2016深圳杯数学建模C题禁摩限电论文.docx

“禁摩限电”效果综合分析问题姓名学院班级学号联系电话qq徐海兴计算机科学与工程1304022013301113844819546137565272上官小香经济管理学院14051220141794188440993461181905036王伟博计算机科学与工程13040420133085155841429915212664592016年吉林省大学生数学建模竞赛承 诺 书我们仔细阅读了全国大学生数学建模竞赛章程和全国大学生数学建模竞赛参赛规则（以下简称为“竞赛章程和参赛规则”，可从全国大学生数学建模竞赛网站下载）。我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛章程和参赛规则的，如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛章程和参赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛章程和参赛规则的行为，我们将受到严肃处理。我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会，可将我们的论文以任何形式进行公开展示（包括进行网上公示，在书籍、期刊和其他媒体进行正式或非正式发表等）。我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D/E中选择一项填写）： C 我们的报名参赛队号为（8位数字组成的编号）： 所属学校（请填写完整的全名）： 长春工业大学 参赛队员 (打印并签名) ：1. 徐海兴 2. 上官小香 3. 王伟博 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： （论文纸质版与电子版中的以上信息必须一致，只是电子版中无需签名。以上内容请仔细核对，提交后将不再允许做任何修改。如填写错误，论文可能被取消评奖资格。） 日期： 2016 年 05 月 01 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：2016年全国大学生数学建模竞赛编 号 专 用 页赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）：评阅人评分备注“禁摩限电”效果综合分析问题摘要近几年社会发展迅速，机动车辆呈现出日益增长的趋势，摩托车、电动车在城市中的保有量大幅度上升，成为许多市民出行的代步工具，甚至是许多低收入者的生存工具。但是摩托车、电动车给人们带来诸多便利的同时也产生一些问题，如数量众多，加剧城市交通拥堵与尾气噪声污染；随意停车揽客非法营运、不遵守交通规则，扰乱公共客运市场经营秩序和城区道路交通秩序；还滋生了“两抢一盗”的犯罪行为，严重损害了城市文明形象等。为此，部分地方政府出于维护交通秩序，缓解城市中心地带交通压力以及提升城市形象等目的，采取“禁摩限电”措施，即通过出台禁摩限电的规范性文件，禁止或限制摩托车登记上牌，禁止或限制摩托车电动车在市区或市区的部分道路行驶。 禁摩限电对市民生活产生巨大的影响，引起了广泛的社会关注。城市中拥有摩托车、电动车的市民人数众多，禁摩限电后增加许多市民的出行成本，在公共交通未完善的同时致使市民出行不便，同时给摩托车产业造成巨大损失。禁摩限电受到众多市民的反对，甚至引起诉讼和冲突，这使我们不得不对禁摩限电是否有充足的法律依据，是否符合行政法的基本原则，是否是缓解交通压力、提升城市形象的恰当措施深思。为了让“禁摩限电”这一政策得到大多数人的支持，对它进行科学的、不带意识形态的论证是必要的，本文从深圳为例，从深圳的交通资源总量（即道路通行的能力）、交通需求结构、各种交通工具对安全和环境的影响等因素和指标出发，结合深圳居民的出行特征和深圳交通调查数据，建立数学模型进行定量分析。找出“禁摩限电”后对居民的影响，从而实施对策予以改进。使人们接受接受“禁摩限电”，并发挥这种措施的积极方面。在不影响交通安全等问题的情况下，不耽误居民出行。关键词：“禁摩限电”、深圳交通、居民出行一、问题重述随着社会、经济的发展，城市道路交通问题越来越复杂也越来越引入关注。城市道路交通资源是有限的，各种交通工具，特别是机动车（包括摩托车、电动三轮车等)，对安全和环境的影响必须得到控制，而人们出行的需求是不断增长的，出行方式也是多种多样的，包括使用公共交通工具。