《数学建模》论文word模板
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《数学建模》论文
题
目:
(宋体、小三、居中)
学
院:
专
业:
班
级:
姓
名:
学
号:
数学与信息科学学院
2015
年
月
日
车道被占用对城市道路通行能力的影响
摘
要
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
件
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
.
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
为
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,
用
Matlab
软
件
将
统
计
筛
选
数
据
进<
/p>
行
多
项
式
拟
合
,
得
到
该
函
数
关
系
为
f
1
(
t
)
0.3056
t
2
< br>
22.2294
t
1392.0532
.
对
于
问
题
二
,
运
用
问
题<
/p>
一
的
方
法
对
处
理
附
件
2
,
同
理
得
出
函
数
关
系
为
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,
但
图
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%
p>
,
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
p>
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
.
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
目
录
(
由域生
成的目录,交稿前此页可以保留或删掉
)
摘
要
..........................
..................................................
..............................................
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
.
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
每
10
秒逐一统计
标准车当量数
(统计表见附件
6
)
p>
,
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
.
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%
,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
量
.
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(
p>
pcu
/
h
)
p>
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
/
h
来表示实际通行能力
.
图
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
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
.
图
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