Đề tài Tìm hiểu biện pháp nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống đèn tín hiệu điều khiển giao thông ở Hà Nội

e là nhỏ nhất. Và nhiều nước đã vận dụng cực tiểu hoá thời gian xe chờ có sửa đổi cho phù hợp để tính toán nhu cầu của nước mình. Sau đây xin giới thiệu hai phương pháp nói trên: 1) Phương pháp Webster Webster quan niệm dòng xe như một dòng dịch thể có cường độ xe (Ni) bị dừng lại trước vạch dừng của nút trong thời gian đèn đỏ sau đó chạy khỏi nút với cường độ bão hào (Nbh) cho đến khi kết thúc có cường độ xe mới (No). Webster xác định thời gian tổn thất trên một đầu xe trên một nhánh tới nút có đèn điều khiển theo chu kỳ C, theo thời gian xanh Tx. Dòng xe tới nút là ngẫu nhiên và bão hoà trong suốt thời gian xét. (3-1) Trong đó: tsi : thời gian chậm xe trong mỗi đầu xe theo hướng I C - thời gian của chu kỳ. λ - Tỉ lệ thời gian đèn xanh trên thời gian của cả chu kỳ. q - Cường độ của dòng xe x - Mức độ bão hoà. (x=q/λ.s) s - suất dòng bão hoà.(xcqđ/h.xanh) Thời gian của chu kỳ C, lấy vi phân theo chu kỳ C rồi cho bằng 0 để tìm ra cực trị của thời gian chậm xe theo hướng xe chạy đông nhất. Co - Thời gian chu kỳ tối ưu. Co = Thời gian tối thiểu cho một chu kỳ đèn - Cmin Cmin = Thời gian thực tế của một chu kỳ đèn (đảm bảo cho nút giao thông tải được 90% năng lực thông xe) Ctt = L - Tổng thời gian tổn thất mỗi chu kỳ. L= với txk là thời gian xen kẽ giữa hai pha xanh (tức thời gian chuyển từ pha này sang pha khác). (công thức do Olsen-Rothery thiết lập) yi - hệ số pha: là tỉ số giữa lưu lượng giao thông tính toán với suốt dòng bão hoà trên một hướng của pha đang xét (i là thứ tự các pha). Y: Tổng hệ số lưu lượng các dòng xe đại diện. - Thời gian đèn vàng được xác định theo công thức: tV = (giây) Trong đó: - V: tốc độ trung bình của các phương tiện chạy qua nút. - a: gia tốc chậm dần đều lấy bằng 2,5- 3,5 m/s2 - l: khoảng cách giữa 2 vạch dừng trong nút. - la: chiều dài phương tiện lấy làm chuẩn - 1 giây là thời gian phản ứng của người lái xe. - Thời gian đèn xanh có hiệu cho các pha được xác định theo công thức: tXh = (giây) - Thời gian xanh thực tế nhỏ hơn thời gian xanh có hiệu 1 giây nên thời gian thực tế là: - Thời gian đèn xanh của các luồng khác (luồng xe không đại diện) được xác định tiếp theo bằng cách xem xét cấu trúc của hệ thống tín hiệu, thông thường các luồng xe còn lại sẽ chọn thời gian đèn xanh bằng thời gian đèn xanh của luồng đại diện cùng pha. - Thời gian đèn xanh phải cân đối với thời gian của người đi bộ qua đường, chọn trị số lớn hơn. Thời gian của người đi bộ qua đường được xác định theo công thức: tb = (giây). Trong đó: B: Chiều rộng phần xe chạy V: Tốc độ người đi bộ = 1,3 m/s. S: suốt dòng xe bão hoà (Saturation) là lưu lượng xe tối đa đi qua vạch dừng xe của một tuyến vào nút khi có các xe xếp hàng nối đuôi nhau liên tục và chạy trong thời gian có đèn xanh đồng thời khi chuyển tín hiệu vẫn còn xe chờ. Xác định S: Xin giới thiệu công thức thực nghiệm của Liên Bang Nga, của HCM và của Viện nghiên cứu đường bộ Anh (TRRL). - Công thức thực nghiệm của Liên Bang Nga. S= 525.B.K1.K2.K3 (với 5,4m ≤ B ≤ 18m) với B ≤ 5,4m ta có thể tham khảo bảng 8.3.2 [3]. Trong đó: K1: xét đến ảnh hưởng của độ dốc dọc của nhánh dẫn tính dòng bão hoà K1 = (i độ dốc dọc của đoạn nhánh lên nút (%o)) K2: xét đến ảnh hưởng của xe rẽ phả , rẽ trái chiếm >10% và chạy chung trên phần xe chạy trên hướng thẳng K2 = K3: hệ số xét đến bán kính quỹ đạo xe rẽ K3 = (R- bán kính rẽ) (Với đường 2 chiều thì B lấy bằng một nửa phần xe chạy, nếu là đường một chiều thì lấy B là cả phần mặt đường xe chạy) - Công thức thực nghiệm của Highway Capacity Manual(HCM-2000- Mỹ) Suất dòng bão hoà được xác định cho từng nhóm làn. Suất dòng bão hoà là dòng xe tính bằng xe trong một giờ có thể phục vụ được của nhóm làn đó với giả thiết thời gian đèn xanh chiếm 100% toàn bộ thời gian. S=So.n.fw.fHV.fg.fp.fbb.fa.fLU.fLT.fRT.fLpb.fRpb Trong đó: S = suất dòng bão hoà của nhóm làn nghiên cứu; là tổng suất dòng bão hoà của các làn trong nhóm làn (xe/h); S0= suất dòng bão hoà cơ bản cho một làn xe 1900 (xe/h/làn); N = số làn trong nhóm làn; fw = hệ số hiệu chỉnh theo bề rộng làn; fHV= hệ số hiệu chỉnh xét đến thành phần xe nặng trong dòng giao thông; fg=hệ số hiệu chỉnh xét đến độ dốc dọc của nhánh dẫn; fp=hệ số hiệu chỉnh do có làn đỗ xe hoặc có hoạt động đỗ xe ở làn lân cận; fbb=hệ số hiệu chỉnh do hiệu ứng tắc nghẽn do xe buýt dừng trong khu vực nút; fa=hệ số hiệu chỉnh theo loại vùng; fLU=hệ số hiệu chỉnh sử dụng làn xe; fLT=hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng do xe rẽ trái; fRT=hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng do xe rẽ phải; fLpb=hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng của người đi bộ đến dòng rẽ trái; fRpb= hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng của người đi bộ đến dòng rẽ phải; - Công thức thực nghiệm của Viện nghiên cứu đường bộ Anh (TRRL). Các nhân tố hình học có ảnh hưởng đến dòng bão hoà trên một làn là: Vị trí của làn (làn bên hoặc làn trong), chiều rộng của làn và độ dốc của nó, bán kính của dòng xe rẽ. R.M.Kimber và một số tác giả đưa ra công thức vào năm 1986 như sau: Với: So = 2080 – 42dg.G + 100(W-3,25). S1 – dòng bão hoà, khi không có dòng trái chiều. dn - lấy bằg 1 cho dòng bên và lấy bằng 0 cho dòng bên trong. dg - lấy bằng 1 cho cửa vào lên dốc, bằng 0 cho dòng xuống dốc. W - chiều rộng của làn xe ở cửa vào (m) f - tỉ lệ xe rẽ trong làn. r - bán kính cong của quỹ đạo xe (m) Với dòng ngược chiều có chứa luồng rẽ trái ngược chiều thì dòng bão hoà S2 trên một làn: S2 = Sg + Sc Trong đó Sg dòng bão hoà trên một làn xe rẽ đối chiều trong giờ đèn xanh có hiệu (xctc/h): Sg = với T= 1+; t1 = 12 ; t2 = 1 – (f Xo)2 . Trong đó: Xo - mức độ bão hoà của nhánh đối diện, bằng tỷ số giữa lưu lượng xe thực tế và dòng bão hoà trên nhánh đối diện. Ns - số xe rẽ trái đỗ được trong nút để chờ rẽ không làm trở ngại cho xe đi thẳng T - số xe con đơn vị của xe rẽ trong một làn xe hỗn hợp, mỗi xe rẽ tương đương với T xe đi thẳng Sc – lưu lượng xe trên một làn của xe rẽ đối chiều sau giờ đèn xanh có hiệu : Sc = p (1+NS ) ( fXo)0,2 Trong đó : p - hệ số chuyển đổi xe con tiêu chuẩn, tính theo (1+ ai - hệ số tương đương đổi ra xctc của loại xe i pi - tỷ lệ i có trong thành phần λ = thời gian xanh có hiệu (txh) thời gian một chu kỳ đèn (C) C - thời gian một chu kỳ đèn (giây) Một vài chú ý: 1. Thời gian đèn xanh tính ra nhỏ hơn 7 giây thì được lấy trị số là 7 giây vì thời gian này mới đủ cho phương tiện vượt qua nút nhỏ nhất (theo Hướng dẫn về tín hiệu điều khiển giao thông ở Đức thì thời gian đèn xanh nhỏ nhất này là 10 giây). 