《数学建模》论文word模板

余年寄山水
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2021年02月11日 00:00
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-

2021年2月11日发(作者:cf搞笑)



























《数学建模》论文






目:





(宋体、小三、居中)





院:





业:





级:





名:





号:



数学与信息科学学院









2015










车道被占用对城市道路通行能力的影响








本文针对交通事故占用车道对城市 道路通行能力的影响进行分析,通过采集附



1


、附件


2


中的数据,对横断面实际通行能力、


上游车流量与时间的函数关系运用


拟合,通过判断车辆排队长度与实际通 行能力、事故持续时间、上游车流量的关系,


并建立了它们之间的微分方程模型


.


运用


Matlab


软 件,对模型进行分析和求解


.


对于问题一,为得出事故发生到 撤离期间,横断面实际通行能力和时间的函数


关系


.

< p>
对事故发生即刻起每


10


秒统计通过横断面汽车的 标准当量数,再转化



为单位



pcu


/


h


来表示实 际通行能力,通过对附件


1


所给视频中车辆数据的统计与筛选,



Matlab










进< /p>









< p>








f

1


(


t


)



0.3056


t


2

< br>


22.2294


t



1392.0532


.










题< /p>









< p>


2











f


0


(


t


)< /p>



0.0106


t


2



2.3466


t



1365.7067



根据 两图曲线走势得出两图趋势大体相当,



4.2


较图


4.1


曲线平缓,说明 图


4.2


的横断面实际通行能力受事故影响较小


.


产生差


异的原因是根据附件


3


上左转流量比例


35%


、直行流量比 例


44%


和右转流量比例


21%



即三车道比一车道车流量大,


导致二三车 道占用后需要换道的较多于一二车道


占用,从而二三车道被占用时对横断面实际通行能力 影响大,符合曲线走势


.


对于问题三,根据路段上游车流量与 事故横断面实际通行能力对路段车辆排队


长度变化率的关系为基础,利用问题一求横断面 实际通行能力的时间变化函数的方


法得出路段上游车流量与时间的函数,建立车辆排队长 度与横断面实际通行能力、


事故持续时间、上游车流量间的微分方程模型,假设车辆排队 单位长度与横断面实


际同行能力、路段上游车流量均称正比例关系,与事故持续时间之间 的关系可以忽


略不计,即得该微分方程模型为


f


'


(


t


)


k


2


f


2


(


t


)


< /p>


k


1


f


1


(


t


)


,再利用


Maple


及初始值解出


所设参量


k


1



k


2


.


对于问题四,由于题设条件符合上述模型,故 将所给数据带入问题三所建模型


当中求出时间即可


.

< p>
事故所处位置距离上游路口变为


140


米,


根据视频中的实地情况,


该路段中的支路位置将处在事故发生的下游, 会相对减弱道路拥堵程度即提高实际


通行能力,则运用原始模型求出时间相对应该偏小, 但误差不会太大


.



关键词



实际通行能力;微分方程模型;拟合;


Map le


软件



1








(


由域生 成的目录,交稿前此页可以保留或删掉


)







.......................... .................................................. .............................................. 1



1


、问题重述与问题分析


..... .................................................. ..................................... 3



1.1



问题重述(大家一定要注意样式的使用)


............................................. 3



1.2



问题分析


....................... .................................................. ............................ 3



2


、模型假设


.......... .................................................. .................................................. .. 4



3


、符号说明


.......... .................................................. .................................................. .. 4



4


、模型的建立与求解


...... .................................................. ........................................ 5



4.1



问题一的模型建立与求解


................ .................................................. ....... 5



4.2



问题二的模型建立与求解


................ .................................................. ....... 5



4.3



问题三的模型建立与求解


................ .................................................. ....... 6



4.4



问题四的求解


..................... .................................................. ...................... 7



5


、模型的评价与改进


...... .................................................. ........................................ 8



5.1



对现有模型进行评价


.................. .................................................. ............. 8



5.2



对现有模型的改进


....... .................................................. ............................ 8



参考文献


....................... .................................................. ............................................. 8



附录


A ........... .................................................. .................................................. ........... 9



附录


B .................................................. .................................................. .................... 10




2




1


、问题重述与问题分析



1.1



问题重述(大家一定要注意样式的使用)


随着城市化进程的加快,城市车辆数量剧增,交通事故日显突出,交通事故车


道被占 用导致车道或道路横断面通行能力在单位时间内降低


.


由于城市 道路具有交通


流密度大、连续性强等特点,一条车道被占用,也可能降低路段所有车道的 通行能


力,即使时间短,也可能引起车辆排队,出现交通阻塞


.


如处理不当,甚至出现区域


性拥堵


.< /p>


就针对交通事故降低车道通行能力方面解决如下问题:



(1)


描述视频中交通事故发生至撤离期间

< br>,


事故所处横断面实际通行能力的变化


过程


.


