2016深圳杯一等奖优秀论文C4西安电子科技大学禁摩限电效果与影响分析

1、关于深圳市“禁摩限电”政策的解读作者：刘天立、刘金祥、曹先益单位：西安电子科技大学摘要城市交通是城市发展的基础和前提也是人民生活和城市生产不可缺少的社会公共服务设施随着国内经济、科技的发展，城市居民的流动方式呈现多种多样的形式。 近年来，随着电动汽车、摩托车等替代交通工具普及率越来越高，城市居民的电动汽车和摩托车拥有量越来越大。 如果不加以限制，会引起交通状况恶化、交通资源难以持续等问题。 本文在此背景下，从深圳市的实际情况出发，通过对深圳市目前交通资源总量(即道路通行能力)、交通需求、各种交通工具效率及安全和对环境影响等因素的定量分析，提出了解决电动汽车、摩托车交通问题的建议。为了分析道路通

2、行能力，在考虑道路交通实际情况的基础上，运用牛顿运动规律，并拟合纵滑摩擦系数和速度的函数关系，最终将道路通行能力化分类为与车速有关的函数，得到道路通行能力和速度关系曲线，当车速为25.32km/h时， 公路通行能力达到最大值1361pcu/h/ln的进一步考虑摩托车、电动汽车行驶中车道变换频繁、随机性大的特点，运用交通波模型，得出摩托车、电动汽车的频繁变换会增加交通流密度，引起交通波压缩的结论验证了如果不对摩托车和电动汽车施加限制，交通通行能力会下降的预想。从交通需求，通过充分考虑移动者的时间成本，构筑移动总成本模型来进行订正摩托车、公共汽车、出租车、汽车出行广义费用分别为6.02元、10.3

3、3元、31.94元元，21.45元。 比较摩托车和其他交通工具的成本大小，得出摩托车的移动成本远远小于其他移动方式的成本的结论，发现了摩托车受欢迎的原因。 多个Logit模型可以通过运行拥塞定价策略来实现交通需求的改变，以降低移动员的边际成本。探讨交通效率时，结合深圳市居民点与岗位差异通过建立重力模型型号和等值线模型分析了电动汽车、公共汽车和自行车高峰时间可达性的差异，得出电动汽车高峰时间效率更高、可达性更高的结论，但此时电动汽车的大量使用加剧了交通拥堵。另外，根据基于时空分析法的各种道路交通工具的城市道路交通时空资源的使用情况分析，计算出摩托车、电动汽车、步行、自行车、公共汽车、乘用车的时空

4、占有率分别为0.001788、0.001620、0.000375、0.000833、0.000833电动汽车和摩托车的道路时空占有量远大于步行和公共汽车等移动方式，与以前的结论一致。为了分析使用摩托车、电动车存在的安全隐患，参考史密森模型给出了交通安全系数的定义。 以济南市多年的交通事故为例，修订了电动汽车、摩托车比其他交通工具的危险性另外，从修正算法中可知，摩托车插入汽车流，会引起很大的噪音污染。最后，在对不同因素的定量分析的基础上，得到了“禁止电”的科学性和必要性，结合社会实际，提出了实施一系列“禁止电”政策的具体方案。关键词：“禁摩限制电”政策交通波模型道路通行能力- 1 -史密斯模型大

5、数据一、问题的重新审视随着社会经济的发展，城市道路交通问题越来越复杂，越来越受到关注。 城市道路的交通资源有限，各种交通工具，特别是汽车(包括摩托车、电动三轮车等)必须控制对安全和环境的影响。摩托车和电动三轮车作为个人旅行的交通工具，适合中短距离旅行，经济适用，在一定程度上改善居民的移动方式，扩大居民的移动空间。 但摩托车高污染、安全隐患多等特点与城市交通和环境的可持续发展相悖。 此外，两轮摩托车和电动三轮车的行驶轨迹为蜿蜒曲线，摆动幅度大，大幅度降低道路使用效率，并且安全上的担忧增加。 没什么另外，机动二轮车和电动三轮车在行驶中车道变换频繁性、随机性大，遵从率低对其他交通工具的干扰很大。 所