因此，不加限制地满足所有人的要求和愿望是不现实的，也是难以为继的，必须有所倡导、有所发展、有所限制。不少城市采取的限牌、限号、收取局部区域拥堵费、淘汰污染超标车辆及其他管理措施收到了较好的效果，也得到了公众的理解。为了让一项政策，如“禁摩限电”，得到大多数人的支持，对它进行科学的、不带意识形态的论证是必要的。请从深圳的交通资源总量（即道路通行能力）、交通需求结构、各种交通工具的效率及对安全和环境的影响等因素和指标出发，建立数学模型并进行定量分析，提出一个可行的方案。需要的数据资料在难以收集到的情况下，可提出要求。二、问题分析 要想得到大多数人支持，首先从广大人民群众的利益，实施“禁摩限电”的根本出发。通过网上查资料得知，实施“禁摩限电”最根本原因是因为1、道路设计现状：一般道路口没有设置专用的非机动车道，日常多会进入非机动车道行驶，由于交通意识淡薄，对交通造成阻碍，违法闯红灯、逆行事件时有可见，对正常交通造成严重阻碍。2、电动（机动）三轮车的生产，没有相关国家行业标准，目前上路行驶的电动（机动）三轮车均属非法拼装、改装机动车，无法取得牌照，不得上路行驶。3、事故频发，隐患重。根据深圳方面公布的数据，去年全市共发生道路交通事故1150宗，同比下降3.5%，死亡431人，同比下降6.1%，但涉摩涉电交通事故死亡人数为41人，同比上升27.66%。通过调查数据得知大众反对的原因主要是因为增加了人们出行的时间和金钱负担。其中总成本增加3.01%，被限制群体成本增加55.47%。居民出行特征、交通量交通需求结构、安全特征分析(1)深圳居民出行率和出行总量大，其中大部分集中在“禁摩限电”区。根据调查， 2005 年居民每日出行次数达到 2.68 次，市区出行总量 达到 1601.4 万人次。 其中作为“禁摩限电”区的主城区 由于人群聚集度高，出行总量已达到 1 393.3 万人次。 (2) 出行方式结构更为丰富，“禁摩限电”前摩托车、电动车依旧是出行的主要方式之一。 居民出行方式中占前5位分别是步行、公共汽车、摩托车、自行车和小汽车。其中摩托车、电动车虽然一直受到限制政策的影响，但在全市和主城区的居民出行中所占比例依然高达 10.94%和8.79%。因此，“禁摩限电”后居民出行方式的组成结构将发生比较大的变化，需要重点研究。(3) 出行目的呈现多样化，不同目的的出行所 表现的特性有所不同。深圳居民的出行目的主要有5 类，分别为上班、上学、公务业务、生活购物、文体 娱乐和探亲访友。研究还发现，不同目的的出行在对交通方式的选择、出行时间的考虑等方面都有所差异。(4) 各出行方式之间的出行耗时差异较大。由于不同的交通方式所适应的出行距离有所不同，因而不同方式所需要的耗时也会有所差异。在主要的几种出行方式中，出行耗时最长的是公共汽车，地铁和私人小汽车的出行耗时也在半小时以上，耗时最短的是步行和自行车。(5) 不同人群的出行特征差异。分析结果表明，收入越高的人群，其出行率越高，所选用的出行 方式也更趋舒适、快捷，而且其单位时间价值也相对更高，这些在一定程度上都会对不同出行方式的单位时间价值产生影响。从以上分析不难看出，影响居民出行时间成本的主要因素是出行方式及出行时间，另外由于出行目的、收入情况等因素又会影响到出行方式和出行时间的选择。(6)实施禁摩限电以后，交通事故率明显降低。另外，由于“禁摩限电”政策实施后，在“禁摩限电”范围内极少有摩托车这一出行方式存在，原来以摩托车方式出行的人群将转到其它出行方式。实际情况表明，“禁摩限电”在很大程度上影响了居民出行方式的构成。但由于“禁摩限电”并不会影响到居民出行的内在需求，因而对出行总量、目的等因素的影响很有限三、模型假设3.1影响分析模型构建从上文分析可以看出，“禁摩限电”政策对居民出 行的影响将主要集中在出行方式方面，因此首先需要确定出“禁摩限电”实施与否两种情况下的居民出行方式构成情况，然后才能通过对比两种情形下的出行时间成本之间的差异，来获得“禁摩”政策对居民出行时间成本的影响效果。在模型构建过程中，还要充分考虑到出行目的、居民收入情况等因素对 出行时间成本的影响。根据这一思路，可以构建出“禁摩”政策对居民出行时间成本的影响分析模 型。模型框架如图1所示：交通调查报告禁摩限电实施背景交通情况假设未实施政策出行情形1出行情形2情形差异部分情形1出行时间、成本情形2出行时间、成本出行时间、成本差异政策影响效果图一历史交通状况现状交通状况居民出行特征居民收入情况出行时间陈本估算方法居民出行转移量估计从图1得知，模型主要分为三个部分1、是确定两种情形下居民出行方式的差异，该部分将主要根据调查和收集的有关数据，了解“禁摩限电”前后的背景交通状况; 再通过假设“禁摩限电”政策实施与否，得出两种情形下的居民出行方式构成情况。