1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Ngô Đức Hải
XÂY DỰNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT HỆ THỐNG
MÔ PHỎNG GIAO THÔNG VIỆT NAM
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ Thông tin
HÀ NỘI - 2010
2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Ngô Đức Hải
XÂY DỰNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT HỆ THỐNG
MÔ PHỎNG GIAO THÔNG VIỆT NAM
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ Thông tin
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Thế Duy
HÀ NỘI - 2010
TÓM TẮT KHOÁ LUẬN
Từ lâu, việc phát triển một hệ thống mô phỏng giao thông đã được nhiều nhà nghiên
cứu trên thế giới quan tâm và đã đạt được một số thành tựu nhất định. Những thành tựu này
cũng đã đóng góp phần nào vào sự phát triển của hệ thống giao thông ở các nước tiên tiến.
Tuy nhiên, việc ứng dụng các thành tựu này vào giao thông Việt Nam là rất khó khăn do cơ
sở vật chất, cơ sở hạ tầng giao thông của nước ta có nhiều khác biệt, cùng với đó là sự khác
nhau về các loại phương tiện tham gia giao thông và ý thức của người tham gia giao thông.
Vì vậy việc nghiên cứu một hệ thống mô phỏng giao thông thích hợp với Việt Nam là rất
cần thiết và đã được chúng tôi chọn làm đề tài để thực hiện khóa luận này.
Đầu tiên, chúng tôi sẽ đưa ra một số cơ sở lý thuyết cho việc mô phỏng giao thông.
Trong số đó chúng tôi sẽ đi sâu vào phương pháp mô phỏng dựa trên agent, một công nghệ
rất thích hợp để mô phỏng một mô hình có sự tương tác cá thể - cá thể và cá thể - môi

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH DỰA TRÊN AGENT.................................................................12
2.1. Agent và hệ thống đa agent..............................................................................12
2.1.1. Agent...............................................................................................12
2.1.2. Hệ thống đa agent – MAS...............................................................13
2.2. Mô hình dựa trên agent....................................................................................14
2.2.1. Khái niệm về mô hình dựa trên agent – ABM..................................14
2.2.2. Sự khác nhau giữa agent và đối tượng.............................................14
2.2.3. Một số ứng dụng của ABM.............................................................15
2.2.4. Cách xây dựng một ABM................................................................16
2.3. Kết luận...........................................................................................................16
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG MÔ PHỎNG GIAO THÔNG VIỆT NAM SỬ DỤNG MÔ
HÌNH DỰA TRÊN AGENT..............................................................................................17
3.1. Một số đặc điểm của giao thông Việt Nam.......................................................17
3.2. Các ý tưởng xây dựng hệ thống........................................................................17
3.2.1. Xây dựng hệ thống đường xá...........................................................18
3.2.2. Xây dựng agent đóng vai trò người tham gia giao thông..................21
3.3. Mô tả hệ thống.................................................................................................25
iii
3.3.1. Các thành phần chính của hệ thống..................................................25
3.3.2. Các thuật toán được sử dụng...........................................................30
..................................................................................................................30
3.4. Cài đặt hệ thống mô phỏng..............................................................................36
3.5. Giới thiệu chương trình mô phỏng...................................................................38
3.5.1. Chế độ thiết kế................................................................................38
3.5.2. Chế độ mô phỏng............................................................................42
3.6. Một số thử nghiệm và nhận xét........................................................................43
3.6.1. Một số thử nghiệm..........................................................................44
3.6.2. Nhận xét các thử nghiệm.................................................................47
CHƯƠNG 4. TỔNG KẾT.................................................................................................49
4.1. Kết luận...........................................................................................................49

Hình 3-17: Ghép các vùng đường với nhau để tạo thành hệ thống đường xá tùy ý.............40
Hình 3-18: Hộp thoại chọn các thành phần đường dựng sẵn..............................................40
vi
Hình 3-19: Hộp thoại tùy chọn số người tham gia giao thông............................................41
Hình 3-20: Hộp thoại tùy chọn các thuộc tính của người lái...............................................41
Hình 3-21: Giao diện chương trình ở chế độ mô phỏng.....................................................42
Hình 3-22: Thử nghiệm mô phỏng tại môt ngã tư có bùng binh.........................................43
Hình 3-23: Thử nghiệm mô phỏng với 80 người................................................................45
Hình 3-24: Thử nghiệm mô phỏng với 120 người..............................................................46
Hình 3-25: Thử nghiệm mô phỏng với 160 người..............................................................47
Bảng 3-1: Thuộc tính của các người lái..............................................................................44
Bảng 3-2: Thử nghiệm mô phỏng với 80 người.................................................................45
Bảng 3-3: Thử nghiệm mô phỏng với 120 người...............................................................46
Bảng 3-4: Thử nghiệm mô phỏng với 160 người...............................................................47
vii

