城市交通綜合指數(shù)、交通出行指數(shù)及其數(shù)學(xué)建模分析

李尚哲

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)動(dòng)車的普及程度也越來(lái)越高，城市交通管理的復(fù)雜程度也越來(lái)越高。而與復(fù)雜程度密切相關(guān)的，就是交通安全風(fēng)險(xiǎn)。借助數(shù)學(xué)建模，分析交通管理過(guò)程中的主要影響因素，從而提高交通管理水平，讓我國(guó)的城市交通出行更加安全和便利。

【關(guān)鍵詞】城市交通；綜合指數(shù)；出行指數(shù)；數(shù)學(xué)建模

1.前言

車輛越來(lái)越多，存在的問題也越來(lái)越多。我們應(yīng)該怎么解決這個(gè)問題呢？很多人都覺得這是一個(gè)很難的問題，其實(shí)不然，尤其是在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，我們可以利用現(xiàn)有的信息技術(shù)對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行解決。很多人都會(huì)覺得不可能吧？但其實(shí)這就是我們實(shí)際存在的一種技術(shù)?，F(xiàn)在，各類交通基礎(chǔ)信息、道路實(shí)況動(dòng)態(tài)信息，都可以通過(guò)這樣的技術(shù)進(jìn)行采集和處理。實(shí)現(xiàn)交通管理的智能化?，F(xiàn)在常被利用的兩種指數(shù)，就是城市交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)。我國(guó)現(xiàn)行的智能交通系統(tǒng)，也集合了很多這樣的高新技術(shù)，也可以說(shuō)，我們沒有這些技術(shù)，也不可能這么快的就發(fā)展出這么優(yōu)秀的智能交通系統(tǒng)。但現(xiàn)在我們得到的城市交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)就是完全沒有問題的么？事實(shí)并不是這樣的，因?yàn)槲覀冋幵诩夹g(shù)的發(fā)展階段，所以我們不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些問題，接下來(lái)我們就將合理的分析問題，解決問題。

2.城市交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)現(xiàn)在的問題

2.1如何用指數(shù)分析我國(guó)的交通

在現(xiàn)實(shí)生活中，人們很難相信把數(shù)學(xué)建模和城市交通綜合指數(shù)與交通出行指數(shù)結(jié)合起來(lái)，因?yàn)榭雌饋?lái)這就是完全不同的兩個(gè)方面。確實(shí)，數(shù)學(xué)建模能應(yīng)用的方面很多。但是像交通基本是時(shí)時(shí)都在變化著的，它涉及的參數(shù)多，計(jì)算量可以說(shuō)是很大的。是可以利用指數(shù)對(duì)我國(guó)的交通進(jìn)行分析。因?yàn)橹笖?shù)這種數(shù)學(xué)用語(yǔ)的概念，是指一種相對(duì)數(shù)，而且還可以反應(yīng)程度和差別的相對(duì)數(shù)。在我們城市交通中，同一街道不同時(shí)間的變化，和同一街道相同時(shí)間的變化，都是必不可少的。而這些變化實(shí)際上就體現(xiàn)了一種程度和差別。指數(shù)的一大特點(diǎn)，就是把復(fù)雜的事情簡(jiǎn)單化。

2.2我國(guó)現(xiàn)有的在這方面的問題

現(xiàn)階段，我國(guó)之所以還沒有將城市交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)進(jìn)行推廣應(yīng)用。其實(shí)主要有兩個(gè)方面的問題。第一個(gè)方面，就是我國(guó)的交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)還不夠完善。要想合理的進(jìn)行交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，必不可缺的就是大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。沒有這些數(shù)據(jù)，是難進(jìn)行合理的分析的。就算是勉強(qiáng)進(jìn)行了分析，也可能會(huì)出現(xiàn)分析出來(lái)的結(jié)果與實(shí)際出現(xiàn)偏差的情況。而在現(xiàn)階段，我們?nèi)鄙俚木褪墙煌ɑA(chǔ)信息數(shù)據(jù)，主要原因一是我國(guó)現(xiàn)在的交通基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)缺乏后臺(tái)的大數(shù)據(jù)分析，還不能應(yīng)對(duì)這么大范圍的數(shù)據(jù)的管理和計(jì)算。二是觀念理念還相對(duì)比較落后，現(xiàn)在還沒有意識(shí)到交通數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是多么重要。最好的一種情況就是我們既能保證交通基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)的全面性，又能保證其及時(shí)性。第二個(gè)方面，就是對(duì)交通信息資源的社會(huì)化服務(wù)工作相對(duì)落后。我國(guó)現(xiàn)在對(duì)交通信息資源在管理和技術(shù)層面上研究的還比較透徹，但是在社會(huì)化的服務(wù)方面重視程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。交通信息管理與我們的現(xiàn)實(shí)生活息息相關(guān)，社會(huì)大眾是交通的主體，交通發(fā)展也不可能離開社會(huì)大眾。尤其是現(xiàn)在經(jīng)常出現(xiàn)的堵車問題，其實(shí)就是大眾十分關(guān)心的一個(gè)問題。如何能夠充分利用現(xiàn)有的技術(shù)和信息資源，就是要建立科學(xué)的數(shù)學(xué)分析模型，利用交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)分析，提高服務(wù)大眾的水平。

