hiện rất khó đi lại trong nội đơ thành phố.
Theo Báo cáo kinh tế xã hội quý I/2013 của UBND TP HCM, tính đến hết năm
2011, tổng số phương tiện giao thông trên địa bàn thành phố là gần 5.524.000 xe,
trong đó xe ơ tơ là hơn 494.000 xe. Tính đến hết tháng 11/2012 số phương tiện tăng
lên thành hơn 5.899.000 xe, với gần 515.000 ô tô. Và đến hết tháng 3/2013 số
phương tiện trên địa bàn TP HCM đã chính thức vượt qua con số 6 triệu chiếc.
Hình ảnh dễ nhận thấy là trên các trục giao thơng chính và trên các đường ở
trung tâm thành phố, dòng xe ô tô dừng chờ rất dài khi qua các giao lộ và để qua
được một giao lộ trung bình phải mất từ 2 - 3 chu kỳ đèn tín hiệu giao thông; hiện
tượng này là một trong những nguyên nhân chính gây ra ùn tắc và rối loạn giao
thơng. Vào giờ cao điểm buổi chiều, trên các trục giao thông chính, trục xun tâm,
từng dịng xe bt di chuyển rất chậm qua các giao lộ và bị bao vây bởi một rừng xe
hai bánh.
Với sự gia tăng nhanh chóng của các loại xe ô tô trong khi hệ thống bãi đậu xe
không kịp phát triển để đáp ứng nhu cầu, thiếu chỗ đậu xe, … dẫn đến tình trạng
dừng đậu xe tràn lan ở khắp nơi, nhất là ở khu vực trung tâm thành phố, làm đường
sá thêm chật chội và các hành vi vi phạm Luật Giao thông ngày càng nhiều.
Hiện nay, trên địa bàn thành phố còn tồn đọng 33 điểm có nguy cơ xảy ra ùn tắc
giao thông cao, chủ yếu tập trung trên các trục giao thơng chính như: Nam Kỳ Khởi
Nghĩa, Nguyễn Thị Minh Khai, Cách Mạng Tháng 8, Pasteur, Hai Bà Trưng, Phan
Đình Phùng, Xơ Viết Nghệ Tĩnh, Phan Đăng Lưu, Hồng Văn Thụ, Nguyễn Kiệm,
Lý Thường Kiệt, Âu Cơ, Lạc Long Quân, Lũy Bán Bích, …; nổi bật ở các giao lộ


7

Ngã tư Phú Nhuận, Hai Bà Trưng/Võ Thị Sáu, Nguyễn Thái Học/Trần Hưng Đạo,
Trần Hưng Đạo/Nguyễn Tri Phương (quận 1), Quốc lộ 13/Nguyễn Xí, Phan Đăng
Lưu/Nơ Trang Long, Nguyễn Văn Đậu/Lê Quang Định (Bình Thạnh), Trường
Chinh/Tân Kỳ-Tân Quý (Tân Bình), …
Để góp phần giải quyết các vấn đề giao thơng cịn tồn tại thì chúng ta cần nghiên
cứu kĩ về các yếu tố sau: cơ sở hạ tầng giao thông; tổ chức, quản lý giao thông;
công tác vận tải hành khách cơng cộng; các chính sách quản lý giao thơng.
Bằng việc thực hiện các nghiên cứu về các vấn đề này, từ đó đưa ra các chính
sách phù hợp cho nhu cầu đi lại của người dân, ổn định tình hình giao thơng trong
thành phố để có thể giảm bớt tình trạng giao thơng ùn tắc hiện nay.
1.2 Cơ sở hình thành đề tài
Từ tình hình giao thơng của thành phố, tác giả đưa ra các vấn đề tồn tại ảnh
hưởng đến thực trạng giao thông hiện nay.
Phát triển đô thị vẫn cịn mang tính tập trung cao: các kịch bản quy hoạch đều đề
xuất về xây dựng những đô thị vệ tinh, với bán kính từ 30 - 50Km có đầy đủ cơ sở
hạ tầng kỹ thuật và xã hội nhưng xu hướng phát triển tập trung vào trung tâm thành
phố vẫn xảy ra; công tác di dời các nhà máy, xí nghiệp, cơ sở cơng nghiệp ơ nhiễm,
cơng nghiệp lạc hậu ra bên ngồi thành phố đã có những chuyển biến tốt, nhưng
việc xây dựng điều kiện ăn, ở, trường học, bệnh viện, … không đáp ứng được nhu
cầu; phần lớn các bệnh viện, trường học lớn vẫn duy trì và đầu tư mở rộng trong nội
đơ thành phố đã tạo một lượng lớn hành trình giao thơng vào sâu trong nội đô thành
phố; tuyến đường sắt quốc gia hiện nay vẫn đi sâu vào ga Hòa Hưng, giao cắt với
14 tuyến đường nội đơ dù đã có những nghiên cứu đầu tư đi trên cao, nhưng nhiều
năm rồi vẫn chưa tìm được nguồn vốn đầu tư.
Trình độ quản lý đơ thị vẫn cịn kém: việc quản lý trật tự lịng lề đường chưa
được chính quyền các quận - huyện chỉ đạo quyết liệt, tình trạng chiếm dụng trái
phép bn bán tràn lan cịn phổ biến làm ảnh hưởng đến an tồn giao thơng; đặc
biệt vẫn tồn tại nhiều chợ tự phát lấn chiếm lòng lề đường ở nhiều khu vực …; công