MỞ ĐẦU
Đối với mọi quốc gia, giao thông là một bộ phận trong kết cấu hạ tầng, có ảnh hưởng
trực tiếp đến sự phát triển kinh tế - xã hội. Ở các nước phát triển, việc phát triển hệ thống
giao thông luôn được đầu tư những khoản chi phí khổng lồ. Bên cạnh đó, các nhà quy
hoạch luôn có một tầm nhìn chiến lược, định ra được kế hoạch rõ ràng trong việc xây dựng
các hệ thống giao thông. Nhờ vậy mà hệ thống giao thông của những nước này rất phát
triển, tạo cơ sở thuận lợi cho sự phát triển của kinh tế và xã hội. Còn ở Việt Nam thì ngược
lại, cơ sở hạ tầng giao thông không theo kịp sự phát triển kinh tế xã hội và dân số, gây cản
trở cho sự nghiệp hiện đại hóa, công nghiệp hóa của đất nước.
Hiện nay ở nước ta, giao thông đang là một vấn đề nhức nhối của các nhà hoạch định
chính sách. Ở các đô thị như Hà Nội, nhiều hệ thống đường quá hỗn độn, không theo quy
chuẩn hay quá chật hẹp. Trong khi đó, số lượng xe tham gia thông không ngừng gia tăng.
Điều đó đã dẫn đến hậu quả là sự gia tăng về tắc đường, tai nạn, ô nhiễm môi trường. Thêm
vào đó, ý thức của người tham gia giao thông chưa cao nên càng làm tăng tính phức tạp của

• Cuối cùng, Chương 4 sẽ tổng kết các kết quả đã đạt được và hướng phát triển hệ
thống mô phỏng giao thông trong tương lai.
2
CHƯƠNG 1: MÔ PHỎNG GIAO THÔNG
1.1. Giới thiệu
Việc phát triển hệ thống giao thông tốt là nhu cầu bức thiết của mỗi quốc gia nhằm
tạo cơ sở thuận lợi cho quá trình phát triển kinh tế xã hội. Xây dựng được một hệ thống
giao thông tốt là một bài toán khó với các nhà quy hoạch giao thông. Ngoài việc phân tích,
đánh giá mang tính lý thuyết, họ cần có một cái nhìn trực quan về các giải pháp mà họ lựa
chọn. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể áp dụng các giải pháp phát triển hệ thống
giao thông vào thực tế chỉ để kiểm tra tính hiệu quả do nhiều nguyên nhân như tốn kém,
mất nhiều thời gian, hoặc gặp rủi ro không lường trước được. Chính vì vậy, họ cần một
công cụ giúp họ mô phỏng các giải pháp phát triển hệ thống giao thông để đánh giá và đưa
ra lựa chọn hợp lý nhất.
Công cụ mô phỏng giao thông đầu tiên được ra đời năm 1955 [10], và kể từ đó đến
nay, việc mô phỏng giao thông trên máy tính đã được nghiên cứu, phát triển và được áp
dụng nhiều vào thực tế. Đã có rất nhiều công cụ được ra đời, nhiều giải pháp, cơ sở lý
thuyết được đưa ra. Có những giải pháp mang tính vĩ mô, các nhà nghiên cứu chỉ để tâm
đến mối liên hệ giữa các tham số như vận tốc các, lưu lượng, mật độ các xe tham gia giao
thông. Các giải pháp mang tính vi mô thì nhằm xây dựng các hệ thống mô phỏng mà có sự
chuyển động của các xe một cách chi thiết. Có những giải pháp mang tính rời rạc hay liên
tục về thời gian… Tính đến nay, việc nghiên cứu xây dựng công cụ mô phỏng giao thông
đã đạt được nhiều thành tựu, đã đóng góp phần nào vào sự phát triển của các hệ thống giao
thông ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới. Tuy nhiên, rất khó có thể ứng dụng được những
công cụ này để mô phỏng hệ thống giao thông ở Việt Nam do hệ thống giao thông của
nước ta có nhiều điểm khác biệt. Cơ sở hạ tầng giao thông còn kém, hệ thống giao thông
mang tính phức tạp vì có nhiều hệ thống đường xá chằng chịt trong một diện tích nhỏ, nhất
là trong các đô thị. Hầu hết các công cụ mô phỏng được xây dựng chỉ mô phỏng các
phương tiện đi trên đường là ô tô. Trong khi đó, các phương tiện tham giao ở nước ta rất
hỗn tạp, từ những phương tiện kích thước nhỏ xe đạp, xe máy đến những phương tiện cỡ

