Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015 ỨNG DỤNG LOGIC MỜ VÀ ĐẠI SỐ GIA TỬ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG Phạm Thị Huệ 1, Nguyễn Thị Hồng Minh 2, Lê Hoàng Sơn 3, Phạm Văn Hải 4 Công ty Hệ thống thông tin FPT Khoa Sau Đại học, Đại học Quốc gia Hà Nội Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Viện Công nghệ thông tin & Truyền thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội huept@fpt.com.vn, minhnth@vnu.edu.vn, sonlh@vnu.edu.vn, haipv@soict.hust.edu.vn, TÓM TẮT - Vấn đề ùn tắc giao thông xảy nghiêm trọng thành phố lớn gia tăng phương tiện giao thông nhanh Để giảm thiểu ùn tắc này, hầu hết nút giao có lắp đặt hệ thống điều khiển đèn tín hiệu Bài báo đề xuất phương pháp điều khiển tín hiệu giao thông động theo thông tin mật độ phương tiện nút xung quanh nút dựa logic mờ kết hợp với đại số gia tử Thực nghiệm mô hệ thống với kịch khác chứng tỏ ưu điểm mô hình đề xuất Kết thực nghiệm cho thấy mô hình đề xuất sử dụng phương pháp logic mờ kết hợp với đại số gia tử cải tiến phương pháp truyền thống xác phương pháp điều khiển logic mờ, góp phần giải số vấn đề hạn chế phương pháp điều khiển đèn tín hiệu giao thông theo phương pháp truyền thống Từ khóa – Biến ngôn ngữ, đại số gia tử, điều khiển tín hiệu giao thông động, logic mờ, mô thực nghiệm I GIỚI THIỆU Vấn đề ùn tắc giao thông xảy nghiêm trọng thành phố lớn gia tăng phương tiện giao thông nhanh Để giảm thiểu ùn tắc này, hầu hết nút giao có lắp đặt hệ thống điều khiển đèn tín hiệu cảnh sát can thiệp Nhiều nút giao thông có đặt camera quan sát hỗ trợ cho người điều hành giao thông giám sát từ xa Điều khiển nút giao thông đèn tín hiệu mang lại hiệu định làm giảm phần ùn tắc giao thông Tuy nhiên, điều khiển giao thông đèn tín hiệu giao thông nhiều nhược điểm, phương pháp điều khiển với chu kỳ đèn cố định cứng nên nút có mật độ phương tiện qua lại lớn xảy ùn tắc vào cao điểm Điều khiển giao thông cảnh sát mềm dẻo linh hoạt tốn nhân lực chi phí cao Trên giới, có nhiều hệ thống điều khiển đèn giao thông minh sử dụng SURTRAC [10, 11], SwedishSOS [9] để thay đổi khoảng thời gian tín hiệu đèn giao thông Nhưng hệ thống đòi hỏi điều kiện tích hợp đạị, phức tạp chi phí cao [9, 10] Một hướng tiếp cận giải vấn đề sử dụng đại số gia tử vào việc điều khiển, thực điều khiển chu kỳ đèn động dựa vào mật độ phương tiện xung quanh nút [3] Giải pháp đem lại hiệu cao giải pháp điều khiển đèn theo chu kỳ cố định Tuy nhiên, giải pháp có hạn chế sử dụng thông tin mang tính cục mật độ phương tiện xung quanh nút Điều dẫn đến thông tin điều khiển không hoàn toàn xác số trường hợp Bài báo đề xuất phương pháp điều khiển tín hiệu giao thông động theo thông tin mật độ phương tiện nút xung quanh nút dựa logic mờ kết hợp với đại số gia tử Trong điều khiển tín hiệu giao thông, có nhiều đại lượng không chắn Đầu vào toán bao gồm nhiều yếu tố xác định xác thời gian chờ, số lượng phương tiện đợi Đầu dùng làm tín hiệu điều khiển phải thỏa mãn nhiều mục tiêu tối thiểu thời gian chờ, tránh ùn tắc, tránh xung đột Các đặc điểm toán phù hợp với điều khiển mờ Tuy