TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 203 MÔ PHỎNG GIAO THÔNG SỦ DỤNG HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ TRAFFIC SIMULATION USING THE MULTI-AGENT SYSTEM Nguyễn Thanh Tuấn Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Tại Việt Nam, tình trạng ùn tắc giao thông là một vấn đề lớn từ nhiều năm nay. Có nhiều giải pháp được đưa ra để giảm bớt tình trạng ùn tắc; một trong số đó là sử dụng mô phỏng giao thông. Mô phỏng là một công cụ hiệu quả cho tạo dựng và phân tích những tính chất, những trạng thái của các vấn đề phức tạp; sự khó khăn trong nghiên cứu các vấn đề này là ở chổ nó có thể quá tốn kém hoặc nguy hiểm. Giao thông có thể xem như một hệ thống phức tạp, vì thế mô phỏng là công cụ thích hợp cho việc phân tích hệ thống giao thông. Bài báo này trình bày những kết quả của chương trình mô phỏng giao thông sử dụng hệ thống đa tác tử viết bằng NetLogo một môi trường mô phỏng tác tử. ABSTRACT In Vietnam, traffic congestion has been a major problem for many years. There are many solutions for reducing congestion. One of them is the use of traffic simulation. Simulation used as an effective tool for reproducing and analyzing a broad variety of complex problems. The difficulty is that it can be too expensive or too dangerous to engage in studying such a problem. Traffic can be viewed as a complex system; therefore, simulation is a suitable tool for analyzing traffic systems. This article presents the results of a traffic simulator using the multi- agent system written in the NetLogo, an agent-based modeling environment. 1. Mở đầu Giao thông đô thị Việt Nam hiện nay đang là một vấn đề lớn. Có thể nói, giao thông ở Việt Nam, đặc biệt là các thành phố lớn, rất hỗn loạn. Nhiều giải pháp đã được đưa ra, nhưng vẫn chưa thể giải quyết được thực trạng này. Vấn đề đặt ra là chúng ta thiếu một mô hình hệ thống mô phỏng hoạt động giao thông để giúp cho các nhà quản lý, các cơ quan chuyên môn có thể nghiên cứu, dự báo và đề xuất các biện pháp quy hoạch hạ tầng và điều phối hoạt động giao thông đô thị. Mô phỏng được định nghĩa như sự mô tả động một phần thế giới thực theo thời gian. Sự mô phỏng có được bằng cách xây dựng mô hình tin học. Mô phỏng giao thông là một trong những dự án mô phỏng phức tạp nhất. Vấn đề chính ở đây là sự mô hình hóa hành vi của tài xế, mô hình hóa sự tương tác giữa họ và khả năng mô phỏng giao thông và thu được kết quả đáng tin cậy [1][2]. Mô phỏng giao thông có thể tiếp cận theo hai cách vĩ mô hay vi mô tùy thuộc vào mức độ chi tiếc được yêu cầu. Các mô hình vĩ mô mô phỏng luồn giao thông sử dụng các mô hình toán học. Chúng tập trung vào các đặc điểm của giao thông như tốc độ, lưu lượng và mật độ. Các TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 204 mô hình này không phân biệt giữa các xe riêng biệt, và thường không mô tả các loại xe khác nhau. Mô hình vĩ mô rất hữu ích cho các mô phỏng các hệ thống giao thông lớn, phức tạp, tuy nhiên cách tiếp cận này không thực tế và không phù hợp với mô hình đô thị [3]. Các mô hình vi mô mô phỏng mỗi thực thể ở mức chi tiếc. Mỗi phương tiện giao thông được theo dõi khi nó tương tác với các xe khác và với môi trường. Tương tác được điều chỉnh bởi các quy định giao thông như: tốc độ cho phép, luật thay đổi làn đường, khả năng của phương tiện. Mô hình vi mô được sử dụng rộng rãi để đánh giá kiểm soát giao thông cũng như phân tích hoạt động giao thông [3]. Hiện tại, có khá nhiều phần mềm mô phỏng giao thông ở cấp độ vi mô và vĩ mô, đơn cử như: Sumo, MATSim, MITSIMlab, Aimsum, CORSIM, Paramics, Simtraffic, Transmodeller, VISSIM, WATSIM, TRANSIMS…Một số phần mềm tập trung vào phương tiện giao thông, một số khác nhấn mạnh việc mô phỏng một khu vực rộng lớn. 2. Mô phỏng giao thông với NetLogo 2.1. NetLogo NetLogo là một môi trường mô phỏng đa tác tử được viết bằng Java đơn giản nhưng mạnh mẻ. Nó cho phép người thiết kế tập trung vào các thuộc tính và hành vi của môi trường và tác tử hơn là đi sâu vào mã nguồn phức tạp. Tác tử được lập trình sao cho chúng có thể tương tác với các tác tử khác và môi trường, ví dụ như tác tử có thể "yêu cầu" tác tử đi trước nó. Nó cho phép chúng ta tạo giao diện tương tác cho mỗi mô hình với đầu vào (sliders v.v ) để thay đổi các biến số và đầu ra (graphs v.v ) để phân tích các hành vi [4]. 