đường này song song ta sẽ đường một tuyến đường đi thật sự có độ rộng bằng số
nguyên lần độ rộng của một làn đường.
• Mỗi vùng đường giao nhau được mô tả bằng một hình chữ nhật có chiều dài và
chiều rộng bằng số nguyên lần độ rộng của một làn đường, tối đa là gấp 4 lần làn
đường. Trên mỗi cạnh của vùng này có các điểm nối. Khi nối các đoạn đường nêu
trên vào các điểm nối này ta sẽ được hệ thống các đường giao nhau. Hơn nữa, các
vùng giao nhau này có các thuộc tính giúp mô tả các đèn giao thông, đường ưu
tiên, giúp xây dựng các luật đi đơn giản trên đưòng.
Về mặt giao diện, hệ thống cung cấp công cụ thiết kế một cách trực quan mạng lưới
giao thông. Về mặt phát triển, nó cung cấp một thư viện lệnh giúp người phát triển có thể
thao tác dễ dàng với các thành phần này để tạo ra các mạng lưới giao thông bằng cách lập
trình.
1.2.2. Mô hình điều khiển sự di chuyển các xe trên đường
Đây là mô hình giúp tính toán sự di chuyển từng xe tham gia giao thông. Mô hình này
có các thành phần nhỏ hơn. Chúng bao gồm bộ đếm thời gian để thực hiện việc lái xe chân
thực, thành phần sinh xe ngẫu nhiên tại một đầu vào của hệ thống giao thông, và thành
phần quan trọng của mô hình này là thành phần tính toán sự di chuyển của các xe. Cách
thức di chuyển các xe được mô tả như sau:
5
• Trường hợp xe đang đi trên đoạn đường thẳng: Gọi v là vận tốc của xe trên
đường, x là khoảng cách với xe gần nhất phía trước, thì vận tốc v sẽ được xác định
như sau:
k, nếu v ≥ L
giá trị giữa 0 và k, nếu l < v < L
0, nếu x ≤ L
Trong đó k là vận tốc lớn nhất xe có thể đạt được, L là khoảng cách an toàn với xe
phía trước, l là khoảng cách nguy hiểm với xe ở phía trước.
• Khi đi đến gần đoạn đường giao nhau, xe có các lựa chọn sau:
o Dừng lại khi gặp đèn đỏ
o Nếu có xe ở hướng khác và có độ ưu tiên cao hơn thì giảm tốc độ, nhường

độ rộng một làn đường được mô tả bằng “lane number”. Ngoài ra, nó còn chứa thông tin
mô tả về đoạn bị thu hẹp (RoadSlice), các mối nối để nối nhiều đoạn đường thẳng với
nhau, và tốc độ tối đa các xe khi di chuyển trên đoạn đường đó.
7
Hình 1-4: Mô tả cấu tạo đoạn đường cao tốc
1.3.2. Mô hình xe cộ
Đây là mô hình khá phức tạp, gồm các thành phần: thành phần lệnh điều khiển,
thành phần cảm ứng và thành phần người lái xe.
• Thành phần lệnh điều khiển – Controller. Đây là thành phần mô tả các lệnh điều
khiển của người lái xe bao gồm:
o Đánh lái: Dùng để mô tả lệnh đánh lái khi lái xe của người điều khiển. Nó
gồm các thông tin mô tả như đánh lái về phía nào, bao nhiêu độ, …
o Điều chỉnh tốc độ: Mô tả lệnh tăng tốc, giảm tốc hoặc giữ tốc độ của người
lái xe
• Thành phần cảm ứng: Đây là thành phần giúp xe cảm giác được sự di chuyển của
các xe khác chẳng hạn như tăng tốc, giảm tốc, đang đổi hướng. Điều này làm cho
việc điều khiển không bị cứng nhắc như điều khiển sự di chuyển của xe trong hệ
thống mô phỏng trực quan của Thomas Fotherby [14].
• Thành phần người lái xe: Đây là thành phần tính toán ra quyết định của người lái
xe. Trong một tập lệnh điều khiển được đưa ra, dựa vào các thông tin lấy từ thành
phần cảm ứng, một thuật toán sẽ được thực thi để tính toán quyết định chọn cách
điều khiển hợp lý nhất của người lái.
8
Hệ thống cho phép người định nghĩa các loại xe khác nhau như xe tải, xe con, công-
ten-nơ. Người sử dụng không chỉ có thể định nghĩa kích thước của xe mà còn có thể mô tả
các tham số khác như khả năng tăng tốc, giảm tốc, tốc độ đổi hướng, … Việc định nghĩa
này có thể thực hiện qua việc chỉnh sửa file cài đặt ( config file ).
1.4. Hệ thống mô phỏng đèn giao thông
Trong mục này, chúng tôi xin giới thiệu về hệ thống mô phỏng đèn giao thông được
phát triển bởi một số thành viên của trường đại học Utrecht (Hà Lan) [7]. Đây là một hệ