8

tác quản lý đơ thị nhìn chung cịn nhiều bất cập.
Quản lý và tổ chức giao thông đô thị chưa hợp lý: tốc độ đi lại của xe 02 bánh
vào giờ cao điểm buổi chiều hiện nay chỉ còn khoảng 10Km/giờ, tốc độ hành trình
của các loại xe ơ tơ trên các trục giao thơng chính như Bạch Đằng - Hoàng Văn
Thụ, Lý Thường Kiệt, Nguyễn Kiệm - Hai Bà Trưng, Nguyễn Văn Trỗi - Nam Kỳ
Khởi Nghĩa, Pasteur, … chỉ cịn khoảng 8Km/giờ; thời gian đi lại từ phía Đơng
sang phía Tây thành phố và từ phía Bắc sang phía Nam thành phố tăng gấp đơi so
với giờ thấp điểm; chưa phát huy được hiệu quả của Trung tâm Điều khiển đèn tín
hiệu giao thơng thành phố trong cơng tác quản lý và điều khiển giao thơng bằng đèn
tín hiệu điều hành giao thông; năng lực giải tỏa, thi công, sự phối hợp của các cơ
quan quản lý hạ tầng kỹ thuật như cấp điện, cấp thoát nước, … còn yếu, chậm trễ
dẫn đến kéo dài thời gian chiếm dụng mặt đường giao thông cũng là một trong các
vấn đề tồn tại mà thành phố phải giải quyết.
Phương tiện giao thông cá nhân tăng nhanh: hiện tại, thành phố Hồ Chí Minh
đang đứng trước thách thức lớn bởi sự tăng trưởng mạnh của các loại phương tiện
giao thông cá nhân và cần có biện pháp hiệu quả để kiềm chế ngay.
Tăng dân số quá nhanh: dân số thành phố năm 2001 là 5.285.454 người, đến cuối
năm 2006 là 6.424.000, tức đã tăng 21.5%.
Ý thức tôn trọng và chấp hành pháp luật giao thông đường bộ của người tham gia
lưu thơng cịn kém: Theo số liệu thống kê của Phịng Cảnh sát giao thông đường bộ
- Công an thành phố, tỷ lệ người vi phạm Luật Giao thông vẫn gia tăng hàng năm.
Người tham gia giao thơng vẫn có khuynh hướng khơng nhường đường, tình trạng
sai phạm lấn trái, vượt đèn đỏ, đi vào đường cấm… thường xuyên xảy ra. Ý thức
chấp hành pháp luật giao thơng cịn kém ở đại bộ phận những người tham gia giao
thông đã làm tăng thêm nguy cơ gây ùn tắc giao thông và tai nạn giao thơng cịn
nhiều.
Từ những ngun nhân trên, việc chọn ra một hướng nghiên cứu để góp phần

