成都交通擁堵問題

1、2016成都信息工程大學數(shù)學學院數(shù)學建模實踐報告班級：信息與計算科學142班 姓名：黎洪村2014062068 姓名：呂照2014062077 姓名：謝錦輝2013062095題目：成都交通擁堵問題的研究摘要城市交通擁堵問題是世界各國在城市發(fā)展過程中普遍面臨的一個嚴峻問題，影響著城市的社會與經(jīng)濟發(fā)展。隨著我市社會的進步和經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市化進程不斷加快，目前我市的城市交通發(fā)展跟不上城市發(fā)展的需要，城市交通擁堵問題已經(jīng)凸顯。道路狀況的評價指標很多，在這里，我們采用平均行程速度、交通流量、路段飽和度來綜合反應路段的擁堵狀況。當然，存在一些不完整因素影響著結果，比如交通指示燈的作用，駕駛車輛的速度

2、不均等，我們綜合考慮采用模糊數(shù)學模型來對問題進行分析和求解，列出非常順暢，順暢，緩慢，擁堵，非常擁堵五個評判標準來綜合評價?，F(xiàn)如今，人們有了更簡單的表示方法，即利用交通擁堵系數(shù)來評判一個地區(qū)的交通擁堵狀況。關鍵字：交通擁堵 模糊數(shù)學模型 交通擁堵系數(shù)問題重述 荷蘭交通導航服務商TOMTOM發(fā)布了全球擁堵城市排名，全球最擁堵100個城市中，中國大陸共有21個城市上榜，其中有12座城市的擁堵程度排進全球前30。根據(jù)這份榜單，中國大陸最擁堵城市排名前五的分別是成都、天津、北京、杭州、重慶，杭州位列全球第9位，中國第一位。因此，成都成為中國最擁堵城市之一。    請自行收集數(shù)據(jù)，并

3、建立數(shù)學模型，回答以下問題：    1.成都是否為中國最擁堵的城市之一？    2.成都擁堵的主要原因是什么？問題分析問題一的分析近年來，成都的發(fā)展的速度和成就有目共睹，其未來發(fā)展的潛力和提升空間也是相當巨大的。但是，作為或準備作為一個國際化一流城市，都必須堅持走可持續(xù)發(fā)展道路，而成都還有一段長路要走，還有很多重大問題亟待解決，城市交通問題擁堵問題就是其中之一。在現(xiàn)如今科技發(fā)達的年代，人們可以通過衛(wèi)星來監(jiān)測地面的一些狀況，一些地區(qū)的各種資源分配等。同時，一些交通擁堵系數(shù)也可以評判一個地區(qū)的擁堵程度。問題二的分析 以成都市中心為研究對象，我們通過研究道路交

4、通擁擠的狀況，來反映交通環(huán)境。道路擁堵狀況評價的指標有多種，為保證評價盡可能的客觀、全面和科學，評價指標的選擇必須遵循一定的規(guī)則：整體完整性，客觀性，可操作性，可比性等原則?；诖耍覀冞x取路段平均行程速度、車流量和路段飽和度三個指標，同時我們以非常暢通、暢通、緩慢、擁堵和嚴重擁堵等五個級別來劃分擁堵指數(shù)。模型假設假設一：排除交通事故發(fā)生、自然災害、惡劣天氣、阻塞發(fā)生時車輛狀態(tài)等的影響； 假設二：汽車的大小形狀性能相同，忽略其他影響不大的交通工具影響建立模型只考慮單車道；假設三：每日擁堵情況都集中在早高峰和晚高峰且早晚高峰時間長度相等。 假設四：僅考慮成都私家車機動車輛，忽

5、略其他影響不大的交通工具的影響。模型的建立與求解問題一的求解成都市中心城區(qū)交通擁堵突出反映在上下班的高峰時段，主要路口處于交通飽和或飽和狀態(tài)，行車速度在15公里/小時以下。從擁堵區(qū)域看，交通擁堵程度城南城北最為突出，城西次之，城中全面擁堵，城東交通負荷稍低。隨著成都市進一步的發(fā)展，現(xiàn)在的中心城區(qū)的擁堵呈現(xiàn)出常態(tài)化的特征，并且交通擁堵現(xiàn)象日益嚴重。目前國內(nèi)外已經(jīng)形成的城市道路系統(tǒng)有多種形式，一般將其歸納為四種典型的路網(wǎng)形式：方格網(wǎng)式、自由式、環(huán)形放射式和混合式。經(jīng)過多年的城市發(fā)展，成都市城區(qū)已經(jīng)形成了環(huán)形放射式的道路網(wǎng)。環(huán)形放射式道路網(wǎng)，是舊城中心區(qū)逐漸向外發(fā)展，由向外映出的放射干道加環(huán)路而形成

