時空圖時差優化工具 (TimeSpace Diagram Offset Optimization Tool)

本專案為一個網頁應用程式，目的協助交通工程師或研究人員進行路網號誌時制設計、車流模擬，並透過最佳化演算法（如遺傳演算法 GA、模擬退火 SA、NSGA-II）優化路口間的號誌時差，以期達到最大化綠波效益。

使用者可以視覺化地建構路網，設定各路口的號誌週期、時相、時差等參數，並觀察車輛在時空圖上的運行軌跡。本工具亦提供 Pareto 最優解的匯出與匯入功能，方便使用者比較與套用不同的優化方案。

立即使用

網址 https://taichungbus.somee.com/offset/main.html

教學影片(持續增加中)

• 路口設定https://www.youtube.com/watch?v=EePOvNXtuew
• 時差優化(單一起點)https://www.youtube.com/watch?v=dVKS-7DhBHY
• 軌跡動態模擬及車流績效https://www.youtube.com/watch?v=RcslK0h6Lg0

技巧：

• 左鍵點圓點建立路口
• 右鍵點已建立的路口，彈出設定視窗
• 左鍵點線條，建立各路口的連線
• 端點設定為"起點"，及選正確的方向，完成時空圖設定

專案結構

• main.html: 主要的 HTML 結構檔案。
• styles.css: 頁面的 CSS 樣式檔案。
• code_1601_H_8_02.js: 負責路網設計、繪圖、路口設定、基礎模擬邏輯、時空圖繪製、統計計算等核心功能。
• code_1602_ga_5.js: 包含單目標及多目標優化演算法 (SA, GA, NSGA-II)、Pareto 解的選擇與應用介面、Pareto 解的匯出與匯入邏輯。
• code_1602_ga_plus.js: 包含其他優化演算法的變體或輔助函數 (例如 optimizeSA3, optimizeGA3, optimizeNSGAIIForTwoSpawnPoints3 等，基於通過路口/距離比例的適應度函數)。
• code_1606_greenwave_5.js: 負責計算綠波相關的指標，例如 computeRatioMatrix，用於評估不同路徑的綠波品質。

功能亮點 ✨

• 視覺化路網設計：在格點畫布上點選建立路口、連線設定路段及距離。
• 詳細路口設定：可設定路口名稱、時差、鎖定狀態、主/從號誌（同亮）、車輛產生起點、車輛頻率、行駛方向、多時相（含綠燈/紅燈秒數及通行方向）。
• 時空圖呈現：視覺化車輛運行軌跡與號誌狀態，便於分析車流連續性。
• 時差優化演算法：內建模擬退火 (SA)、遺傳演算法 (GA)、NSGA-II 等演算法，自動優化號誌時差。優化後的時差數據顯示於路網設計區的路口圓形上。
• Pareto 最優解管理：支援多目標優化後的 Pareto 解集顯示、選擇、匯出與匯入。
• 動態車流模擬：模擬車輛在設計路網中的運行情況。
• 行車統計：提供簡易及詳細的行車數據統計，如平均速度、停等次數等。
• 檔案操作：支援路網設計的 JSON 格式匯出與匯入，以及軌跡資料的匯出入。

如何操作 🚀

1. 開啟網頁：直接在支援 JavaScript 的瀏覽器中開啟 main.html 檔案。

2. 路網設計區：

   • 建立路口：在設計畫布的格點上點擊以建立路口 (圓點)。
   • 建立路段：先後點選兩個路口以在其間建立路段連線。再次點選已選路口可取消選取。
   • 設定路口參數：
     • 在畫布上右鍵點擊一個路口，或點擊左下角的「路口設定」圖示 (minimizedIcon)，會展開「路口設定」面板。
     • 在面板中設定路口名稱、時差 (Offset)、是否鎖定 (優化時不變動)、週期 (由各時相時間加總顯示)、是否為主燈號、是否引用其他主燈號。
     • 若設為起點 (Spawn Point)，可設定車輛產生頻率、行駛方向及起點名稱。
     • 設定時相數量，並為每個時相配置車流流向 (勾選通行方向)、綠燈秒數及黃燈+全紅秒數。
   • 檔案操作：
     • 點擊「選擇檔案」匯入先前儲存的 JSON 路網設計。
     • 點擊「導出為 JSON」儲存當前設計。

