数学建模题目

巡山小妖精
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2020年11月04日 09:29
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2020年11月4日发(作者:莫应丰)


交通管理中的黄灯问题?
在十字路口的交通管理中,亮红灯之前,要亮一段时间的黄灯 ,这
是为了让那些正行驶在十字路口的人注意,告诉他们红灯即将亮起,假
如你能够停住,应当 马上刹车,以免冲红灯违反交通规则。黄灯时间的
设定与该路口的汽车速度、司机的反应时间、汽车的制 动距离、路口
宽度、汽车长度等因素有关。假设某一路口宽度为40m,该路口限速
标志为40 kmh。请研究下列问题:
(1)汽车的刹车距离由反应距离和制动距离组成,驾驶手册规< br>定具有良好刹车性能的汽车在以80kmh的速率行驶时,可以在56m的
距离内刹住;在以48 kmh的速率行驶时可以在24m的距离被刹住。我
们随机选择了该路口的几辆家用轿车做了一个刹车实 验,当汽车速度
为20kmh时,汽车的平均制动距离(从制动器开始制动到汽车完全停
止的距 离)为6.36m,利用这些信息和所学的知识建立汽车刹车距离与
车速之间关系的数学模型。
(2)建立数学模型分析该路口黄灯亮多久才比较合适?
交通管理中亮黄灯的时间问题
在十字路口的交通管理中,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.那么,如果黄灯 的时间太长,则会造成交通的严重堵塞,
如果黄灯的时间过短,则车辆不能及时在红灯亮之前通过十字路 口,
可能会造成交通事故,那么黄灯应该亮多长时间才能使这些车辆安全
顺利地通过路口呢?


一.问题分析:
1.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.
2.黄灯亮时,不准车辆、行人通 行,但已越过停止线的车辆和已
进入人行横道的行人,可以继续通行;(来自《中华人民共和国道路交通管理条例》
3.黄灯的作用是警示车辆交通灯即将变为禁止通行的红灯
4. 十字路口为城市内的标准道路,且秩序良好
5. 在十字路口右转弯车辆不计,左转弯车辆与直行车辆的行程
相等
6.通过十字路口的车辆以小型的轿车为主,大型货车和公交车等
不计
7.除了红绿黄灯外,没有时间记录器等辅助交通灯的交通仪器
8.汽车的正常行驶为匀速直线运动,停车过程为匀减速直线运动
二.模型的建立
计算黄灯的合理时间,就是计算黄灯亮时刚越过停车线的车辆完
全通过十字路口的时间,但是车辆在行驶 至十字路口距停车线很近时
绿灯突变黄灯,由于司机经反应后停车,则车已经停在了停车线内。
假设此车越过停车线后通过了十字路口,则其后面的车辆在黄灯亮后
是可以停在停车线外。所以黄灯的时 间为司机的反应时间、汽车通过
十字路口的行驶时间和汽车减速停车的时间之和,这样车辆就可以安全顺利的通过十字路口。


设典型车辆的长度为L(米),十字路口的大小为S(米 ),汽车
的正常行驶速度为V(千米 小时),两汽车的间距为
S
1
(米), 汽车
停止的速度为
V
0
(千米 小时),汽车的加速度为a(米平方秒),司
机的反应时间为
T
1
, 匀速行驶的时间为
T
2
,减速的时间为
T
3
,则有
T=
T
1
+
T
2
+
T
3

其中
T
2

SL
V

根据匀减速直线运动的规律可得



V
2
V
0
2
2aS
1

T
3

VV
0

a
从而就有如下的式子:
TT
1

SL
2S
1

VV
0


VV
2
V
0
2

2S
1
SL

VVV
0



T
1

所以黄灯的合理时间为
三.模型参数设置
TT
1

2S
1
SL

VVV
0

根据一般的情况,对参数进行如下的设置:
车长: L=4.5 (米)
十字路口的大小: S=15 (米)
汽车的正常速度: V=20 (千米小时)
两汽车间的距离:
S
1
=1 (米)


司机的反映时间:
T
1
=0.3 (秒)
停车速度:
V
0
=0 (千米小时)
则 有
T
2

SL
V
=3.5097 (秒)
22
VV2aS
1
推出a=15.4346 (米平方秒)
0

T
3

VV
0
a
=0.3600 (秒)
所以,黄灯亮的时间为
T=
T
1
+
T2
+
T
3
=4.1677
模型的评价
模型比 较简单,计算也比较方面,总的来说模型还是比较客观
的反应了事物规律。模型是基于牛顿的经典物理学 模型建立的,比较
容易理解,物理意义非常明显。
模型的进一步讨论
根据所得时间,可以稍微的调整其时间,比如根据马路上行人
的多少,如果人比较多的话,可将时间设置 为5秒,人少是可以设置
为4秒。由于交通管理中考虑的要素比较多,要具体计算较精确的时
间 ,需考虑各方面的因素,同时对各方面进行调查和对数据的分析,
进而详细建立模型并求出时间。

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