độ xe, lượng xe qua lại, … Các thông tin này được sử dụng làm tham số cho giải thuật điều
chỉnh thời gian bật đèn xanh, đèn đỏ.
1.5. Kết luận
Chúng tôi vừa trình bầy một số hệ thống mô phỏng giao thông tiêu biểu. Các hệ thống
này có một số điểm chung. Thứ nhất, chúng đều là các hệ thống mô phỏng giao thông vi
mô, tức là đều cố gắng mô phỏng một cách chi tiết sự di chuyển của các phương tiện tham
gia giao thông. Thứ hai, các hệ thống này đều cho phép tạo ra các mạng lưới giao thông
một cách linh hoạt, tuy nhiên vẫn rất khó để tạo dựng lại một mạng lưới giao thông Việt
Nam do sự phức tạp của mạng lưới giao thông nước ta. Một điểm chung nữa là các phương
tiện tham gia giao thông trong các hệ thống này chủ yếu là ô tô, sự di chuyển không quá
phức tạp để tính toán.
Như đã đề cập, hệ thống giao thông của nước ta khá phức tạp với hệ thống đường
chằng chịt, các phương tiện giao thông nhiều chủng loại, hỗn tạp. Thêm vào đó, sự thiếu ý
thức của người tham gia giao thông đã làm cho hệ thống giao thông trở nên rất hỗn độn. Vì
vậy mà rất khó có thể áp dụng những hệ thống mô phỏng này vào giao thông của nước ta.
Do đó, việc xây dựng một hệ thống mô phỏng chi tiết hơn cho giao thông Việt Nam là rất
cần thiết.
Tuy nhiên, những hệ thống nêu trên cũng có một số ưu điểm nhất định. Bên cạnh việc
tiếp thu những cơ sở lý thuyết, phương pháp xây dựng của các hệ thống này, chúng tôi đã
kết hợp sử dụng phương pháp mới nhằm nghiên cứu xây dựng một hệ thống mô phỏng giao
thông phù hợp hơn với tình hình giao thông của Việt Nam. Phương pháp mà chúng tôi
muốn đề cập ở đây là sử dụng mô hình dựa đa agent. Đây là mộ phương pháp tiên tiến
10
trong việc mô phỏng các mô hình có sự tương tác giữa cá thể với môi trường và giữa các cá
thể với nhau. Trong chương tiếp theo, chúng tôi sẽ trình bầy kỹ về agent, hệ thống đa agent,
phương pháp mô phỏng dựa trên agent và một số ứng dụng của công nghệ này.
11
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH DỰA TRÊN AGENT
2.1. Agent và hệ thống đa agent
Agent là một khái niệm tương đối mới và hiện nay được rất nhiều các nhà nghiên cứu