2、是两种情形下出行时间成本的计算，该部分主要是根据确定的深圳居民出行时间成本估算方法，对两种情形下的该部分人群出行时间成本进行计算。3、主要是通过对比分析以确定“禁摩限电”政策最直接的影响效果。而从整个框架模型可以看出，两种情形下居民出行方式的确定方法和深圳居民出行时间成本的估算方法是本模型的核心和难点。居民出行方式转移从对调查数据的分析可以得出“禁摩限电”前主城区摩托车自行车等在出行方式中所占的比例10%左右，这么大的出行量必然会给其它出行方式带来冲击，从 而也会改变整个交通出行结构。如图2所示：数据来源：深圳市2010年居民出行调查报告调查结果显示2010年深圳市全市步行出行比例大约为50%，自行车出行比例大约为6%，慢行车出行比例达56%，机动车出行比例为44%图2全市机动化出行方式中，公交出行分担率为38.3%（包括公共大巴，公共中小巴，地铁），小汽车分担率为44.2%，其他（摩托车，助动车）分担为4.9%，单位班车（含校车）分担为8.8%，的士为3.7%。图三全市公共交通（含常规公交、地铁）出行比例，比2005年（44%）有所下降。小汽车出行比例由2005年的35%提高到2010年的44.2%，提高幅度较大。3.2两种情形下的居民出行方式构成本文所假设的两种情形是指不实施“禁摩限电”政策和实施“禁摩”政策两种情况，分别设为情形1和情形2。对于情形2的出行方式构成情况，主要根据 2005 年和2010年居民出行调查数据及深圳近年的交通年报的有关资料进行推算，同时对其它未涉及的交通方式按等权重 进行调整，校正后的数据具有较好的真实性。而情形1的出行方式构成情况主要是依据1984年、 2003年及2005 年2010年四次交通调查数据，采用了历史趋势法进行推算，利用平均增长率法对各交通方式进行推算。另外，为了尽量提高数据的准确性，本文未对交通方式 进行合并处理。最终得出的两种情形下“禁摩限电”区的出行方式构成如图4所示。交通方式步行自行车摩托车私家车货车公家小汽车单位交通车公交车出租车地铁轮渡楼巴其他情形137.628.178.797.992.092.592.1523.883.752.210.280.120.36情形241.022.200.008.852.202.612.5726.284.052.390.300.140.39四、建立模型出行时间成本估算出行时间价值影响因素分析 出行时间价值，是指在出行途中消耗的时间所存在的机会成本而产生的价值。一般而言，时间价值的影响因素很多，主要包括以下几个。( 1) 出行方式。出行所选择的交通工具是影响出行时间价值的核心因素，它涵盖了个人出行目的、收入高低及 出行习惯等众多因素。( 2) 出行目的。有研究表明，不同出行目的的出行时间价值会有所不同，如工作出行时间价值通常大于非工作 出行。( 3) 个人职业或收入。一般而言，职业会影响个人的收入，而收入的高低会影响个人对交通工具的选择，高收入的人偏 向于选择快速而舒适的交通工具，因而出行的单位 成本高，而低收入人群则相反。( 4) 出行距离或时间。很显然，出行距离的长短或时间的多少会直接 影响到出行价值。( 5) 其它因素 除了以上所分析的主要因素外，出行时间价值也和出行区域、出行时段等有关系。考虑出行时间价值影响因素的多样化和复杂性，故在对时间价值进行估算时，应该尽量抽象化、简单化和普遍化。实际上，目前用于估算时间成 本的方法很多，如生产法、收入法、费用法及几种方 法的组合等。本文将采用使用国外经济学家偏好的 收入法来估算广州居民出行时间成本，并将采用 “模块化”的思路，即将居民出行按照出行方式分为几大模块，先分别估算出各模块的出行时间成 本，然后再估算总出行时间成本及平均出行时间 成本。单一出行方式的出行时间成本估算方法 深圳居民出行方式的种类已在前文有所提及，但考虑各出行方式的出行时间成本的计算方法相同，因此这里先给出求算单一出行方式的出行时间成本估算方法，步骤如下: 步骤1 确定单一出行方式的出行时间成本计算公式为 U = qu 式中 U 为单一出行方式的出行时间成本总和; u为对应的平均出行时间成本; q为对应的出行量。步骤2确定u的估算公式。