nhiên, lý thuyết tập mờ dù coi tảng lập luận xấp xỉ chưa mô đầy đủ, hoàn chỉnh cấu trúc ngôn ngữ mà người sử dụng Đầu vào thông tin dự báo lưu lượng tham gia giao thông thường dạng Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015 ngôn ngữ tự nhiên phi số việc xác định lưu lượng tham gia xác khó phương tiện tham gia giao thông phức tạp Để hệ thống tính toán sử dụng thông tin cần phải chuyển dạng số Đại số gia tử công cụ hữu hiệu để thực việc Vì vậy, việc kết hợp lý thuyết logic mờ đại số gia tử cách tiếp cận hợp lý việc giải toán Phần báo tổ chức sau: phần II tổng quan lại sở lý thuyết logic mờ đại số gia tử Phần III đưa mô hình điều khiển đèn tín hiệu giao thông theo thông tin mật độ phương tiện nút xung quanh nút dựa logic mờ kết hợp với đại số gia tử Phần IV trình bày số kết thực nghiệm mô Cuối kết luận hướng phát triển thời gian tới II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Logic mờ Logic mờ phát triển từ lý thuyết tập mờ để thực lập luận cách xấp xỉ thay lập luận xác theo logic vị từ cổ điển Logic mờ coi mặt ứng dụng lý thuyết tập mờ để xử lý giá trị giới thực cho toán phức tạp [2] Trong logic rõ mệnh đề câu phát biểu đúng, sai Trong logic mờ mệnh đề mờ câu phát biểu không thiết sai Mệnh đề mờ gán cho giá trị khoảng từ đến để mức độ (độ thuộc) Các phép toán mệnh đề logic mờ định nghĩa sau:  Phép phủ định: v(Pphủ định) = - v(P)  Phép tuyển: v(P1 P2) = max(v(P1), v(P2))  Phép hội: v(P1 P2) = min(v(P1), v(P2))  Phép kéo theo: v(P→Q) = v(Pphủ định Q) = max(v( Pphủ định), v(Q)) Như nói, logic mờ công cụ toán học cho phép chuyển đổi từ giá trị định lượng sang giá trị định tính Lập luận mờ Lập luận mờ nhằm hướng đến việc mô lập luận suy nghĩ người Lập luận mờ ứng dụng hệ chuyên gia, hệ hỗ trợ định, điều khiển Quá trình thực lập luận mờ xem khái quát hoá luật Modus Ponens, từ sử dụng hàm biến đổi giá trị chân lý để ước lượng tập mờ tương ứng Trong trường hợp việc lập luận mờ có nhiều giả thiết, toán lập luận mờ phát biểu sau [1]: IF (X1 = x11) AND (X2 = x12) AND AND (Xn = x1n) THEN D = d1 …… IF (X1 = xk1) AND (X2 = xk2) AND AND (Xn = xkn) THEN D = dk (X1 = x01) AND (X2 = x02) AND AND (Xn = x0n) Với (X1, X2, , Xn) tập mờ yếu tố đầu vào tập mờ giá trị kết luận D Ứng với giá trị yếu tố đầu vào (x01, x02, , x0n) tương ứng với tập mờ (X1, X2, , Xn), ta ứng dụng phương pháp lập luận mờ để nội suy giá trị kết d0 thuộc tập mờ D Biến ngôn ngữ Biến ngôn ngữ biến có giá trị giá trị ngôn ngữ xây dựng từ phần tử sinh nguyên thủy biến tác động gia tử liên từ [8] Biến ngôn ngữ đặc trưng (X, T(X), U, R, M) với [4]:  X tên biến ngôn ngữ Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015  T(X) tập giá trị ngôn ngữ biến X  U tập vũ trụ ngôn ngữ  R luật ký pháp cho phép sinh phần tử T(X)  M luật ngữ nghĩa gán phần tử T(X) tập mờ U Đặc trưng biến ngôn ngữ [7]:  Các giá trị ngôn ngữ có ngữ nghĩa tự nhiên biến ngôn ngữ người sử dụng sống hàng ngày; người sử dụng ngữ nghĩa để xác định quan hệ thứ tự ngữ nghĩa giá trị ngôn ngữ biến  Các gia tử ngôn ngữ người sử dụng để nhấn mạnh mặt ngữ nghĩa giá trị ngôn ngữ; tức gia tử làm mạnh