Chém gió về thiết kế đèn giao thông

[jefflieu]

Có khá nhiều bạn SV viết email hỏi mình giúp đề án thiết kế đèn giao thông bằng FPGA. Chứng tỏ đề án này rất phổ biến, được làm từ đời sinh viên này qua đời khác.
Kì này minh có dịp về lại Xì Gòn, thấy tình trạng xe cộ có đỡ hơn, nhưng vẫn lộn xộn. Khá hơn nhờ mấy cái cầu vượt nhưng nếu đèn đóm được làm lại chắc còn khá hơn nữa.
Nên mình muốn mở thread nói nhảm này để thảo luận xem nếu như mình làm bên cầu đường thì sẽ thiết kế như thế nào.

1) Một hệ thống đèn giao thông có chu kì khoảng 2-3 phút ... hoạt động cực kì chậm, trong điều kiện nóng và nhiễu mạnh do các tia lửa đánh ra trong các xe cộ (thử rồ máy xe kế bên cái tivi xem, lấy cái TV analog cho dễ ) ... cho nên không thích hợp dùng FPGA chút nào ... Mình không hiểu tại sao trong trường lại cứ đè hết chip này đến chíp khác ra làm đề tài này.

Trong luồng này, chúng ta bỏ qua phần thực hiện, chỉ nói nhảm về thiết kế thôi. Phần thực hiện bằng con chip gì thì tính sau.

2) Mỗi giao lộ đều có nhưng đặc điểm riêng về luồng giao thông, nên cần phải tối ưu hóa cho nó.
- Bắt đầu từ đơn giản đến phức tạp, giả sử rằng chúng ta co giao lộ ngã tư. Mỗi chiều có 2 lane, và chỉ là ô tô ... chưa tính lane xe máy.
- Giả sử rằng các tài xế chấp hành đúng luật giao thông


Dzô!

[HTTTTH]

Các đồ án thiết kế trong trường, chỉ đưa ra báo cáo trong buổi bảo vệ là xong, jeff ạ. Ứng dụng đến đâu, chưa biết. SV chỉ cần "báo cáo thành công".
Giảng viên đem mấy cái báo cáo của SV tập hợp lại thành "đề tài nghiên cứu khoa học", đem đi báo cáo lần nữa.
Cử tọa vỗ tay là cả làng đều sướng.
Nếu ai hỏi "Cái này ứng dụng vào đâu" hay "chống nhiễu như thế nào"... sẽ nhận được những câu trả lời "nhất quả đất"...

[caoson_vnatr]

Các đồ án hay nhiều khi là các nghiên cứu khoa học gì đó trong trường đa số xong là bỏ tủ, đắp chiếu, ít có cái nào đưa ra ứng dụng thực tế cả. Nhiều cái chỉ trên lý thuyết suông, có nhiều cái cũng dùng được, nhưng............................................. .

[vanmanh1988]

Haiz. Quan trọng ở đây là các giáo viên muốn sinh viên hiểu về con chip gì đó, và ứng dụng nó vào một việc gì đó,xử lí vấn đề ở mức độ cơ bản nhất. Chứ còn ứng dụng thực tế thì còn xa lắm. Việc nhiễu từ các luồng khác nhau sinh viên cùng lắm là chỉ nghe nói đến nó là cùng chứ ngoài ra cũng chẳng biết nó nhiễu ra sao như thế nào. Ngay cả giảng viên có khi còn mù mờ về chuyện này chứ đừng nói là tới sinh viên. Bởi bản chất môi trường học của chúng ta còn nặng về lý thuyết, nghiên cứu hàn lâm và đem bỏ vô tủ và hàn kín tủ tư duy cũ kỹ.

[jefflieu]

Hi guýs,
Giờ không bàn về việc dùng chip gì ... thật ra mình cũng chẳng biết trong hệ thống đèn đó dùng chip gì ... (cũng có khả năng là dùng FPGA thật ) ...

Bài nói nhảm này chủ yếu thảo luận cách làm từng bước để giải quyết một vần đề thôi ... hy vọng các bạn mai mốt search forum sẽ thấy mà có một chút ý tưởng ...

Giờ giả bộ mình phải thiết kế hệ thống từ đầu thì mình làm gì ?

Theo mình, chắc mình sẽ làm thế này:
Bước 1 : Vẽ hình giao lộ và liệt kê tất cả các luồng giao thông có thể xảy ra ...
Bước 2 : Chia ra pha của hệ thống, mỗi pha sẽ có các luồng giao thông không cắt nhau lưu thông
Bước 3 : Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống (chắc là có 1 bộ điều khiển chính, gửi ra các gói tín hiệu về pha của toàn hệ thống cho các bộ giải mã, bộ giải mã nằm ở 1 trụ đèn ... sẽ điểu khiển đèn của trụ đó ...
Bước 4 : Thực thi bộ điều khiển chính và các bộ giải mã ... (không biết con chip nào đủ khả năng, và protocol nào tốt) ... phần này không làm ... nói nhảm 3 phần trên thôi ...

[jefflieu]

Ví dụ nút giao lộ như hình sau:


Các luồng giao thông:
N3 --> N2 : quay đầu
N4 --> B2 : đi thẳng
N5 --> B1 : đi thẳng
N3 --> T2 : quẹo trái
N5 --> D1 : quẹo phải
Tương tự cho các luồng đi từ phía Tây, Đông và Bắc ... Tổng cộng có 5 x 4 = 20 luồng

Cách 1:
- Các luồng xuất phát từ một hướng hiển nhiên ko cắt nhau (Với điều kiện chia luồng đúng và hiện giờ đang giả sử chỉ có ô tô ... ko có xe máy hoặc giả sử tại nút giao lộ, xe cộ đứng theo tuyến lưu thông, bất kể loại xe cộ gì, nghĩa là nếu có xe máy muốn rẽ trái thì phải đứng vào làn số 3) ==> Cách dễ nhất là hệ thống có 4 pha, mỗi pha cho phương tiện từ 1 hướng ...
Nghĩa là pha 1: xe từ hướng Nam, các xe còn lại đứng yên ...
Pha 2 từ Bắc,
Pha 3 từ Đông ... v.v ==> Khi lưu thông như vậy, không có tình trạng cắt nhau ở giữa ==> lưu thông nhanh hơn thời gian của từng pha tuỳ thuộc vào lưu lượng của các luồng ... có thể Đông và Tây đưong nhỏ, thời gian thông xe nhỏ hơn so với Bắc và Nam

Mỗi pha của hệ thống có thể được chia làm 3 pha nhỏ: Xanh Vàng và Đỏ ... ==> Chu kì của hệ thống có 12 pha:

S1_X --> S1_V --> S1_D --> S2_X --> S2_V --> S2_D --> S3_X --> S3_V --> S3_D --> S4_X --> S4_V --> S4_D

Vì sao có pha đỏ trước pha xanh của luồng kế tiếp?
Pha đỏ là thời gian để các luồng kết thúc, các xe mất một khoảng thời gian khoảng 2 giây tới 4 giây tuỳ ngã tư lớn hay nhỏ để chay qua các ngã tư ... (Dĩ nhiên là với điều kiện người ta không cố tình vượt đèn đỏ hoặc ráng chút để qua đèn :s)

Giả sử có một máy trạng thái trung tâm có đồng hồ tính giờ và chay theo chu kì này ... sau đó phát tín hiệu pha của trạng thái ( chỉ cần 4 bit là đủ) tới các trụ đèn ở mỗi hướng ... Nam, Bắc, Đông Tây, 4 trụ ...

Bộ giải mã ở mỗi trụ đèn sẽ được lập trinh như sau:

- Tín hiệu vào:
1) Vị trí của trụ: 2 bít ... N/B/D/T
2) Trạng thái của hệ thống

Bộ giải mã từ thông tin nhân được từ bộ điều khiển trung tâm có thể bật/tắt đèn Xanh Đỏ Vàng của trụ đó

Xong ...


Để so sánh với các cách sắp xếp khác, giả sử chúng ta cho thời gian của pha
1: 20 giây,
2: 20 giây,
3: 10 giây,
4: 10 giây


Cách 2:
Nếu như lưu lượng của các luồng trong cùng 1 hưóng không bằng nhau ... ví dụ như đường Nam Bắc lớn, đường Đông Tây nhỏ thì khả năng cao là số lượng các xe quẹo trái hoặc quay đầu là nhỏ hơn so với các xe đi thẳng ... Như vậy có thể chia như sau:

Pha 1: N3 --> N2, N3 --> T2, B3 --> B2, B3 --> D2
Pha 2: N4 --> B2, N5 --> B1, N5 --> D1, B4 --> N2, B5 --> N1, B5 --> T1
Pha 3: Các luồng xuát phát từ hưóng Tây
Pha 4: Các luồng xuát phát từ hưóng Đong