6、以，“禁摩限制电”政策势在必行。根据当前深圳交通资源总量、交通需求结构、各种交通工具效率以及对安全和环境的影响等因素和指标，建立数学模型，进行定量分析，提出可行的方案，使“禁摩限电”政策得到民众的认可和支持。二、问题分析必须科学、无限制地执行“禁摩限制电”政策的论证，有必要考虑许多种类的不完备用同样的要素，建立适当的数学模型。 各种因素和指标包括交通资源的总量(道路通行能力)、交通需求、各种交通工具的效率、安全和对环境的影响等。从道路通行能力来看，道路通行能力与车辆的行驶速度密切相关，因此可以通过修正计算将道路通行能力归纳为与车速有关的函数。 为了分析摩托车、电动汽车对交通状况的影响，可以引入

7、类似气流传播的交通波模型，进一步认识对道路通行能力的具体影响。通过对出行成本和交通需求水平的分析，考虑出行时间，建立出行总成本模型，可以得到不同交通工具的广义出行费用差异。 为了解决人们对摩托车等交通工具的交通需求与道路通行能力无限增加的摩托车数量不能满足的实际情况之间的矛盾，必须采取一定的措施，如拥挤定价政策。 可以基于多项式Logit模型研究拥塞定价策略的可行性。从交通效率水平的分析出发，为了分析电动汽车、公共汽车和自行车上下班高峰期的不同效率，引入了重力模型和等高线模型，通过可达性指标分析了不同移动方式之间的效率差异。 可以发挥大数据在当前“互联网”背景下的网络中的作用，以大数据下的信息

8、为指导，从“巨蛋智能移动平台”“Talking Data”以及百度(百度)地图等大数据平台中获取信息，达到不同的移动方式从城市道路交通时空资源使用水平的分析出发，可以采用时空分析法来修正不同交通方式的道路交通时空资源使用量的数值大小，分析不同交通工具对空间占有量的差异。为了基于安全方面来测量具体的不同交通工具的安全性，可以参考施密特模型，定义安全系数，修正安全系数的大小来定量比较不同交通工具的安全性大小，同时进一步论证交通工具的安全性。 最后从噪声环境污染方面给出了噪声级表达式，分析了摩托车的使用对噪声的影响。根据深圳市目前交通资源总量(即道路通行能力)、交通需求、各种交通工具的效率以及对安全

9、和环境影响的分析，对深圳市的“禁摩限电”提出了一个可行的方案，分别从禁止摩托车和限制电动车两方面阐述，对实施“禁摩限电”政策- 2 -三、模型假设(1)假定收集的数据准确可靠。(2)假定交通量被压缩时和气流被压缩时的形状相同。(3)在订正移动成本时，只考虑一个居民从起点到目的地的单向移动。(4)假设实施拥挤定价政策后交通需求不变。四、符号的约定CB :道路基本通行能力指数a :汽车的车流压缩系数uw :交通波的速度Vi :在实行拥挤定价政策之前选择第I交通方式的移动效用函数v :执行拥挤定价策略后的移动效用函数ri :交通拥挤费用引起的私家车交通需求向其他交通方式的转移率r :道路时空总资源c

10、i:I级交通工具人均道路时空资源占有量r :交通安全指数l :噪音水平五、模型的建立和解决1 .道路通行能力分析道路通行能力1是指道路设施疏远交通流的能力。 即在一定时间段和正常道路、交通、管制和运行质量要求下，道路设施通过交通流动点的能力。 通行能力实质上是道路负荷性能的一个尺度，在反映道路沟通交通的最大能力的同时，在规定特性的前提下，反映道路能够承担车辆运行的极限值。城市道路网整体通行能力是道路网综合服务水平的体现。 道路基本通行能力在理想道路和交通条件下，标准车辆在最小车头间连续行驶，所有车辆保持相同速度，单位时间内通过道路断面的车辆数为CB，单位为pcu/h/ln 2，基本通行能力的最

11、大值为最大基本通行能力。 CB的校正式，如式(5.1.1)3所示，是将单位时间3600s除以标准车辆通过单位长度所需要的时间t而得到的。 v的单位为km/h，除以3.6圈将单位变更为m/s。C=3600=3600l型=1000v(5.1.1)乙t型l=l三级方程式l型l车l安v型(5.1.2)l=r(5.1.3)反对3.6式(5.1.1)中，t(s )表示与车速对应的最小车头间隔时距，l(m )表示车辆的间隔长度，车速为v(km/h )。 在式(5.1.2)中，I是在反应时间内行驶的距离。 I制是在反应时间内行驶的距离I车是标准型车的长度，取6米。I安是安全距离，取2米。 在式(5.1.3)中

