关于“堵车在城市”的数学小论文
擅长画虎的画家-形容词的用法
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
直
,单位时间内东西方向左
转车流量为E
左
,单
位时间内南北方向直行车流量为N
直
,单位时间内
南北方向左转车流量为N
左
。 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
直
直
·t
1
,车辆滞留时间为:E
·t
1
·t
1
2,左转车流量为:E
左
·t
2
,车辆滞留
时间为:E
左
·t
2
·t
2
2,
所以车辆总滞留时
间为:E
直
·t
1
·t
1
2 +E
左
·t
2
·t
2
2;同理,南北
方向红灯时,车辆总滞留时间为:N
直
·t
3
·t
3
2
+N
左
·t
4
·t
4
2
E
直
t
1
2
所以Y=
2
E
左
t
22
2
N
直
t
3
2
2
N
左
t
4
2
2
x2
2
tttt
x
2234
2
22
Et
1
2
Nt
EtNt
直直
3
左
2
左
4
f
x
2222
因为
2222
EE
左<
br>N
直
N
左
直
E
左
tx
2
2
2
E
左
2
2
N
直
=
2
E
直
tx
2
1
N
左<
br>2
2
E
直
2
2<
br>+
+
N
直
2
t
3
x
+
t
4
x
2
N
左
≥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直
左
2
左
4
直
2
222
T
2
2
≤
<
br>
2222
E
E
NN
左左
直
直
所以Y≥
E
直
+
2
E
左
+
2
N
直
+
2
N
左
t
1
:t
2
:t
3
:t
4
当且仅当
值。
由图一知:现有实际
1<
br>E
直
E
左
N
直
N
左
:
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
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。