3.將數(shù)學(xué)建模與城市交通綜合指數(shù)和出行指數(shù)結(jié)合的方法

3.1城市交通綜合指數(shù)與數(shù)學(xué)建模的分析

前文中我們提到的道路交通指數(shù)，這是現(xiàn)在國(guó)外流行的一種分析道路交通情況的指數(shù)，也是一種比較基礎(chǔ)的城市交通的綜合性評(píng)價(jià)指數(shù)。但是道路交通情況瞬息萬(wàn)變，僅僅通過(guò)一個(gè)指數(shù)就像分析一個(gè)這么復(fù)雜的問題其實(shí)是有些心有余而力不足的。我們想要更好的對(duì)城市交通進(jìn)行分析，就需要引入其他指數(shù)。第一個(gè)就應(yīng)該是城市交通綜合指數(shù)。城市交通綜合指數(shù)主要描述給定時(shí)間內(nèi)的城市綜合交通狀況的優(yōu)良度，其直接影響因素是交通流量、平均車速、交通密度和交通延誤；間接影響因素有交通事故、交通秩序好壞、氣象因素、政策因素、環(huán)境因素、城市車輛保有量、各類車輛出行比例和數(shù)量。也可以說(shuō)這個(gè)指數(shù)，是我們現(xiàn)在最為重要的一個(gè)指數(shù)。而且這個(gè)指數(shù)反應(yīng)的問題也是比較全面的。城市交通綜合指數(shù)更側(cè)重的是對(duì)交通駕駛員和政府方面的作用。對(duì)政府而言，交通的流量、平均的車速、密度基本上是可以對(duì)一個(gè)地區(qū)的交通進(jìn)行分析，得出發(fā)生交通意外和違規(guī)違章的概率。而對(duì)于駕駛員而言比較重要的，就是交通事故、交通延誤和交通秩序的好壞。要知道，駕駛員最為關(guān)心的，也就是安全問題，只有能保證好安全的問題，駕駛員才能安心上路。而如何構(gòu)建這個(gè)城市交通綜合指數(shù)呢？我們首先是要通過(guò)對(duì)歷史年度、季度、月、周、日的城市交通狀況變化規(guī)律的綜合分析，以城市交通網(wǎng)主要交通干道和快速道為參照對(duì)象，按時(shí)段分別建立指標(biāo)模型，再以此為基礎(chǔ)建立交通綜合指數(shù)加權(quán)模型。

Ttotal=■（交通綜合指數(shù)加權(quán)模型）

之后我們就要根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)完善這個(gè)模型。其中Ttotal就是指交通綜合指數(shù)。Ti是指主干道、快速道交通指數(shù)；ωi是指綜合指數(shù)加權(quán)因子；N是指決策路網(wǎng)主干道、快速道總量。

對(duì)于主干道、快速道，道路綜合指數(shù)模型為：

Troad=■。

其中Troad是指道路綜合指數(shù)；Vf是指道路暢通速度；V是指道路平均車速；Kj是指道路最壞交通流密度；Km是指道路最大交通流密度；K是指道路交通流密度；Qm是指道路最大交通流量；Q是指道路交通流量；Dm是指道路最大交通延誤時(shí)間；D是指道路交通延誤時(shí)間；A是指道路事故次數(shù)；Am是指同類型道路歷史事故最大次數(shù)；f是指氣象因素、環(huán)境因素、交通秩序、政策因素等對(duì)于速度的調(diào)控因子；V是指氣象因素、環(huán)境因素、交通秩序、政策因素等對(duì)于交通流量的調(diào)控因子；κ是指氣象因素、環(huán)境因素、交通秩序、政策因素等對(duì)于交通延誤的調(diào)控因子；Z是指氣象因素、環(huán)境因素、交通秩序、政策因素等對(duì)于交通事故的調(diào)控因子；d是指交通流影響常數(shù)因子；kv，kk，kq，kd，ka是指各因素權(quán)重因子。