2. Thời gian nhỏ nhất của một chu kỳ phải là 25 giây, nếu tính ra nhỏ hơn 25 giây thì lấy 25 giây vì những nút có lưu lượng xe đủ lớn mới bố trí đèn tín hiệu, thời gian ngắn hơn sẽ làm cho nút có điều khiển lộn xộn, không đảm bảo an toàn giao thông thậm chí gây ùn tắc. 3. Thời gian lớn nhất của một chu kỳ không vượt quá 120 giây, nếu lớn hơn gây tâm lý nôn nóng, suốt ruột cho người điều khiển phương tiện và dễ khiến cho người điều khiển phương tiên vi pham luật giao thông. 4. Trong công thức xác định chu kỳ tối ưu của Westers trong trường hợp Y= lớn (do lượng xe thực tế quá lớn) thì nút đó cần phải có giải pháp khác như cải tạo mở rộng, phân luồng lại hoặc làm khác mức. 5. Thông thường, trong một ngày có lưu lượng phương tiện qua nút không đồng đều nên khi tính chu kỳ độc lập ta tính cho giờ cao điểm trong ngày và thời gian có lượng xe chiếm 70% luồng cao điểm. Khi còn 50% luồng xe giờ cao điểm người ta sử dụng tín hiệu vàng nhấp nháy. Tuy nhiên cần phải kiểm tra cẩn thận để đảm bảo rằng dòng giao thông vẫn an toàn và không xuất hiện rủi ro khi hệ thống đèn tín hiệu bị ngắt mạch. 6. Trong thực tế khai thác và áp dụng đèn tín hiệu vào việc điều khiển giao thông trong những năm gần đây ta thấy lượng xe các hướng đi vào nút đều ở trạng thái bão hoà (vào giờ cao điểm trong ngày), do vậy khi tính toán chu kỳ đèn thì ta cần xét đến tâm lý của người lái sao cho xét chiều dài của hàng chờ của các hướng cửa vào là bằng nhau. Việc tối thiểu hoá hàng chờ sẽ giúp giảm khí thải, tiếng ồn. Đồng thời giảm căng thẳng và mệt mỏi với người sử dụng đường. 2) Phương pháp Norman a. Phương pháp này nhằm vào xác định khả năng thông xe lớn nhất của từng nút độc lập. Tác giả tập hợp số liệu thực tế ở nhiều thành phố ở Mỹ bằng phương pháp hồi qui lập ra các biểu, bảng để tra cứu trong các điều kiện tương đương có ảnh hưởng. b. Điều kiện ảnh hưởng của thành phần xe chạy (ôtô bus, xe tải...) - Nút ở trong vùng nào của khu dân cư (trung tâm thương mại, ngoại vi) - Xe đỗ, dừng xe ở gần nút. - Đường 1 chiều hay 2 chiều. - Bề rộng phần xe chạy của đường dẫn. - Các biện pháp tổ chức giao thông ở đường dẫn vào nút ( vạch sơn, hệ thống biển báo, đèn tín hiệu ...) Khi xác định được khả năng thông hành lớn nhất tác giả tìm ra chu kỳ tối ưu cho hệ thống đèn tín hiệu điều khiển giao thông. Các biểu đồ dùng cho phương pháp Norman gồm các biểu đồ sau: 1. Ảnh hưởng của phố một chiều không có xe đỗ. 2. Ảnh hưởng của phố một chiều có xe đỗ 1 bên. 3. Ảnh hưởng của phố một chiều có xe đỗ 2 bên. 4. Ảnh hưởng của phố hai chiều không có xe đỗ 2 bên. 5. Ảnh hưởng cuả phố hai chiều có đỗ xe. 6. Ảnh hưởng của đường chính hai chiêu không có đỗ xe. 7. Ảnh hưởng đỗ xe nơi giao nhau: + Một chiều không đỗ xe. + Một chiều đỗ xe hai bên. + Một chiều đỗ xe một bên + Hai chiều không có chỗ đỗ. 8. Ảnh hưởng của xe bus khi điểm dừng xa nút. 9. Ảnh hưởng của xe bus có điểm dừng gần nút. 10. Ảnh hưởng của số làn. + Phố hai chiều không có nơi đỗ xe. + Phố hai chiều có nơi đỗ xe. + Phố một chiều. Như vậy phương pháp của Norman được xây dựng từ một địa phương có dòng xe cụ thể, trên cơ sở khả năng thông xe theo từng nhánh đường dẫn vào nút có khả năng thông xe lớn nhất để xác định chu kỳ hợp lý cho từng nút nên chỉ thích hợp và áp dụng cho những nước có điều kiện tương đương, việc này không một nước nào có đặc thù không có đặc thù riêng nên không áp dụng được, có chăng là phương pháp thống kê và xây dựng các biểu đồ, toán đồ tương đương để áp dụng cho địa phương mình, điều kiện thống kê và xử lý bằng phương pháp toán học nói trên không phải nước nào cũng có điều kiện làm được. 3) Kết luận Cũng giống như các nước khác trên thế giới ở nước ta cũng “điạ phương hoá “ phương pháp của Webster để vận dụng. Nước ta nói chung và Hà Nội nói riêng có dòng xe khác hẳn với các nước phát triển kể cả các nước trong khu vực bởi nước ta có một thành phần xe phức tạp, phần lớn xe đạp, xe máy đi chung phần đường với ôtô, làm việc điều khiển với đèn tín hiệu phức tạp hơn, nhất là trong khâu chọn một chu kỳ hợp lý cho đèn tín hiệu. Cũng có thể làm như Norman tiến hành điều tra thu thập số liệu trong nhiều năm, xây dựng các biểu đồ, toán đồ để tìm khả năng thông hành lớn nhất của từng tuyến đường dẫn tới nút có điều kiện đi lại và tổ chức giao thông khác nhau nhưng kết quả rất khó áp dụng vào thực tế ở Việt Nam do: - Hệ thống mạng lưới đường không ổn định, cơ sở hạ tầng không ổn định, thay đổi thương xuyên nhất là diện tích sử dụng lòng đường. - Dòng xe của Hà Nội luôn thay đổi theo từng giai đoạn ngắn chưa kể tới các xe đẩy bán hàng, người đi bộ bán hàng rong thì lượng xe đạp ngày càng giảm dần về trị số tuyệt đối và về việc sử dụng xe đạp trong tham gia giao thông. Lượng ôtô, xe máy ngày càng tăng lên (đặc biệt là xe máy). Đến một giai đoạn nào đó thì lượng xe máy sẽ dừng lại và dòng xe sẽ tiến tới một dòng xe ổn định như các nước phát triển. - Việc tổ chức giao thông nói chung như phân luồng, tổ chức đỗ xe cũng chỉ mang tính chất lịch sử không thể thống kê làm các trị số ổn định. Vì lẽ đó cho nên ở nước ta nói chung và Hà Nội nói riêng chúng tôi chọn phương pháp của Webster để vận dụng vào việc tính toán chu kỳ đèn tín hiệu trên cơ sở nguyên lý phục vụ mà Webster đưa ra chu kỳ tối ưu nên phù hợp với yêu cầu trong điều khiển giao thông, tuy nhiên trong phạm vi nghiên cứu là thủ đô Hà Nội ta cần đưa ra các nghiên cứu vận dụng sao cho thực tế chấp nhận. Và từ thực tế đó tìm ra các quy luật chuyển động, các nút cụ thể với các kích thước hình học hiện có, vấn đề xe đạp, đỗ xe ... 