lên yếu ngữ nghĩa tự nhiên giá trị ngôn ngữ tác động  Với giá trị ngôn ngữ x T(X) tập H gia tử ngôn ngữ, H phân hoạch thành hai tập rời cho tập chứa gia tử làm tăng ngữ nghĩa x tập lại chứa gia tử làm giảm ngữ nghĩa x Hơn nữa, tập H, thân gia tử thứ tự theo mức độ nhấn ngữ nghĩa chúng Các tính chất cho phép xây dựng cấu trúc thứ tự ngữ nghĩa ứng với biến ngôn ngữ bất kỳ, cấu trúc thứ tự làm tăng giảm ngữ nghĩa giá trị biến ngôn ngữ Dựa vào đặc trưng biến ngôn ngữ, ta xây dựng miền giá trị biến ngôn ngữ thành tập hợp thứ tự phận Xét biến ngôn ngữ X, T(X) tập hợp giá trị biến ngôn ngữ X gọi miền giá trị biến ngôn ngữ X Đại số gia tử Cho đại số gia tử X = (T(X), C, H, ≤) [8], đó:  T(X): miền giá trị biến ngôn ngữ X  C: tập phần tử sinh nguyên thuỷ biến ngôn ngữ  H: tập gia tử ngôn ngữ  ≤: quan hệ thứ tự phận sinh ngữ nghĩa tự nhiên giá trị ngôn ngữ Giả sử X biến ngôn ngữ mật độ phương tiện chờ nút T(X) = {very crowded, little crowded, possible crowded, possible uncrowded, litte uncrowded , very uncrowded}, phần tử sinh C = {crowded, uncrowded} H = {very, possible, little} Trong phần tử sinh C= {C+ C-} C+ = {crowded}có khuynh hướng lên, C- ={uncrowded} khuynh hướng xuống H ={ H-  H+} H- = {very} tập gia tử âm có xu hướng làm giảm ngữ nghĩa từ, H+ = { possible, little} tập gia tử dương có xu hướng làm tăng ngữ nghĩa từ Ta thấy tính chất ngữ nghĩa quan trọng gia tử gọi tính kế thừa Tính chất thể chỗ tác động gia tử vào giá trị ngôn ngữ ngữ nghĩa giá trị bị thay đổi giữ ngữ nghĩa gốc Điều có nghĩa với gia tử h, giá trị hx thừa kế ngữ nghĩa x Tính chất góp phần bảo tồn quan hệ thứ tự ngữ nghĩa: hx ≤ kx h’hx ≤ k’kx, hay h’ k’ bảo tồn quan hệ ngữ nghĩa hx kx cách tương ứng Định lượng ngữ nghĩa giá trị biến ngôn ngữ Chúng ta xét ánh xạ f từ tập T(X) vào đoạn [0,1] ánh xạ f bảo toàn thứ tự T(X) Khi ta có, kích thước tập H(x) định nghĩa thông qua đường kính f(H(x)) tập [0,1] hiểu độ đo mờ x Gọi H(x) tập phần tử X sinh từ x gia tử [6] Nghĩa H(x) bao gồm khái niệm mờ mà phản ánh ý nghĩa khái niệm x Vì vậy, kích thước tập H(x) biểu diễn tính Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015 mờ x Từ đó, ta định nghĩa độ đo tính mờ sau: Độ đo tính mờ x, ta ký hiệu fm(x), độ dài đoạn chứa khoảng tính mờ tập f(H(x)) = {f(u): u  H(x)} đoạn [0,1] Định nghĩa 2.1: Ánh xạ fm: T(X) –> [0, 1] gọi độ đo mờ phần tử x T(X) thỏa điều kiện sau [6,12]: i) fm(c-) + fm(c+) = f m ( hu )  f m (u ) , u  T(X) hH ii) fm(x) = với x thỏa mãn H(x) = x Đặc biệt là: fm(0) = f(W) = f(1) = iii) x, y  T(X), h  H, f m (hx ) f m ( hy )  , tức không phụ thuộc vào giá trị x, y gọi độ f m ( x) fm ( y) đo mờ gia tử h, ký hiệu (h) Định nghĩa 2.2 : Hàm dấu sign : X {-1, 0, 1} định nghĩa đệ quy sau[6,12]: i) sign(c-) = -1, sign(c+) = +1; ii) sign(h'hx) = -sign(hx) h' âm h h'hx ≤ hx; iii) sign(h'hx) = sign(hx) h' dương h h'hx ≤ hx; iv) sign(h'hx) = h'hx = hx Định nghĩa 2.3 : Cho fm hàm độ đo tính mờ T(X) Một hàm định lượng ngữ nghĩa v: X  [0,1] (kết hợp với fm) định nghĩa sau[6,12]: i) v(w) = = fm(c-), v(c-) = α - αfm(c-) , v(c+) = +αfm(c+), với < < 1; ii) v(h jx) = v(x) + sign(h