关于“堵车在城市”的数学小论文

绝世美人儿
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2020年12月02日 14:29
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擅长画虎的画家-形容词的用法

2020年12月2日发(作者:包拯)


在城市中红路灯对堵车的影响
——温州育英学校 六(2)班 黄诗怡
一、研究的背景
交通堵塞问题日益困扰着我们这个城市,每当早晨上班、中午午休和晚上下班时间,市区的一些重要路段都会堵的水泄不通,红灯时
车队常常会排到好远。这种现象 产生的原因很多,红绿灯时间设置不
合理是导致堵塞的一个重要原因。
二、研究的目的 了解本地区的交通状况,了解本地区的一些交通指示灯的时间设
置及汽车通行的状况,通过对所调查 的数据进行比较科学的分析,从
而对交通指示灯时间设置情况,提出一些合理的建议。
三、研究方法:
我采取网上调查和走访、问卷调查(问卷见附件一,问卷分析见
附件 二)等方式,了解社区居民对本地区的交通状况及红绿灯的时间
设置具体要求;通过实地调查,了解人民 路红绿灯的时间设置,并与
现实的交通状况、与设置的标准要求进行比对分析。
四、实施步骤
人民路是温州市最繁忙的道路之一,共有三个路口,它们分别是:
南站路口、大南门路口、小南 门路口,其中以南站路口的红绿灯设置
最为先进。下面就以南站路口的红绿灯设置为例。
(一)红绿灯时间设置是否合理的标准
我查阅了各种资料、访问了专家,认为红绿灯时间设置是否合理
的标准是:


(1)绿灯持续时间内可通行的最大车流量大于实际滞留量。
(2)在现有车流量下,车辆总滞留时间应该达到最小。
(二)数据的采集过程
我们收集了南站路口红绿灯持续时间(见表一);
表一
方向 东西左 东西直 南北左 南北直
86
30
2
89
27
2
79
37
2
红灯持续时间(秒) 94
绿灯持续时间(秒) 22
红绿闪烁时间(秒) 2
我多次在人民路对车流量、车速进行实地观测统计。假设车辆 的性能
均相同,大小不一的车辆可进行换算,换算系数为:小汽车:中客:
早高峰车流量直观图 (南站路口)
流量(pcnh)
1000
900.1
7∶30~8∶30936.6
710.1
624.4
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
车行方 向
239.2
185.2
103.5
270.7
539.5
437.7
522.6
532.3
东西直行东西右行东西左行西东直行西东右行西东左 行南北直行南北右行南北左行北南直行北南右行北南左行
大客:小货:摩托车=1:1 .5:2:1: 0.4(以车身长度为换算依据),统
计了早上7:30-8:30南站路口车流量(如图一):
图一
(三)问题的设立和求解过程
问题1:求出绿灯持续时间内可通行的最大车流量
设x轴表示车辆行驶的道路,原点o表示交 通灯的位置,x轴正方向


是汽车行驶方向,以绿灯开始亮为起始的时刻。
设S
n
(t)为红灯前等待的第n辆车在启动后的t时刻于x轴的位置。
则第n辆车于x轴 的初始位置为S
n
(0)=-(n-1)(L+D) ,其中:L为每
辆车的长度,D 为相邻两车的间距。假设汽车由绿灯开始亮到t时刻
为一个先作匀加速直线运动,再作匀速直线运动的过 程,并设a为汽
车的加速度, V
*
为城市道路行驶车辆的最高速度。则汽车由启动到
速度达到V
*
匀加速直线运动所需时间为V
*
a,此时行驶路程为S
n加速
11
2
= at= a(V
*
a)
2
= V
*2
2a;此后为匀速直线运动, 行驶路程为S
n
22
匀速
= V
*
(t-t
n*
),其中:t
n
*
=V
*
a+ t
n
,t
n
=(n-1)T,T为前一辆车启
动后,下一辆车启动的延迟时间。
所以S
n
(t)= S
n
(0)+ S
n加速
+S
n匀速
= S
n
(0)+ V
*2
2a + V
*
(t-t
n
*