4)Trình tự tính toán chu kỳ đèn Với các nội dung trình bày ở trên, việc thiết kế tổ chức giao thông cho đèn tín hiệu được thực hiện theo các bước sau: 1- Vẽ sơ đồ và kích thước hình học của nút có biểu diễn lưu lượng đã được tính đổi ra ôtô con tiêu chuẩn. 2- Thiết kế chọn các pha chuyển động (dựa vào lưu lượng xe chạy của các luồng xe, tỷ lệ của các luồng xe rẽ để quyết định số pha điều khiển, phương pháp điều khiển). 3- Tính toán khoảng cách giữa các tín hiệu. 4- Tính dòng bão hoà Si của dòng xe theo các vị trí của làn. 5- Xác định hệ số lưu lượng yi của các luồng xe và chọn hệ số lưu lượng lớn nhất cho mỗi pha. 6- Tính thời gian tổn thất cho từng pha và tổng thời gian tổn thất L của một chu kỳ đèn. 7- Tính toán thời gian một chu kỳ đèn tối thiểu, tối ưu, và chu kỳ đèn thực tế. 8- Lựa chọn trị số chu kỳ đèn (C) để tiến hành lập pha. 9- Tính toán phân bổ thời gian đèn xanh cho các luồng xe. Trước hết là cho các luồng xe đại diện của mỗi pha, sau đó phân bổ nốt thời gian đèn xanh còn lại. 10- Tính dự trữ năng lực thông hành của nút giao thông theo thời gian chu kỳ đèn đã chọn. 11- Xác định thời gian chậm xe trung bình của một xe và chiều dài dòng xe xếp hàng chờ đèn xanh nhằm xác định chiều dài chờ xe trước khi vào nút. 12- Kiểm tra lại toàn bộ. Kết thúc. 4. Điều khiển giao thông phối hợp Tại sao phải điều khiển phối hợp? Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp bằng đèn tín hiệu là một tiến bộ lớn so với điều khiển từng nút giao thông riêng biệt. Kinh nghiệm của nước ngoài cho thấy, nhờ áp dụng phương pháp điều khiển giao thông phối hợp mà tốc độ xe tăng khoảng 30%, giảm 20% số vụ tai nạn xe đâm vào nhau và rút ngắn 1/3 thời gian ùn tắc. So với điều khiển từng nút riêng biệt thì việc áp dụng điều khiển giao thông phối hợp có hàng loạt các ưu điểm sau: - Nâng tốc độ xe chạy và giảm số chỗ phải dừng xe. - Xe chạy trên đường phố nhịp nhàng, đều đặn làm tăng khả năng thông hành của nút. - Tốc độ xe chạy của phương tiện giao thông trên đường phố là tương đối đồng đều vì không cho phép xe chạy với tốc độ quá cao và buộc các lái xe đang đi với tốc độ nhỏ phải tăng tốc để kịp đến ngã tư khi có đèn xanh , nhằm tránh bị dừng xe khi có đèn đỏ. - Điều khiển phối hợp tạo khả năng giảm tai nạn giao thông, vì khi đi tới ngã tư xe gặp ngay đèn xanh để vượt qua nên không xảy ra tình huống xe sau đâm vào các xe đi ở phía trước. Khoảng cách thời gian giữa các xe chạy trong dòng thường không vượt quá 2-3 giây. - Ngoài ra nó còn làm cho người đi bộ tuân thủ qui tắc giao thông an toàn hơn khi đi qua đường. Chính vì nó có những ưu điểm trên nên ở nước ta hiện nay, mặc dù các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, dòng xe chạy trên đường là dòng xe hỗn hợp (nhiều loại phương tiện thô sơ, cơ giới) và không ổn định nhưng cũng đã và đang nghiên cứu những ứng dụng điều khiển giao thông phối hợp trên một số đường phố chính. Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp có thể phân ra làm ba loại: - Hệ thống điều khiển phối hợp đồng bộ. - Hệ thống điều khiển phối hợp luân phiên. - Hệ thống điều khiển phối hợp liên tiến (làn sóng xanh). 4.1. Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp đồng bộ Trên suốt dọc tuyến, tất cả các nút đồng thời thay đổi tín hiệu đèn tại tất cả các nút trên một tuyến phố. Một trung tâm điều khiển ấn định một chu kỳ đèn nhất định có các pha thống nhất được tiến hành cùng một lúc Đặc điểm: + Truyền tín hiệu đồng thời. + Thời gian mỗi chu kỳ là như nhau. Điều kiện sử dụng: chỉ sử dụng hợp lý khi: + Khoảng cách giữa các nút giao thông là nhỏ và bằng nhau. + Lượng xe rẽ trái ít. + Thời gian cần thiết để các xe chạy từ nút này tới nút kia với tốc độ không đổi bằng hoặc nhỏ hơn chu kỳ đèn. Nếu khoảng cách các ngã tư không bằng nhau thì các xe buộc phải thay đổi tốc độ (tăng hay giảm). Khi thấy đèn xanh, các xe phải dùng tốc độ có thể để vượt qua càng nhiều nút càng tốt trước khi đèn chuyển sang đỏ. Quan hệ giữa tốc độ xe chạy (v, m/s), thời hạn một chu kỳ đèn (Tck) và khoảng cách giữa các ngã tư là: Tck = Trong đó: n = 1, 2, 3 ... biểu thị thứ tự thay đổi tín hiệu đèn xanh giữa các ngã tư qua 1, 2, 3 chu kỳ. 4.2. Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp luân phiên Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp luân phiên chỉ khác trường hợp trên là cùng một lúc các nút kề nhau có tín hiệu điều khiển khác tên. Đặc điểm: + Thời gian mỗi chu kỳ là như nhau. Điều kiện sử dụng: chỉ sử dụng hợp lý khi: + Khoảng cách giữa các nút giao thông là như nhau. + Thời gian cần thiết để các xe chạy từ nút này tới nút kia với tốc độ không đổi bằng hoặc nhỏ hơn chu kỳ đèn. + Nếu gọi cự ly giữa hai nút là L, thời gian chu kỳ là Co thì xe chạy với vận tốc 2.L/Co thì sẽ không bị dừng xe. 4.3. Hệ thống điều khiển giao thông phối hợp liên tiến (làn sóng xanh). Hệ thống này có thể áp dụng khi giữa các ngã tư có khoảng cách bất kỳ (không đều nhau). Đặc điểm này giúp cho hệ thống điều khiển phối hợp liên hoàn được áp dụng nhiều so với hệ thống phối hợp đồng bộ, vì trong thực tế đa số tuyến phố, khoảng cách giữa các ngã tư kề liền không bằng nhau. Bản chất của hệ thống là các nút giao thông kế tiếp nhau có độ trượt tín hiệu thích hợp tuỳ theo tốc độ xe và khoảng cách giữa các nút. Chúng ta có thể phân hệ thông này ra làm 2 dạng: - Dạng làm việc với chu kỳ đèn không đổi. - Dạng làm việc với chu kỳ đèn thay đổi. Cả hai hệ thống này đều có thể được xây dựng được nhiều chương trình điều khiển. Mỗi chương trình được lập với các thông số khác nhau. Các điều kiện tối ưu về giao thông được xây dựng ứng với một thời hạn chu kỳ đèn và lưu lượng xe đã được xác định. Khi lập chương trình điều khiển, có thể thay đổi số liệu đầu vào của các thông số, lưu lượng xe chạy trong khoảng thời gian xác định, tốc độ của dòng xe và chiều dài xếp hàng của các xe trước ngã tư khi có đèn đỏ. Khi thiết kế hệ thống liên hoàn cần phải xét đến các nhân tố sau: - Khoảng cách giữa các ngã tư. - Tốc độ xe chạy giữa các ngã tư. - Thời gian đi đến các ngã tư. - Các dòng xe theo hướng vuông góc với đường chính. Giải pháp đạt được kết quả trước tiên phụ thuộc vào việc lập đồ thị phối hợp giữa các pha đèn tín hiệu với tốc độ xe chạy hợp lý. Phối hợp các đèn tín hiệu trên các nút giao thông như là các hàm số tốc độ xe chạy. Vì vậy, hệ thống phương pháp liên hoàn có thể chia ba trường hợp: - Hệ thống với tốc độ xe chạy không đổi theo 1 hay 2 hướng. - Hệ thống với tốc độ xe chạy thay đổi. - Hệ thống với tốc độ xe chạy cưỡng bức. Trong ba trường hợp trên, trong thực tế hay gặp trường hợp với tốc độ xe chạy trên đường trục là không đổi. Trong trường hợp này khi xây dựng đồ thị cho hệ thống chủ yếu là cần: Lựa chọn được tốc độ tính toán và xác định được chu kỳ tối ưu của đèn. Hệ thống có tốc độ cưỡng ép (hệ thống ngọn lửa đi theo) là thể hiện tính đa dạng của hệ thống điều khiển phối hợp. Thực chất của loại này là ở chỗ trên các đoạn đường giữa hai nút đặt 1 đèn trung gian được mở tương ứng với Vtính toán . Bằng việc xử lý tính toán ngăn chặn sớm những xe không đi theo tốc độ bằng tín hiệu đỏ, đảm bảo dòng xe đi đến nút là cùng một lúc. Công việc tính toán của hệ thống được tiến hành theo trình tự sau: - Trong hệ thống điều khiển diễn tiến (làn sóng xanh), thường phải lập đồ thì thời gian, để trên đó xác định độ lùi (hay độ chênh lệch giữa thời gian bắt đầu đèn xanh) của các chu kỳ trên các nút lân cận. - Trên biểu đồ, trục hoành là trục thời gian. Trục tung là trục không gian, thể hiện các nút và vị trí các nút. - Đường vẽ trên biểu đồ là quĩ đạo của xe mà độ dốc của nó là tốc độ xe chạy trên đường chính. - Việc đầu tiên là ta cần xác định các nút tham gia vào hệ thống, sau đó xác định chu kỳ cho từng nút theo các công thức: Ctt = 0,9 L / (0,9-Y); Co = (1,5 L + 5) / (1-Y) - Sau khi tính toán chu kỳ cho tất cả các nút, ta chọn 1 nút chịu tải lớn nhất tức là nút có thời gian chu kỳ dài nhất làm nút chính. Vì tất cả các nút trong hệ thống liên kết phải cùng thời gian chu kỳ, hay là bội số của thời gian chu kỳ. Ta chấp nhận thời gian chu kỳ của nút chính sẽ là thời gian chu kỳ của toàn hệ liên kết. - Xác định tốc độ tính toán: Để thiết kế điều khiển phối hợp các đèn tín hiệu trên một đường phố có nhiều ngã tư cần phải xác định tốc độ tính toán trên đường. Tốc độ tính toán của dòng xe là tốc độ đảm bảo 85% xe chạy với tốc độ bằng hoặc thấp hơn trị số đã chọn. - Xác định góc nghiêng j1 theo công thức: tgj1 = Trong đó: j1 : là góc lệch pha xanh. V : tốc độ tính toán. Mn - tỷ lệ ngang (1 mm ứng với 0,5s) Md - tỷ lệ đứng (1 mm ứng với 5m) Qua phân tích so sánh đặc điểm, ưu nhược điểm của phương án liên kết đèn điều khiển, ta thấy rằng phương án điều khiển làn sóng xanh có nhiều ưu điểm nổi bật hơn các phương án điều khiển còn lại và phương án điều khiển này áp dụng cho tuyến Phố Huế - Hàng Bài là hợp lý do khoảng cách giữa các nút giao thông trên tuyến đường này là ngắn và không đều nhau. Chương 3 VÍ DỤ ÁP DỤNG Thí dụ 1: Tính toán điều khiển liên kết (làn sóng xanh) tuyến đường Phố Huế-Hàng Bài. Trên đoạn tuyến Phố Huế (từ nút giao Phố Huế - Tô Hiến Thành tới nút giao Hàng Bài – Hai Bà Trưng) có 08 nút giao ngã tư và 02 nút giao ngã ba. Các nút giao ngã ba không bố trí đèn tín hiệu. Khoảng cách giữa các nút giao ngã tư là: + Tô Hiến Thành - Tuệ Tĩnh: L = 166 m. + Tuệ Tĩnh - Trần Nhân Tông: L = 164 m + Trần Nhân Tông - Nguyễn Du : L = 123 m + Nguyễn Du – Hàm Long: L = 156 m + Hàm Long - Trần Hưng Đạo: L = 104 m + Trần Hưng Đạo – Lý Thường Kiệt: L = 168 m + Lý Thường Kiệt – Hai Bà Trưng: L = 149 m Lưu lượng xe chạy theo các hướng: Tiến hành đếm xe trên tất cả các nhánh dẫn của các nút giao ngã tư nói trên: Thời gian đếm: vào các giờ cao điểm trong ngày (Sáng: 6h30 đến 8h30, chiều 4h30 đến 6h30) Phương pháp đếm: Đếm thủ công theo mẫu đếm xe sẵn có, kết hợp với đồng hồ bấm giây. Khi lưu lượng xe nhiều sử dụng máy ảnh và máy quay phim ghi hình lại. Xử lý theo phương pháp thống kê. Kết qủa thể hiện trong các bảng phụ lục. a) Phân tích lựa chọn số pha: - Qua số liệu về lưu lượng xe ta thấy xung đột trong các nút chủ yếu là xung đột giữa hai luông Nam Bắc – Đông Tây. - Dòng rẽ trái chỉ có một dòng từ Đông sang Nam không lớn nên xung đột giữa luồng rẽ trái và luồng đi thẳng là không lớn. - Lượng người bộ hành không lớn, bề rộng mặt đường tại các nút nhỏ nên xung đột giữa các luồng rẽ trái và rẽ phải với người bộ hành là không lớn. - Đường chính tổ chức giao thông một chiều nên số giao cắt nhỏ. Từ những phân tích trên, chọn phương án điều khiển 2 pha cho tất cả các nút trên tuyến đường Phố Huế - Hàng Bài. b) Xác định dòng bão hoà Xác định dòng bão hoà theo các công thức thực nghiệm của Viện nghiên cứu đường bộ Anh (TRRL), các công thức được trình bày trong chương 2. c) Xác định chu kỳ tối ưu của đèn điều khiển 1. Xét ảnh hưởng của dòng xe, ta quy đổi các xe ra xe con tiêu chuẩn theo hệ sô quy đổi trong Bảng 2 - TCVN 104-2007 với vận tốc độ tính toán không đổi của dòng xe là 30 km/h trên tuyến đường Phố Huế - Hàng Bài. Loại xe Xe đạp Xe máy Xe ôtô con Xe tải 2 trục và xe bus <25 chỗ Xe tải 3 trục và xe bus lớn Hệ số QĐ 0,25 0,20 1,0 2,5 3,0 2. Tính hệ số pha Yi = dòng i / dòng bão hoà của hướng i. 3. Chọn Ymax của mỗi pha. 4. Tính tổng Y = åYmax. 5. Tính thời gian tổn thất L: - Thời gian xen kẽ giữa hai pha xanh: txk = tf­ + = 5 giây tf­: thời gian phản ứng từ 0,8 đến 1,2 giây, chọn 1,0 giây a1: gia tốc hãm xe; 3,0 m/s2 B: chiều rộng nút B = 20m L: chiều dài xe con tiêu chuẩn l = 5,8m V: vận tốc xe trước khi vào nút v = 25 km/h = 7 m/s - Thời gian tổn thất L = = 2.(5-1) =8 (giây) 6. Phân chia thời gian chu kỳ cho các pha. Sau khi xác định được chu kỳ tối ưu cho một chu kỳ đèn theo một hàm mục tiêu là thời gian chậm xe của cả nút là nhỏ nhất. Với thời gian tổn thất của một chu kỳ đèn ta tính ra được thời gian tối đa của tín hiệu xanh được sử dụng. Thời gian xanh có hiệu này đem phân cho các pha theo các tỷ lệ Ymax của các pha. d) Tính toán chu kỳ đèn tại các nút giao thông trên tuyến đường Phố Huế 1. Tính toán chu kỳ đèn tại nút giao thông Phố Huế - Tô Hiến Thành (Nút A). 1.1. Lưu lượng xe trên các hướng Tên hướng Xe con Xe tải nhẹ Xe bus Xe máy Xe đạp Tổng xctc Đường dẫn Bắc: Đi thẳng 288 54 54 7920 288 2214 Đường dẫn Bắc: Rẽ phải 9 9 0 540 72 158 Đường dẫn Bắc: Rẽ trái 9 9 0 540 72 158 Đường dẫn Đông: Đi thẳng 54 9 0 1296 144 372 Đường dẫn Đông: Rẽ trái 18 9 0 576 54 169 Đường dẫn Tây: Đi thẳng 54 9 0 1296 144 372 Đường dẫn Tây: Rẽ phải 18 9 0 576 54 169 1.2. Yếu tố hình học của nút giao thông. 