giải quyết những vấn đề còn tồn tại của thực trạng giao thông ở TP HCM là một


9

nhu cầu cấp thiết. Trong đó, việc nghiên cứu, tìm hiểu về mật độ giao thông và vận
tốc xe khi lưu thơng, tính tốn chi phí lưu thơng qua từng tuyến đường, xác định
khả năng thông hành lớn nhất của đường để có thể quản lý và tổ chức giao thông
một cách hợp lý là một phần quan trọng, đây có thể xem là yếu tố then chốt trong
việc giảm ùn tắc và kẹt xe vì nghiên cứu có thể được áp dụng ngay vào thực tế trong
tình hình cơ sở hạ tầng giao thông hiện nay ở TP HCM. Thiết nghĩ đây là một đề tài
thiết thực cho tình trạng giao thông ở TP HCM hiện nay, tác giả đã chọn đề tài:
“Nghiên cứu xây dựng mối quan hệ giữa lưu lượng, vận tốc và mật độ trong dòng
xe gắn máy tại TP HCM”.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu:
- Từ những cơ sở hình thành đề tài như trên, đề tài nghiên cứu xác định các thơng
số cơ bản của dịng xe gắn máy ở TP HCM như lưu lượng xe, vận tốc xe, mật độ xe
và chi phí lưu thơng trên từng tuyến đường qua việc khảo sát một số tuyến đường
trên địa bàn thành phố.
- Nghiên cứu các mối quan hệ giữa các thông số cơ bản này bằng cách thiết lập
các mơ hình biểu đồ, từ đó tìm ra khả năng thông hành lớn nhất của đường từ các
biểu đồ quan hệ giữa vận tốc và mật độ, giữa chi phí và lưu lượng xe để đánh giá, so
sánh giữa hai giá trị này nhằm sử dụng trong quá trình quy hoạch, lên kế hoạch thiết
kế, khai thác cơng trình giao thơng và đưa ra dự báo quản lý giao thông một cách
hợp lý và hiệu quả.
Phạm vi nghiên cứu: các dịng xe lưu thơng trong thành phố chủ yếu là dòng xe
hỗn hợp với các phương tiện khác nhau như: ôtô, xe tải, xe máy, xe thô sơ … trộn
lẫn với nhau. Trong nội dung nghiên cứu, tác giả nghiên cứu dịng xe với lượng xe
lưu thơng chiếm đa số là dòng xe gắn máy trên một làn xe lưu thông ở TP HCM

trên cơ sở nghiên cứu tài liệu kết hợp với khảo sát thực tế.
1.4 Những nghiên cứu liên quan
Trên thế giới đã có nhiều tài liệu về việc nghiên cứu các đặc tính của dịng xe


10

nhưng đa phần là các nghiên cứu về dòng xe ôtô, là phương tiện giao thông chiếm
đa số ở các nước phát triển, có rất ít các nghiên cứu về dịng xe gắn máy, vốn là
phương tiện giao thơng cơ bản ở các nước đang phát triển.
Các nghiên cứu và lý thuyết về dịng xe với phương tiện lưu thơng chủ yếu là xe
ơtơ đã được trình bày ở Chương 15, sách Traffic Engineering của các tác giả
William R. McShane và Roger P. Roess, mục đích của việc nghiên cứu này là để
xác định và phân tích khả năng thơng hành của đường dựa vào các biểu đồ biểu thị
mối quan hệ giữa các thơng số của dịng xe.
Bài báo The speed, flow and headway analyses of motorcycle traffic (2005) của
các tác giả Chu Cong Minh, Kazushi Sano, Shoji Matsumoto cung cấp những hiểu
biết cơ bản về đặc tính của dịng xe gắn máy thơng qua việc ghi hình tại một số
tuyến đường ở Hà Nội.
Bài báo Distribution model of motorcycle speed on divided roadway in Makassar
(2011) của các tác giả Aisyah Zakaria, Sumarni Hamid Aly, Muhammad Isran
Ramli cung cấp một vài mơ hình phân bố về vận tốc của dịng xe gắn máy dựa trên
việc ghi hình giao thơng tại các thời điểm khác nhau để xác định vận tốc của dòng
xe. Nghiên cứu này làm cơ sở cho các nghiên cứu về các mơ hình khác của dịng xe
gắn máy như mơ hình khí thải, mơ hình tiếng ồn…
Ngồi các nghiên cứu trên cịn có các nghiên cứu để phục vụ cho việc nghiên cứu
về dòng xe gắn máy như Development of Motorcycle Unit (MCU) For MotorcycleDominated Traffic (2009) của Chu Cong Minh et al để xác định hệ số quy đổi từ các
phương tiện khác sang xe gắn máy…
Các nghiên cứu về Chi phí thời gian (VOT) đã được thực hiện như bài báo The
Value of Time and Reliability: Measurement from a Value Pricing Experiment

