数学建模,红绿灯闪烁模型
红绿灯模型
交叉路口是道路通行能力的关键所在,对交叉路口的交通流进行优化,已成为增强道路通行能力,缓解交通拥堵的重要途径。
所谓信号灯实时动态控制就是根据交通流的大小实时地调整信号灯的绿信比和周期长,以达到交叉口通过车辆能力尽可能大而平均滞留车辆数或平均延误时间尽可能小的目标。
韦伯斯特模型：t=c(1−λ)221−λx +x22q(1−x)t为每辆车的平均延误时间;C为信号周期时长;λ为绿信比,即有效绿灯时间与信号周期时间的比率;q为车流量;s为饱和流量;x为饱和度,即观测最大流量与信号交叉口进口道的通行能力之比,q/λs.考虑使车辆总延误时间最少,用近似解决该模型,得到定时信号最佳周期时长C=1.5L+51−φ, 式中:L为每个周期的总损失时间包括信号灯的转换时间和车辆的起动损失时间;φ为组成周期的全部信号相位最大的饱和度φi之和，φ=max(φ1, φ2……)目前大多数交通路口只采用该模型确定最佳周期，对于绿信比的确定一般采取平均制或是按经验固定绿信比,不能实时地调控,应用效果并不理想;本文根据路口的交通流量情况,就实时分配绿信比做了具体的研究和探讨。
设第K - 1 周期末各路口滞留的车辆数分别为q k−11,q k−12,q k−13,q k−14,q k−15,q k−16,q k−17,q k−18下记q k−1j即表示第k-1周期第j方向的车辆数设第K 周期内预测从各路口流入的车辆数分别为q k1,q k2,q k3,q k4,q k5,q k6,q k7,q k8下标q kj表示第k周期第j方向的车辆数。
在运行中,若交叉口第i相位已经进行了k-1个周期( K = 1 , 2 , 3 , ⋯) 当K - 1 周期结束时, 还有q k−1j辆车没有通过, 同时与下一周期内预测流入的车q kj一起进入第K 周期系统中. 这时系统则有q k−1j+q kj(j=1,2,…8)辆车.目前关于预测车流量的模型有许多如常见的有:根据最小二乘逼近原理应用指数平滑预测方法模型.,基于模糊神经网络的确信号交叉口的交通预测以及利用Kalman滤波等或者通过信号检测系统来检测下个周期的车流量，这里不再赘述。
数学建模 红绿灯问题
十字路口红绿灯的合理设置陈金康检索词：红绿灯设置、红绿灯周期一、问题的提出作为城市交通的指挥棒，红绿灯对交通的影响起着决定性作用。
如果红绿灯的设置不合理，不仅会影响到交通秩序；还有可能会影响到行人和自行车的安全。
目前杭城还有很多路口的红绿灯设置存在一些不合理的因素，我们以古墩路一个路口(界于天目山路和文苑路之间)的红绿灯设置为例，该路口是刚开通的，交管部门对路况和车流量的研究还不是很成熟，因此红绿灯的设置存在一些问题。
该路口的车流量相对比较小，有几个方向的车流量特别小，但绿灯时间设置太长，经常出现路口空荡荡但是车辆必须长时间等待的情况；同时在这样的路口，右转红灯显得有些多余。
另外，该路口不同时段的红绿灯设置没有什么区别，显然这是非常不合理的。
下面我们就针对该路口来研究一下红绿灯设置的合理方案。
我们主要研究两个方面：红绿灯周期的设置以及一个周期内各个方面开绿灯的时间。
二、模型的建立 1、红绿灯周期从《道路交通自动控制》中，我们可以找到有关红绿信号灯的最佳周期公式：sq L C ∑-+=15其中 :C 为周期时间。
相位：同时启动和终止的若干股车流叫做一个相位。
L 为一个周期内的总损失时间。
每一相位的损失时间I=启动延迟时间-结束滞后时间；而整个周期的总损失时间为各个相位总损失时间的和加上各个绿灯间隔时间R 。
（通俗地讲，启动延迟时间即司机看到绿灯到车子启动的反应时间，结束滞后时间即绿灯关闭到最后一辆车通过的时间。
）即R I L +∑= q 为相应相位的车流量s 为相应相位的饱和车流量。
（当车辆以大致稳定的流率通过路口时，该流率即该相位的饱和车流量。
）2、南北方向和东西方向开绿灯时间的分配不妨忽略黄灯，将交通信号灯转换的一个周期取作单位时间，又设两个方向的车流量是稳定和均匀的，不考虑转弯的情形。
设E 是单位时间从东西方向到达路口的车辆数；S 是单位时间从南北方向到达路口的车辆数。
假设在一个周期内，东西方向开红灯、南北方向开绿灯的时间为R ，那么在该周期内，东西方向开绿灯、南北方向开红灯的时间为1-R 。
数学建模 绿色波浪红绿灯
评分栏1、设计"绿色波浪"红绿灯摘要：本文主要研究交通问题中的“绿色波浪”线控模型，把主干道相邻交通交通信号联动起来，通过对其距离和信号周期的分析，给出“时间-距离”图，利用图解法对简单系统优化求解；提出对复杂系统的数值计算法，用精确的数值进一步研究红绿灯控制问题，并实地考察从哈尔滨秋林公司到太平桥各路口的实际情况，采集了数据，用此法给出了对此路段的“绿色波浪”红绿灯的设计方案。