1.3. Xác định dòng bão hoà trên các nhánh dẫn - Đường dẫn Bắc: Đi thẳng và rẽ trái – Làn bên trái Với: So = 2080 – 42dg.G + 100(W-3,25). S1 – dòng bão hoà, khi không có dòng trái chiều. dn = 1 (lấy bằg 1 do là dòng bên) dg - lấy bằng 1 cho cửa vào lên dốc, bằng 0 cho dòng xuống dốc. G = 0 % W - chiều rộng của làn xe ở cửa vào (m), W= 5,5m f - tỉ lệ xe rẽ trong làn, f = 0,187 r - bán kính cong của quỹ đạo xe (m), r = 7,5 m. Þ So = 2080 +100 (5,5-3,25) = 2305 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) - Đường dẫn Bắc: Đi thẳng – Làn giữa với W = 5m, f = 0, dn = 0(dòng trong) Þ So = 2080 +100 (5-3,25) = 2255 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) - Đường dẫn Bắc: Đi thẳng và rẽ phải – Làn bên phải Với W = 5,5m, dn =1; G = 0; f = 0,187; r = 7,5m Þ So = 2080 +100 (5,5-3,25) = 2305 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) - Đường dẫn Tây: Đi thẳng và rẽ phải Với W = 4,5m, dn =1; G = 0; f = 0,313; r = 7,5m Þ So = 2080 +100 (4,5-3,25) = 2205 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) - Đường dẫn Đông: Đi thẳng – Làn bên Với W = 2,5m, dn =1; dg = 1; G = 0; f = 0,313; r = 7,5m Þ So = 2080 +100 (2,5-3,25) = 2005 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) - Đường dẫn Đông: Đi thẳng và rẽ trái Do đây là dòng bão hoà của làn xe có trái chiều nên được tính theo công thức: S2 = Sg + Sc Trong đó: Sg dòng bão hoà trên một làn xe rẽ đối chiều trong giờ đèn xanh có hiệu (xctc/h): Sg = với T= 1+; t1 = 12 ; t2 = 1 – (f Xo)2 . Sc – lưu lượng xe trên một làn của xe rẽ đối chiều sau giờ đèn xanh có hiệu: Sc = p (1+NS ) ( fXo)0,2 Ta có: t1 = 12 = t2 = 1 – (f Xo)2 = 1- (0,313. 0,852 )= 0,93 Þ T= 1+ = 1+= 6,31. So = 2005 (xctc/giờ) ÞSg = = =667 (xctc/giờ) Giả thiết thời gian đèn xanh có hiệu trong một chu kỳ là 22 giây Với p hệ số chuyển đổi xe con tiêu chuẩn, với lưu lượng và thành phần dòng xe ta tính được p = 0,25. Þ Sc = p (1+NS ) ( fXo)0,2 = 0,25.(1+2).(0,313.0,85)0,2 Sc = 94 xctc/giờ Vậy S2 = Sg + Sc = 667 + 94 = 761 xctc/giờ 1.4. Xác định chu kỳ tối ưu Ta có bảng tổng hợp trị số dòng, dòng bão hoà của các hướng Các hướng Bắc Bắc Bắc Tây Đông Đông T.phải T. giữa T. trái T. phải Thẳng T. trái Dòng 843 843 843 541 372 169 Dòng bão hoà 2087 2255 2087 1943 1865 761 Y 0.404 0.374 0.404 0.278 0.199 0.222 Ymax 0.404 0.278 Y = åYmax = 0,404 +0,278 = 0,682. Thời gian tổn thất của một chu kỳ L = 8 giây Thời gian chu kỳ tối ưu Co = giây 1.5. Phân chia thời gian chu kỳ cho các pha Chu kỳ gồm có 2 pha: Ymax cho pha Đông/Tây các hướng = 0,278. Ymax cho pha Bắc/Nam các hướng = 0,404. Thời gian xanh tối đa có thể sử dụng = 54 -8 = 46 giây Thời gian xanh có hiệu pha Đ/T là: txh = giây Thời gian xanh có hiệu pha B/N là: txh = giây Thời gian xanh thực tế = Thời gian xanh có hiệu – 1 giây. Thời gian xanh thực tế pha Đ/T là = 19 – 1 =18 giây Thời gian xanh thực tế pha B/N là: = 27 – 1 = 26 giây Kiểm tra với thời gian của người đi bộ tb1 = và tb2 = Þ Thoả mãn Tính toán tương tự cho 7 nút giao thông còn lại. 2. Nút B: Phố Huế - Tuệ Tĩnh 2.1. Lưu lượng xe trên các hướng Tên hướng Xe con Xe tải nhẹ Xe bus Xe máy Xe đạp Tổng xctc Đường dẫn Bắc: Đi thẳng 288 43 54 7560 288 2115 Đường dẫn Bắc: Rẽ phải 7 7 0 720 72 187 Đường dẫn Bắc: Rẽ trái 9 9 0 792 72 207 Đường dẫn Đông: Đi thẳng 54 9 0 1440 144 401 Đường dẫn Đông: Rẽ trái 18 9 0 432 54 140 Đường dẫn Tây: Đi thẳng 54 9 0 1440 144 401 Đường dẫn Tây: Rẽ phải 18 9 0 432 54 140 2.2. Yếu tố hình học của nút giao thông 2.3. Xác định chu kỳ tối ưu Bảng tổng hợp trị số dòng và dòng bão hoà các hướng Các hướng Bắc Bắc Bắc Tây Đông Đông T.phải T. giữa T. trái T. phải Thẳng T. trái Dòng 836 836 836 541 401 140 Dòng bão hoà 2072 2255 2063 1963 1865 861 Y 0.404 0.371 0.405 0.276 0.215 0.163 Ymax 0.405 0.276 Y = åYmax = 0,405 +0,276 = 0,681. Thời gian tổn thất của một chu kỳ L = 8 giây Thời gian chu kỳ tối ưu Co = giây 2.4. Phân chia thời gian chu kỳ cho các pha Chu kỳ gồm có 2 pha: Ymax cho pha Đông/Tây các hướng = 0,276. Ymax cho pha Bắc/Nam các hướng = 0,405. Thời gian xanh tối đa có thể sử dụng = 53 -8 = 45 giây Thời gian xanh có hiệu pha Đ/T là: txh = giây Thời gian xanh có hiệu pha B/N là: txh = giây Thời gian xanh thực tế = Thời gian xanh có hiệu – 1 giây. Thời gian xanh thực tế pha Đ/T là = 18 – 1 =17 giây Thời gian xanh thực tế pha B/N là: = 27 – 1 = 26 giây 3. Nút C: Phố Huế - Trần Nhân Tông 3.1. Lưu lượng xe trên các hướng Tên hướng Xe con Xe tải nhẹ Xe bus Xe máy Xe đạp Tổng xctc Đường dẫn Bắc: Đi thẳng 296 52 54 8105 288 2254 Đường dẫn Bắc: Rẽ phải 9 9 0 540 72 158 Đường dẫn Bắc: Rẽ trái 9 9 0 540 72 158 Đường dẫn Đông: Đi thẳng 52 9 0 1216 142 353 Đường dẫn Đông: Rẽ trái 18 9 0 542 58 163 Đường dẫn Tây: Đi thẳng 48 9 0 1285 153 366 Đường dẫn Tây: Rẽ phải 17 9 0 493 49 150 3.2. Yếu tố hình học của nút giao thông 3.3. Xác định chu kỳ tối ưu Bảng tổng hợp trị số dòng và dòng bão hoà các hướng Các hướng Bắc Bắc Bắc Tây Đông Đông T.phải T. giữa T. trái T. phải Thẳng T. trái Dòng 856 856 856 516 353 163 Dòng bão hoà 2088 2255 2088 1951 1865 756 Y 0.410 0.380 0.410 0.264 0.189 0.216 Ymax 0.410 0.264 Y = åYmax = 0,41 +0,264 = 0,675. Thời gian tổn thất của một chu kỳ L = 8 giây Thời gian chu kỳ tối ưu Co = giây 3.4. Phân chia thời gian chu kỳ cho các pha Chu kỳ gồm có 2 pha: Ymax cho pha Đông/Tây các hướng = 0,264. Ymax cho pha Bắc/Nam các hướng = 0,410 Thời gian xanh tối đa có thể sử dụng = 53 -8 = 45 giây Thời gian xanh có hiệu pha Đ/T là: txh = giây Thời gian xanh có hiệu pha B/N là: txh = giây Thời gian xanh thực tế = Thời gian xanh có hiệu – 1 giây. Thời gian xanh thực tế pha Đ/T là = 18 – 1 =17 giây Thời gian xanh thực tế pha B/N là: = 27 – 1 = 26 giây 4. Nút D: Phố Huế - Nguyễn Du 4.1. Lưu lượng xe trên các hướng Tên hướng Xe con Xe tải nhẹ Xe bus Xe máy Xe đạp Tổng xctc Đường dẫn Bắc: Đi thẳng 302 54 52 8025 288 2244 Đường dẫn Bắc: Rẽ phải 9 9 0 540 75 158 Đường dẫn Bắc: Rẽ trái 9 7 0 540 73 153 Đường dẫn