(2001) của các tác giả T. C. Lam và K. A. Small nghiên cứu về chi phí thời gian
(VOT) và chi phí tiện ích (VOR) và xác định các giá trị này ở tuyến đường SR91,
California. Mô tả cách khảo sát và các thông số để xác định VOT và VOR.
Bài báo A Methodology for the Estimation of Value-of-Time Using State-of-the-


11

Art Econometric Models (2007) của tác giả C. Antoniou et al. mô tả phương pháp
để xác định VOT trên tuyến đường nối 2 thành phố của Hy Lạp. Nghiên cứu giới
thiệu phương pháp và cách xác định VOT dựa trên việc khảo sát người sử dụng
phương tiện và tiến hành xử lý dữ liệu để tính tốn giá trị VOT.
Các nghiên cứu về nhiên liệu tiêu thụ của xe hầu hết được tiến hành trên xe ôtô,
như nghiên cứu An Economic Analysis of Fuel Use Per Kilometre by Private Cars
(1996) của tác giả J. Rouwendal, đưa ra các công thức và phương pháp tính tốn để
xác định vận tốc tối ưu ứng với mức nhiên liệu tiêu thụ thấp nhất.
Hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào phương tiện lưu thông là xe ôtô, là
phương tiện sử dụng chủ yếu ở các nước phát triển, chưa có nhiều nghiên cứu tập
trung về phương tiện xe gắn máy, là thành phần chiếm đa số ở nước ta. Do đó tác
giả sẽ tập trung nghiên cứu về các thông số của dịng xe gắn máy, xác định chi phí
liên quan đến q trình lưu thơng, đó là cũng là một cơ sở để hình thành nên đề tài
nghiên cứu mối quan hệ giữa các thơng số của dịng xe gắn máy và xác định chi phí
di chuyển trên một số tuyến đường ở TP HCM.


12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Các lý thuyết cơ bản về dòng xe

2.1.1 Lý thuyết dòng xe
Lý thuyết dòng xe là khoa học nghiên cứu chất lượng dòng xe dưới ảnh hưởng
tác động qua lại giữa các xe trong dòng xe để đề xuất các giải pháp về thiết kế, tổ
chức giao thông để tăng tiện nghi xe chạy và nâng cao hiệu suất đầu tư cơ bản.[1]
Hệ thống giao thơng bao gồm các thành phần chính:
- Người sử dụng đường;
- Phương tiện đi lại;
- Hệ thống đường xá;
- Thiết bị điều khiển;
- Mơi trường.
Dịng giao thơng là dịng dịch chuyển của các phương tiện giao thông trên một
không gian nhất định.
2.1.2 Các yếu tố cơ bản của dòng xe
2.1.2.1 Vận tốc dịng xe
Có hai loại vận tốc thường dùng:[2]
-

Vận tốc trung bình theo thời gian ( Time mean speed ) và vận tốc điểm ( spot

speed ).
-

Vận tốc điểm là vận tốc tức thời tại một vị trí cho trước trên đường;

Vận tốc trung bình theo thời gian là vận tốc trên đoạn đường dựa trên trung bình
của vận tốc điểm tất cả các xe lưu thông trên đó.