2.2. Mô hình hóa Định nghĩa mô hình là một trong những bước đầu tiên trong việc xây dựng mô phỏng giao thông. Cái này bao gồm mô tả các đối tượng và môi trường, ví dụ như phương tiện giao thông, đường) trong mô phỏng và những thuộc tính mà mỗi đối tượng cần cũng như những tương tác của chúng. 2.2.1. Mô hình phương tiện giao thông Ở đây chúng tôi định nghĩ a hai phương tiện giao thông phổ biến ở Việt Nam là ô tô và mô tô. Các phương tiện này có những đặc điểm khác nhau nhưng cũng có chung một số thuộc tính, chúng tôi tập trung vào một số các thuộc tính sau đây: • Tốc độ mong muốn: tốc độ mà người điều khiển muốn duy trì trên đường trống. • Tỷ lệ tăng tốc: Thường không phải là tỷ lệ tối đa của xe, mà thay đổi tùy vào các đặc điểm khác ví dụ như khoảng cách so với xe trước. • Tỷ lệ giảm tốc: Tương tự như đối với tỷ lệ tăng tốc. • Khoảng cách chấp nhận: Khoảng cách chấp nhận được so với xe đi phía trước TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 205 Mô hình môi trường Ở đây môi trường mà chúng tôi khảo sát là một đoạn đường giao thông đoạn đường này có nhiều làn xe chạy. Và mỗi làn xe tùy theo tham số đưa vào có thể dành riêng cho ô tô hay xe máy hoặc là làn đường tổng hợp dành cho cả hai loại xe. 3. Chương trình mô phỏng giao thông Ở chương trình mô phỏng này chúng tôi xét hai trường hợp: • Trường hợp 1: Các phương tiện có thể chạy không đúng làn đường mình được phép đi. • Trường hợp 2: Các phương tiện có thể chạy đúng làn đường mình được phép đi. Ở các ví dụ sau trong cả hai trường hợp chúng tôi cho số lượng xe ô tô là 30 trong khi đó số lượng xe mô tô là 60. Sau đây là một số kết quả trong chương trình của chúng tôi: 3.1. Trường hợp 1 Hình 1. Hình ảnh 2D và 3D trong trường hợp 1 Trong trường hợp này các xe không chạy theo đúng làn đường quy định và nếu có thể thì sẽ chuyển sang làn đường khác thuận lợi hơn cho việc di chuyển của mình. Hình 2. Biểu đồ tốc độ các loại phương tiện trong trường hợp 1 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 206 Từ biểu đồ chúng ta có thể thấy tốc độ trung bình giữa hai loại phương tiện mô tô và ô tô là tương đương nhau ở giây thứ 739. 3.2. Trường hợp 2 Hình 3. Hình ảnh 2D và 3D trong trường hợp 2 Hình 3. Hình ảnh 2D và 3D trong trường hợp 3 Trong trường hợp này các xe chạy theo đúng làn đường quy định và không chuyển sang làn đường của loại xe khác. Hình 4. Biểu đồ tốc độ các loại phương tiện trong trường hợp 2 So sánh với biểu đồ trong trường hợp 1, chúng ta có thể thấy tốc độ trung bình của ô tô vẫn được duy trì và luôn cao hơn tốc độ trung bình của mô tô. 4. Kết luận Bài báo này đã trình bày những kết quả của chương trình mô phỏng giao thông sử dụng NetLogo, một nền tảng mô phỏng đa tác tử. Tuy nhiên chương trình vẫn còn đơn giản và chưa phản ánh được thực tế hoạt động giao thông phức tạp ở Việt Nam. Chương trình chỉ mới dừng lại ở việc khảo sát một đoạn đường giao thông không phải là một mạng lưới giao thông thực tế. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 207 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. DREW, D.R, “Traffic flow theory and control”, New York: McGraw-Hill, 1968. [2]. PRAVEEN PARUCHURI, ALOK REDDY PULLALAREVU, KAMALAKAR KARLAPALEM, “Multi Agent Simulation of Unorganized Traffic”, AAMAS’02, Bologna, Italy, July 15-19, 2002. [3]. LANSDOWNE, ANDY, “Traffic Simulation using Agent-Based Modeling, Report, 2006. [4]. NETLOGO, http://ccl.northwestern.edu/netlogo . . phân tích hệ thống giao thông. Bài báo này trình bày những kết quả của chương trình mô phỏng giao thông sử dụng hệ thống đa tác tử viết bằng NetLogo một môi trường mô phỏng tác tử. ABSTRACT In. cậy [1][2]. Mô phỏng giao thông có thể tiếp cận theo hai cách vĩ mô hay vi mô tùy thuộc vào mức độ chi tiếc được yêu cầu. Các mô hình vĩ mô mô phỏng luồn giao thông sử dụng các mô hình toán học nhau. Mô hình vĩ mô rất hữu ích cho các mô phỏng các hệ thống giao thông lớn, phức tạp, tuy nhiên cách tiếp cận này không thực tế và không phù hợp với mô hình đô thị [3]. Các mô hình vi mô mô phỏng