Đông: Đi thẳng 54 9 0 1236 147 360 Đường dẫn Đông: Rẽ trái 16 8 0 542 56 158 Đường dẫn Tây: Đi thẳng 49 9 0 1245 153 359 Đường dẫn Tây: Rẽ phải 15 8 0 465 51 141 4.2. Yếu tố hình học của nút giao thông 4.3. Xác định chu kỳ tối ưu Bảng tổng hợp trị số dòng và dòng bão hoà các hướng Các hướng Bắc Bắc Bắc Tây Đông Đông T.phải T. giữa T. trái T. phải Thẳng T. trái Dòng 852 852 852 500 360 158 Dòng bão hoà 2087 2255 2090 1955 1865 774 Y 0.408 0.378 0.407 0.256 0.193 0.205 Ymax 0.408 0.256 Y = åYmax = 0,408 +0,256 = 0,664. Thời gian tổn thất của một chu kỳ L = 8 giây Thời gian chu kỳ tối ưu Co = giây 4.4. Phân chia thời gian chu kỳ cho các pha Chu kỳ gồm có 2 pha: Ymax cho pha Đông/Tây các hướng = 0,256. Ymax cho pha Bắc/Nam các hướng = 0,408 Thời gian xanh tối đa có thể sử dụng = 51 -8 = 43 giây Thời gian xanh có hiệu pha Đ/T là: txh = giây Thời gian xanh có hiệu pha B/N là: txh = giây Thời gian xanh thực tế = Thời gian xanh có hiệu – 1 giây. Thời gian xanh thực tế pha Đ/T là = 17 – 1 =16 giây Thời gian xanh thực tế pha B/N là: = 27 – 1 = 26 giây 5. Nút D: Phố Huế - Hàm Long 5.1. Lưu lượng xe trên các hướng Tên hướng Xe con Xe tải nhẹ Xe bus Xe máy Xe đạp Tổng xctc Đường dẫn Bắc: Đi thẳng 299 53 52 8025 288 2239 Đường dẫn Bắc: Rẽ phải 9 10 0 540 75 161 Đường dẫn Bắc: Rẽ trái 9 7 0 540 73 153 Đường dẫn Đông: Đi thẳng 54 9 0 1236 147 360 Đường dẫn Đông: Rẽ trái 14 8 0 542 56 156 Đường dẫn Tây: Đi thẳng 49 9 0 1245 153 359 Đường dẫn Tây: Rẽ phải 17 8 0 465 51 143 5.2. Yếu tố hình học của nút giao thông 5.3. Xác định chu kỳ tối ưu Bảng tổng hợp trị số dòng và dòng bão hoà các hướng Các hướng Bắc Bắc Bắc Tây Đông Đông T.phải T. giữa T. trái T. phải Thẳng T. trái Dòng 851 851 851 502 360 156 Dòng bão hoà 2086 2255 2090 1954 1865 779 Y 0.408 0.377 0.407 0.257 0.193 0.201 Ymax 0.408 0.257 Y = åYmax = 0,408 +0,257 = 0,665. Thời gian tổn thất của một chu kỳ L = 8 giây Thời gian chu kỳ tối ưu Co = giây 5.4. Phân chia thời gian chu kỳ cho các pha Chu kỳ gồm có 2 pha: Ymax cho pha Đông/Tây các hướng = 0,257. Ymax cho pha Bắc/Nam các hướng = 0,408 Thời gian xanh tối đa có thể sử dụng = 51 -8 = 43 giây Thời gian xanh có hiệu pha Đ/T là: txh = giây Thời gian xanh có hiệu pha B/N là: txh = giây Thời gian xanh thực tế = Thời gian xanh có hiệu – 1 giây. Thời gian xanh thực tế pha Đ/T là = 17 – 1 =16 giây Thời gian xanh thực tế pha B/N là: = 27 – 1 = 26 giây 6. Nút D: Phố Huế - Trần Hưng Đạo 6.1. Lưu lượng xe trên các hướng Tên hướng Xe con Xe tải nhẹ Xe bus Xe máy Xe đạp Tổng xctc Đường dẫn Bắc: Đi thẳng 326 47 36 7526 189 2086 Đường dẫn Bắc: Rẽ phải 9 8 0 523 78 153 Đường dẫn Bắc: Rẽ trái 11 7 0 547 74 156 Đường dẫn Đông: Đi thẳng 138 18 18 1389 154 544 Đường dẫn Đông: Rẽ trái 14 8 0 498 55 147 Đường dẫn Tây: Đi thẳng 129 17 18 1415 162 540 Đường dẫn Tây: Rẽ phải 12 8 0 479 49 140 6.2. Yếu tố hình học của nút giao thông 6.3. Xác định chu kỳ tối ưu Dòng bão hoà của làn vào nút tính toán tương tự như trên chỉ với lưu ý tới yếu tố hình học bề rộng của các làn ở hướng Tây và hướng Đông có sự thay đổi. Bảng tổng hợp trị số dòng và dòng bão hoà các hướng Các hướng Bắc Bắc Bắc Tây Đông Đông T.phải T. giữa T. trái T. phải Thẳng T. trái Dòng 798 798 798 680 544 147 Dòng bão hoà 2085 2255 2083 2271 1990 1044 Y 0.383 0.354 0.383 0.299 0.274 0.141 Ymax 0.383 0.299 Y = åYmax = 0,383 +0,299 = 0,683. Thời gian tổn thất của một chu kỳ L = 8 giây Thời gian chu kỳ tối ưu Co = giây 6.4. Phân chia thời gian chu kỳ cho các pha Chu kỳ gồm có 2 pha: Ymax cho pha Đông/Tây các hướng = 0,299 Ymax cho pha Bắc/Nam các hướng = 0,383 Thời gian xanh tối đa có thể sử dụng = 54 -8 = 46 giây Thời gian xanh có hiệu pha Đ/T là: txh = giây Thời gian xanh có hiệu pha B/N là: txh = giây Thời gian xanh thực tế = Thời gian xanh có hiệu – 1 giây. Thời gian xanh thực tế pha Đ/T là = 20 – 1 =19 giây Thời gian xanh thực tế pha B/N là: = 26 – 1 = 25 giây 7. Nút D: Phố Huế - Lý Thường Kiệt 7.1. Lưu lượng xe trên các hướng Tên hướng Xe con Xe tải nhẹ Xe bus Xe máy Xe đạp Tổng xctc Đường dẫn Bắc: Đi thẳng 310 48 38 7596 189 2091 Đường dẫn Bắc: Rẽ phải 12 8 0 560 75 163 Đường dẫn Bắc: Rẽ trái 10 7 0 628 76 172 Đường dẫn Đông: Đi thẳng 128 19 18 1328 147 523 Đường dẫn Đông: Rẽ trái 14 8 0 562 56 160 Đường dẫn Tây: Đi thẳng 137 16 18 1347 153 530 Đường dẫn Tây: Rẽ phải 12 8 0 486 51 142 7.2. Yếu tố hình học của nút giao thông 7.3. Xác định chu kỳ tối ưu Dòng bão hoà của làn vào nút tính toán tương tự như trên chỉ với lưu ý tới yếu tố hình học bề rộng của các làn ở hướng Tây và hướng Đông có sự thay đổi. Bảng tổng hợp trị số dòng và dòng bão hoà các hướng Các hướng Bắc Bắc Bắc Tây Đông Đông T.phải T. giữa T. trái T. phải Thẳng T. trái Dòng 809 809 809 672 523 160 Dòng bão hoà 2081 2255 2077 2269 1990 989 Y 0.389 0.359 0.389 0.296 0.263 0.162 Ymax 0.389 0.296 Y = åYmax = 0,389 +0,296 = 0,685 Thời gian tổn thất của một chu kỳ L = 8 giây Thời gian chu kỳ tối ưu Co = giây 7.4. Phân chia thời gian chu kỳ cho các pha Chu kỳ gồm có 2 pha: Ymax cho pha Đông/Tây các hướng = 0,299 Ymax cho pha Bắc/Nam các hướng = 0,383 Thời gian xanh tối đa có thể sử dụng = 54 -8 = 46 giây Thời gian xanh có hiệu pha Đ/T là: txh = giây Thời gian xanh có hiệu pha B/N là: txh = giây Thời gian xanh thực tế = Thời gian xanh có hiệu – 1 giây. Thời gian xanh thực tế pha Đ/T là = 20 – 1 =19 giây Thời gian xanh thực tế pha B/N là: = 26 – 1 = 25 giây 8. Nút D: Phố Huế - Hai Bà Trưng 8.1. Lưu lượng xe trên các hướng Tên hướng Xe con Xe tải nhẹ Xe bus Xe máy Xe đạp Tổng xctc Đường dẫn Bắc: Đi thẳng 326 47 36 7458 189 2072 Đường dẫn Bắc: Rẽ phải 9 8 0 594 78 167 Đường dẫn Bắc: Rẽ trái 11 7 0 587 74 164 Đường dẫn Đông: Đi thẳng 137 18 18 1421 154 550 Đường dẫn Đông: Rẽ trái 14 8 0 498 55 147 Đường dẫn Tây: Đi thẳng 120 17 18 1398 161 527 Đường dẫn Tây: Rẽ phải 12 8 0 479 49 140 8.2. Yếu tố hình học của nút giao thông 8.3. Xác định chu kỳ tối ưu Dòng bão hoà của làn vào nút tính toán tương tự như trên chỉ với lưu ý tới yếu tố hình học bề rộng của các làn ở hướng Tây và hướng Đông có sự thay đổi. Bảng tổng hợp trị số dòng và dòng bão hoà các hướng Các hướng Bắc Bắc Bắc Tây Đông