13

n

v

i

vt 

i 1

(2.1)

n

Vận tốc trung bình theo quãng đường ( Space mean speed ).
Vận tốc trung bình theo quãng đường là vận tốc trên đoạn đường dựa trên thời
gian trung bình cần thiết để xe di chuyển qua đoạn đường đó.

vs 

d .n
n

t

i

i 1



n
n

1

i 1 vi

(2.2)

2.1.2.2 Mật độ dịng xe
Mật độ xe chạy là số xe đếm được trong một đơn vị chiều dài của đường tại một
thời điểm nhất định.
2.1.2.3 Lưu lượng dòng xe
Lưu lượng xe là số lượng xe đi qua một điểm trên một tuyến đường, cho một làn,
hay cho một hướng cho trước trong một đơn vị thời gian.
Thời gian được dùng nhiều nhất là một ngày hoặc một giờ và đơn vị trong một
giờ được biểu diễn bởi xe trên giờ (vph). Trong một số trường hợp trong một làn,
biểu diển là số xe trên giờ trong một làn (vphpl).
Khả năng thông hành của đường (Capacity) là số lượng xe tối đa có thể thơng
qua trên một tiết diện đường tại một khoản thời gian cho trước. Khi nhu cầu nhỏ
hơn khả năng thông hành, lưu lượng bằng với nhu cầu, lưu lượng được tính bằng
nhu cầu hiện tại.[2]
2.1.2.4 Thành phần dòng xe
Thành phần dòng xe là tỷ lệ các loại xe (%) khác nhau trong dòng xe. Thành
phần càng hỗn tạp càng sinh nhiều nhiễu, sự tác động giữa các tính chất lưu thơng
khác nhau trong dòng xe càng cao nên chất lượng dòng xe càng kém.[1]
2.2 Các định nghĩa về chi phí của một link

14

Chi phí để di chuyển qua 1 link bao gồm nhiều loại chi phí khác nhau: chi phí
nhiên liệu, chi phí đậu xe, chi phí thời gian… Trong đó có 2 loại chi phí cơ bản là
chi phí nhiên liệu và chi phí thời gian.
2.2.1 Chi phí nhiên liệu
Chi phí nhiên liệu của mỗi phương tiện qua link là số tiền mà người sử dụng
phương tiện cần phải chi trả cho việc tiêu hao nhiên liệu của phương tiện đó khi di
chuyển qua link.
2.2.2 Chi phí thời gian (Value of time)
Việc xác định thông số Value of time (VOT) là rất quan trọng trong việc quy
hoạch giao thông và quản lý cơ sở hạ tầng giao thông đối với các nhà quản lý. Tính
hiệu quả của các dự án xây dựng cơng trình giao thơng được chứng minh thơng qua
các lợi ích xã hội thu được như giảm chất thải gây hại, bảo tồn năng lượng, phục hồi
những năng suất bị mất do tình trạng tắc nghẽn…Việc định lượng các yếu tố này là
một q trình phức tạp do đó để đơn giản hoá việc định lượng chung các yếu tố này
cần phải chuyển đổi sang một đơn vị riêng, mà thơng thường là chuyển sang đơn vị
tiền tệ. Tính hiệu quả khai thác của 1 tuyến đường được tính thông qua nhiều yếu tố
như: khả năng thông hành, vận tốc lưu thơng của dịng xe, mật độ dịng xe, chi phí
di chuyển…Trong đó có thời gian trể và thời gian di chuyển của phương tiện, hai
thông số này được quy đổi về một thông số chung với đơn vị thống kê là tiền, được
gọi là chi phí thời gian (Vaue of time VOT).
VOT là một thông số khả biến phụ thuộc vào nhiều yếu tố và không giống nhau
ở mỗi quốc gia, ở mỗi phương tiện, thậm chí ở mỗi cá nhân.
Việc xác định thông số VOT được tiến hành thơng qua q trình khảo sát trực
tiếp người sử dụng phương tiện. Việc khảo sát tập trung vào việc xác định sự lựa
chọn phương thức di chuyển của người được khảo sát, thời gian họ sử dụng phương
tiện và chi phí họ bỏ ra cho việc sử dụng phương tiện đó.
Các thơng số sau khi được thu thập sẽ được sử dụng để tính tốn VOT thơng qua
cơng thức chung của các yếu tố đó là hàm tiện ích:

15

V = 0 + cost .travel_cost + time .travel_time+...
Với

(2.3)