6、的環(huán)形放射式城市道路網(wǎng)。目前，這種路網(wǎng)結構的原始形式，已經(jīng)越來越不適應城市的發(fā)展。成都城區(qū)環(huán)形放射式路網(wǎng)交通的弊端：交叉口不夠規(guī)則，不利于交通組織；容易形成“攤大餅”的城市布局，在市中心土地使用過高，中心區(qū)的道路網(wǎng)不能滿足交通需求；造成中心市區(qū)交通壓力增大，進而帶來市區(qū)中心交通阻塞問題。目前成都市區(qū)的交通擁堵現(xiàn)象主要集中在上下班、節(jié)假日高峰以及車流大、路窄的路段和路口，擁堵區(qū)域主要是二環(huán)路周邊及二環(huán)路內(nèi)的中心城區(qū)。但是，已經(jīng)有由點到線，由局部向大范圍蔓延的趨勢。城市交通擁堵指數(shù)反映一個地區(qū)的擁堵狀況，通過對成都市的交通擁堵指數(shù)的數(shù)據(jù)收集，其中大部分時間基本在68之間；而且衛(wèi)星圖像也反映出一個地

7、區(qū)的擁堵狀況，所以，綜合一些因素，成都是中國最擁堵的城市之一。問題二的求解 根據(jù)模型假設，我們選取成都市中心為研究對象。按照道路擁堵程度的不同劃分為五個級別，分別為非常暢通、暢通、緩慢、擁堵和嚴重擁堵。通過浮動車數(shù)據(jù)的回歸擬合分析，并參考相關的標準，分別確定三個評價指標不同評價等級的閾值。 （1）路段不同時段平均行程速度評判標準 為了確定路段不同時段平均行程速度的評判標準，根據(jù)車速調(diào)查相關理論1和交通流參數(shù)之間的關系可得出主干道平均行程速度的評判標準（見表1）。服務等級非常順暢順暢緩慢擁堵嚴重擁堵主干道（45，）（35,45）（25,35）（15,25）（0,15）主干道&

8、#160;()+表1 平均行程速度評判標準單位：km/h （2）車流量評判標準  由于車流量取決于路段平均行程速度和自由流速度，為使評價結果具有一致性，利用浮動車調(diào)查數(shù)據(jù)進行平均行程速度回歸擬合分析。主干道的回歸擬合方程如下： Bk=7.665e-8x2-0.000047328x+1.00009  （程序見附件） 依據(jù)平均行程速度評判標準的劃分，確定不同的車流量擁堵級別，具體結果如表2所示。服務等級非常順暢順暢緩慢擁堵嚴重擁堵主干道5000<（4000,5000）（3000,4000）（2000,3500）<50

9、0 表2 單位里程平均延誤評判標準單位： 輛/h （3）路段飽和度評判標準 主要參考美國道路通行能力手冊、公路工程技術標準（JTG B012003），以及相關科研院所的研究結論，確定路段飽和度評判標準（見表3）表3 路段飽和度評判標準服務等級非常順暢 順暢 緩慢 擁堵 嚴重擁堵 主干道（0,0.4）（0.4,0.6）（0.6,0.7）（0.7,0.8）（0.8，） 成都市城市交通擁堵原因分析1、交通需求和供給的矛盾根據(jù)交管部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前全市機動車保有量達240萬輛，

10、中心城區(qū)機動車保有量已達到了85萬輛，成都市機動車保有量已高居全國第三，且每天上牌量平均保持在1200輛左右，成都市機動化水平已大大高于其經(jīng)濟發(fā)展水平，因此成都在基礎設施上的投入力度很大，但仍滯后于機動車的發(fā)展水平。目前一環(huán)內(nèi)路網(wǎng)容量高峰小時可容納8萬輛小汽車，實際需求10萬輛，二環(huán)內(nèi)路網(wǎng)容量高峰小時容納17萬輛小汽車，實際需求21萬輛，在一二環(huán)路的需求已大大高于供給。隨著城市化進程的加快和經(jīng)濟的發(fā)展，機動車的普及必將呈井噴態(tài)勢，近幾十年來發(fā)達國家城市交通機動化的發(fā)展證明,當人均GDP達到1500020000美元時，汽車擁有率必然達到500輛/千人600輛/千人,而成都市城區(qū)道路，特別是老城區(qū)

11、的道路網(wǎng)已基本形成，擴容的余地已經(jīng)不大。屆時，龐大的交通需求將使城區(qū)交通需求與供給的矛盾長期存在，并且加劇。2、城市結構布局不利于城區(qū)交通由于主要道路的同心圓式布局，使得城市各個方向上接受輻射的距離大致相同，圈層發(fā)展格局有所加劇。成都目前形成攤大餅式城市布局，這種城市發(fā)展格局使中心城區(qū)具有強大的聚集能力，導致越往城中心走，道路越密集，城市越擁堵。成都中心城區(qū)人口集中，4%城中心走，道路越密集，城市越擁堵。成都中心城區(qū)人口集中，4%的面積承擔全市45%的人口，人口密度9300人/平方公里，崗位密度5500人/平方公里，近1/3的崗位分布在一環(huán)以內(nèi)，CBD崗位密度更是接近6萬人/平方公里，而一環(huán)以