从而政府可以逐渐改变道路的结构和尽可能多地设置“绿色波浪”道路，大大节约整个行车组的汽油消耗，改善环境。
一、问题重述随着全球温室效应的加剧和石油资源的逐渐减少,很多国家都将节能减排提到了政府工作的重要议事日程之中。
城市拥堵的交通是造成汽油消耗和大量尾气排放的重要元凶，而汽车在反复刹车减速和提速的过程中不但耗油量是正常行驶的数倍以至十多倍,所排放的有害气体也是成倍增加。
哈尔滨秋林公司到太平桥路线，该路段长约4公里，但是地处繁华地带，红绿灯密集，一路上有大约10多处红绿灯，行车缓慢经常拥堵，行车时间长达20分钟。
需要依照“绿色波浪”想法设计一套红绿灯系统。
在保证安全的前提下尽可能实现顺畅通行，并在最后向司机写一份推广文，介绍想法做法，和司机应该如何顺利实现“绿色波浪”。
二、问题的分析与假设1、假设从秋林公司到太平桥这一段，马路的宽度相等、各向车道数相等。
2、假设此路段上车总量大于与其他交叉的其他路口的车流量。
3、从各个路口进入此路段的车流量等于注入此路口的车流量。
即各个路口对此路段的车流量没有影响，此路段与它们相交叉时自身的车流量不会改变。
4、假设此路段从西到东的车流量相等，而且两个方向汽车的平均速度相等。
5、信号灯只有红灯、绿灯两种，不考虑黄灯。
6、各个路口的信号周期（红灯+绿灯时间）相等。
7、不考虑转盘等设施，认为在这些路口仍然使用红绿灯。
三、模型的建立与求解在提出模型之前，现进行符号说明和参数解释。
交通路口红绿灯__数学建模
交通路口红绿灯__数学建模交通路口红绿灯交通路口红绿灯十字路口绿灯亮30秒，最多可以通过多少辆汽车, 十字路口绿灯亮30秒，最多可以通过多少辆汽车, 一问题重述一问题重述因为十字路口的交通现象较复杂，通过路口的车辆的多少依赖于路面上汽车的型号，数量和它们的行驶速度和方向以及同时穿过路口的非机动车辆的行人的状态等因素有关，因此，我们在求解“十字路口绿灯亮30秒，最多可以通过多少辆汽车”时应综合考虑各方面因素二模型假设二模型假设(1)十字路的车辆穿行秩序良好不会发生阻塞;(2)所有车辆都是直行穿过路口，不拐弯行驶，并且仅考虑马路一侧的车辆。
(3)所有车辆长度相同，并且都是从静止状态开始匀加速启动; (4)红灯下等侍的每辆相邻车之间的距离相等;(5)前一辆车启动后同后一辆车启动的延迟时间相等。
另外在红灯下等侍的车队足够长，以至排在队尾的司机看见绿灯又转为红灯时仍不能通过路口。
参数，变量: 车长L，车距D，加速度a，启动延迟T，在时刻 t 第 n 辆车的位置 S(t) n用数轴表示车辆行驶道路,数轴的正向为汽车行驶方向, 数轴原点为红绿灯的位置。
于是, 当S(30)>0时, 表明在第30秒第n辆车已通n过红绿灯，否则，结论相反。
三模型建立三模型建立1.停车位模型: S(0)=–(n-1)(L+D) n2. 启动时间模型: t =(n-1)T n23. 行驶模型: S(t)=S(0)+1/2 a (t-t) , t>t nnnn参数估计 L=5m，D=2m，T=1s，a=2m/s四模型求解四模型求解2解: S(30)=-7(n-1)+(30-(n-1))>0 得 n,19 且 t=18<30=t 成n19立。
答案: 最多19辆车通过路口. 改进:考虑到城市车辆的限速，在匀加速运动启动后，达到最高限速后，停止加速, 按最高限速运动穿过路口。
最高限速:校园内v*=15公里/小时=4米/秒，长安街上v*=40公里/小时=11米/秒，环城路上 v*=60公里/小时=17米/秒* *取最高限速 v*=11m/s，达到最高限速时间t=v/a+t=5.5+n-1 nn 限速行驶模型:2**** S(t)=S(0)+1/2 a(t–t)+v(t-t), t>t nnn n nn2*=S(0)+1/2 a (t-t) , t>t>t nnnn= S(0) t>t nn2*解:S(30)=-7(n-1)+(5.5)+11(30-5.5-(n-1))>0 得 n,17 且 tn17=5.5+16=21.5<30=t 成立。
交通灯数学建模
驾车通过校园一、摘要本文通过对康奈尔大学交通路况以及在不同时间段人流量和车流量的调查，建立适当的优化模型着重解决六个问题中的四个问题。
问题一中，首先提出车辆尾部增长速度的概念，建立一个目标函数，使得一个交通周期内积累的车辆长度最小，并以行人通过人行道的最短时间为约束条件，然后求解出一个交通周期的红绿灯时间。
为了简化问题，让四个路口的交通灯周期都一样长，用同样的方法计算其他三个路口的红灯绿灯时间，通过路口的距离再计算出绿灯的时间间隔，并对绿灯时间进行细微调整。
问题二中，根据经验把一天分成三个时段：其一是上班和下班时段，其二是上下课时段，其三是大部分时段。
