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2013高教杯数学建模省一范文
车道被占用对城市道路通行能力的影响
摘要
车道被占用是指车道被占用是指因交通事故、路边停车、占道施工等因素,导致车道或道路横断面通行能力在单位时间内降低的现象。车道被占用的情况种类繁多、复杂,正确估算车道被占用对城市道路通行能力的影响程度,将为交通管理部门正确引导车辆行驶、设计道路渠化方案、等提供理论依据。
处横断面实际通行能力的变化过程,事故发生所占车道不同对该横断面实际通行能力影响的差异,以及交通事故所影响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、路段上游车流量相互间关系等问题,建立了相应的数学模型,并运用EXCEL、MATLAB、微观仿真软件VISSIM等数学软件,分别就题目所提出的问题进行求解。
对于问题一,首先根据视频统计出在不同时间节点内各种车型的数目,其次运用统计、分析、变换等数学知识求出事故发生至撤离期间内车辆实际的通行能力,最后运用MATLAB软件一元拟合的方法,得出在此期间实际通行能力的波动变化。
对于问题二,首先应用图表可视化分类对各类数据进行提取、模拟,并利用附件1、2中的数据得到了同一横断面交通事故所占不同车道时的交通流量。其次,考虑红绿灯等的影响因素。最后,运用MATLAB软件一元拟合和数学比较的方法得出:事故发生所占二三车道的实际通行能力小于一二车道。
对于问题三,首先对所统计出的数据进行分类、做表格,运用MATLAB和EXCEL软件画出图像,观察它们之间的波动趋势。其次,采用交通波动理论、非线性函数关系来构建参数和变量,并运用MATLAB软件进行多元拟合得出车队排队长度与事故横断面实际通行能力、持续时间、上游车流量的非线性多元函数方程来构建模型求解。最后,运用交通微观仿真软件VISSIM和代入具体参数来验证模型的正确与否。
对于问题四,首先假设一些基本的参数量,判断出车辆到达事发地点期间车辆的排队长度、行驶速度和实际通行能力与时间的关系特征。其次,用泊松分布拟合观察数据、排队理论(M/M/I)的方法重点分析稳态和最优系统与排队长度、排队时间的特征关系构建模型。最后,求出其特征方程式并代入具体的数值解除车辆从事故开始到排队长度到达上游路口的时间。
关键词: 通行能力 交通流量 泊松分布 交通波动理论 交通仿真
问题重述
车道被占用是指因交通事故、路边停车、占道施工等因素,导致车道或道路横断面通行能力在单位时间内降低的现象。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。
车道被占用的情况种类繁多、复杂,正确估算车道被占用对城市道路通行能力的影响程度,将为交通管理部门正确引导车辆行驶、审批占道施工、设计道路渠化方案、设置路边停车位和设置非港湾式公交车站等提供理论依据。
视频1(附件1)和视频2(附件2)中的两个交通事故处于同一路段的同一横断面,且完全占用两条车道。请研究以下问题:
根据视频1(附件1),描述视频中交通事故发生至撤离期间,事故所处横断面实际通行能力的变化过程。
根据问题1所得结论,结合视频2(附件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。
构建数学模型,分析视频1(附件1)中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。
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1500pcu/h,事故发生时车辆初始排队长度为零,且事故持续不撤离。请估算,从事故发生开始,经过多长时间,车辆排队长度将到达上游路口。
二 、 问题分析
问题一分析
对于问题一,我们通过对视频1进行认真观察后,分别对事故发生至事故撤离这一过程中红灯时和绿灯时的小型车、中型车、大型车的车辆数进行分段统计,对这些数据按时间段进行分析,然后利用当量交通量计算公式,通过这个公式计算出车流量,并以这些数据为基础应用matlab拟合,做出实际散点图和近似拟合图,最后通过观察图形得出相应的结论。
问题二分析
对于问题二,我们通过视频一与视频二的对比发现,目前发生事故所占车道的不同情况下对交通流是有很大区别的。由于车辆的到达在某种程度上具有随机性,基于概率论来描述这种随机性的统计规律,我们采用离散型分布(计数分布)来统计、分析视频中的小型车、中型车、大型车的车流量,并运用当量计算公式算出该路段的车流量。而事故发生所占车道不同时,横向干扰变量对实际的通行能力的影响是有变化的。假设问题一与问题二中道路上的小型车和大型车对道路实际的通行能力影响相当。在此基础上我们运用matlab拟
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