根据实际调查,得:L=3m D=1m V
*
=7ms a=2ms
2
T=1s 则:S
n
(0)=
-4(n-1) t
n
*
=2.5+n(以小汽车为标准)则:S
n
(t)=-4(n -
1)+12.25+7(t-2.5-n) 设:S
n
(0)=0
则:0=-4(n-1)+12.25+7(t-2.5-n) 所以 11n=7t-1.25 因
为人民路同向行驶的有2车道(如由西向东行)所以
2(7t-1.25)
n= 。 经调查,南站路口东西直行方向的绿灯时间为30s,
11
2(7t-1.25)
南北 直行方向的绿灯时间为37s,将以上数据代入n= ,
11
得:东西直行方向可滞留38辆车 ,南北直行方向可滞留46辆车,路
口直行方向滞留车辆均不超过以上标准,所以可认为红绿灯时间设置
合理。


问题2:求出当车辆总滞留时间数最小时,各方向红灯的持续时间的< br>比率,从而得出有用结论。
说明:(1)南站路口是双车道双转弯十字路
口。
(2)南站路口无冲突点。(见图二)
解决问题的过程:
(1)设单位时间内东西 方向直行车流量为E

,单位时间内东西方向左
转车流量为E

,单 位时间内南北方向直行车流量为N

,单位时间内
南北方向左转车流量为N

。 图二
(2)设东西直行方向红灯持续时间为t
1
, 东西左转方向红灯持续时间
为t
2
, 南北直行方向红灯持续时间为t
3
, 南北左转方向红灯持续时
间为t
4

(3)设Y为车辆总滞留时间。
(4)设t
1
+t
2
+t
3
+t
4
=T,T为定值。
(5)假设每辆车等待时间均为所在车道红灯持续时间二分之一。
则东西方向红灯时,直行车 流量为E


·t
1
,车辆滞留时间为:E
·t
1
·t
1
2,左转车流量为:E

·t
2
,车辆滞留 时间为:E

·t
2
·t
2
2,
所以车辆总滞留时 间为:E

·t
1
·t
1
2 +E

·t
2
·t
2
2;同理,南北
方向红灯时,车辆总滞留时间为:N

·t
3
·t
3
2 +N

·t
4
·t
4
2
E

t
1
2
所以Y=
2

E

t
22
2

N

t
3
2
2
N

t
4
2
2



x2
2

tttt

x
2234


2
22

Et
1
2
Nt
EtNt
直直
3

2

4
f

x





2222

因为



2222




EE
左< br>N

N





E


tx

2
2

2


E



2




2


N




2

E


tx

2
1

N
左< br>2
2


E



2
2< br>+





N

2
t
3
x





t
4
x
2


N



≥0对x∈
R恒成立。又x
2
系数为正数,所以⊿≤0 即

t
1
t
2
t
3
t
4

2

Et
1
2
Et
2
Nt
3
2
Nt
2

2

4




2 222

T
2
2




< br>
2222




E

E NN
左左





所以Y≥
E


2
E


2
N


2
N


t
1
:t
2
:t
3
:t
4

当且仅当
值。
由图一知:现有实际
1< br>E

E

N

N

:
1< br>:
1
:
1
=30:118:32:47 Y取到最小
t1
:t
2
:t
3
:t
4
86:94:79: 89
,与以上数据比
较可知:现有红绿灯时间在各道的分配过于平均,东西左转方向红灯
持续时间不是很合理,还应进一步加长红灯持续时间。
但是若完全按照理想模型分析,时间分配应如表二:
方向
红灯持续时间(秒)
绿灯持续时间(秒)
红绿闪烁时间(秒)
东西左 东西直 南北左 南北直
181
-65
2
46
70
2
72
44
2
49
67
2
我们看到,此时东西左的绿灯 持续时间为负值,就是说由于此条交通