β : các hệ số tính tốn
travel_cost, travel_time : các biến tương tứng với chi phí đi lại, thời

gian đi lại (xác định thông qua số liệu khảo sát)
… : các thông số phụ tương ứng được đưa vào hàm để tính tốn.
Các hệ số của chi phí và thời gian đi lại cho thấy sự nhay cảm vè lợi ích của
người lái xe đối với những thay đổi về chi phí đi lại và thời gian đi lại. Tỷ lệ này thể
hiện sự cân bằng giữa hai yếu tố chi phí đi lại và thời gian đi lại, hay nói cách khác
đó là giá trị VOT.
Hàm tiện ích là một hàm khơng có đơn vị, để đơn giản hố ta sử dụng một đơn vị
tượng trưng là “utils”. Giả sử đơn vị chi phí đi lại là $ và thời gian đi lại là min thì
đơn vị của hai hệ số tương ứng là utils/$ và utils/min. Do đó tỷ lệ của hệ số thời
gian đi lại và hệ số của chi phí đi lại sẽ có đơn vị là $/min và cũng là đơn vị của giá
trị VOT:
VOT =

time  utils / min

 $ / min 

cost  utils / $



(2.4)

2.3 Biểu đồ cơ bản của dịng xe – Mơ hình hồi quy
2.3.1 Biểu đồ cơ bản của dịng xe
Vận tốc, mật độ và lưu lượng đóng một vai trị quan trọng để đánh giá hiệu quả
khai thác của một tuyến đường. Các đại lượng trên phụ thuộc vào nhiều thông số
bao gồm đặc điểm của tuyến đường, xe cộ, người lái, môi trường xung quanh, thời
tiết…
Mối quan hệ giữa ba đặc trưng này được biểu thị thông qua công thức cơ bản:

q  k.vs
Với

q : lưu lượng xe

(2.5)
(xe/h)

k : vận tốc trung bình của dịng xe (km/h)


16

vs : mật độ dịng xe

(xe/km)

Mối quan hệ này thơng thường được thể hiện thông qua biểu đồ cơ bản của dịng

xe như sau:

Hình 2.1. Biểu đồ cơ bản mối quan hệ giữa Vận tốc - Mật độ - Lưu lượng [3]
qm : khả năng thông hành lớn nhất của đường (xe/h)
vm : vận tốc tới hạn đạt được khi khả năng thông hành lớn nhất xảy ra (km/h)
km : mật độ tới hạn đạt được khi khả năng thông hành lớn nhất xảy ra (xe/km)
kj : mật độ kẹt xe, khi các phương tiện đứng yên, v = 0 (xe/km)
vf : vận tốc dòng tự do, vận tốc lý thuyết khi lưu lượng bằng khơng (km/h)
Khi lưu lượng dịng xe = 0 thì cả vận tốc và mật độ dòng xe đều = 0. Vận tốc tiến
tới 0 khi mật độ ngày càng cao và = 0 khi mật độ đạt giá trị lớn nhất (kj) nghĩa là các


17

phương tiện đều dừng lại, lưu thông ở trạng thái kẹt xe. Mặt khác, khi mật độ = 0
tương ứng lưu lượng xe = 0, khơng có xe trên đường. Giữa 2 giá trị mật độ này, có
một điểm đặc biệt. Khi mật độ tăng từ từ từ 0, lưu lượng cũng tăng tương ứng. Khi
mật độ đạt tới một giá trị mà khi qua giá trị này mật độ tiếp tục tăng nhưng lưu
lượng xe bắt đầu giảm, thì giá trị này là giá trị cao nhất lưu lượng xe đạt tới. Giá trị
này được gọi là khả năng thông hành của đường (qm) [4]
Rõ ràng giá trị vận tốc dịng tự do (vf) khơng thể quan sát được vì lúc đó khơng
có phương tiện lưu thơng trên đường.
2.3.2 Mơ hình hồi quy
2.3.2.1 Phân tích hồi quy
Phân tích hồi quy nghiên cứu mối phụ thuộc của một biến (gọi là biến phụ thuộc
hay biến được giải thích) với một hay nhiều biến khác (được gọi là (các) biến độc
lập hay biến giải thích có giá trị đã biết) nhằm ước lượng và dự báo giá trị trung
bình của biến phụ thuộc với các giá trị đã biết của (các) biến độc lập.
2.3.2.2 Mơ hình hồi quy tuyến tính
Khi dữ liệu đã được thu thập, việc cuối cùng cần phải làm là mơ hình hóa các số