12、內(nèi)的面積僅占中心城的5%，居住人口集中在一、二環(huán)之間，部分地區(qū)的人口密度超過2萬人/平方公里，所以市中心在交通中的地位尚不可替代。正因為這種城市布局，造成高峰期向心交通集中，潮汐現(xiàn)象嚴重，徑向通道趨于飽和，城市中心的堵塞局面短期內(nèi)難以緩解。3、公共交通尚不發(fā)達根據(jù)交通部發(fā)布的國家標準，公交車萬人擁有量在10至12.5標臺，根據(jù)市交委提供的數(shù)據(jù)，2008年成都公交車萬人擁有量為15標臺，雖然超過了國標，但由于交通堵塞，降低了運轉效率，造成了人均實際擁有量尚偏低，截至2008年底，中心城區(qū)公交分擔率為24.1%，這已數(shù)據(jù)大大低于國內(nèi)外主要城市。目前，我市中心城區(qū)出租汽車萬人擁有率為17.3輛，低于

13、中西部城市的平均水平，擁有率偏少，加上較低的周轉率，打車難的問題已普遍存在。我市的地鐵建設比較滯后，使得我市的公共交通一直處于較單一的狀態(tài)。以上坐車難、打車難的問題也變相誘發(fā)了城市私家車的劇增，加劇了城區(qū)的交通擁堵狀況。4、道路綜合問題有待改善（1）管理中對高科技手段的推廣有待于進一步加強。我市的交通秩序主要依靠交通警察的維持，雖然也采用基于計算機、通信等技術的管理手段，但與國外先進的管理措施相比仍然存在一定的差距。（2）路網(wǎng)體系不完善。我市城市支路網(wǎng)系統(tǒng)不完善，密度低、規(guī)模布局不合理、存在斷頭路等問題。需要建立合理的分級體系、采取合理的路網(wǎng)布局來引導城市支路網(wǎng)的建設和發(fā)展，不同地區(qū)的支路網(wǎng)規(guī)

14、劃需要因地制宜、差別化對待，倡導采用小尺度、高密度的支路網(wǎng)模式。（3）城區(qū)交叉口缺少渠化，通行能力低。交叉口是道路網(wǎng)中通行能力的“隘路”和交通事故的“多發(fā)地點”，城市中交通阻塞大部分發(fā)生在交叉口，造成車流中斷，堵塞嚴重。（4）加強道路施工期間的交通協(xié)調(diào)。隨著城市基礎設施投資的加大，和舊城改造力度的加大，頻繁的道路施工對本已擁擠的城市交通帶來更大的困擾。（5）停車難問題加劇交通擁堵。成都中心城區(qū)停車位預計需求將超150萬個，而目前中心城區(qū)的車位數(shù)量不足25萬個，龐大的缺口短期內(nèi)難以解決，特別是在鹽市口等商業(yè)核心區(qū)一帶，停車難問題已成為解決交通問題的重要因素之一。5、一些網(wǎng)絡叫車軟件的應用現(xiàn)在的社

15、會越來越現(xiàn)代化，人們懂得如何應用網(wǎng)絡解決生活中的問題，比如，近兩年比較火的uber和滴滴打車，這些很大部分成為了成都市民出行的必備軟件，他們采用了一些優(yōu)惠政策，使得人們的出行變的經(jīng)濟實惠，而且對于人們來說也變的方便，因為他們可以到你所在的位置來接你。這中現(xiàn)象的出現(xiàn)對出租車有了很大的沖擊。據(jù)統(tǒng)計分析，一輛私家車一天跑的里程數(shù)大約是20公里，而加入了叫車軟件的私家車一天的里程數(shù)是二百多公里，這很大程度上的增加了一些無形的擁堵。所以，根據(jù)一些數(shù)據(jù)我們就可以得出交通擁堵的主要原因。參考文獻1 交通管理調(diào)度局城市車速分類統(tǒng)計，2011 2 盛春行，張元，基于貝葉斯網(wǎng)絡模型的交通狀態(tài)預測J， 山東交通科技，2009 3韓中庚，數(shù)學建模競賽-獲獎論文精選與點評M，北京 科學出版社，2007 4 齊峰，杜瀟芳，殷瑋，世博會交通需求分析與交通策略淺議J，2006(7) 81-83程序附件Matlab: >>a=500 1000 3000 4500 6000;0.9 0.45 0.3 0.45