由于 u 的取值与选择该方式人群的出行目的、 出行时间及收入情况有关，因此需要确定这些因素 对u的影响因子，具体如下: u = W m T T m = ( m1,m2,mn) = ( 1， 2， n) = i=1sbi*i1si=1sbi式中 W 为 2015 年深圳居民的人均小时工资，为 30.25 元/h; m 出行方式对应的出行目的构成比例; n 为广州居民出行目的的类型个数; 不同出行目的对出行成本的调节影响因子，这里按照世行标准取值，即工作、商务出行影响因子为 1.33，上学出行影响因子为 0.15，其它非工作出行影响因子为0.3; 为出行者收入的影响因子; T 为居民平均出行时间; S为既定的规则划分的收入等级数; bi 为等级 i 对应的平均值; i 为等级 i 对应的人群比例。步骤3 确定 q 的估算方法为 q = Q p 式中 Q 为广州居民出行总量; p 为该出行方式在 居民出行中所占的比例。最后 ，可以得出可以直接用于估算的单一出行方式的出行时间成本总和为 U = Q p W m T T 1、居民出行时间成本估算方法 根据深圳居民出行链的调查研究发现，目前深圳居民出行过程中换乘率很小，占总出行的比例不到1%。同时，在换乘出行中，公交车、地铁和单 位交通车之间的换乘最为密切，而这些方式同属于 公交体系，存在很大的相似性，因此换乘部分划归到这三种方式的任何一个都不会对总的出行时间 成本产生有效的影响。因此，为了估算出广州居民出行时间成本总 和，假设各出行方式之间是相互独立的。这样可以得出总的居民出行时间成本和平均出行时间成本C = j=1RUj*Pj c = C/Q 式中C为总的居民出行时间成本; R 为广州居民出行方式的分类数; Pj 为第 j 种出行方式所占的 比例; c 为居民平均出行时间成本影响效果分析及对策建议影响效果分析 根据前文所提出的思路和方法，计算得到在 “禁摩限电”政策影响下广州居民出行时间成本特征情况，如下图所示。可以看出，“禁摩限电”政策的实施使得“禁摩限电”范围的居民总出行时间成本由 109.80 亿元增加到 113.11 亿元，增长了 3.01%。而对于主城区内受“禁摩限电”影响的单个出行者而言，原来采用摩托车出行的平均一次出行成本由 5.16 元增加到 7.92 元，增长了 53.47%。可见，单从居民出行时间 成本来看，“禁摩限电”政策虽然对全市居民出行的时间成本影响不大，但是对于原来以摩托车、电动车出行的群体出行而言，还是大大增加了其出行的时间成本。因此，政府应该采取一些必要的后续措施来改善 “禁摩限电”所带来的负面影响交通方式步行自行车摩托车私家车货车公家小汽车单位交通车公交车出租车地铁收入因子影响0.950.811.263.690.912.991.471.003.302.16目的因子影响0.370.470.590.650.760.770.760.490.620.48小时出行成本（元）1.862.715.1625.8911.3129.4517.688.0720.6614.24平均耗时（min）15.6020.9020.4031.9048.0037.9046.6048.5029.804020总出行时间成本1（亿）9.773.096.3228.833.2910.635.3026.8410.804.39总出行时间成本2（亿）10.660.000.0031.923.4710.706.3429.5311.634.752、道路通行能力与禁摩限电的关系：x为电动车或摩托车的数量，我们认为在交通资源总量的计算中摩托车电动车的数量与其成反比，即CL与x成反比，系数为b。由于在我们的假设中速度是一致的，最短的安全距离也是一致的（我们认为车辆的最短安全距离等于刹车距离，而在城市的道路交通中机动车的限速一般在三十米。同时由于多数人在使用电动车的过程中会剪短限速线使得最高速度大于35km/h，所以我们可以将电动车的平均车速看作30km/h）根据道路通行能力公式我们得出了在摩托车、电动车影响下的CL(道路设计通行能力)=a1*a2*3600/h-bx a2为机动车在多车道的条件下单车道通行能力的修正系数，a1为不同种类道路的条件下的折减修正系数，根据调查得出了相应的修正系数如下表所示a1道路分类快速路主干路次干路支路分类系数a10.750.80.850.9a2单项车道数一车道二车道三车道四车道折减系数a21.01.853.643.25此外在a1的确定中，由于各条道路的数量难以详细统计，而我们认为主干路交通通行量最大，也最具有代表性，所以我们将以主干道为主要研究方向，即a1=0.8。