每一个时段的车流量和人流量都不同，对于不同的车辆尾部增长速度和行人过道时间，把相应的数据带入到问题一中的模型，即可得出不同时段的红绿灯时间。
问题五中，行人耽误的时间为等待红灯的时间，用所有行人等待红灯的时间除以行人的总数即可得出普通人平均耽误的时间。
在此基础上分成两种情况讨论，一种是等待过人行道的行人数少于绿灯一次可以通过的人数，此时耽误的时间为零，另一种是行人数多于绿灯一次可以通过的人数，此时分成几个批次，求出总耽误时间，再除以总行人数进而求出普通人平均耽误的时间。
问题六中，假设行人是连续不断的，并且认为人行道足够宽是保证本次红灯和绿灯等待的行人在下一次绿灯的时间内都能通过，根据经验估计了行人过道时的前后距离和左右距离，列出等式求出人行道宽，再与现在的人行道宽比较即可知道是否足够宽来容纳等待过马路的人。
问题三和问题四只是用语言详细的叙述了一下，没有给出具体模型，这两个问题没有重点解决。
关键词：交通灯；优化模型；车尾增加速度；行人过道二、问题重述East Ave. & Tower Rd. is one of the busiest intersections on Cornell campus, with a fair amount of vehicular and pedestrian traffic. Your team is contracted to study the likely consequences of installing a traffic light at that (currently, a 3-way-stop) intersection.Find a good way to “synchronize” the new traffic light with the three existing ones (at the Thurston Ave Bridge, at Garden Ave. & Tower Rd., and at Central Ave. & Campus Rd.)Suggest several different possible modes / synchronization programs based on the time of the day. (E.g., note that on weekdays the pedestrian traffic spikes in between classes.)Will some of the motorists (or pedestrians) switch to alternative routes once this traffic light is installed?Will the resulting vehicular traffic flow become more efficient than it is at present?How much of a delay would this plan add for an average pedestrian at this intersection?Assuming that the majority of pedestrians will follow the rules, are the sidewalks near that intersection wide enough for the crowd waiting to cross the road?三、问题分析3.1 针对问题一的分析本问题主要目标是要通过分析康奈尔大学的交通状况，在交叉路口设置一个交通灯与已经有的三个交通灯同步，让校园内的交通更加顺畅。
交通红绿灯管制研究-Scilab数学建模计算及分析
交通红绿灯管制研究交通红绿灯管制研究摘要交通流模型和红绿灯交通流模型,是城市交通管理的科学依据,是科学设置城市交通管理中红绿灯转换周期的根据.本文通过对交通高峰时期的车流进行模拟，利用粒子群算法，研究如何调整交通灯来分配交通资源，从而尽可能的缓解交通压力。
1.十字路口交通简介红绿灯有着一套自己的调度算法，它把车辆离开的路口当做出口，把要去往的路口当做入口，它就是要实现在同一时间内入口的放行量最大化，也就是尽量保证疏导去同一个路口的车辆。
根据现代城市的规划方法，十字路口是十分常见的，而设置在十字路口的红绿灯运行起来就更加复杂了。
十字路口交通情况如上图所示。
其中R表示车辆右拐L：表示车辆左拐S:表示车辆直行P:表示人行数字1、2、3、4表示路口1、2、3、4。
上图中，常规交通灯的绿灯亮状态（通行）顺序如左图所示。
其中，“1-2”表示1P和2P可以通过路口2通行；“2-3”表示2P和3P可以通过路口3通行；“3-4”表示3P和4P可以通过路口4通行；“4-1”表示4P和1P可以通过路口1通行。
