logo资料库

数学建模竞赛交通拥堵对经济和公共健康的影响论文.doc

发布时间：2022-06-12 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.78M 资料格式：doc 举报 版权申诉
第1页 / 共26页
第2页 / 共26页
第3页 / 共26页
第4页 / 共26页
第5页 / 共26页
第6页 / 共26页
第7页 / 共26页
第8页 / 共26页
资料共26页，剩余部分请下载后查看
    四、模型建立与求解 4.1 基于交通流模型对问题一的求解 对于问题一，交通拥堵带来的经济损失主要考虑时间成本、油耗成本、交通 事故损失和环境成本，损失的大小随城市的道路基础设施而变化。 CCCCC     3 1 2 4 2 C 1 C C C 3 4 油耗成本 : 时间成本 : : : 环境成本 交通事故损失 城市道路等级分：主干道、次干道、支路三级。各级红线宽度控制：主干道 30—40 米，次干道 20—24 米，支路 14—18 米。西安城区有 18 条主干道，分别 是：长乐路、含光路、朱雀大街、友谊西路、西影路、小寨东路、太湖路、北关 正街、凤城五路、环城路、长安南路、太白路、科技路、高新路、唐延路、咸宁 路、未央路和文景路。主干道虽然路宽较大，但是由于人口密集，车流量大，所 以成为交通拥堵的重灾区。 接下来只考虑 18 条主干道的交通拥堵状况。由于交通拥堵影响力的大小受 城市的道路基础设施的影响，道路基础设施考虑道路的长度和宽度。 模型建立：交通流模型 交通流指标准长度的小型汽车单方向的道路上行驶而形成的车流，没有岔路 口和信号灯的影响。 流量 q:某时刻单位时间内通过道路指定断面的车辆数，单位：辆/h； 速度 v:某时刻通过道路指定断面的车辆速度，单位：km/h； 密度 k:某时刻通过道路指定断面单位长度内的车辆数，单位：辆/km； 这三个量之间有如下关系： q  vk 下面建立车速与密度的线性模型 ]1[ ： v  v m 1(  k k m ) （4.1.1） (4.1.2) 可见，当密度 0k 时，车速达到最大；当密度 k  时，即车流密度达到最大时， mk 0v 。 以上线性模型适用于车流密度适中的情况，为了研究车流密度较大的情况， 模型修正如下： v v m ln( k m k ) 1 (4.1.3)
    为了直观的分析速度与车流密度的关系，应用 matlab 软件进行绘图，程序参照 附录一。 2.5 Vm 2 1.5 1 0.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Km 图 4.1 车速与车流密度的关系图 可见，当车流密度 k 比较小时，车速 v 还保持较大水平。随着车流密度的增加， 车速 v 渐渐减小。等到 k  时，车速 v=0，拥堵达到最严重水平。 mk 根据（4.1.1）和（4.1.3）推导出流量与密度的关系： q  v m ln( k m k ) k (4.1.4） 根据 GB 50220-95《城市道路交通规划设计规范》城市道路限速设置标准：人口 超过 200 万的大城市城市快速干道最高限速在 80km/h；城市主干道最高限速 60km/h；城市次干道最高限速 40km/h；支路限速 30km/h。 故取值如下： vm 06 km / h q 60 ln( k m ) k k 此时 下面确定阻塞密度 mk 参考交通工程的相关教材，发现常用如下公式计算最小车头间隔 d 2 （4.1.5）
    d  vt 0  2 cv  d s  l （4.1.6） 其中 0t 为反应时间，是 sd 两车之间的安全距离，l 是车辆的标准长度, c 是系数， v 是车速。一般情况下可取 10 s t  01.0 c  2 m d  5 m l s  0v d min  d s  l 7 m km  1000  / d  min 辆 142 / km q 60 ln( 142 k ) k 当车流密度达到阻塞密度时， 车头最小间隔为 阻塞密度 mk 为 代入(4.1.4），得 4.1.1 额外时间成本 由于拥堵浪费的总时间可用下列公式计算： 额外总时间  每辆车经过该拥堵路段 多消耗的时间  车辆数  每辆车上平均人数 （4.1.7） t  ( sl v f  sl v m )  q f t  d （4.1.8） 其中 ：道路长度 ：实际速度 f sl v v ：最大速度 m q t d  ：每辆车上的平均人数 f ：拥堵时长 ：实际流量 3