线路的车流量小,如果给它绿灯时间,将大大增加 总滞留时间,我们
建议禁止南站路口东西左转的车辆通行(要求车辆改道)。
如果要求现行的南站路口东西左转禁行,我们重新建立模型得到时间
分配应如表三:
方向
红灯持续时间(秒)
绿灯持续时间(秒)
红绿闪烁时间(秒)
(四)结论
鉴于对以上数据的分析,我们认为南站路口的红绿灯时间设置基
本合理, 但要适当延长东西左转红灯时间。在解决问题的过程中,我
们还看到为了使总滞留时间最小,各道的红灯 持续时间应该与车流量
成反比。
因此要想减少堵车的时间,各个路口的红绿灯中红 灯的持续时间
应根据其该路段的车流量来定的。车流量越多,红灯的持续时间越短;
车流量越少 的,红灯持续时间要长一点。
东西左
118
0
0
东西直
64
42
2
南北左
100
16
2
南北直
68
38
2










附件一:
在城市中红路灯对堵车的影响的调查问卷
现在堵车成了上下班的大问题,楼密度高了,人就多 了,人多了车也多了,
对道路要求高了,道路无法承载,结果就是:大堵车。而且在高峰期时,总会出< br>现车祸,使堵车时间加长了。我们这次的活动就是调查关于“堵车在城市”的问
题,希望能解决堵 车问题,谢谢您的配合!
1、堵车您遇到过吗?( )
a、有 b、有时有 c、没有
2、面对堵车你会怎么做?( )
a、无奈的等待 b、主动疏通道路 c、改道而行
3、一般情况下,你每天浪费在堵车上的时间是多少?( )
a、0.5--1小时 b、1--2小时 c、2小时以上
4、堵车时,你一般怎么打发时间?( )
a、听音乐 b、看报纸 c、发呆
5、你在堵车时最急的事是什么?( )
a、内急,可惜附近没厕所
b、汽车马上没油了
c、眼看就要误事了,可离目的地还很远
d、冬天夏天空调坏了
6、在堵车时,你最需要什么帮助?( )
a、饥肠辘辘,有人送吃的
b、打发时间,来根烟解闷
c、无聊等待,最好有CD,游戏等。
d、内急,希望有厕所
7、你认为做成堵车的原因是什么?( )
a、城市规划不合理,中心功能区过于集中。
b、上下班高峰人流
c、驾驶者不遵守交通法规
8、您对堵车的意见

调查时间:2011年11月18日


附件二:
在城市中红路灯对堵车的影响的调查分析
本次调查问卷一共发出了100张,有效的是96份 ,其中有39份附有宝贵的
意见。以下是这次的调查分析:
第一题:1、堵车您遇到过吗?
选a“有的”是62人,选b“有时有的“是34人,选c“无”的是0人。由此
可见,在我们 的生活中遇到堵车时十分常见的,也说明了堵车的危害性已经威胁
到了人类的日常生活。
第二题:2、面对堵车你会怎么做?
选a“无奈的等待”的有69人,选b“主动疏通道路” 的只有9人,而选c“改
道而行”的有18人。从中说明了在堵车面前大家都无能为力,只能默默的等待 。
但能主动疏通道路的人很少,从中看出了人性冷淡。
第三题:3、一般情况下,你每天浪费在堵车上的时间是多少?
选a“0.5-- 1小时”的是13人,而选b“1--2小时”的有49人,选c“2小时
以上”的有34人,可见堵车 已占据了我们大部分的时间了,从0.5小时到2小
时以上的时间都已经被堵车占据了。
第四题:4、堵车时,你一般怎么打发时间?
选a“听音乐”的有73人,选b“看报纸”的 有5,选c“发呆”的有18人,在
堵车时,我们不能干很多的事情,这也是在浪费时间,浪费我们的时 间。
第五题:5、你在堵车时最急的事是什么?
选a“内急,可惜附近没厕所“的有32人 ,选b“汽车马上没油了”占12人,
选c“眼看就要误事了,可离目的地还很远”有29人,选d“冬 天夏天空调坏了”
的有23人。从中可见堵车时也会造成种种的麻烦,所以堵车现象是十分不好的。
第六题:6、在堵车时,你最需要什么帮助?
选a“饥肠辘辘,有人送吃”的是34人,选b “打发时间,来根烟解闷”的有
21人,选c“无聊等待,最好有CD,游戏等”的有19人,选d“内 急,希望有
厕所”的有22人。在堵车时能够雪中送炭无非是最好的选择,看来堵车时给我
们大 家都造成了很多的麻烦。