2.问题分析与模型的建立2.1问题的简化与分析A.在对实际的十字路口交通状况进行了分析之后，我们认为可以对十字路口进行如下的简化：首先，车流量的堆积同路口的行人没有实质的联系，在此我们先舍去了行人的影响，即图1-2中的“1-2P, 2-3P, 3-4P, 4-1P”即可舍去。
对大部分的十字路口而言，右转车辆一般直接放行，在这样的简化条件下，我们放弃考虑1R,2R,3R,4R的右转车流量而直接考虑路口的直行和左转车辆。
此外对于大多数的道路而言，在路口处都分为，左、直、右三道行驶，因此，在我们的模型中，将把左、直、右三个方向上的车流视为独立的事件，即这些车辆在十字路口处并不构成互相的干扰而独立行驶。
最后考虑到相对于整个红绿灯的交通周期，黄灯的时间较短且对整个交通的影响较小，因此我们在考虑问题时也忽略黄灯带来的影响。
B.对于交通拥堵的原因，我们进行了如下的分析：交通的堵塞可以归结为3个原因，一个是由于激增的车流量超出的道路的承载力，从而导致堵车等现象，另一个则是因为道路行驶资源分布不均导致部分地区出现拥挤而部分地区没有的情况，最后则是由于道路维修、车祸等意外情况导致的道路拥挤。
例2 交通路口红绿灯的模型
例2 交通路口红绿灯的模型问题：在一个由红绿灯管理下的十字路口，如果红灯亮15秒，最多可以有多少汽车通过这个交叉路口？这个问题提得笼统含混，因为交通灯对十字路口的控制方式很复杂，特别是车辆左右转弯的规则，不同的国家都是不一样，通过路口的车辆的多少还依赖于路面上汽车的数量以及它们的行驶的速度和方向。
这里我们在一定的假设下把这个问题简化。
假设：（1） 十字路口的车辆穿行秩序良好，不会发生阻塞；（2） 所有的车辆都是直行穿过路口，不拐弯行驶，并且只考虑马路一侧或单行线上的车辆；（3） 所有的车辆都相同，并且都是从静止状态匀加速启动；（4） 红灯时等待的每相邻两辆车之间的距离相等；（5） 前一辆车启动后，下一辆车启动的延迟时间相等。
用X 轴表示车辆行驶的道路，原点O 表示交通灯的位置，X 轴的正方向时汽车行驶方向，汽车的车头在道路上所处的位置表示汽车的位置，以绿灯开始亮时为时刻t=0.根据前面的假设,我们令L 表示汽车的长度,D 表示红灯时等待的相邻两辆车之间的距离,T 表示相邻两辆汽车启动的延迟时间,a 表示汽车的加速度.我们用)(t S n 时刻t 第n 辆汽车所在的位置,用n t 表示第n 辆汽车开始启动的时间.汽车启动之前停车位置的模型为：))(1()0(D L n S n +--=汽车启动的时间模型为：T n )1(-汽车刚起动时应该按照匀加速的规律运动，汽车启动后在时刻t (t>n t )，的位置为： 2/)()0()(2n n n t t a S t S -+=综合上面的分析，我们就得到了汽车在道路上行驶的模型为⎩⎨⎧≤-+<≤=t t t t a S t t o S t S n n n n n n ,2/)()0(0),()(2生活常识告诉我们，在城市的道路上行驶的汽车都有一个最高时速的限制，不允许无限制的提高车速。
我们给定这条路上的最高限速为*v 米/秒。
这样我们还需要附加一个假设；绿灯亮后汽车将匀加速启动一直到可能的最高限速，并以这个速度匀速的向前行驶。
交通灯数学建模
欢迎阅读驾车通过校园一、摘要本文通过对康奈尔大学交通路况以及在不同时间段人流量和车流量的调查，建立适当的优化模型着重解决六个问题中的四个问题。
问题一中，首先提出车辆尾部增长速度的概念，建立一个目标函数，使得一个交通周期内积累的车辆长度最小，并以行人通过人行道的最短时间为约束条件，然后求解出一个交通周期整。
?Find a good way to “synchronize” the new traffic light with the three existing ones (at the Thurston Ave Bridge, at Garden Ave. & Tower Rd., and at Central Ave. & Campus Rd.)? Suggest several different possible modes / synchronization programs based on the time of the day. (E.g., note that on weekdays the pedestrian traffic spikes in between classes.)