Đông T.phải T. giữa T. trái T. phải Thẳng T. trái Dòng 801 801 801 667 550 147 Dòng bão hoà 2078 2255 2080 2270 1990 1047 Y 0.386 0.355 0.385 0.294 0.276 0.141 Ymax 0.386 0.294 Y = åYmax = 0,386 +0,294 = 0,68. Thời gian tổn thất của một chu kỳ L = 8 giây Thời gian chu kỳ tối ưu Co = giây 8.4. Phân chia thời gian chu kỳ cho các pha Chu kỳ gồm có 2 pha: Ymax cho pha Đông/Tây các hướng = 0,294 Ymax cho pha Bắc/Nam các hướng = 0,386 Thời gian xanh tối đa có thể sử dụng = 53 -8 = 45 giây Thời gian xanh có hiệu pha Đ/T là: txh = giây Thời gian xanh có hiệu pha B/N là: txh = giây Thời gian xanh thực tế = Thời gian xanh có hiệu – 1 giây. Thời gian xanh thực tế pha Đ/T là = 19 – 1 =18 giây Thời gian xanh thực tế pha B/N là: = 26 – 1 = 25 giây e) Liên kết các đèn trên tuyến Phố Huế theo hệ thống làn sóng xanh Theo kết quả tính toán ở trên ta có được chu kỳ tối ưu của các nút như sau: + Nút giao Tô Hiến Thành – Phố Huế: Co = 54 giây + Nút giao Tuệ Tĩnh – Phố Huế: Co = 53 giây + Nút giao Trần Nhân Tông – Phố Huế: Co = 52 giây + Nút giao Nguyễn Du – Phố Huế: Co = 51 giây + Nút giao Hàm Long – Phố Huế: Co = 51 giây + Nút giao Trần Hưng Đạo – Phố Huế: Co = 54 giây + Nút giao Lý Thường Kiệt – Phố Huế: Co = 54 giây + Nút giao Hai Bà Trưng – Phố Huế: Co = 53 giây Chọn nút giao (A) Tô Hiến Thành - Phố Huế là chính và chu kỳ của nút cũng là chu kỳ chung cho toàn hệ làn sóng xanh. Vậy Co = Cmax = 54 giây Nút giao A ta đã tính được thời gian đèn xanh thực tế của các pha: Thời gian xanh thực tế pha Đông /Tây là = 19 – 1 =18 giây Thời gian xanh thực tế pha Bắc/Nam là: = 27 – 1 = 26 giây Đây cũng là thời gian thực tế ngắn nhất của tất cả các nút khác trong hệ thống (vì tất cả các nút trong một hệ thống liên kết phải cùng một thời gian chu kỳ hay bội số của thời gian chu kỳ) Để xác định thời gian xanh tối đa của các nút trên đường (ngoài nút chính) cần phải xác định thời gian tối thiểu chấp nhận được cho các pha dành cho đường phụ. Thời gian xanh thực tế dài nhất được tính toán và lập thành bảng sau: Nút Y bên lớn nhất Thời gian xanh có hiệu min trên đường bên Thời gian xanh thực tế min trên đường bên Thời gian xanhthực tế max trên đường chính Ybên x C/0.90 (giây) (giây) (1) (2) (3) (4) = (3) - 1 (5) Nút giao Tô Hiến Thành 0.278 16.7 15.7 30.3 Nút giao Tuệ Tĩnh 0.276 16.5 15.5 30.5 Nút giao Trần Nhân Tông 0.264 15.9 14.9 31.1 Nút giao Nguyễn Du 0.256 15.3 14.3 31.7 Nút giao Hàm Long 0.256 15.3 14.3 31.7 Nút giao Trần Hưng Đạo 0.299 18.0 17.0 29.0 Nút giao Lý Thường Kiệt 0.296 17.8 16.8 29.2 Nút giao Hai Bà Trưng 0.294 17.6 16.6 29.4 Lập đồ thị phối hợp quãng đường - thời gian Đồ thị được lập trên giấy kẻ ly theo toạ độ vuông góc với trục tung là khoảng cách giữa các nút giao thông và trục hoành là thời gian Dòng xe chạy với tốc độ tính toán không đổi 25 km/h. Trên tờ giấy kẻ ly theo tỷ lệ đã định ta vạch các đường nghiêng ứng vời tốc độ tính toán V = 25 km/h, trị số thời gian một chu kỳ đèn Tck = 54 giây, và băng thời gian (với đường tổ chức giao thông một chiều và tốc độ không đổi ta có tbăng = txanh của pha B/N). Chi tiết được thể hiện trong bản vẽ CĐ03. Thí dụ 2: Tính toán điều chỉnh chu kỳ đèn tại nút giao thông Chùa Bộc – Tây Sơn xét tới tâm lý của ngưòi lái và xét tới việc phân bố đều năng lực dự trữ. Sơ đồ nút giao thông Dòng xe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Lưu lượng (xcqđ/h) 1415 1938 123 764 2692 428 1840 346 2310 ( Lưu lượng của các hướng lấy theo NCKH – Nguyên nhân gây tai nạn của xe bus – Lưu Văn Đạt) - Điều khiển giao thông theo chu kỳ 2 pha. (cắt sớm, mở muộn) - Thời gian xen kẽ giữa hai xanh txk = 6s. - Các xe rẽ trái có làn riêng. Hiện trạng sử dụng: Tổ chức giao thông: hình thức tổ chức giao thông được thể hiện như hình vẽ. Đường dẫn Chùa Bộc được chia thành 3 nhóm làn: 2 làn rẽ trái với bề rộng mỗi làn 3,9m, 2 làn đi thẳng với bề rộng mỗi làn 3,8m, 1 làn rẽ phải với bề rộng làn 2,5m. Đường dẫn Nguyễn Lương Bằng được chia thành 2 nhóm làn: 2 làn rẽ trái với bề rộng mỗi làn 3,4m, 2 làn đi thẳng với bề rộng mỗi làn 3,4m, dòng xe rẽ phải được rẽ trước nút và phân cách bằng đảo tam giác nổi. Đường Thái Hà được chia thành 2 nhóm làn: 2 làn rẽ trái với bề rộng mỗi làn 3,9m, 3 làn đi thẳng với bề rộng mỗi làn 4,1m, dòng xe rẽ phải được rẽ trước nút và phân cách bằng đảo tam giác nổi. Đường Tây Sơn được chia thành 2 nhóm làn: 2 làn rẽ trái với bề rộng mỗi làn 3,4m, 2 làn đi thẳng với bề rộng mỗi làn 3,4m, dòng xe rẽ phải được rẽ trước nút và phân cách bằng đảo tam giác nổi. Các dòng xe rẽ phải đến nút trên tất cả các hướng luôn được qua nút mà không phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển. Phân tích lựa chọn số pha: Qua số liệu về lưu lượng xe ta thấy: - Lưu lượng giao thông trên các hướng tới nút là rất lớn. Để giảm tối đa thời gian tổn thất và tránh xung đột giữa các luồng xe. Ta chọn 2 pha với các phương án cắt sớm, mở muộn để không xảy ra xung đột giữa các dòng xe. Xác định dòng bão hoà trên các nhánh dẫn: 1.1. Đường dẫn Chùa Bộc – Đi thẳng, làn trong Với: So = 2080 – 42dg.G + 100(W-3,25). S1 – dòng bão hoà, khi không có dòng trái chiều. dn = 0 (lấy bằg 1 do là dòng bên trong) dg - lấy bằng 1 cho cửa vào lên dốc, bằng 0 cho dòng xuống dốc. G = 0 % W - chiều rộng của làn xe ở cửa vào (m), W= 2,8m f - tỉ lệ xe rẽ trong làn, f = 0,187 r - bán kính cong của quỹ đạo xe (m), r = 7,5 m. Þ So = 2080 +100 (2,8-3,25) = 2035 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) Do hướng đi thẳng từ Chùa Bộc có 2 làn xe đi thẳng Þ suốt dòng bão hoà = 2x2035 = 4070 (xctc/giờ). 1.2. Đường dẫn Chùa Bộc: Rẽ phải – Làn bên với W = 2,5m, f = 1, dn = 1(dòng bên), bán kính rẽ = 9m. Þ So = 2080 +100 (2,5-3,25) = 2005 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) 1.3. Đường dẫn Chùa Bộc: Rẽ trái – Làn bên trái Với W = 3,9m, dn =1; G = 0; f = 1; r = 10m Þ So = 2080 +100 (3,9-3,25) = 2145 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) Do hướng rẽ trái từ Chùa Bộc có 2 làn xe rẽ trái Þ suốt dòng bão hoà = 2x1743 = 3487 (xctc/giờ). 