    下面进行参数确定， 十八条主干道的总长度 考虑西安市主干道有八条车道，所以上边公式需要一下修正： sl  108 4. km q f 8 kv f f （4.1.9） 根据调查，早高峰是 7 点半左右，晚高峰 5:30 左右开始，拥堵的时间在 2 小时 左右，所以 td 2 h 根据 2013 年西安经济和社会发展统计公报西安 2013 年末全市机动车保有量 186.21 万辆，私人汽车保有量 141.24 万辆。网上资料显示，2012 年西安市公交 车数量 7039 辆，预计 2014 年达到 8400 辆。目前西安市共有出租车 12115 辆。 统计数量如下表： 表 4.1 西安各种车辆的数目 数量（万辆） 公交车 0.84 出租车 1.21 私家车 141.24 分类 快速路 主干道 次干道 支路 表 4.2 西安各类车道基本数据 总长度（km） 车道数 31.6 108.4 139.2 695.8 6 8 5 3 比例（%） 3 11 14 72 车流比例（%） 4.9375 22.583 18.125 54.36 引入拥堵系数的概念 Q  当前密度 阻塞密度 10 （4.1.10） 考虑到阻塞密度 mk 是 1136 辆/km,所以假设主干道拥堵系数 7Q ，计算出 车流密度 k 为 795 辆/km,主干道上的车辆总数是 86178 辆。而其他道路的拥堵系 数为 3，同理计算出快速路上的车辆数 8077、次干道上的车辆数 29650、支路上 的车辆数 88923 辆。由车流比例，得出下表： 表 4.3 西安主干道上各类车辆比例 主干道 车辆数 比例（%） 公交车 1897 2.2 出租车 2732 3.17 4 私家车 81549 94.63
    根据北京市公路局公路设计研究院和北京工业大学交通工程研究中心《北京 市公路通行能力研究报告》的取值，小、中、大型车乘客系数分别取 1.4、1.8、 70。故西安市可以类似取值，如下图： 表 4.4 西安各类车比例及乘客系数 比例（%） 乘客系数 公交车 2.2 50 出租车 3.17 2.5 私家车 94.63 1.1  假设拥堵系数为 7， 0.022  50  0.0317  2.5  0.9463  1.4  2.5 v f  ln(06 1 7.0 )  21.4 km / h q f  8 kv f f  17013 辆 / h 得出  t sl ( v f  sl ) v m  tq f  d   277206h 单位时间成本的计算： 2013 年西安市人均收入 3237 元/月，人均工业产值 11421 元/年，如果按照 每月工作 22 天，每天工作 8 小时来算，收入为 18.4 元/h。如果一年工作日 250 天，一天工作 8 小时，人均小时 GDP 为 57.1 元/h。 总时间成本的计算： C 1  ( s PPt g  )  2093 天万元/ 4.1.2 额外燃油成本 资料 ]2[ 显示，停车时每公里用时间衡量油耗，三分钟相当于一公里，以每辆 车平均油耗每百公里 8 升计算，则每三分钟的停车油耗为 0.08 升，每分钟因拥 堵停车产生的油耗是 0.027 升。 由拥堵产生的额外燃油成本为： 额外燃油成本  车辆数  油价  每辆车经过拥堵路段的 时间  1.62 C 2  ( tq df )  ( IP sl v f )  PIq t df sl v f （4.1.10） 其中， 5