jx)(∑i=Sign(j) fm(hi j x) - ω(h jx)fm(h jx)), j [-q ^ p] Trong đó, ( h jx)=1/2[1+ sign(h jx)sign(h p h jx)(-)]{ ,},[-q ^ p] ={j:-q≤j≤p&j≠0}  phần tử trung hòa, là giá trị định lượng ngữ nghĩa w xác định trước III MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG DỰA VÀO MẬT ĐỘ PHƯƠNG TIỆN CHỜ TẠI NÚT VÀ MẬT ĐỘ PHƯƠNG TIỆN ĐANG TỚI NÚT Bài toán điều khiển đèn tín hiệu giao thông Hình 1: Nút giao thông Xét nút giao thông cụ thể, nút thiết kế có pha đèn Mỗi pha có chu kỳ đèn gồm đèn xanh, đèn đỏ, đèn vàng Trong pha có pha đươc bật đèn xanh, pha lại bị đèn đỏ Các hướng di chuyển phương tiện thẳng, rẽ phải, rẽ trái Các phương tiện nút điều khiển thỏa mãn điều kiện sau: Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015  Xác định pha chuyển tiếp đèn xanh dựa vào thời gian chờ đèn đỏ pha, thời gian pha lớn pha bật đèn xanh, thời gian chờ pha theo mức độ ưu tiên pha để xác định pha bật đèn xanh  Thời gian đèn xanh pha xác định phụ thuộc vào mật độ phương tiện chờ pha, mật độ phương tiện tới nút  Thời gian đèn đỏ pha xác định phụ thuộc vào thời gian đèn xanh nút trước  Không xảy ùn tắc  Các phương tiện không bị xung đột Ví dụ: Một nút giao thông thiết kế pha Hình Pha bật đèn xanh Pha 3, phương tiện phép rẽ phải, rẽ trái thẳng pha lại pha 1, pha 2, pha Mô hình đề xuất điều khiển đèn tín hiệu giao thông Thông tin phương tiện chờ nút thông tin phương tiện tới nút thông tin dạng ngôn ngữ hệ thống camera theo dõi nút từ kênh VOV cung cấp  Gọi Xi (i = 1…n) thời gian chờ pha  Gọi Yi (i = 1…n) mật độ phương tiện chờ pha  Gọi Zi (i = 1…n) mật độ phương tiện tới nút  Gọi thời gian bật đèn xanh Tđx Bài toán đặt cần phải xây dựng thành n pha, đầu vào pha xem tập mờ mô tả đối tượng mà cần lập luận Các tập mờ xây dựng ngôn ngữ tự nhiên Do đánh giá tập mờ giá trị ngôn ngữ tự nhiên dựa đại số gia tử theo mô sau: Bước Xác định yếu tố đầu vào thành tập mờ (X1, ,Xn), (Y1,…,Yn),(Z1,…,Zn) Bước Xác định tập mờ X, Y, Z giá trị miền trị biến ngôn ngữ Mỗi biến ngôn ngữ X, Y, Z xây dựng thành đại số gia tử, giá trị biến ngôn ngữ mà kết nối chuỗi gia tử phần tử sinh nguyên thủy Bước Thực ánh xạ định lượng ngữ nghĩa cho giá trị biến ngôn ngữ tạo Bước Xây dựng tập luật để xác định pha chuyển tiếp Xây dựng tập luật xác định pha bật đèn xanh X ={very high, little high, little low, very low } biến đầu pha bật đèn xanh Như vậy, đầu vào pha tập mờ có giá trị xác định tập luật có 64 luật: Rule 1: If pha1 is very high and pha2 is very high and pha3 is very high THEN pha1 Rule 2: If pha1 is very low and pha2 is very high and pha3 is very high THEN pha2 Rule 3: If pha1 very low and pha2 is little high and pha3 is very high THEN pha3 …………… Rule i: If pha j is very low and pha t is very low and pha k is very low THEN pha j* Bước Thực việc lập luận sở luật ứng với yếu tố đầu vào thu yếu tố đầu thỏa mãn điều kiện Tđx = Similarity (actual; Yi) + Similarity (actual; Zi) Chi tiết thuật toán xem Hình Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015 Bắt đầu Thực pha i Pha i kết thúc? Không Có Xác định pha đèn xanh Tính toán thời gian đèn xanh Chuyển