成都交通拥堵问题

2016成都信息工程大学

数学学院数学建模实践报告

班级：信息与计算科学142班

姓名：黎洪村2014062068

姓名：吕照2014062077

姓名：谢锦辉2013062095

题目：成都交通拥堵问题的研究

摘要

城市交通拥堵问题是世界各国在城市发展过程中普遍面临的一个严峻问题，影响着城市的社会与经济发展。随着我市社会的进步和经济的高速发展，城市化进程不断加快，目前我市的城市交通发展跟不上城市发展的需要，城市交通拥堵问题已经凸显。

道路状况的评价指标很多，在这里，我们采用平均行程速度、交通流量、路段饱和度来综合反应路段的拥堵状况。当然，存在一些不完整因素影响着结果，比如交通指示灯的作用，驾驶车辆的速度不均等，我们综合考虑采用模糊数学模型来对问题进行分析和求解，列出非常顺畅，顺畅，缓慢，拥堵，非常拥堵五个评判标准来综合评价。现如今，人们有了更简单的表示方法，即利用交通拥堵系数来评判一个地区的交通拥堵状况。

关键字：交通拥堵 模糊数学模型 交通拥堵系数

问题重述

荷兰交通导航服务商TOMTOM发布了全球拥堵城市排名，全球最拥堵100个城市中，中国大陆共有21个城市上榜，其中有12座城市的拥堵程度排进全球前30。根据这份榜单，中国大陆最拥堵城市排名前五的分别是成都、天津、北京、杭州、重庆，杭州位列全球第9位，中国第一位。因此，成都成为中国最拥堵城市之一。

    请自行收集数据，并建立数学模型，回答以下问题：

    1.成都是否为中国最拥堵的城市之一？

    2.成都拥堵的主要原因是什么？

问题分析

问题一的分析

近年来，成都的发展的速度和成就有目共睹，其未来发展的潜力和提升空间也是相当巨大的。但是，作为或准备作为一个国际化一流城市，都必须坚持走可持续发展道路，而成都还有一段长路要走，还有很多重大问题亟待解决，城市交通问题拥堵问题就是其中之一。在现如今科技发达的年代，人们可以通过卫星来监测地面的一些状况，一些地区的各种资源分配等。同时，一些交通拥堵系数也可以评判一个地区的拥堵程度。

问题二的分析

以成都市中心为研究对象，我们通过研究道路交通拥挤的状况，来反映交通环境。道路拥堵状况评价的指标有多种，为保证评价尽可能的客观、全面和科学，评价指标的选择必须遵循一定的规则：整体完整性，客观性，可操作性，可比性等原则。基于此，我们选取路段平均行程速度、车流量和路段饱和度三个指标，同时我们以非常畅通、畅通、缓慢、拥堵和严重拥堵等五个级别来划分拥堵指数。

模型假设

假设一：排除交通事故发生、自然灾害、恶劣天气、阻塞发生时车辆状态等的影响； 

假设二：汽车的大小形状性能相同，忽略其他影响不大的交通工具影响建立模型只考虑单车道；

假设三：每日拥堵情况都集中在早高峰和晚高峰且早晚高峰时间长度相等。 

假设四：仅考虑成都私家车机动车辆，忽略其他影响不大的交通工具的影响。

模型的建立与求解

问题一的求解

成都市中心城区交通拥堵突出反映在上下班的高峰时段，主要路口处于交通饱和或饱和状态，行车速度在15公里/小时以下。从拥堵区域看，交通拥堵程度城南城北最为突出，城西次之，城中全面拥堵，城东交通负荷稍低。随着成都市进一步的发展，现在的中心城区的拥堵呈现出常态化的特征，并且交通拥堵现象日益严重。