12、，r(s )是驾驶员的反应时间，可取0.75s。 是由牛顿第二定律推导出来的- 3 -2v型2毫升=(5.1.4)制3.6前锋=后锋(5.1.5)g式中，将制动器减速的加速度设为(m/s2)。 假设制动器的制动效率为，在浮动车的实际速度范围内=1的重力加速度g(9.8m/s): w是汽车的质量，f是折动摩擦力系数。由式(5.1.4)和式(5.1.5)得到。v2l制=2m gf 3 .26(5.1.6)纵向滑动摩擦系数f根据车速的变化而变化，f和v的关系可以从下表求出三千米/小时4050607090f0.45 0.400.350.350.300.300.25使用MATLAB回归分析f和v，如下图

13、所示图1摩擦系数f和速度v的关系曲线取得公式f=2.354 v-0.4964(5.1.7)由此，所得道路基本通行能力CB能够表示为与道路行驶速度v有关的式子。1000v伏C=(5.1.8)乙v2v型0.753.621 9.8(2.354 v-0.4964 ) 3.628图2是自行车道的基本通行能力CB相对于速度v的变化图。 由图可知，CB随着v的增大，显示出先增大后减少的倾向，在速度v=25.35km/h下，通行能力达到最大值，此时，CB=1361pcu/h/ln。- 4 -图2道路通行能力与速度的关系曲线以上分析表明，道路通行能力与速度关系密切。从日常经验来看，摩托车和电动三轮车在行驶中车道

14、变更频繁性，随机性很大。 一般而言，摩托车行驶在最外侧的汽车道上，几乎不会对其他汽车产生影响。 但是，摩托车和电动三轮车的行驶轨迹为蛇行曲线，摆动幅度大的动态空间相对于其几何尺寸大，除车道变换频繁外，后续车辆的超越困难，影响道路整体的车辆行驶速度，影响道路的基本通行能力。为了更好地引进交通波模型，开发了在深圳某道路上的汽车交通量qa=880量/h，汽车台密度为Ka=30台/km，行驶速度为30km/h。 速度20 km/h的摩托车改变车道进入汽车队，后方的汽车不得超越。 此时道路上汽车交通量qb=1080台/h，车辆密度Kb为60台/km，机动二轮车行驶1/6小时后离开。在这个假设中，机动二轮

15、车插入后，汽车的排列先减速加速，这与道路瓶颈处的交通流的变化类似，车流会产生声波碰到障碍物时的反射，以及管内的水流被突然阻碍时的后涌这样的相反方向的波浪。 车流在这个过程中出现了拥挤、混乱和堵塞。 它可以用交通波模型来修正车流的变化情况。摩托车后车辆故障的回波速度c如下所示qb - qa服务质量=1000-880=4(千米/小时)C=kb-ka60战斗机摩托车后面的车辆以4km/h的回波速度传递到后面的车辆阻碍车辆的前进，摩托车在路上持续行驶1/6h，其影响长度范围为41/6=0.67(km )，该道路上的车辆密度Kb为60因为是台/km，所以阻塞车辆为600.67=40台。在摩托车离开之后，

16、被阻挡的车辆再次恢复原始状态，因为耗散时间t1=40180=0.22(h )，所以道路上的阻挡时间为1/6 0.22=0.55(h )。这个引用的例子有点粗糙，但是可以看出摩托车对交通状况的影响十分明显。 其次，进一步运用交通波模型，进一步探讨摩托车影响交通状况的问题。流体力学表明，气流的可压缩性与两个因素有关，一是气流的速度，二是由于某种原因气流的残奥仪变化而产生的干扰波在介质中的传播速度。 扰动波的传播速度的大小与介质的压缩性密切相关。 在道路交通运输中，可以将汽车的行驶速度比喻为气流的速度，将插入汽车列中的摩托车比喻为使气流残奥仪表变化的干扰波。 体力耗尽- 5 -在学校里，气流马赫数将这两个因素综合在一起，表示流动气体的可压缩性4，这里表示道路交通的可压缩性。 马赫数表示流体质点的运动速度和该介质中的干扰波的传播速度之比，该系数越大，介质的压缩性的影响越显着，即Ma=v/c。式中，Ma是马赫数，v是流体自身速度，m /s； c是微扰动在流体中的传播速度，m/s。气流的压缩性和马赫数的关系可以用欧拉运动微分方程5表示数码宝贝2(5.1.9)虚拟现实式中的： dv/v为气流速度的相对变化量，d/为气流密度的相对变