pha Kết thúc Hình 2: Sơ đồ điều khiển đèn tín hiệu IV THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Cấu hình thực nghiệm Để tiến hành thực nghiệm thiết lập môi trường thực nghiệm sau:  Môi trường cài đặt thuật toán Phương pháp đề xuất cài đặt ngôn ngữ Java môi trường Intel(R) Core(TM) i3-3220 CPU @ 3.30 GHz, 4GB RAM Windows 7x, sở database SQL Server 2008  Dữ liệu thực nghiệm Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015 Dữ liệu thu thập từ hệ thống camera quan sát đặt nút để xác định mật độ phương tiện pha Mỗi pha có thông tin dự báo mật độ phương tiện chờ mật độ phương tiện đến nút Thông tin xác định thông qua tỉ lệ diện tích chiếm dụng mặt đường phương tiện với diện tích mặt đường pha Tuy nhiên, liệu khoảng 20 mẫu gồm thời gian dừng đèn đỏ pha, tương ứng mật phương tiện chờ pha mật độ phương tiện tới nút pha liệu giả định  Tiêu chí đánh giá thuật toán:  Thuật toán phải đáp ứng xác định pha đèn xanh không dựa vào thời gian chờ cụ thể pha  Thời gian bật đèn xanh không vượt thời gian tối đa nút không nhỏ thời gian tối thiểu nút  Thời gian bật đèn xanh tính toán dựa mật độ phương tiện chờ phương tiện tới theo công thức bước mục III.2  Cách xây dựng biến ngôn ngữ gia tử sử dụng: Xây dựng biến đầu vào thời gian chờ đèn đỏ đại số gia tử với ={high, low}, ={low}, = {T( = {High}, ), , , ≤}, ={very}, H= H(-) ={litte }, H(+);  Dựa vào liệu mẫu thời gian chờ đèn đỏ xác định giá trị trung bình  Lần lượt tính giá trị  Theo định nghĩa 2.1 xác định , , , , , , Xây dựng biến đầu vào thời gian chờ đèn đỏ đại số gia tử ={Crowded, uncrowded}, ={uncrowded}, = {T( ), = {Crowded}, , ={litte}, , ≤}, với ={very}, H= H(-) H(+)  Dựa vào liệu mẫu thời gian chờ đèn đỏ xác định giá trị trung bình  Lần lượt tính giá trị  Theo định nghĩa 2.1 xác định , , , , , ,  Mục tiêu thực nghiệm: Đánh giá tính khả thi thuật toán cải tiến phương pháp đề xuất so với thuật toán điều khiển cố định logic mờ Minh họa thực nghiệm cho mô hình đề xuất Thực tính toán điều khiển đèn tín hiệu nút giao thông cụ thể có pha đèn hình Mỗi pha có luồng xe thẳng rẽ phải, rẽ trái Tại nút có đặt camera theo dõi để xác định mật độ phương tiện pha Mỗi pha có thông tin dự báo mật độ phương tiện chờ mật độ phương tiện đến nút Mật độ phương tiện xác định số lượng xe/phút Từ đó, thu bảng thống kê định lượng thời gian pha bảng 1, mật độ phương tiện bảng Thực xác định pha bật đèn xanh thời gian bật đèn xanh theo bước sau: Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015 Bước 1: Xác định đầu vào tập mờ thời gian chờ độ phương tiện chờ phương tiện tới ={ very low, little low, little high, very high}, mật = {very uncrowded, little uncrowded, little crowded, very crowded} Bước 2: Xây dựng đại số gia tử xác định giá trị trung bình = {T( {High}, ), , ={litte}, = {T( {Crowded}, , ≤}, với (-) (+) , (-) (+) ={litte}, , ≤}, với từ liệu mẫu sau: ={high, low}, ={very}, H= H H ; ), , ={low}, = = 0.44 ={Crowded, uncrowded}, ={very}, H= H H ; ={uncrowded}, = = 0.45 Bước 3: Thực ánh xạ định lượng ngữ nghĩa biến đổi giá trị thời gian chờ, mật độ phương tiện giá trị [0,1] tương ứng