第七题:7、你认为做成堵车的原因是什么?
选a “城市规划不合理,中心功能区过于集中”的有23人,选b“上下班高峰人
流”的有45人,选c“驾 驶者不遵守交通法规”的有28人。看来造成堵车原因
的有很多,这些都是主要的内容。
第八题:8、您对堵车的意见中。
大部分人的意见是希望回家时不要堵车,就算有堵车也不要 堵那么久。而且希望
大家都遵守交通规则,这样就不会堵车了。






















附件三:
资料——堵车,是很多都市人无法承受之痛
北京的“堵” ,算是中国城市交通状况的缩影。有人说,北京有时就像个“大停
车场”,时时堵、日日堵。据有关部门 统计,截至3月25日,北京市机动车总量
已达323万辆,私家车占76%,车管所平均每天发放13 00多个车牌。预计到
今年8月,机动车将达335万辆。而目前北京市90%的道路都处于饱和,其他
一些城市的情况也大抵如此。
老在这样堵的马路上开车或坐车,谁都会皱眉。日前,本报联合 搜狐健康频
道,就全国堵车现状进行了一系列调查。结果显示,76.2%的人认为常堵车影响
健康,82.69%的人堵车时会烦躁。堵车究竟会给人们身心健康带来哪些影响,
交通拥挤这一“城市 通病”又该如何医治?
堵车带来的影响
近五成人每天遭遇堵车
参与调查的331 5人中,7.06%的人每天任何时段都会遭遇堵车,40.55%的
人每天上下班时段堵车,15.9 5%的人每2―3天就遇到一次堵车。在遭遇堵车的
人中,8.7%的人平均每天在路上堵4小时,46 .27%的人堵1―3小时,30.99%
的人每天堵半小时到1小时。当问到“最长堵过多久”时,4 0.38%的人选择了1―2
小时,5.99%的人更被堵过4小时之久。
在北京的上、下班 高峰,常看到车流一点点“蠕动”前行,交警称“刹一脚车,
都有可能堵车”,行人则将它形容为“马路 上的国际汽车博览会”。某媒体工作的杨
女士告诉记者,她每天下班要从京广桥开车到五道口,如果不堵 ,顶多1小时就
到,但赶上堵车就没谱了。“上周五下班,赶上下雨,开回家整整用了3个半小
时。在东四环到北四环的路上,居然看到三四个司机把车停在路中间,去路边小
便,要不是憋得受不了, 估计没人会这样。” 30岁的刘女士更无奈:“4月21日
一早,我走京通快速路上班,平时不到1小 时的路,硬是走了将近3个小时。
因为是手动挡车,我得不停换挡,心里特别烦。”
对北京路 况最熟悉的,莫过于出租车司机和公交车司机了。“的哥”王师傅告
诉记者:“以前是上下班堵,现在恨 不得全天堵。前些年,赶上堵车我还会吼两
句,发发牢骚,现在都堵得没脾气了。”某公交公司的于师傅 表示,堵车时开车
最辛苦,一脚油门,一脚刹车,前面有一点空当,就得赶快挪,要不然后面司机
可能就骂你了。一堵车,乘客常抱怨要迟到,可我们也没辙。”
不只北京,全国其他城市也是如此。 据《中国城市畅行指数2006年度报告》
(以下简称“《报告》”)显示,在北京、广州等25个城市 进行的交通通畅度调查中,
中国城市畅行指数仅为54.1分,未达及格线。市民上下班时的汽车平均行 驶速
度仅为23.5公里小时。4月5日,沈阳市沈北新区某路段,因车辆肇事,造成
2000 余辆车堵成一锅粥;4月11日,重庆一辆客车坏在路上,导致两路口单行
道交通压力过大,出现了上千 市民步行上班的壮观景象……
堵车带来的损失
据中国社会科学院数量经济与技术经济研究所 张国初测算,堵车浪费了北京
市的运输资源,并使运输效率降低,消耗的社会成本约为每天4000万元 人民币,
相当于每年146亿元。全国一年因交通拥堵造成的损失约1700亿元,并逐年上