Ví dụ như ta cho Pha 1 = 10 giây, Pha 2 = 30 giây thì so với cách 1:
- Các luồng từ bắc và Nam vẫn có 40 giây
- Nhưng các phương tiện đi thẳng N --> B, B --> N có tới 30 giáy .. so với cách 1, các phương tiện đi thẳng chỉ có 20 giây

Ở các trụ đèn có thêm loại đèn quẹo trái và quay đầu, ngoài đèn xanh đỏ vàng cho đi thẳng
Nhưng về nguyên tắc thiết kế cùng giống như cách 1:

- Bộ điều khiển trung tâm gửi tín hiệu về các trụ
- Các trụ đèn được lập trình vị trí của trụ và nhận tín hiệu pha của hệ thông, giải mã trạng thái của hệ thống --> bật tắt đèn ...


Câu hỏi: làm sao để lập trình được việc tự động phân luồng và phân pha cho tối ưu?
a) Chúng ta có thể nhập các luồng giao thông, có giải thuật nào tính toán xem các luồng nào cắt nhau không?
b) Nếu chúng ta có thêm thông tin về lưu lượng của các luồng, có cách nào chia pha của hệ thống một cách tự động không?

Nếu làm tự động được, thì có thể áp dụng vào ngã 5, ngã 6 ... (ví dụ như cái đèn ở Ngã 6 Phù Đổng - CMT8/Nguyễn Trãi/Lý Tự Trọng)


Có điều gì mình chưa nghĩ tới không?

[tuyennhan]

Có cái ngã tư mà đã phức tạp thế tôi thấy bây giờ nó hoạt động như này bước 1 chiều chạy thẳng B-N , Đ-T bước 2 rẽ trái cho cả 2 chiều là chạy thoáng và ít giao cắt , còn ở ngã 5 ngã 6 chắc là phải có cầu vượt rồi vì xe đông nên nếu đặt đèn ở đây thời gian chờ lượt mà lâu thì giờ cao điểm dòng xe bị kẹt sẽ dài tới vài cây số tắc hết cả đường .

[jefflieu]

tuyennhan
Thanks! Nhưng mà làm sao bạn cho Đ-T và B-N chạy cùng lúc được ?!? Bạn ghi rõ hơn cách giải quyết của bạn đi. Tập trung vào quy trình thiết kế một hệ thống đèn ...

Bạn nói đúng thời gian chờ lâu quá thì sẽ kẹt vài cây số ...
Nhưng về việc cầu vượt tại ngã 5/6 thì chúng ta không nên hay khoan bàn ... mình có thể lập luận là "sao bạn biết làm đèn không được?" ... Để trả lời câu hỏi này áh, nếu đúng quy trình, mình sẽ bắt sinh viên đi đo lưu lượng xe cộ đến giao lộ tại một vài thời điểm trong ngày ... ước lượng bao nhiêu xe đi thẳng bao nhiêu xe quẹo ... nói chung cần nhiều data để support ... không thể nói chắc không được đâu rồi không làm ...
Hoặc chỉ có cách thử coi làm đèn (giả sử tối ưu hoá) chạy được không trước rồi tuỳ cơ ứng biến ... rất phức tạp ...
Mình không biết bên cầu đường thật ra quy trình của họ như thế nào ... bác nào làm bên ấy cho biết thêm thì quá tốt ...
Mình sẽ quay lại làm đèn cho ngã 5/6 sau ...

Dĩ nhiên mình cố gắng bám sát thực tế ... nhưng điểm chính là mình tập trung vào phương pháp tiến hành giải quyết bài toán ... khơi gợi ý tưởng giải quyết vấn đề cho các bạn sinh viên ... các bạn ấy hay bị stuck ... không biết bắt đầu từ đâu ...

Bước 1, mình muốn bắt đầu bằng thiết kế ngã tư đơn giản, mình đang muốn tổng quát hoá quá trình thiết kế cho nhiều loại ngã khác ... làm được phần mềm thì càng tốt ...
Bưóc 2, mình muốn xem trộn xe máy vào thì giải quyết như thế nào ... thế nên mình mới gọi là chém gió ... sẽ có một số thứ phải chấp nhận là không giải quyết được và không có câu trả lời, thảo luận cho vui thôi ...
Bước 3, ngã 5
Bước 4, ngã 6

[nguyendinhvan]

Những thứ này bàn ở đây làm gì . nhức đầu. Thực tiễn thì người tham gia giao thông ở các hướng là không giống nhau về số lượng và chủng loại phương tiện . Phải ra ngồi ở đó khảo sát thôi .
Theo tôi thì hiện tại có ba đèn màu . Đỏ Vàng Xanh . Bây giờ cần thêm một đèn thứ 4 nữa . Có thể là màu Tím .
Để làm gì ? Đố các cậu biết . Hehe .