(2)


分析说明同一横断面交通事故所占车道 不同对该横断面实际通行能力影响


的差异


.


(3)


构建数学模型,


分析交通事故 所影响的路段车辆排队长度与事故横断面实际


通行能力、事故持续时间、路段上游车流量 间的关系


.


(4)


假如视频


1


(附件


1


)中的交 通事故所处横断面距离上游路口变为


140


米,


路段下游方向需求不变,


路段上游车流量为


1500< /p>


pcu


/


h


,< /p>


事故发生时车辆初始排队长


度为零,且事故持续不撤离

< p>
.


则求从事故发生开始到车辆排队长度将到达上游路口的

< br>时间


.


1.2



问题分析



本题给出了两个交通事故发 生时道路通行情况的视频及其示意图,通过视频采


集数据来建立数学模型


.


针对问题一:根据实际通行能力的概念,在交通事故出现之前,道路保持基 本


通行能力,不必考虑实际通行能力,在事故出现即刻到撤离时间段内,通过视频


1



10


秒逐一统计 标准车当量数


(统计表见附件


6




再转化为


pcu


/


h


为单位表示实际


通行能力,利用< /p>


Matlab


软件将所统计筛选的数据拟合出一条曲线,筛选的目 的是将


视频中出现跳跃产生模糊的剪去,该曲线的走势及拟合出的函数反应实际通行能力


的变化过程


.


针对问题二:就视频


2


采用问题一相同的方法统计,拟合出 一条曲线及函数,


将曲线一二进行比较,从而得出所占车道不同对横断面实际通行能力影 响的差异


.



生差异的原因是根据附件


3


上左转流量比例


35%



直行流量比例


44%


和 右转流量比



21%


,说明三车道比一 车道车流量大,则所占二三车道比一二车道对降低实际通


行能力影响大

< br>.


3



< br>针对问题三:构建路段车辆排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时


间、 路段上游车流量间的模型,利用问题一所求出的实际通行能力的函数,用同样


的方法求出 上游车流量的函数关系及车辆排队长度与时间的函数关系(统计表见附


录)


.


根据车流量排队长度的变化率与横断面实际通行能力、路段上游车流量间的 关


系为基础,建立一个微分方程模型,再利用


Maple


软件及初始值解微分方程中的参



.


针对问题四:问题四条件基本吻合问题三所建的模型,则直接将数据带进模型

< br>求出即可


.


事故所处位置距离上游路口变为


140


米,该路段中的支路位置将处在事故


发生的下 游,会相对减弱道路拥堵程度即提高实际通行能力,则运用原始模型求出


时间相对应该偏 小,但误差不会太大,则直接代入模型求解


.



2


、模型假设





(1)


假 设道路上行驶的车辆均以匀速的车速跟踪行驶;



(2)



都是从静止状态匀加速启动;



(3)


假设车辆排队单位长度与横断面实际同行能力、路段上游车流量均称正比例


关系,与事故持续时间之间的关系可以忽略不计;




3


、符号说明



t



:


表示事故持续时间



m


:


事故横断面实际通行的标准车当量



q


:


事故横断面实际通行能力(


pcu


/


h




n


:


路段上游进入该横断面的标准车当量



p


:


路段上游进入该横断面的车流量


(


pcu


/


h


)


r


:


交通事故所影响的路段车辆排队长度



f


2


(


t


)< /p>


:


二三车道横断面实际通行能力的变化函数


f


1


(


t


)


:


路段上游车流量的变化函数


< /p>


f


(


t


)



:


路段车辆排队长度与时间关系的函数



f


0


(


t


)< /p>


:


一二车道横断面实际通行能力的变化函数



k


1


:


横断面实际通行能力拟合时的参量



k


2


:


路段上游车流量拟合时的参量



4




4


、模型的建立与求解



4.1



问题一的模型建立与求解



经分析,问 题一是通过拟合曲线和函数来定量描述事故发生到撤离期间,横断


面实际通行能力的变化 ,


其实际通行能力是用每


10


秒统计通 过横断面汽车的标准当


量数,再转化为单位为


pcu

< p>
/


h


来表示实际通行能力


.



4.1


实际通行能力的时间变化< /p>


图(占用二三车道)是通过


Matlab


拟合得到,从而得到实际通行能力与时间的关系



< p>
f


1


(


t


)



0.3056


t


2



22.2294


t



1392.0532




根据曲线及函数说明,当事故发生即刻实际通行能力达到最大 ,之后随时间持


续实际通行能力降低一段时间后又恢复上升,待事故撤离瞬间实际通行能 力变大,


之后恢复道路基本通行能力


.


可得出实际通行能力与事故持续时间之间并非单调关


系,近似拟合方程有个最低点


.





4.1


实际通行能力的时间变化图(占用二三车道)






4.2



问题二的模型建立与求解



经分析问题二是将问题一的事故发生车道变为一二,其本质做法相同,根据问

5


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