sau: Theo định định nghĩa 2.3, ta xác định : = 0.47 , = 0.53, = 0.53, = 0.47 Chọn T( ) = [0, 70] Theo định nghĩa 2.1, ta xác định được: = 0.25, 0.47] =0.22 Do very low < little low nên very low  [0, 0.25], little low  [0.25, = 0.25, =0.28 Do little high < very high nên little high [0.47, 0.72], very high  Bằng phương pháp chuyển đổi giá trị T( ) thành giá trị thuộc [0,1], ta có giá trị định tính bảng Tương tự, chọn T( ) = [0, 500] ta xác định khoảng mờ mật độ phương tiện  [0, 0.25],  [0.25, 0.45], 1] Bằng phương pháp chuyển đổi giá trị T(  [ 0.45, 0.7],  [ 0.7, ) thành giá trị thuộc [0,1], ta có giá trị định tính bảng Bước 4: Từ tập luật xây dựng xác định pha bật đèn đỏ Kết xem bảng Bước 5: Dựa vào hàm thuộc xác định thời gian đèn xanh ứng với mật độ phương tiện chờ mật độ phương tiện tới nút Cộng hai thời gian lại xác định thời gian kéo dài pha Kết xem bảng STT Pha Định lượng (s) Pha Định tính Định lượng (s) Pha Định Tính Pha Định lượng Định tính (s) 30 little low 40 little high 12 very low 18 very low 32 little low 15 very low Pha Pha 19 little low 36 little high 50 little high Pha 62 very high 14 very low 22 little low Pha 15 little uncrowded 22 little low 24 little low Pha Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 little high 68 very low 24 little low Pha 28 little low 23 little low 56 very high Pha 16 very low 48 little high 13 very low Pha 12 very low 49 little high 50 little high Pha 12 very low 30 little low 20 little low Pha 30 little low 20 little low 60 very high Pha 40 little high 43 little high 20 little low Pha 58 very high 42 little high 52 very high Pha 65 very high 49 little high 68 very high Pha 56 very high 52 very high 54 very high Pha 21 little low 34 little high 44 little high Pha 25 little low 25 little low 25 little low Pha 13 very low 13 very low 15 very low Pha 33 little high 31 little low 37 little low Pha 52 very high 26 little low 49 little high Pha Bảng Thống kê liệu thời chờ đèn đỏ STT Lượng phương tiện chờ Lượng phương tiện tới Thời gian kéo thêm pha đèn xanh Định lượng (s) Định lượng (xe/phút) Định tính Định lượng (xe/phút) Định tính 215 little uncrowded 140 little uncrowded 20 320 little crowded 168 little uncrowded 25 417 very crowded 249 little crowded 45 145 little uncrowded 260 little crowded 35 360 very crowded 222 little crowded 30 105 very uncrowded 50 very uncrowded 178 little uncrowded 190 little uncrowded 20 Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 109 very uncrowded 48 very uncrowded 40 very uncrowded 56 very uncrowded 230 little crowded 280 little crowded 40 390 very crowded 215 little uncrowded 30 189 little uncrowded 215 little uncrowded 20 99 very uncrowded 89 very uncrowded 56 very uncrowded 93 very uncrowded 248 little crowded 315 little crowded 40 460 very crowded 356 very crowded 50 451 little crowded 347 little crowded 45 256 little crowded 358 very crowded 45 189 little uncrowded 256 little crowded 35 215 little crowded 379 very crowded 40 Bảng Bảng kết thời gian bật đèn xanh dựa mật độ phương tiện chờ phương tiện tới Đánh giá kết Hình 3: Màn