    ：拥堵状况下的车流量 P ：汽油价格 I ：额外油耗常数 q f t ：拥堵时长 d sl v ：拥堵速度 ：道路长度 f 参数确定： f P I q t d v f sl / 7.7 L  元 62.1 / hL  17013  辆 2 h  21.4 / km  108.4km  / h h 得出额外油耗成本为 2 C 215 天万元/ 4.1.3 交通事故损失 根据其他论文的数据，见附录二。首先定性分析机动车速度与交通事故，折线图 如下： 图 4.2 交通事故比例与车速的关系 可见，随着机动车速度的提高，事故发生比例降低。原因可能是交通拥堵时 空间有限，出现抢道的情况，导致事故频发。由于西安市缺少相关数据，所以用 北京市的有关数据进行预测。 表 4.5 北京市交通事故伤亡人数与财产损失 指标 交通事故发生数总计（起） 交通事故死亡人数总计（人） 交通事故受伤人数总计（人） 交通事故直接财产损失总计（万元） 3017.9 数值 3196 918 3613 6
    一年损失 3017.9 万元，一天损失 8.268 万元，假设主干道平均速度 50km/h， 事故发生比例 3.64%，拥堵时事故发生比例 7.73%。 接下来建立二元一次方程组，设 x 为每天因交通拥堵损失， y 为每天平常的 事故损失。 求得 x     y   y x 82680 %73.7 %64.3 x y      26470 56212 故交通事故产生的损失总额为 C 3  dAt  5.6212 天/万元 4.1.4 环境成本 噪声污染损失 西安市主干道附近人口密集，汽车的警报系统、发动机的声音和喇叭的声音 都是噪声的来源。噪声污染对周围居民区造成恶劣影响，居民会有较大意见。 根据国内铁道科学研究院的研究，公路运输系统中客运的噪音损失为 0.001 95 元每人每公里。估算公式如下： C 14  温室气体损失 df tqVsl    0 1.8 天万元/ 根据吴栋栋等的《北京交通拥堵引起的生态经济价值损失评估》，单位燃料 的温室气体排放量取2.3 kg，排放成本118元/吨。在计算燃油成本时已经计算过 额外燃油是27.922万升。温室气体损失为 C 42 27.922  2.3  118  100  7.578 天万元 / 有害气体损失 参考陕西省首次氮氧化物排污权交易拍卖会的起拍价，取氮氧化物治理费用 为6000元每吨。问题二中已经计算出 NOM ( ) 2  572 6. kg 7
    得出治理费用 算出环境成本 43 C .0 34356 万元 C 4  C 41  C 42  C 43  .9 万元834 最后，统计一下所有成本和损失： 表 4.6 交通拥堵的各类成本 时间成本 2093 油耗成本 215 事故损失 5.62 环境成本 9.72 数目（万元/ 天） 拥堵总损失为： C 2093  215  62.5  72.9  2323.34 天/万元 4.2 基于 PM2.5 浓度变化对问题二的研究 对于问题二，我们通过分析交通拥堵产生的 PM2.5 浓度变化研究西安市交通 拥堵对公共健康的影响。交通拥堵产生的 PM2.5 的变化主要在于燃油增加。根据 网上的资料显示，汽车尾气中主要成分是二氧化碳和水，污染物有烟尘、二氧化 硫、一氧化碳、氮氧化物、可以挥发性烃类。其中二氧化硫、一氧化碳、二氧化 氮是形成 PM2.5 的元凶。下面研究 PM2.5 与 SO2、NO2、CO 的关系。 4.2.1 模型 1：浓度指数转化模型 附录三是《2013 年 1 月 1 号——2013 年 4 月 26 号四个指标的 AQI 值》，下 面进行 AQI 与浓度的转化。 根据环境空气质量指数技术规定， 8
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    课程资源

    共收录17145份资料，累计13个分类，关注成员有19位，主要包括：PHP,网络管理,网页制作,Java,.Net,数据库,3G/移动开发,C/C++,游戏开发,嵌入式,讲义,软件测试,专业指导

    热门标签

    PHP 网络管理 网页制作 Java .Net 数据库 3G/移动开发 C/C++ 游戏开发 嵌入式 讲义 软件测试 专业指导

    最新资料