? Will some of the motorists (or pedestrians) switch to alternative routes once this traffic light is installed?? Will the resulting vehicular traffic flow become more efficient than it is at present?? How much of a delay would this plan add for an average pedestrian at this intersection?? Assuming that the majority of pedestrians will follow the rules, are the sidewalks near that intersection wide enough for the crowd waiting to cross the road?三、问题分析3.1 针对问题一的分析本问题主要目标是要通过分析康奈尔大学的交通状况，在交叉路口设置一个交通灯与已经有的三个交通灯同步，让校园内的交通更加顺畅。
模型实例-红绿灯的调节
模型实例-----红绿灯调节问题问题的背景及提出在车辆拥挤的交叉路口，需要合理地调节各车道安置的红绿灯，使车辆能够顺利、有效地通过。
首先应使各道都的车辆互不冲突地顺利驶过路口，其次希望效能尽量地高，试制定合适的方案。
假 设1 我们以一个十字路口为例，含有六个交通流，见图7-1。
2 车辆在经过路口时匀速，在先后两个绿灯交替时，两个交通流不互相冲突。
3 尽量使多个交通流同时使用绿灯，和同时使用地交通流称为相容的。
4 六个交通流的红绿灯的调节是周期性的，譬如60秒。
5 直行和转弯车辆的数量比为λ1：λ2。
6 每个交通流至少使用绿灯时间10秒。
7 以各交通流总的绿灯时间作为衡量红绿灯调节优劣的指标。
模 型 建 立设图G ＝<V ，E>，f ：V →实轴上的开区间集，令f(v)＝J(v)。
若v 和u 相邻当且仅当J(v)和J(u)相交，则称G 是区间图。
由假设4，我们先在一个周期时间段上解决问题。
取时间轴上0到60秒这段区间，记为I ，I 上的子区间称为时段。
我们进行红绿灯调节实际上是建立一个交通流到I 上时段的函数J ，即把I 分成若干时段，将这些时段作为绿灯时间分配给各交通流，使之满足假设3、5、6、7。
故我们可以利用图论中的区间图来解决。
下面把此问题用图来表示。
我们研究的主要问题是交通流的红绿灯的使用问题，即交通流之间是否可以同时使用绿灯(相容)。
故我们按下面准则建立图：每个交通流用一个顶表示，V={a ，b ，c ，d ，e ，f}；当两个交通流是相容的，它们对应的顶之间连一条边，这样得到的图称为交通流的相容图，见图7-2。
发现图7-2交通流相容图不是区间图，即c 和d 、d 和e 、e 和f 、f 和c 同时使用绿灯，c 和e 、d 和f 不同时使用绿灯是做不到的。
又由于相容的交通流可以不必同时使用绿灯，为b图7-1： 十字路口的六条车道a bc d f e 图7-2此，可删除某一条边，使之子图为一个区间图，例如删除边cf 。
十字路口黄灯闪亮时间的数学建模分析
An optimal approach to model and analyse the traffic lights
MA Rui ( Depart ment of Comput er Science, Yunnan Universit y of F inance & Economics, Kunming 650221, China) Abstract: Wit h the rapid develepment of social economy , t raf fic jam has come t o be known by public as t he severe city disease that no one can disregard. By using diff erent ial equation model, T his paper dedicates to seek for the opt im al flashing frequence of yellow light at the cross road, w hich w ill have pract ical meaning in allev iating t he pain caused by traff ic jam. Key words: t raf fic; dif ferent ial equat ion; cross road; yellow light ( 责任编辑: 杨多立 )
( 2)
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结束语