目前国内外已经形成的城市道路系统有多种形式，一般将其归纳为四种典型的路网形式：方格网式、自由式、环形放射式和混合式。经过多年的城市发展，成都市城区已经形成了环形放射式的道路网。环形放射式道路网，是旧城中心区逐渐向外发展，由向外映出的放射干道加环路而形成的环形放射式城市道路网。目前，这种路网结构的原始形式，已经越来越不适应城市的发展。成都城区环形放射式路网交通的弊端：交叉口不够规则，不利于交通组织；容易形成“摊大饼”的城市布局，在市中心土地使用过高，中心区的道路网不能满足交通需求；造成中心市区交通压力增大，进而带来市区中心交通阻塞问题。目前成都市区的交通拥堵现象主要集中在上下班、节假日高峰以及车流大、路窄的路段和路口，拥堵区域主要是二环路周边及二环路内的中心城区。但是，已经有由点到线，由局部向大范围蔓延的趋势。

城市交通拥堵指数反映一个地区的拥堵状况，通过对成都市的交通拥堵指数的数据收集，其中大部分时间基本在6~8之间；而且卫星图像也反映出一个地区的拥堵状况，所以，综合一些因素，成都是中国最拥堵的城市之一。

问题二的求解

根据模型假设，我们选取成都市中心为研究对象。按照道路拥堵程度的不同划分为五个级别，分别为非常畅通、畅通、缓慢、拥堵和严重拥堵。通过浮动车数据的回归拟合分析，并参考相关的标准，分别确定三个评价指标不同评价等级的阈值。 

（1）路段不同时段平均行程速度评判标准 

为了确定路段不同时段平均行程速度的评判标准，根据车速调查相关理论[1]和交通流参数之间的关系可得出主干道平均行程速度的评判标准（见表1）。

主干道 

表1 平均行程速度评判标准单位：km/h

 （2）车流量评判标准 

由于车流量取决于路段平均行程速度和自由流速度，为使评价结果具有一致性，利用浮动车调查数据进行平均行程速度回归拟合分析。主干道的回归拟合方程如下： 

Bk=7.665e-8x^2-0.000047328x+1.00009  （程序见附件） 

依据平均行程速度评判标准的划分，确定不同的车流量拥堵级别，具体结果如表2所示。

表2 单位里程平均延误评判标准单位： 辆/h 

（3）路段饱和度评判标准 

主要参考美国《道路通行能力手册》、《公路工程技术标准》（JTG B01—2003），以及相关科研院所的研究结论，确定路段饱和度评判标准（见表3）

表3 路段饱和度评判标准

成都市城市交通拥堵原因分析

1、交通需求和供给的矛盾

根据交管部门的统计数据显示，目前全市机动车保有量达240万辆，中心城区机动车保有量已达到了85万辆，成都市机动车保有量已高居全国第三，且每天上牌量平均保持在1200辆左右，成都市机动化水平已大大高于其经济发展水平，因此成都在基础设施上的投入力度很大，但仍滞后于机动车的发展水平。目前一环内路网容量高峰小时可容纳8万辆小汽车，实际需求10万辆，二环内路网容量高峰小时容纳17万辆小汽车，实际需求21万辆，在一二环路的需求已大大高于供给。随着城市化进程的加快和经济的发展，机动车的普及必将呈井喷态势，近几十年来发达国家城市交通机动化的发展证明,当人均GDP达到15000～20000美元时，汽车拥有率必然达到500辆/千人～600辆/千人,而成都市城区道路，特别是老城区的道路网已基本形成，扩容的余地已经不大。届时，庞大的交通需求将使城区交通需求与供给的矛盾长期存在，并且加剧。

2、城市结构布局不利于城区交通

由于主要道路的同心圆式布局，使得城市各个方向上接受辐射的距离大致相同，圈层发展格局有所加剧。成都目前形成摊大饼式城市布局，这种城市发展格局使中心城区具有强大的聚集能力，导致越往城中心走，道路越密集，城市越拥堵。成都中心城区人口集中，4%城中心走，道路越密集，城市越拥堵。成都中心城区人口集中，4%的面积承担全市45%的人口，人口密度9300人/平方公里，岗位密度5500人/平方公里，近1/3的岗位分布在一环以内，CBD岗位密度更是接近6万人/平方公里，而一环以内的面积仅占中心城的5%，居住人口集中在一、二环之间，部分地区的人口密度超过2万人/平方公里，所以市中心在交通中的地位尚不可替代。正因为这种城市布局，造成高峰期向心交通集中，潮汐现象严重，径向通道趋于饱和，城市中心的堵塞局面短期内难以缓解。