3. 時空圖與優化區：

   • 設定模擬參數：輸入「車輛速度 (km/h)」。
   • 選擇起點進行分析：從「選擇起點」下拉選單中選擇一個已在路口設定中定義的起點，相關分析 (如最大綠波秒數、時空圖繪製) 會基於此起點。
   • 時空圖：會根據當前設定的路網、號誌及選定起點，顯示車輛軌跡和號誌狀態。
   • 最大綠波秒數：顯示基於當前設定及選定起點計算出的理論最大連續綠燈時間。
   • 優化時差：點擊「優化時差」按鈕。系統會根據設定的起點數量，自動選用合適的演算法 (SA, GA, NSGA-II) 調整各路口時差。優化過程中會有進度提示。
     • 若優化結果為多目標 Pareto 解，會在下方的「多目標」區顯示。
   • 軌跡動態模擬：點擊「軌跡動態模擬」按鈕，可觀察車輛在路網中的即時運行動畫 (此處的模擬主要用於視覺化，優化時的評估可能使用不同的模擬或計算方式)。
   • 匯出/匯入軌跡：可將模擬產生的車輛軌跡資料匯出或匯入。
   • 匯出時空圖：將當前的時空圖畫布存為圖片。

4. 多目標區：

   • 若執行了多目標優化 (通常是 NSGA-II)，此處會顯示 Pareto 最優解列表。
   • 使用者可以從列表中選擇一個解。
   • 提供「匯出 Pareto 解」和「匯入 Pareto 解」按鈕，方便儲存和載入優化結果集。

5. 行車統計區：

   • 點擊「簡易統計」或「詳細統計」按鈕，會在下方區域顯示模擬後的車輛運行數據。

後續待開發事項 🛠️

• 路徑時空圖[已完整]：
  • 目前時空圖主要基於單一起點的直線連續路段。
  • 未來擴展功能，將允許使用者選定路網中的一條特定路徑，並為該路徑生成時空圖，以更精確分析特定 O-D (起終點)的綠燈協調情況。
• 適應度函數介面化[已完整]：
  • 讓使用者選擇其他不同的評估指標。
  • 例如，未來提供選項讓使用者選擇是以「最大化通過路口數」、「最大化通過距離」等作為優化目標。
  • 允許多目標優化時，選擇不同的目標組合。
• 不同行車方向的不同速限：
  • 目前車輛速度可能是全域設定或基於路段。
  • 允許各路段設定不同的期望速限。

授權條款 📜

本專案程式碼採用 GNU Affero General Public License (AGPL) version 3.0 或其後續版本授權。

簡單來說，這意味著您可以：

• 自由地執行本程式。
• 自由地研究本程式的運作方式，並根據您的需求修改它 (源碼可訪問是前提)。
• 自由地重新發佈本程式的副本。
• 自由地將您修改後的版本發佈給其他人。

AGPL 與標準 GPL 的主要區別在於，如果您在網路上提供本程式（例如作為一個網路服務），您也必須向網路使用者提供源碼的訪問權限。這確保了即使軟體僅作為服務提供，使用者及其開發者社群仍能保有修改和再發佈的自由。

因此，您需要遵守 AGPL 的條款，主要包括：

• 當您發佈本程式或其衍生作品時（包括透過網路提供服務），必須以同樣的 AGPL 條款授權。
• 您必須提供源碼的可訪問性給所有與該軟體互動的使用者。
• 您需要保留原始的版權聲明和 AGPL 授權聲明。

有關 AGPL 條款的完整詳情，請參閱 GNU Affero General Public License v3.0。