2.1. Đường dẫn Nguyễn Lương Bằng: Đi thẳng – Làn bên Với W = 3,4m, dn =0; G = 0; f = 0; Þ So = 2080 +100 (3,4 -3,25) = 2095 xctc/giờ. Þ S1 = So = 2095 (xctc/giờ) Do hướng đi thẳng từ Nguyễn Lương Bằng có 2 làn xe đi thẳng Þ suốt dòng bão hoà = 2x2095 = 4190 (xctc/giờ). 2.2. Đường dẫn Nguyễn Lương Bằng: Rẽ trái Với W = 3,4m, dn =1; dg = 1; G = 0; f = 1; r = 10m Þ So = 2080 +100 (3,4-3,25) = 2095 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) Do hướng đi thẳng từ Nguyễn Lương Bằng có 2 làn xe rẽ trái Þ suốt dòng bão hoà = 2x 1700 = 3400 (xctc/giờ). 3.1 Đường dẫn Tây Sơn: Đi thẳng – Làn bên Với W = 3,4m, dn =; dg = 1 G = 0; f = 0; Þ So = 2080 +100 (3,4 -3,25) = 2095 xctc/giờ. Þ S1 = So = 2095 (xctc/giờ) Do hướng đi thẳng từ Tây Sơn có 2 làn xe đi thẳng Þ suốt dòng bão hoà = 2x2095 = 4190 (xctc/giờ). 3.2. Đường dẫn Tây Sơn: Rẽ trái Với W = 3,4m, dn =1; dg = 1; G = 0; f = 1; r = 10m Þ So = 2080 +100 (3,4-3,25) = 2095 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) Do hướng đi thẳng từ Tây Sơn có 2 làn xe rẽ trái Þ suốt dòng bão hoà = 2x 1700 = 3400 (xctc/giờ). 4.1 Đường dẫn Thái Hà: Đi thẳng – Làn bên Với W = 4,1m, dn =1; dg = 1 G = 0; f = 0; Þ So = 2080 +100 (4,1 -3,25) = 2165 xctc/giờ. Þ S1 = So = 2165 (xctc/giờ) Do hướng đi thẳng từ Thái Hà có 3 làn xe đi thẳng Þ suốt dòng bão hoà = 3x2165 = 6075 (xctc/giờ). 4.2. Đường dẫn Thái Hà: Rẽ trái Với W = 3,9m, dn =1; dg = 1; G = 0; f = 1; r = 10m Þ So = 2080 +100 (3,9-3,25) = 2145 xctc/giờ. Þ S1 = (xctc/giờ) Do hướng rẽ trái từ Thái Hà có 2 làn xe rẽ trái Þ suốt dòng bão hoà = 2x 1743 = 3487 (xctc/giờ). Xác định chu kỳ tối ưu Ta có bảng tổng hợp trị số dòng, dòng bão hoà của các hướng Các hướng Chùa Bộc Chùa Bộc Chùa Bộc N.L.B N.L.B Tây Sơn Tây Sơn Thái Hà Thái Hà R.phải Thẳng R.trái Thẳng R.trái Thẳng R. trái Thẳng R. trái Dòng 123 2450 1795 2692 764 2080 423 1840 428 Dòng bão hoà 1622 4070 3487 4190 3400 4190 3400 6075 3487 Yi 0.076 0.602 0.515 0.642 0.225 0.496 0.124 0.303 0.123 åYmax 0,725 0,818 0,767 0,721 0,721 0,767 0,818 0,725 (trong đó các giá trị Ymax là tổng của Yi theo hướng rẽ phải và đi thẳng) Y = åYmax = 0,818 +0,725 = 1,583 > 1. Do Y > 1 nên ta không thể áp dụng theo công thức tính chu kỳ tối ưu (với thời gian chu kỳ tối ưu tính theo công thức Co = giây) Năng lực thông hành của một nhánh dẫn phụ thuộc vào thời gian tổn thất của chu kỳ. Khi xét năng lực thông hành của cả nút, năng lực thông hành này cũng phụ thuộc tổng thời gian tổn thất của các pha và thời gian còn lại phân ra cho các pha dùng làm thời gian thông xe. Dòng xe càng tăng thì càng phải tăng giờ chu kỳ để giảm thời gian tổn thất. Tuy nhiên có một giới hạn thực tế mà vượt qua nó thì hiệu quả sẽ giảm đi vì thời gian chu kỳ tăng lên và người lái sốt ruột chờ mãi không có lệnh xanh trên hướng anh ta xếp hàng. Giới hạn này là 120 giây. Do vậy chọn thời gian chù kỳ là Tck = 120 giây. Để tính toán và phân phối thời gian đèn xanh cho các hướng ở đây ta xét đến 2 vấn đề: + Xét tới tâm lý của người tham gia giao thông. Không thể cho 1 hướng này thoát hết mà để lại 1 hướng khác với chiều dài hàng chờ rất dài ở hướng anh ta, điều này rất dễ phá vỡ quá trình giao thông vì với ý thức tham gia giao thông còn kém thì người tham gia giao thông sẽ không chịu xếp hàng ở hướng anh ta chờ mà sẽ chen vào hướng khác có hàng chờ ít hơn. Trong nút giao thông điều khiển đèn ta cũng không xét vấn đề ưu tiên vì vấn đề này đã được thể hiệu thông qua cấu tạo hình học của các nhánh dẫn tới nút. Xét tới tâm lý của người tham gia giao thông thể hiện qua chiều dài hàng chờ của các hướng cửa vào là bằng nhau. + Xét trên nguyên tắc đảm bảo phân bố đều năng lực dữ trữ cho tất cả các luồng xe đại diện. Với bài toán ta đang xét thì do Y > 1 (không có năng lực dự trữ), ta tìm cách đảm bảo nguyên tắc trên thông qua mức bão hoà của các luồng xe đại diện bằng nhau. - Tổng thời gian tổn thất L được xác định theo công thức: L = = 2 . (6-1) = 10 giây. - Thời gian đèn xanh tối đa để chia pha = 120-10 = 110 (giây). - Thời gian xanh có hiệu dành cho pha 1 (Hướng Chùa Bộc – Thái Hà ) t= (giây) - Thời gian xanh có hiệu dành cho pha 2 (Hướng Tây Sơn – Nguyễn Lương Bằng ) t= (giây) Þ Ta có bảng tính thời gian tín hiệu xanh cho các luồng theo hai nguyên tắc trên. Vẽ biểu đồ phân pha tín hiệu Với thời gian tín hiệu xanh thực tế dành cho các luồng như trên ta vẽ được biều đồ phân pha tín hiệu: Chi tiết thể hiện trong bản vẽ CĐ04. Chương 4 KẾT LUẬN Trong một thời gian ngắn, được sự giúp đỡ tận tình của thầy PGS.TS Nguyễn Quang Đạo và sự cố gắng của bản thân. Em đã làm được một số công việc trong đề tài: - Đọc và tìm hiểu tài liệu về hệ thống điều khiển, phương pháp điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu, phương pháp phối hợp đèn tín hiệu giao thông ... - Thu thập và xử lý số liệu: quan trắc trạng thái dòng xe, chụp ảnh, nghiên cứu về sự vận động ra vào nút có điều khiển bằng đèn, đo tốc độ, đếm xe trên tuyến Phố Huế, đo kích thước hình học của nút giao thông, nghiên cứu giao thông trên tuyến Chùa Bộc. Kết quả giải quyết sau nghiên cứu - Kiến nghị chọn một số thiết bị giao thông và bố trí lắp đặt đèn tín hiệu tại Hà Nội. - Xác định chế độ điều khiển phối hợp làn sóng xanh trên tuyến đường Phố Huế. Có thể dùng tham khảo cho trung tâm điều khiển 40 Hàng Bài. - Tính toán và điều chỉnh lại chu kỳ đèn tại nút giao thông Chùa Bộc – Thái Hà. Tồn tại - Do thời gian có hạn, cùng với việc thiếu thốn về tài liệu, thông tin và trình độ bản thân nên đề tài chưa đề cập tới đến phối hợp theo “hệ kín”, đồng thời chưa đi sâu vào giải quyết vấn đề các dòng tới nút giao thông đều ở trạng thái bão hoà như hiện nay. Rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS.TS Nguyễn Quang Đạo. Có cần thiết phải nghiên cứu và phát triển tài liệu hướng dẫn thiết kế đèn tín hiệu ở nước ta. [2]. GS. TS Đỗ Bá Chương. Kỹ thuật giao thông [3]. GS. TSKH Nguyễn Xuân Trục, Nguyễn Quang Đạo. Sổ tay thiết kế đường ô tô tập3. NXB Xây Dựng 2003. [3]. CHXHCNVN. Đường ô tô - Tiêu chuẩn thiết kế.TCVN 4054:2005. [4]. Đỗ Bá Chương. Thiết kế đường ô tô tập 1. NXB Giáo Dục 2003. [5]. Đỗ Bá Chương, Nguyễn Quang Đạo. Nút giao thông cùng mức. NXB Giáo Dục 2003. [6]. Đường đô thị - Yêu cầu thiết kế. TCXDVN 104 - 2007 MỤC LỤC