由上推导公式, 如果在现有交通道路上, 要确定十字路口的黄灯闪亮的时间 , 交通管理部门能够根据十字
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云南民族大学学报 ( 自然科学版 )
第 13 卷
路口长度, 统计单位时间内汽车通过路口的车次, 车型、 车速 , 从而确定典型车身长度 L , 法定行驶速度 v 0 , 根 据不同地点, 不同时间, 可以准确计算出黄灯闪亮的最佳时间. 用同样的模型, 还可以计算红、 绿灯的最佳持续 时间 . 对缓解十字路上的 肠梗阻 现象 , 将会有一定的改善 . 参考文献 :
交通路口红绿灯__数学建模
交通路口红绿灯__数学建模交通路口红绿灯交通路口红绿灯十字路口绿灯亮30秒，最多可以通过多少辆汽车, 十字路口绿灯亮30秒，最多可以通过多少辆汽车, 一问题重述一问题重述因为十字路口的交通现象较复杂，通过路口的车辆的多少依赖于路面上汽车的型号，数量和它们的行驶速度和方向以及同时穿过路口的非机动车辆的行人的状态等因素有关，因此，我们在求解“十字路口绿灯亮30秒，最多可以通过多少辆汽车”时应综合考虑各方面因素二模型假设二模型假设(1)十字路的车辆穿行秩序良好不会发生阻塞;(2)所有车辆都是直行穿过路口，不拐弯行驶，并且仅考虑马路一侧的车辆。
(3)所有车辆长度相同，并且都是从静止状态开始匀加速启动; (4)红灯下等侍的每辆相邻车之间的距离相等;(5)前一辆车启动后同后一辆车启动的延迟时间相等。
另外在红灯下等侍的车队足够长，以至排在队尾的司机看见绿灯又转为红灯时仍不能通过路口。
参数，变量: 车长L，车距D，加速度a，启动延迟T，在时刻 t 第 n 辆车的位置 S(t) n用数轴表示车辆行驶道路,数轴的正向为汽车行驶方向, 数轴原点为红绿灯的位置。
于是, 当S(30)>0时, 表明在第30秒第n辆车已通n过红绿灯，否则，结论相反。
三模型建立三模型建立1.停车位模型: S(0)=–(n-1)(L+D) n2. 启动时间模型: t =(n-1)T n23. 行驶模型: S(t)=S(0)+1/2 a (t-t) , t>t nnnn参数估计 L=5m，D=2m，T=1s，a=2m/s四模型求解四模型求解2解: S(30)=-7(n-1)+(30-(n-1))>0 得 n,19 且 t=18<30=t 成n19立。
答案: 最多19辆车通过路口. 改进:考虑到城市车辆的限速，在匀加速运动启动后，达到最高限速后，停止加速, 按最高限速运动穿过路口。
最高限速:校园内v*=15公里/小时=4米/秒，长安街上v*=40公里/小时=11米/秒，环城路上 v*=60公里/小时=17米/秒* *取最高限速 v*=11m/s，达到最高限速时间t=v/a+t=5.5+n-1 nn 限速行驶模型:2**** S(t)=S(0)+1/2 a(t–t)+v(t-t), t>t nnn n nn2*=S(0)+1/2 a (t-t) , t>t>t nnnn= S(0) t>t nn2*解:S(30)=-7(n-1)+(5.5)+11(30-5.5-(n-1))>0 得 n,17 且 tn17=5.5+16=21.5<30=t 成立。
数学建模,红绿灯闪烁模型
建模实习作业题之红绿灯闪烁模型班级：计算1502交通管理中非数字灯闪烁时间模型摘要本文在了解过车辆通过红绿灯所遇见的情况，以及对车型的分析下，重点通过常微分方程建立起时间，刹车距离，以及刹车制动因素相关的数学模型。
在问题中对红绿灯灯应闪烁时间做出等价转换，闪烁的意图是让车辆在黄灯前停在停止线前，对于影响车辆刹车距离的因素主要由车辆制动力控制，闪烁时间应为驾驶员观察到信号变换反应的时间与驾驶员制动使车辆停在停车线所需时间之和。
在法定通过红绿灯的速度下对大型车辆进行讨论，因为小型车辆制动距离明显小于大型载货汽车。
对于模型的评价，本文采用与实际生活中数据以及对车辆理论数据进行对比，以此检验模型建立的合理性及正确性。
最后，本文分析了现有模型的缺陷，并提出进一步改进方法，使之与贴合生活方面进一步。
【关键词】微分方程；刹车制动力；制动因素目录一、问题重述……………………………………………………………………………………4二、基本假设……………………………………………………………………………………4三、符号说明……………………………………………………………………………………4四、模型建立、分析与求解 (5)五、模型评价与改进 (6)六、参考文献 (7)一、问题重述从2013年元月一日，国家开始实行新的交通法规。
在十字路口的交通管理中，最大而且最有争议的改变是闯黄灯。
在以前的交规中，亮红灯之前要亮一段时间黄灯，这是为了让那些行驶在十字路口或距十字路口太近以致无法停下来的车辆通过路口.现在规定闯黄灯也是违规行为，为了不违反交通法规，对有时间数字的交通灯，司机根据时间数字可以提前对自己的行动作出决策，但还有很多交通灯是非数字的，这就不可避免的对司机的判断造成障碍，为此，非数字的交通灯在变灯前加入了闪烁，以提醒司机。
为了让司机在十字路口有足够的时间决定过不过马路，请你考察实际生活中的道路，给出最佳的闪烁时间。
二、基本假设1.假设刹车途中，刹车制动力恒定2.行驶过程中没有意外事故3.针对一辆车，同一方向仅一辆车4. 天气晴朗，路面干燥，为草沙路路面三、符号说明f 刹车因素 t 1反应时间t 制动时间 t 2总时间v 0初始速度 d 总距离s 反应距离 x 制动距离m 车辆质量F 刹车制动力L 十字路口长度 l 车辆长度四、模型建立、分析与求解红绿灯十字路口相位图：若轮胎被抱死，则车辆的制动力主要由轮胎与地面的摩擦提供，有：22-f d x mg m dt21f 2mgx mv = 对于驾驶员发现绿灯闪烁，立即采取制动措施，未能在停止线前停下，则立即提速通过红绿灯路口，则通过的时间除驾驶员反应时间，车辆制动时间，还应包括车辆通过路口的时间。
交通信号灯转换数学问题
交通信号灯转换数学问题
交通信号灯转换问题可以转化为一个数学问题。
假设有一个交通信号灯状态转换的函数f(x)，其中x表示当前的信号灯状态，可以取一个数字或者符号来表示不同的状态。
我们希望找到一个数学表达式，使得在给定当前状态x的情况下，可以计算出下一个状态f(x)。
常见的交通信号灯有三种状态：红灯（停止）、黄灯（准备就绪）和绿灯（通过）。
我们可以用0表示红灯，1表示黄灯，
2表示绿灯。
那么，我们可以定义一个函数f(x)如下：
f(0) = 1 （红灯转换为黄灯）
f(1) = 2 （黄灯转换为绿灯）
f(2) = 0 （绿灯转换为红灯）
这个函数定义了交通信号灯的状态转换规则。
当我们输入当前的状态x时，函数会返回下一个状态f(x)，从而实现了交通信
号灯的转换。
当然，实际的交通信号灯转换可能更加复杂，可能会考虑到时间的经过、交通流量、行人信号等因素。
但是无论如何，我们都可以通过数学来建模和描述这个问题，从而进行分析和优化。
数学建模-红绿灯问题
红绿灯优化问题摘要红绿灯（交通信号灯）系以规定之时间上交互更迭之光色讯号，设置于交岔路口或其他特殊地点，用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人，管制其行止及转向之交通管制设施。
为一由电力运转之交通管制设施，以红、黄、绿三色灯号或辅以音响，指示车辆及行人停止、注意与行进，设于交岔路口或其他必地点。
有些红绿灯在设计的时候，由于考虑不周全，环境的发展变化，出现了一系列问题，使得不能真正的方便于人。
为了使红绿灯能真正的方便于人，本文建模过程根据实际情况，考虑诸如道路车辆行驶速度、行人行走速度、车流量、人流量、路段宽度等相关问题，对这些因素进行了数据收集，利用数学方法对其进行了分析，得出了各个影响红绿灯变化的规律及其拟合方程。
一、问题重述灯是用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人，管制其行止及其转向之交通管制设施，红绿灯灯亮的时间长短问题影响了车辆和行人的通行。
如控制方案不佳，会导致行人和车辆通行的不便，怎样设置才能使红绿灯时间达到最佳。
在日常生活中我们知道红绿灯的表示如下：（一）绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯的车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行；（二）黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；（三）红灯亮时，禁止车辆通行。
根据其工作原理我们可以知道，在红绿灯前首先司机会看到黄灯，黄灯亮后变成红灯，红灯亮后，没有通过停止线的车辆则要停止，行人此时过马路。
此后再变绿灯，以此循环。
但由于变化的规律性，地域的差异，红绿灯时间很难达到最佳。
红绿灯时间差的决定因素大体可以归为两个：车流量和人流量。
第一个因素车流量会因为地域经济发展程度而决定。
所谓的地域经济发展程度会影响该地域人们的经济，人们的经济条件则决定车的总量。
第二个因素人流量的主要影响条件也是地域经济发展程度，所以我们把总因素，即红绿灯的时间差因素归纳为地域经济发展因素的影响。
根据路口设置信号灯的交通流量标准表，下表所示：根据路口设置信号灯的交通流量标准表，下表所示：二、模型的建设1、假设公路路面行驶顺畅，所以车辆设为质点，车距相等；2、假设司机的反应时间相同；3、假设车辆离红绿灯较远的速度和离开红绿灯后的速度相等。
2019年交通信号灯实时安排模型.doc
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建模实习作业题
之红绿灯闪烁模型班级：计算1502
交通管理中非数字灯闪烁时间模型
摘要
本文在了解过车辆通过红绿灯所遇见的情况，以及对车型的分析下，重点通过常微分方程建立起时间，刹车距离，以及刹车制动因素相关的数学模型。
在问题中对红绿灯灯应闪烁时间做出等价转换，闪烁的意图是让车辆在黄灯前停在停止线前，对于影响车辆刹车距离的因素主要由车辆制动力控制，闪烁时间应为驾驶员观察到信号变换反应的时间与驾驶员制动使车辆停在停车线所需时间之和。
在法定通过红绿灯的速度下对大型车辆进行讨论，因为小型车辆制动距离明显小于大型载货汽车。
对于模型的评价，本文采用与实际生活中数据以及对车辆理论数据进行对比，以此检验模型建立的合理性及正确性。
最后，本文分析了现有模型的缺陷，并提出进一步改进方法，使之与贴合生活方面进一步。
【关键词】微分方程；刹车制动力；制动因素
目录
一、问题重
述…………………………………………………………………………………
…4
二、基本假
设…………………………………………………………………………………
…4
三、符号说
明…………………………………………………………………………………
…4
四、模型建立、分析与求
解 (5)
五、模型评价与改
进 (6)
六、参考文
献 (7)
一、问题重述
从2013年元月一日，国家开始实行新的交通法规。
在十字路口的交通管理中，最大而且最有争议的改变是闯黄灯。
在以前的交规中，亮红灯之前要亮一段时间黄灯，这是为了让那些行驶在十字路口或距十字路口太近以致无法停下来的车辆通过路口.现在规定闯黄灯也是违规行为，为了不违反交通法规，对有时间数字的交通灯，司机根据时间数字可以提前对自己的行动作出决策，但还有很多交通灯是非数字的，这就不可避免的对司机的判断造成障碍，为此，非数字的交通灯在变灯前加入了闪烁，以提醒司机。
为了让司机在十字路口有足够的时间决定过不过马路，请你考察实际生活中的道路，给出最佳的闪烁时间。
二、基本假设
1.假设刹车途中，刹车制动力恒定
2.行驶过程中没有意外事故
3. 针对一辆车，同一方向仅一辆车
4. 天气晴朗，路面干燥，为草沙路路面
三、符号说明
f 刹车因素 t 1 反应时间
t 制动时间 t 2 总时间
v 0 初始速度 d 总距离
s 反应距离 x 制动距离
m 车辆质量 F 刹车制动力
L 十字路口长度 l 车辆长度
四、模型建立、分析与求解
红绿灯十字路口相位图：
若轮胎被抱死，则车辆的制动力主要由轮胎与地面的摩擦提供，有：
2
2-f d x
mg m dt
21f 2
mgx mv = 对于驾驶员发现绿灯闪烁，立即采取制动措施，未能在停止线前停下，则立即提速通过红绿灯路口，则通过的时间除驾驶员反应时间，车辆制动时间，还应包括车辆通过路口的时间。
若车轮不被抱死，则车辆的制动力主要由车辆刹车系统的卡钳与刹车盘的摩擦力提供，有：
22-fmg d x m dt
= 初始值为(0)0x =； 0|t dx v dt == ；解微分方程得21()2
x t gt vt =-+ v t fg = 车辆通过十字路口的时间：1l L
t v
+= 。
根据数据统计表明【1】，驾驶员的反应时间为1.5s ，汽车通过路口的法定速度
【2】为40km/h ，车长7m ，路口长度为30m ，草沙路面制动因素为0.8；带入数据得最终时间应为6s 左右。
通过路口时间为1s 左右。
五、模型评价与改进
评价
对于问题中对闪烁时间的估计，现有的模型给出一个大约值，通过简化过程中受到的因素而建立起时间与路程，制动因素的关系；忽略了现实生活中，路况，天气的影响，刹车时，车辆悬挂系统，轮胎对刹车距离的影响。
对于简单的估计红绿灯闪烁时间具有一定的数据能力，生活中非数字红绿灯变灯闪烁时间大约为
3s，与此模型最终计算结果来说，数据相符，通过路口时间可算入黄灯时间，而以大型车辆渣土车为计算模型，所得结果以求最大化。
改进
模型中简化最大的因素为刹车制动力，对于制动力大小，简单的以一个公式表达，而生活中，制动力的提供则相对复杂，不过可以引入，刹车卡钳的压力大
F与刹车片与刹车盘的摩擦因素 表小，将刹车制动力变为由卡钳的压力N
达，忽略卡钳与刹车盘摩擦生热而导致制动力下降，则可体现出，不同质量的车型具有不同的刹车距离。
可向此反向改进，则更贴近实际情况。
【1】杨林汽车跟驰状态下驾驶员反应时间研究
【2】中华人民共和国道路交通安全法
【3】徐秋丽关于廊坊市交通拥堵问题的数学模型的探究。