hình kết pha bật đèn xanh thời gian bật đèn xanh Tại Hình 3, Bảng liệu thời gian chờ với thông tin đầu vào thời gian chờ tương ứng với cột “pha 1“, “ pha 2“, “pha 3“, kết xác định pha bật đèn xanh theo phương pháp logic phương pháp đề xuất tương ứng với cột “KQ logic mờ“ “KQ DSGT“ Bảng liệu mật độ phương tiện với thông tin đầu vào mật độ phương tiện tới mật độ phương tiện hàng đợi tương ứng với cột “Đang tới“ “Hàng đợi“, kết thời gian kéo dài pha theo Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015 phương pháp cố định, phương pháp logic mờ, phương pháp đề xuất cập nhật vào cột “TG cố định“ “TG logic mờ“, “TG ĐSGT“ Từ kết hình cho thấy pha bật đèn xanh không tuần tự, pha bật đèn pha có mức độ ưu tiên cao theo tập luật xác định thời gian chờ Thời gian bật đèn xanh pha khác khác phụ thuộc vào mật độ phương tiện chờ phương tiện tới nút Mật độ phương tiện lớn thời gian bật đèn xanh dài, ngược lại mật độ phương tiện thời gian kéo dài ngắn Điều chứng minh lần thời gian bật đèn xanh 20s, lần 25s, lần 45s Lần có thời gian kéo dài lớn lần 1, lần mật độ phương tiện lần nhiều lần 1, lần Như vậy, thấy hệ thống điều khiển có tính linh hoạt mềm dẻo dựa mật độ phương tiện nút So sánh với phương pháp điều khiển thời gian cố định Phương pháp điều khiển cố định pha pha –> pha –> pha Thời gian bật đèn xanh pha 35s, dù phương tiện pha hay nhiều thời gian Ví dụ, lần thứ 35s mật độ phương tiện gây lãng phí lần thứ mật độ phương tiện lớn với thời gian đèn xanh 35s không đủ dài nên phương tiện bị dừng lại dẫn đến ùn tắc Trong đó, điều khiển phương pháp logic mờ đại số gia tử giải vấn đề này, pha không mà pha có thời gian chờ cao thứ tự ưu tiên pha cao bật Thời gian bật đèn xanh kéo dài tính toán vào mật độ phương tiện Mật độ phương tiện lớn thời gian bật đèn xanh lâu không vượt thời gian chờ tối đa nút, mật độ phương tiện thời gian chờ nút ngắn không vượt thời gian tối thiểu nút Điều cho thấy phương pháp linh hoạt, tối thiểu hóa thời gian chờ giảm ùn tắc so với phương pháp điều khiển cố định So sánh với phương pháp điều khiển mờ Phương pháp điều khiển mờ, khắc phục nhược điểm phương pháp điều khiển cố định Phương pháp logic mờ điểu khiển động thời gian bật đèn xanh dựa vào mật độ phương tiện tới phương tiện chờ Việc xác định giá trị tập mờ thời gian chờ dựa vào hàm thuộc logic mờ xác định pha bật đèn xanh linh hoạt.Tuy nhiên, dựa hàm thuộc logic mờ để xác định giá trị tập mờ không cho kết xác việc sử dụng đại số gia tử biến ngôn ngữ đại số gia tử công cụ hữu hiệu việc thực việc [3] Phương pháp logic mờ xác định thời gian kéo dài cách xác định giá trị mờ mật độ phương tiện chờ giá trị mờ mật độ phương tiện tới dựa vào hàm thuộc Sau đó, xác định thời gian kéo dài dựa vào kết mờ thời gian kéo dài Trong phương pháp đề xuất xác định giá trị mờ mật độ phương tiện nút giá trị mờ mật độ phương tiện tới nút xác định thời gian bật đèn xanh giá trị mờ đó, thời gian kéo dài tổng thời gian giá trị nên kết xác Theo dõi bảng liệu mật độ phương tiện hình thấy rõ điều đó, từ lần thứ 15-17 mật độ phương tiện khác phương pháp logic mờ xác định thời gian