nhiều agent khác.
2.1.2. Hệ thống đa agent – MAS
Một hệ thống đa agent, hay gọi tắt là MAS (Multi-Agent System), là một hệ thống
trong đó có sự có mặt của của nhiều agent trong một môi trường và có sự tương tác lẫn
nhau giữa chúng.
Các agent có thể tương tác với nhau theo nhiều cách. Các hành động đưa ra của chúng
có thể có tính cạnh tranh, xung đột với các agent khác. Hoặc chúng có thể hợp tác, phối hợp
hành động để đạt được mục tiêu hay thậm chí có thể cùng lên kế hoạch hành động để đạt
được mục tiêu chung nào đó [9]. Các agent có khả năng giao tiếp với các agent khác bằng
cách truyền và nhận các thông điệp theo một giao thức nào đó. Thậm chí các agent có thể
nhận biết được các agent khác tiếp nhận thông được tin gì [15].
Trong MAS, mỗi agent đều có một cái nhìn giới hạn, chúng không có thông tin đầy
đủ về môi trường và các agent khác trong toàn bộ hệ thống [9]. Mỗi hành động của agent
đều tác động tới một phần của môi trường và các agent khác trong một phạm vi nào đó.
Trong một MAS, các hành vi của và thuộc tính của các agent là không đồng nhất.
MAS có thể có tính tổ chức, tức là các agent có thể hoạt động trong một nhóm các
agent nào đó, chúng có một số rằng buộc nào đó với nhau và các hoạt động của chúng sẽ
nhắm đến một mục tiêu chung của nhóm. Có nhiều loại mô hình tổ chức trong MAS. Với
loại mô hình phân cấp, quyền ra quyết định hành động thường nằm trong tay một agent
đứng đầu ở mỗi cấp. Ở mô hình tổ chức này, các agent thường tương tác với các agent khác
trong cùng cấp hoặc với các agent ở các cấp liền kề ( trên và dưới ). Một mô hình tổ chức
khác là mô hình thị trường, trong đó có sự tồn tại của các agent đóng vai trò cung cấp sản
phẩm hoặc dịch vụ và các agent đóng vai trò có nhu cầu sử dụng sản phẩm dịch vụ [1].
Một ví dụ điển hình về MAS chính là Internet [9]. Internet có thể được coi là một
mạng lưới rộng lớn với mỗi nút của mạng lưới là một agent. Các nút mạng này được thiết
kế, thực thi bởi những người, tổ chức khác nhau, và hoạt động với những mục đích khác
13
nhau. Ngoài ra, hoạt động của chúng là không đồng bộ. Các nút mạng trao đổi thông tin với
các nút mạng khác trong một phạm vi nào đó và theo một giao thức nào đó, …
Trong một hệ thống giao thông, hệ thống đường xá, các đèn giao thông, tín hiệu giao

mở ra một cách thức mới trong xây dựng phần mềm với những ưu việt của nó so với
phương pháp hướng đối tượng.
Hình 2-1 [3] có thể mô tả được phần nào được sự ưu việt
của agent so với đối tượng. Ta có thể thấy rằng, đối tượng
chỉ mang tính thụ động do các phương thức của chỉ được
thực thi khi các thực thể bên ngoài gửi cho nó một thông
điệp nào đó. Trong khi đó, agent có tính chủ động hay tự
trị, chúng có thể đưa hành động một cách độc lập mà không
chịu sự tác động nào từ bên ngoài. Ngoài ra, giữa chúng còn
một số điểm khác biệt như sau [5, 8]:
Các phương thức của đối tượng luôn là cố định, không
bao giờ thay đổi, trong khi agent có khả năng học hỏi,
thích nghi để thay đổi hành vi cho phù hợp với môi
trường. Do đó hành vi của đối tượng luôn là có thể đoán
trước được, trong khi các hành vi của agent chưa chắc là có thể đoán trước được.
Agent có mục tiêu, mục đích, nó có có khả năng lập kế hoạch hay phối hợp với các
agent khác để có thể đạt được mục tiêu đó.
2.2.3. Một số ứng dụng của ABM
ABM được sử dụng từ những giữa thập kỷ 90 để giải quyết rất nhiều vấn đề về
thương mại và công nghệ. Các ví dụ điển hình về ứng dụng của ABM gồm tối ưu dây
chuyền cung ứng, mô hình hành vi của người tiêu thụ, các hiệu ứng xã hội, tính toán phân
tán, quản lý lực lượng lao động và quản lý hồ sơ. Một số ABM được dùng để phân tích sự
lan tràn của dịch bệnh, sự nguy hiểm của vũ khí sinh học, sự phát triển và suy tàn của
những nền văn minh cổ đại hay nghiên cứu về sự viêm nhiễm và hệ miễn dịch của con
người. Một số ABM được sử dụng để phân tích sự tắc nghẽn của giao thông.
Trong những ứng dụng của ABM, hệ thống được quan tâm sẽ được mô phỏng bằng
cách tìm ra những hành vi của các agent và mối liên hệ giữa chúng. Các công cụ ABM có
15
Hình 2-1: Ưu việt của
agent so với đối tượng