[vanmanh1988]

Đèn màu tím là để xe các hướng điều dừng lại hết, nhường đường cho xe bác van chạy thôi.

Tui thấy vấn đề này bàn chỉ có nhứt óc mệt, lại không có điều kiện áp dụng, còn muốn khai khác trí tuệ diễn đàn thì chuyển luồng !

[tuyennhan]

Bên trên tôi nhầm muốn cho cả 2 trục chạy thẳng 1 lúc thì phải có cầu vượt còn không thì phải lần lượt chạy thẳng , rẽ trái . Cách này thì đường phải rộng có làn cho xe chờ rẽ mà ở ta thì toàn đường nhỏ nên chỉ áp dụng được ở ngoài xa lộ còn nội thành thì đành chọn giải pháp tiêu cực là đặt dải phân cách chắn ngang không cho rẽ trái ở những giao lộ chính .
Vấn đề này mà bàn trên này đúng là không đi tới đâu cả vì thực tế có nhiều biến phát sinh không thể ngờ tới được với lượng xe quá đông và ý thức của người lái xe bây giờ .

[jefflieu]

Thanks tuyennhan với câu trả lời mang tính xây dựng !

Mình ở đây chú trọng vào việc bàn cho vui, cách tiếp cận vấn đề, đoán trước các tình huống xảy ra và tổng quát hóa phương pháp để làm cho các vấn đề tương tự ... không quan trọng việc giải quyết thực trạng tại các ngã 4/5/6

"Cách này thì đường phải rộng có làn cho xe chờ rẽ mà ở ta thì toàn đường nhỏ nên chỉ áp dụng được ở ngoài xa lộ còn nội thành thì đành chọn giải pháp tiêu cực là đặt dải phân cách chắn ngang không cho rẽ trái ở những giao lộ chính" ... Bàn cho vui nếu thực hiện phương pháp đèn mình đề ra ==> Chiều rộng tối thiểu của đương là: 3m25 x 5 làn = 16m ... tại giao lộ làn có thể nhỏ hơn bình thường vì phương tiện di chuyển chậm ... sau giao lộ, đường trở thành 4m x 4 ... ==> đường 16m có thể làm được rồi ... mình nghĩ các đường Nguyen Thị Minh Khai, Cách Mạng Tháng 8 ở SG hoàn toàn làm được ...

Mới thấy bài báo này: http://vietbao.vn/Xa-hoi/He-thong-de.../45112016/157/

Câu hỏi vui ngẫm nghĩ: có cần phải cần tới "Nhật Bản" mới thiết kế lắp đắt được cái đèn 4 pha này không?

[nguyendinhvan]

Đèn màu tím báo hiệu hương đi đó không cấm nhưng gặp khó khăn . Có thể đang bị tắc đường ... Người trong nước giỏi lý thuyết . Nhưng thi công thì kém . Đa số các trạm đều tậm tịt sau một thời gian ngắn .

[tuyennhan]

Mấy đường đó thì đủ rộng rồi nhưng xe qua giao lộ nhanh sẽ kẹt ở đường nhánh kéo dài ra ngoài kẹt đường chính luôn và lâu vì không còn chỗ để chạy , vấn đề chỉ có nước xóa bàn làm lại mà cái này thì rất khó có tiền cũng chưa chắc làm được mà ta thì đang thiếu tiền ..
Hồi xưa Sài gòn cũng mời mấy ông chuyên gia qua giải quyết vấn đề kẹt xe mấy ông này cũng ra đường đứng quan sát đếm xe rồi lấy máy tính nhập thông số vào cho chạy xong thì kêu đặt rào phân cách chỗ này tiểu đảo chắn dòng xe ở kia đèn giao thông thì thế này thế nọ xong xuôi cho lưu thông thử thì kẹt xe trầm trọng hơn trước đành phải gỡ bỏ vì không ngở được kiểu lưu thông loạn xạ của cái xứ mà đâu đâu cũng buôn bán tràn lan như bên mình

[thanhtaipham]

Các bác cho e hỏi tại sao thời gian đếm ngược đèn xanh và đèn đỏ lại không bằng nhau?