深圳的主干道为三横四纵横向单向车道数为4 4 4，四条纵向车道车道数为4 3 3 4（此处可以建立表格）因此a2=4*5/7+3*2/7=3.25在上面的公式中h是车头最小间距，车头最小间距是前车车头和后车车尾的距离，这里我们一小型汽车为主要计算。H=vt+kv2+l0+lV为车辆速度，依照假设我们认为是三十，k为制动系数k=1/2gc，c为轮胎和路面的纵向附着系数，g为重力加速度t为反应时间一般取1.2s，l0为前后安全距离=2m，l为汽车长度一般小型汽车长度为6m，就附着系数而言见下面各种路面上的平均附着系数表路面峰值附着系数滑动附着系数沥青或混凝土（干）0.8-0.90.75沥青（湿）0.5-0.70.45-0.6混凝土（湿）0.80.7砾石0.60.55土路（干）0.680.65土路（湿）0.550.4-0.5雪（压紧）0.20.15冰0.10.67根据深圳地区晴天雨雨天的比较年月/日天数比重2015年1月30.0082192015年2月40.0109592015年3月50.0136992015年4月80.0219182015年5月210.0575342015年6月140.0383562015年7月160.0438362015年8月150.0410962015年9月80.0219182015年10月120.0328772015年11月30.0082192015年12月140.038356总计1230.336986所以c=123/365*0.6+(365-123)/365*0.85=0.77在这里我们去峰值之间的中值来进行计算。得出了轮胎对地面的附着系数。3、“禁摩限电”可降低交通事故的发生数据来源国家统计局网站从图中可以看出，从2008年到2013年，随着非机动车的增长，由非机动车造成的交通事故逐年增长。深圳交警局通报，“禁摩限电”行动开展10天内，共查扣电动车17975辆、拘留874人。地铁口、公交站点、口岸、商业区等聚集非法拉客现象明显减少，涉摩涉电事故警情、交通事故均明显下降。五、模型分析本论文主要采用历史趋势法，根据平均增长率来检验以后事物的发展状况。其优缺点有以下两点趋势预测法是根据市场过去的变化趋势预测未来的发展，它的前提是假定事物的过去会同样延续到未来。事物的现实是历史发展的结果，而事物的未来又是现实的延伸，事物的过去和未来是有联系的。市场预测的时间序列分析法，正是根据客观事物发展的这种连续规律性，运用过去的历史数据，通过统计分析，进一步推测市场未来的发展趋势。市场预测中，事物的过去会同样延续到未来，其意思是说，市场未来不会发生突然跳跃式变化，而是渐进变化的。 趋势预测法的哲学依据，是唯物辩证法中的基本观点，即认为一切事物都是发展变化的，事物的发展变化在时间上具有连续性，市场现象也是这样。市场现象过去和现在的发展变化规律和发展水平，会影响到市场现象未来的发展变化规律和规模水平；市场现象未来的变化规律和水平，是市场现象过去和现在变化规律和发展水平的结果。 需要指出，由于事物的发展不仅有连续性的特点，而且又是复杂多样的。因此，在应用时间序列分析法进行市场预测时应注意市场现象未来发展变化规律和发展水平，不一定与其历史和现在的发展变化规律完全一致。随着市场现象的发展，它还会出现一些新的特点。因此，在时间序列分析预测中，决不能机械地按市场现象过去和现在的规律向外延伸。必须要研究分析市场现象变化的新特点，新表现，并且将这些新特点和新表现充分考虑在预测值内。这样才能对市场现象做出既延续其历史变化规律，又符合其现实表现的可靠的预测结果。 趋势预测法突出了时间因素在预测中的作用，暂不考虑外界具体因素的影响。时间序列在时间序列分析预测法处于核心位置，没有时间序列，就没有这一方法的存在。虽然，预测对象的发展变化是受很多因素影响的。但是，运用时间序列分析进行量的预测，实际上将所有的影响因素归结到时间这一因素上，只承认所有影响因素的综合作用，并在未来对预测对象仍然起作用，并未去分析探讨预测对象和影响因素之间的因果关系。因此，为了求得能反映市场未来发展变化的精确预测值，在运用时间序列分析法进行预测时，必须将量的分析方法和质的分析方法结合起来，从质的方面充分研究各种因素与市场的关系，在充分分析研究影响市场变化的各种因素的基础上确定预测值。 需要指出的是，趋势预测法因突出时间序列暂不考虑外界因素影响，因而存在着预测误差的缺陷，当遇到外界发生较大变化，往往会有较大偏差，时间序列预测法对于中短期预测的效果要比长期