3、公共交通尚不发达

根据交通部发布的国家标准，公交车万人拥有量在10至12.5标台，根据市交委提供的数据，2008年成都公交车万人拥有量为15标台，虽然超过了国标，但由于交通堵塞，降低了运转效率，造成了人均实际拥有量尚偏低，截至2008年底，中心城区公交分担率为24.1%，这已数据大大低于国内外主要城市。目前，我市中心城区出租汽车万人拥有率为17.3辆，低于中西部城市的平均水平，拥有率偏少，加上较低的周转率，打车难的问题已普遍存在。我市的地铁建设比较滞后，使得我市的公共交通一直处于较单一的状态。以上坐车难、打车难的问题也变相诱发了城市私家车的剧增，加剧了城区的交通拥堵状况。

4、道路综合问题有待改善

（1）管理中对高科技手段的推广有待于进一步加强。我市的交通秩序主要依靠交通警察的维持，虽然也采用基于计算机、通信等技术的管理手段，但与国外先进的管理措施相比仍然存在一定的差距。

（2）路网体系不完善。我市城市支路网系统不完善，密度低、规模布局不合理、存在断头路等问题。需要建立合理的分级体系、采取合理的路网布局来引导城市支路网的建设和发展，不同地区的支路网规划需要因地制宜、差别化对待，倡导采用小尺度、高密度的支路网模式。

（3）城区交叉口缺少渠化，通行能力低。交叉口是道路网中通行能力的“隘路”和交通事故的“多发地点”，城市中交通阻塞大部分发生在交叉口，造成车流中断，堵塞严重。

（4）加强道路施工期间的交通协调。随着城市基础设施投资的加大，和旧城改造力度的加大，频繁的道路施工对本已拥挤的城市交通带来更大的困扰。

（5）停车难问题加剧交通拥堵。成都中心城区停车位预计需求将超150万个，而目前中心城区的车位数量不足25万个，庞大的缺口短期内难以解决，特别是在盐市口等商业核心区一带，停车难问题已成为解决交通问题的重要因素之一。

5、一些网络叫车软件的应用

现在的社会越来越现代化，人们懂得如何应用网络解决生活中的问题，比如，近两年比较火的uber和滴滴打车，这些很大部分成为了成都市民出行的必备软件，他们采用了一些优惠政策，使得人们的出行变的经济实惠，而且对于人们来说也变的方便，因为他们可以到你所在的位置来接你。这中现象的出现对出租车有了很大的冲击。据统计分析，一辆私家车一天跑的里程数大约是20公里，而加入了叫车软件的私家车一天的里程数是二百多公里，这很大程度上的增加了一些无形的拥堵。

所以，根据一些数据我们就可以得出交通拥堵的主要原因。

参考文献

[1] 交通管理调度局《城市车速分类统计》，2011 

[2] 盛春行，张元，基于贝叶斯网络模型的交通状态预测[J]， 山东交通科技，2009 

[3]韩中庚，数学建模竞赛----获奖论文精选与点评[M]，北京 科学出版社，2007 

[4] 齐峰，杜潇芳，殷玮，世博会交通需求分析与交通策略浅议[J]，2006(7) 81-83

程序附件

Matlab: 

>>a=[500 1000 3000 4500 6000;0.9 0.45 0.3 0.45  0.9]; 

>>y=polyfit(a（1，：），a(2,:),2); 

>>y= 

7.6615e-8  -0.000473328     1.00009   

>>poly2str(y) 

>>ans= 

   7.665e-8x^2-0.000047328x+1.00009

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/d082f4be094e767f5acfa1c7aa00b52acec79c29.html