< p>
升。放眼世界,“很受伤”的不仅是中国,美国得克萨斯州一项研究显示,美国因
交通堵塞 ,平均每年造成的经济损失高达631亿美元;英国伦敦每周为此浪费的
生产力价值高达290万美元, 中国香港每年由此造成的经济损失高达3亿多美
元。82.69%的人为堵车烦躁
堵车带来的伤害
每个人都知道尾气不好,当堵车成为常态,人们的身心健康必然受到伤害。< br>《报告》发现,从忍无可忍的群体看,乘车族居多,且程度比开车族严重得多。
其中,女性所能容 忍的上班出行时间为35.97分钟,而男性仅为31.63分钟。在
“交通拥堵带来的影响”一项中, 51.06%的受访者选择了“情绪受影响”,仅次于迟
到。在遭遇交通拥堵可能产生的情绪中,选择“ 焦灼感”的最多;其他依次为恼怒感、
对城市的厌恶感、紧张感。本报调查也显示,82.69%的人遇 上堵车都会感到烦
躁。
公安部、建设部“畅通工程”专家组成员、北京市交通局前副局长段里 仁已研
究了30多年国内外的交通问题。他告诉《生命时报》记者,在社会处于高速发
展时代, 人们都讲求效率,因此堵车不仅影响工作效率,更影响人们情绪。“有
个有意思的现象,现在的人,只要 一迟到,就说堵车了。其实这是社会心理状态
的反应。”北京安定医院临床心理科心理医生西英俊告诉记 者,堵车会增加被堵
车人的消极情绪,如果急于出去办事,往往会把堵车归因于不走运,总觉得别人故意找茬。无论是司机还是乘客,都易产生焦虑、沮丧、愤怒等情绪,甚至出现
了所谓的“路怒症” ,一碰上堵车,就乱按喇叭;遇到胡乱超车,便忍不住就想说脏
话„„
除了影响情绪,堵车更 危害着人们的身体健康。调查中,当问到“堵车对身
体有什么影响”时,34.94%的人表示“疲劳乏 力”,其他依次为腰酸腿疼(14.75%)、
头晕恶心(14.37%)、憋尿(10.76%)、眼 干(6.15%)、耳鸣(4.89%)等。著名健康
教育专家洪昭光指出,堵车时,情绪上的变化也会 影响心血管、内分泌系统,导
致疲劳无力、腰酸背疼、虚火、血压升高、心率加快等。此外,久坐还会导 致周
身血液循环变差,引起肌肉酸痛、僵硬等,对司机来说,还容易诱发静脉曲张。
与之相比 ,堵车时,更严重的要算汽车尾气排放污染。中国科学院院士、中
国环境监测总站研究员魏复盛对此表示 ,车辆停停开开时,发动机燃烧不完全,
会产生很多污染物,其中包含大量直径≤2.5微米的细微颗粒 物,容易随呼吸进
入肺部。研究发现,尾气污染物不仅刺激眼睛和肺部,还会导致咳嗽、哮喘、支
气管炎等,到医院就诊的呼吸系统疾病患者也出现了“变异”。此外,汽车尾气中
还含有苯、甲苯等有 害物质,不但刺激呼吸道,更是一种致癌物。意大利那不勒
斯大学还研究发现,汽车尾气严重影响男性生 育能力。




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