kéo dài 24s, phương pháp đề xuất thời gian khác 40s,50s,45s Điều cho thấy phương pháp đề xuất cho kết xác V KẾT LUẬN Bài báo đề xuất phương pháp điều khiển đèn tín hiệu dựa mật độ phương tiện giao thông nút tới nút, phương pháp tiếp cận kết hợp lý thuyết logic đại số gia tử Kết thực nghiệm cho thấy ứng dụng mô đề xuất để cải thiện giúp việc điều khiển giao thông tốt giảm ùn tắc cho vấn đề trạng ùn tắc giao thông cần quan tâm So sánh với kết công trình nghiên cứu Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công Nghệ thông tin (FAIR); Hà nội, ngày 9-10/7/2015 nay, kết mô hình đề xuất cải tiến phương pháp truyền thống nay, giải vấn đề phương pháp đèn truyền thống cho kết xác phương pháp điều khiển logic mờ Tuy nhiên, mô hình đề xuất xét đến mật độ phương tiện tới gần nút, phương tiện mật độ, di chuyển theo luồng giao thông chưa tính toán đưa vào để xử lý Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu tập trung nâng cao hiệu hệ thống với cách tiếp cận áp dụng thuật toán ngẫu nhiên để tính toán xử lý liệu phân luồng phương tiện giao thông qua nút Với xử lý số liệu xác đầu vào lượng hóa đại số gia tử kết hợp với logic mờ mô hình đề xuất giúp phần việc toán điều khiển giao thông thông minh VI LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 102.05-2014.01 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mamdani, E H (1977) Application of fuzzy logic to approximate reasoning using linguistic synthesis Computers, IEEE Transactions on, 100(12), 1182-1191 [2] Klir, G J., St Clair, U., & Yuan, B (1997) Fuzzy set theory: foundations and applications Prentice-Hall, Inc [3] Thông, H M (2014) Phương pháp điều khiển động đèn tín hiêu giao thông ứng dụng lý thuyết đại số gia tử [4] Nam, H.V (1999) Một sở đại số cho logic mờ Zadeh tính toán từ Luận án tiến sĩ khoa học [5] Hào, N C., & Đoàn, N C (2013) LUẬT KẾT HỢP MỜ DỰA TRÊN NGỮ NGHĨA ĐẠI SỐ GIA TỬ Tạp chí Khoa học Đại học Huế, 74(5) [6] Ho, N.C., & Long, N.V (2003) Đại số gia tử tuyến tính Tạp chí tin học điều khiển học, 19(3), 274-280 [7] Ho, N C., & Wechler, W (1990) Hedge algebras: An algebric approach to structure of set of linguistic truth values Fuzzy sets and systems, 35(3), 281-293 [8] Ho, N C., & Wechler, W (1992) Extended hedge algebras and their application to fuzzy logic Fuzzy sets and systems, 52(3), 259-281 [9] Kronborg, P., Davidsson, F., & Edholm, J (1997) Development and field trials of the SOS algorithm for self optimising signal control at isolated intersections(Vol 7) Publication TFK-1997-05 [10] Smith, S F., Barlow, G J., Xie, X F., & Rubinstein, Z B (2013) SURTRAC: Scalable urban traffic control [11] Smith, S F., Barlow, G J., Xie, X F., & Rubinstein, Z B (2013) Smart Urban Signal Networks: Initial Application of the SURTRAC Adaptive Traffic Signal Control System In ICAPS [12] Khang, T Đ (1997) Xây dựng hàm đo đại số gia tử ứng dụng lập luận ngôn ngữ Tạp chí tin học điều khiển học, Viện Công nghệ Thông tin,13(1), 16-30 [13] Xie, X F., Smith, S F., & Barlow, G J (2014) U.S Patent No 20,140,368,358 Washington, DC: U.S Patent and Trademark Office