高架下匝道至路口处交通拥堵的成因分析及优化摘要

高架下匝道至路口处交通拥堵的成因分析及优化

摘要

在交通堵塞的大问题下，本文就高架路下匝道至十字路口段拥堵的问题进行分析讨论。高架的出现提升了汽车在市区内的通行速度，但在下匝道口由于会和原本地面车道对冲，再加上速度突然减缓，往往会造成交通堵塞的问题，且无法在短时间内解决。我们将此模型经过一些理想化处理，结合数学模型，对此提出行之有效的解决措施。

针对问题一，我们首先列出了我们认为造成高架下匝道到十字路口段堵塞的影响因素，即高架下匝道的车流量、道路前一个路口进入该条路段时的车流量、高架下匝口前行的路口的红灯的时长和车辆。基于实地采集了大量数据，再将其进行无量纲化，使数据都在一个数量基上。通过建立多元线性回归模型，以此找出影响车辆从下匝道下行至地面至车辆经过路口时间的主要因素。最后我们得出高架下匝口车辆的车流量、道路前一个路口进入该条路段时的车流量为主要成因。

针对问题二，我们首先对问题一中所得到的交通拥堵情况进一步分析。我们在一个路段中，建立logistic模型来模拟此路段的车辆数的变化规律；同时，引入拥堵因子λ来研究相关措施对其的影响。其次，我们选用错峰上下班、单双号限行、限制双行道，改为单行道、合理分配红绿灯的时长、高峰期禁止在路边停车和多建立港湾式车站这几种措施进行探究，运用层次分析法讨论各种措施的有效性。结合这两个模型，我们认为错峰上下班、单双号限行能显著地解决车辆从高架下匝道到通过路口所用时间过长的问题。

针对问题三，由于我们在问题一中没有考虑交警的协调能力、司机变道的因素，因此我们引入这两个变量；在问题一的基础上，再次利用多元线性回归模型，将第一问求得的几个因素与新考虑的因素再次代入模型，求得两个新成因对于交通拥堵的影响程度。

最后我们将模型推广，在第一问的多元线性回归方程中，加入横向道对于本条路段的车流对冲、每辆车的车速并不统一等因素，再讨论这些因素影响交通拥堵的原因。对于第二问的logistic模型中，加入周边繁荣程度、学校数量对于拥堵因子的影响。对于层次分析法模型中，再次加入当道路车辆长度不等、路口有行人经过、车距不相等、司机合法变道时对拥堵因子的影响。

另外，基于我们模型的分析，我们还向城市有关部门提供一份改善交通拥堵状况的建议书，希望能够有所帮助。

本文的最后，我们对于本模型我们还从模型本身以及程序翻译方面提出较为简短的评价。

关键词：多元线性回归；logistic模型；层次分析法；交通拥堵

一、问题重述

1.1问题背景

在人民生活水平日益提升的今天,交通拥堵是绝大多数城镇普遍存在的问题，直接

影响了市民们的生活质量。交通拥挤造成了大量的时间浪费和资源浪费，使人们的生活受到一定的影响。交通拥堵是指一种车多拥挤且车速缓慢的现象，通常在一些繁忙的路段或者是节假日时会出现，车速缓慢会导致长时间堵塞。近年来,高架在上海快速普及，有序地划分了繁华的都市。交通拥堵不断增加的原因大多在于基于生活节奏加快的汽车数量迅速增加。过多汽车排放的不充分燃烧尾气富含二氧化硫、氮氧化物等众多有害物质，汽车发动时的轰鸣声所造成的噪音大大影响了周边人们的日常生活。且交通拥堵时车速极慢，但耗油量却没有减少，造成了能源的无谓消耗。其原因大约有公交车占道停泊，车流量激增，周边有商业区等。

诚然,高架大大缩减了出行时间,提高了城市交通的通畅。但是，高架也存在着交通问题。比如当高架的下匝道的车辆涌入一条道路时，由于车辆的对冲，车速会非常缓慢。前方路口处的红灯的设置时间较长,经常造成严重的堵塞车辆从下匝道下行至车辆经过路口所花费的时间反映了交通拥堵的情况。这个时间越长，路口的交通拥堵的情况越严重。有时甚至堵住了高架整个下匝道，对高架上其他车辆以及周围居民出行造成了重大影响。

1.2目标任务

问题一：探寻影响车辆从高架下匝道下行至地面至车辆经过路口的时间的因素。

问题二：探寻如何缩减车辆从高架下匝道下行至地面至车辆经过路口的时间。

问题三：预测交警对于交通的协调能力以及考虑司机对于变道的因素。

二、问题分析

高架下匝道堵塞问题是目前城市交通一个普遍而严重的问题。高架上的众多车辆在以高速运行的情况下逐渐减速并汇聚到狭窄的下匝路口时，由于车辆的骤增和车速的骤缓，经常引发在下匝路口出现严重交通堵塞的情况。在下匝路口的下方路面上又会由于道路的不合理设计、巨大的车流量和交通灯的过长时间等因素也引起严重的堵塞。从而进一步加深了高架下匝道的堵塞情况，甚至导致道路通行的瘫痪。面对如此严重的交通问题，科学的分析与有效的举措已急不可待。

对于问题一：我们对交通出行数据的分析，对于交通拥堵的影响因素列出了如下变量，高架下行匝道处的车流量，高架下行方向前一个路口的进入车流量，高架下匝口车辆等待地面红灯的时间。通过到实地对于数据进行采集，并进行极大指标与极小指标的无量纲化，建立多元线性回归模型，并通过显著性分析检验数据的有效性，探究自变量对于交通拥堵的影响程度，从而确立高架下行匝道处的车辆拥堵的成因

对于问题二：我们根据第一问得到的结果，即造成车辆从高架下匝道到通过路口所用