liệu đó, bằng việc vẽ các biểu đồ quan hệ giữa k và v, q và k, q và v. Việc xác định
một công thức tốn học để mơ tả mối quan hệ giữa các biến này tương ứng với các
mơ hình trên các biểu đồ là vấn đề cần giải quyết. Công cụ chính để giải quyết vấn
đề này là phép phân tích hồi quy tuyến tính, với cơng thức mơ tả tổng qt mơ hình
hồi quy tuyến tính bội:

y  a  bx1  cx2  ...  zxn
với

(2.6)

y : biến phụ thuộc
x1, …, xn : các biến độc lập
a, b, …, z : các hệ số

Vì phạm vi nghiên cứu chỉ đưa ra mối quan hệ riêng lẻ giữa hai biến trong 3 tính
chất lưu lượng, vận tốc và mật độ của dịng xe nên ta có thể sử dụng cơng thức tổng


18

qt của mơ hình hồi quy tuyến tính đơn:
y  a  bx

(2.7)

Trong một số trường hợp, nếu quan hệ là phi tuyến, ta có thể biến đổi để đưa về
cơng thức trên. Ví dụ, giả sử có dữ liệu với cơng thức quan hệ sau:
y  a exp(bx)

(2.8)

Ta có thể biến đổi về quan hệ tuyến tính như sau:

Đặt

Ta có

ln  y   ln  a   bx

(2.9)

y1  ln  y 

(2.10)

c  ln  a 

(2.11)

y1  c  bx

(2.12)

Với các hệ số a, b, c,… được xác định dựa vào các thông số của dịng xe tùy theo
từng mơ hình được giả định sẽ được đề cập ở phần sau.


19

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Các mơ hình quan hệ Vận tốc - Mật độ của dòng xe
Mối quan hệ tốn học giữa các đặc trưng của dịng xe có thể được phân ra làm
hai nhóm, vi mơ và vĩ mô (microscopic và macroscopic) phụ thuộc vào phạm vi áp
dụng. Phương pháp vi mô chú ý đến từng cá nhân đơn lẻ, tính tốn khoảng cách
giữa các xe liên tiếp, sử dụng phương pháp xe theo xe (car following model).
Phương pháp vĩ mơ tập trung vào tồn bộ dịng xe, thể hiện mối tương quan giữa
các đại lượng lưu lượng, mật độ, vận tốc. Các mơ hình thường được áp dụng sẽ
được trình bày bên dưới. [5]
Trong quan hệ giữa các đại lượng Vận tốc - Mật độ - Lưu lượng, mối quan hệ
giữa Vận tốc - Mật độ được tập trung nghiên cứu đầu tiên. Điều này có thể giải
thích bởi hai lý do: (1) quan hệ Vận tốc - Mật độ là quan hệ tuyến tính và có cơng
thức xác định đơn giản hơn hai mối quan hệ còn lại, (2) quan hệ Vận tốc - Mật độ
phản ánh sự tương tác cơ bản của người lái xe và phương tiện trên đường. Người lái
xe có thể nhận thức được mật độ của dòng xe và vận tốc của phương tiện xung
quanh dẫn đến có thẻ điều chỉnh vận tốc xe. Họ không thể nhận thức được lưu
lượng xe qua tuyến đường do đó khơng thể ảnh hưởng đến hành vi.
Vì những điều trên, việc nghiên cứu mối quan hệ Vận tốc - Mật độ cần được tiến
hành trước khi tiến hành nghiên cứu hai mối quan hệ còn lại. Trong nghiên cứu này,
tác giả sẽ chọn Vận tốc v là một hàm của Mật độ k, được biểu thị dươi dạng tổng
quát v  v  k  .
3.1.1 Mơ hình Greenshields
Greenshields đã đề xuất đầu tiên mơ hình đường thẳng vận tốc - mật độ vào năm
1934 sau một vài quan trắc thực địa (…). Mơ hình này có cơng thức đơn giản như
sau: