2016国赛B题优秀论文

图 1 问题的总分析
本文需要解决以下问题： 首先，如何选取道路通行能力评价指标，并且有意识的针对不同时间同一区 域或同一时间不同区域的道路交通情况进行分析，考虑多个影响因素,从而建立 多个评价指标，构建合理的多层次开放式小区对周边道路通行能力评价指标体 系，评价开放式小区对其周边道路通行能力的影响。 其次，如何构建有关车辆通行的数学模型，结合问题一构建的道路通行能力 指标体系，考虑出行成本及小区周边道路通行能力，从车辆通行方面定量的分析 开放封闭式小区对周边道路通行的影响。 然后，根据问题二构建的数学模型，对小区进行不同的分类，部构建不同的 小区，利用 matlab 软件模拟情景，得出不同类型的小区开放前后周边道路及车 流量的变化。 最后，根据问题二构建的数学模型，加入相关道路变量，对于小区内部道路 规划设计有很大的帮助，并且从多个方面分析小区开放是合理的，对道路交通有 明显的改善效果。
图 3.道路通行能力评价指标体系
根据图 3，我们可以看出，为了构建合理的道路通行能力评价指标体系，我 们选取了五个二级指标，分别为：路网指标，交叉路口指标，路段指标，位置指 标，小区情况指标。为了更好的表示这五个指标对道路通行能力的影响，我们在 每个二级指标的基础上又选取了一些三级指标。同时，下表给出了指标的计算公 式和指标的含义。
α ， β ， γ 分别为此类型道路的集合，且该区域所有道路上
Ｚ 行驶的车辆总数为 N
α X RS (i ) β X RS ( j) γ X RS (k )
α 类型的路段上第 i 条路径的车流量
β 类型的路段上第 j 条路径的车流量
γ 类型的路段上第 k 条路径的车流量
每条道路的负荷度定义为道路的通行量比上该道路的最大 承载量
表 2.道路通行评价指标定义及量化
评价指标
路网密度 ρ1
指标公式
K ρ1 = S
指标含义
用城市道路总数 K (单位：条)与城市总面积 S0 (单位：平方千米)的比值表示城市道路的平均状 况，单位：条/平方千米； 城市道路的总长度 L1 ，单位：千米； 指城市道路的节点数 W ，即叉路口，单位：千个； 交叉路口每小时通过的车（机动车或非机动车）数
一、问题提出与分析
1.1 背景知识 1.1.1 总背景介绍 随着现代经济的发展，加速了城市建设，因此城市道路也越来越宽，同时人 们出行的交通方式也更加丰富，从最初的步行，自行车，公交车，打车，到如今 的私家车，地铁，轻轨，高铁等方式。但是，出行方式的增多却并没有改善道路 交通状况，人们的出行越来越麻烦。高峰期的拥堵更是成为一大特色。因此，国 务院发布相关文件， 提出逐步开放住宅小区和单位大院， 实现内部道路的公共化， 从而解决交通路网布局问题，提高土地利用率。 目前国内的小区模式多为封闭型，小区的道路、绿化、休闲娱乐设施等相关 规划独立于城市机构，仅为小区内居民服务，满足小区居民的需求。封闭的小区 的大多以城市交通道路为边界，占据完整土地，设置围栏大门，内部无法穿越。 小区的开放是指打破原有的城市道路交通网络，开放小区的内部道路，将小区的 道路作为城市道路使用，使得车辆以及行人得以在小区内部通行，增加城市的道 路数量，提高路网密度，以此改善交通状况。 1.1.2 问题的产生 由于我国的城市空间分布状况，小区占地面积过大，行业相对集中，小区的 功能近满足内部居民的需求， 同时城市道路交通状况并没有因为出行方式的逐渐 多样化，而得到改善，为了改善我国道路交通网的稀疏情况，道路分布不均匀的 情况，通过将传统的小区开放，使得小区的内部道路与原有的城市网络形成有机 的整体。从而缓解道路的交通状况。通过查阅相关文献，我们发现，开放原有的 封闭小区，在欧美国家已经有过尝试，但是考虑到经济文化等多种原因，这种缓 解道路交通的方式不一定适合我国的现有情况， 毕竟封闭式小区在中国已经存在 多年，人们的生活方式大多已经习惯，而且开放封闭式小区，虽然能够改善道路 交通状况，但也会引发一系列安保问题，所以我们需要做进一步相关分析实验， 考虑多种因素。 1.1.3 已有的方案 通过查阅已有的文献，以及相关的报道，我们发现，许多西方欧美国家，关 于开放封闭式小区对其周边道路通行能力的影响的研究已经进行多年， 并且在许 多城市都有进行试验，且取得不错的试验结果。在许多城市的居住区，实施街区 式管理，将街区道路与城市道路连接为一个有机整体。在国内，为了改善道路交 通拥堵状况，国家出台单双号限行制度，即单号日时，车牌号尾数为单号的私家 车才可以出行，双号日时，车牌号尾数为双号的私家车可以出行。同时，政府也 从其它方面采取措施，改善道路通行状况，提高相关税费，鼓励人们出行选择公 共交通，同时加快出行工具如地铁等的发展。
平均延误时间 t1
T t1 = M
时)与该叉路口每小时进入的车数量 M (单位： 辆/ 每小时)的比值。
交通服务水平衡量道路的通行能力，按道路通行质 交通服务水平
无
量由低到高可以可以分为一~四级
道路宽度 W
无
道路两边相距的平均宽度
总延误率 t2
t2 =
T − Tmax S S2 S3
小区开放对道路通行能力影响的综合评价模型
摘要：随着城市建设的发展，城市道路越来越宽，道路交通网络越来越复杂，人 们出行的方式也更加丰富，从最初的步行，自行车，公交车，打车，到如今的私 家车，地铁，高铁等。但是，出行方式的增多却并没有改善道路交通状况，道路 通行拥堵问题日益凸显。因此，如何优化路网结构，提高路网的密度的问题亟待 解决。由于城市道路的固定化，通过改善城市道路来缓解交通压力，收效甚微， 而人们对开放小区的认识，为提高道路通行能力提供了一种有效的手段。研究小 区开放对道路通行能力影响是一个既有理论意义又有实际价值的研究方向。 对于问题一， 需要建立合理的指标体系来分析小区开放对周边道路通行能力 的影响，通过指标的选取原则，我们选取了 5 个二级指标和 18 个三级指标，并 根据指标的性质，将指标分为定性指标和定量指标。首先，我们对指标进行定性 的分析，得到路网密度等指标对道路通行能力具有促进的作用，交叉口数量等指 标起到抑制的作用；其次，我们对指标进行定量分析，利用熵权法对三级指标进 行赋权，并利用简单加权平均算子对数据进行融合，从而建立小区开放对道路通 行能力影响的定量评价模型。最后，综合定性和定量分析说明建立的指标体系能 够有效地评价小区开放对周边道路通行能力的影响。 对于问题二， 为了得到最优的车辆通行数学模型和小区开放对周边道路的影 响程度。 本文基于问题一构建小区开放对周边道路通行能力影响指数的最优化模 型，同时考虑到小区开放会影响到路网的成本，我们从系统管理者和出行者两个 角度提出了小区开放后的用户平衡（UE）模型和系统最优（SO）模型，基于这 些模型，我们构建车辆通行的多目标优化模型，考虑到 UE 模型仅仅考虑静态条 件下的网络流量配流问题，存在一定局限性，因此，我们构建基于 UE 模型的交 通流量动态调整和均衡分布模型，最后给出了求解该模型详细的流程图。 对于问题三，小区内部道路结构，小区周边道路的结构，以及小区的车流量 等都会对小区开放后的效果产生不同的影响，本题中，我们根据小区内部道路的 结构将小区分为一字型、十字型和环型小区，根据小区周边的道路结构将小区分 为网状、 树状、 环型和条状小区， 同时考虑到不同时段小区附近的车流量也不同， 对于不同的类型的小区，我们事先给定总的车流量，然后根据 MSA 算法得到每 条路段上的车流量，最后根据问题二中的模型计算出道路通行能力综合评价指 数。每天的早高峰时期，环形小区的综合指数最大，通行能力也最好，其次是十 字形、一字形和封闭式小区，同理可得，环形小区的开放效果最为明显，其次为 网状小区、树状小区和条状小区。 对于问题四，构建小区内道路设计和规划模型，将小区内的每条待建道路都 看成 0-1 变量，即假设问题二中模型中的开放小区内道路都记为 0-1 变量，通过 求解最优化模型，我们可以得到小区内修哪条路对提升道路通行能力的影响最 大，最后，综合我们前面的研究成果，给城市规划和交通管理部门提供了关于小 区开放对周边道路通行能力影响的详细的建议。 关键词：开放小区；指标体系；UE 模型；动态平衡；小区类型；道路设计
图 2.道路通行能力评价模型构建的流程图
4.1.1 评价指标的选取原则 评价小区开放对其周边道路交通能力是一个既困难又复杂的问题， 必须遵循 一系列评价指标的选取原则， 我们结合小区周围道路交通的通行情况和已有文献 成果，合理地构建小区开放对道路通行能力影响的评价指标体系[1]。因此，我们 需要在如下原则的基础上选择科学、合理的指标。 （1）完备性、客观及可操作性原则 评价指标体系作为一个完整体系， 可以从不同的方面反映道路交通的通行能 力，也可以反映整个道路交通系统的动态变化，保证评价结果的客观准确性，体 现小区开放对其周边的道路交通能力的影响。 评价指标体系的建立需要保证在实 际的运用中能够体现其价值所在，所以选取的每个指标都必须具有可操作性，从 而使得整个评价指标体系简明，易操作有实际应用功能。 （2）科学可比性原则 评价指标体系必须建立在科学的基础上，道路交通能力评价指标的选取，要 能够反映小区开放对其周边道路交通具体情况。同时还要保证，道路交通的各方 面性能在同一时期不同的区域之间，同一区域不同的时间之间具有可比性。 （3）映射原则 有时评价道路通行能力的某个目标时，很难找到直接反映该问题的指标，这 时我们可以从目标实现所需要的某些现象进行相关的映射提炼， 即哪些现象可以 反映我们所需的目标的变化情况。 4.1.2 评价指标的选取 指标的选取是一个抽象具体事物和反复锤炼的逻辑思维判断过程。 科学的评 价体系需要尽量少的指标反映尽可能全面的信息。在评价道路通行能力时，路段 位置、路网和路段情况，小区本身情况等都会影响到小区开放对周边道路的通行 能力的影响，这就需要我们对复杂的指标进行精确的筛选。 根据指标的选取原则，构建的评价指标体系如图所示：
1.2 要解决的问题 本文首先要求我们选取合理的指标，构建道路通行能力评价指标体系，其次 从车辆通行方面，构建有关的数学模型，定量的分析开放封闭式小区对其周边道 路通行能力的影响，其次构建不同的小区类型，分析小区开放前后对其周边道路 以及车流量的影响， 最后根据相关模型向城市规划及道路交通部门提供合理的建 议。首先，我们对问题的总体情况进行了分析，具体过程如下图：
路网长度 L1 路网结构 W 通行能力 P
无
无
无 量 P ，单位：辆/每小时；
负荷度 Q
P Q= Pmax
交叉路口每小时通过的车数量 P (单位：辆/每小 时)与交叉口每小时车辆的最大容纳量 Pmax (单位： 辆/每小时)的比值，反映该路口的每小时的负荷度 每小时通过道路的车辆的总延误时间 T (单位：小
二、模型假设
假设 1：假设道路使用者对每条道路道路阻抗均已知；
假设 2：假设道路状况只有畅通，正常，事故三种状况； 假设 3：出行者会遵循出行成本最小的原则来选择路径； 假设 4：每条路径上的流量会影响出行者选择该条道路出行成本。
三、模型符号说明
α
β
γ
处于拥挤状况的道路 不那么拥挤的道路 在 ( t2 , t3 ) 时刻出现交通意外事故或极端天气的道路
C
F （ α i）
α 类型的第 i 道路上的负荷度
h1 < h =
Fα (i ) < h2 Fβ ( j )
该种类型的某条路径上的车流量达到均衡
ห้องสมุดไป่ตู้θ1
车辆的行驶实际时间 T 与可以接受的最大行驶时间 Tmax 的差 与车辆的行驶实际时间 T 的比值
四、模型的建立和求解及分析
4.1 问题一的模型的建立和求解 为了构建一个评价小区开放对周边道路通行能力影响的指标体系， 我们选取 了尽可能全面、合理的评价指标，并将指标分为定性和定量两类，对指标体系对 周边道路通行能力进行了综合的分析。其中在定量分析部分，我们构建了基于熵 权法赋权的加权平均数评价体系，对各指标的信息进行融合，最后得到了小区开 放对周边道路通行能力的影响指数，具体分析过程如图 2 所示：