3.2交通出行指數(shù)與數(shù)學(xué)建模的分析

我們已經(jīng)提到，為了能更好的對(duì)城市道路交通進(jìn)行分析，我們需要引進(jìn)更多的概念。第二個(gè)概念，就應(yīng)該是交通出行指數(shù)。從字面上，我們就可以看出來(lái)這個(gè)概念和前一個(gè)概念最為不同的地方，就是我們加入了出行這個(gè)詞。而對(duì)于出行而言，最重要的收益人群其實(shí)就是行人。而在城市交通出行指數(shù)中，需要綜合考慮的也就包括了氣候因素和環(huán)境的因素。而且城市交通出行指數(shù)也應(yīng)該和我們的天氣預(yù)報(bào)一樣是一天一報(bào)并且具有預(yù)報(bào)性的指數(shù)。這樣的話，才能對(duì)行人發(fā)揮這個(gè)指數(shù)最大的作用。而如何對(duì)這個(gè)指數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模呢？和上一點(diǎn)中我們提到的指數(shù)一樣，最開始的時(shí)候我們需要的是對(duì)歷史年度、季度、月、周、日的城市交通狀況變化規(guī)律的綜合分析，以城市交通網(wǎng)主要交通干道和快速道為參照對(duì)象，按時(shí)段分別建立指標(biāo)模型，在這之后我們要想建立城市交通出行指數(shù)加權(quán)模型。

這個(gè)模型是Ttravel=■。

其中Ttravel是指交通出行指數(shù)；Tt是指交通綜合指數(shù)；Tw是指氣象指數(shù)；Te是指環(huán)境指數(shù)；kt，kw，ke則是指因素加權(quán)因子。

3.3對(duì)數(shù)學(xué)建模中數(shù)值進(jìn)行選擇的原則

計(jì)算交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)的模型參量和權(quán)數(shù)需要通過(guò)大量的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估方能確定，模型同樣需要采樣數(shù)據(jù)檢驗(yàn)其合理性與正確性。實(shí)際計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)積累的歷史交通資料，尤其是交通流動(dòng)態(tài)信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)具體的采樣數(shù)據(jù)表，采集的數(shù)據(jù)應(yīng)按道路以區(qū)段為單位分日期和時(shí)段填寫。時(shí)間段在高峰時(shí)期以5分鐘或10分鐘為單位，其他時(shí)候可以以小時(shí)為單位。指數(shù)作為相對(duì)數(shù)，計(jì)算時(shí)需要對(duì)數(shù)值進(jìn)行處理，其取值范圍可以設(shè)定在便于理解的范圍，如1～10，1～100等等。對(duì)于城市交通綜合指數(shù)，我們?cè)O(shè)定其取值范圍為1～100，交通出行指數(shù)取值范圍我們?cè)O(shè)定為1～10。這主要是從城市交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)為社會(huì)公眾服務(wù)的特點(diǎn)和人們理解的習(xí)慣方面考慮。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于城市交通總體綜合狀態(tài)的評(píng)價(jià)在1～100范圍取值，容易形成對(duì)交通狀態(tài)直接的量化概念。交通出行指數(shù)以1～10進(jìn)行度量，與我們已經(jīng)熟知的穿衣指數(shù)相類似，易于為大眾所認(rèn)識(shí)和接受。無(wú)論城市交通綜合指數(shù)，還是交通出行指數(shù)，其具體數(shù)值范圍所對(duì)應(yīng)的具體內(nèi)涵和意義。需要在大量數(shù)據(jù)計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸類明確，并最終形成參考標(biāo)準(zhǔn)。這是城市交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)在數(shù)學(xué)建模方面比較重要的一項(xiàng)工作。而且在進(jìn)行城市交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)計(jì)算的時(shí)候，一定會(huì)出現(xiàn)一些比較復(fù)雜的計(jì)算，這個(gè)時(shí)候就需要我們的工作人員加強(qiáng)耐心和細(xì)心，認(rèn)真的進(jìn)行計(jì)算。尤其是在面對(duì)交通出行指數(shù)的計(jì)算的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候計(jì)算出來(lái)的每一個(gè)數(shù)值，其實(shí)都可能影響很多人的出行問題。這個(gè)時(shí)候就更是馬虎不得的了。

4.結(jié)果應(yīng)用

城市交通是每個(gè)人出行都必須重視的方面。尤其是隨著交通事故的頻發(fā)，我們必須對(duì)交通重視起來(lái)。這也是為什么要計(jì)算城市交通綜合指數(shù)和城市交通出行指數(shù)的原因。在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，許多人覺得計(jì)算的時(shí)間太長(zhǎng)，浪費(fèi)時(shí)間。其實(shí)“磨刀不誤砍柴工”，只有我們把前期的事情做好，才能以最快的速度更好的解決交通方面的問題。尤其是城市交通綜合指數(shù)和城市交通出行指數(shù)的計(jì)算，目的是在充分利用交通信息資源的情況下，為社會(huì)公眾提供真實(shí)有效的信息服務(wù)?？梢詫⒔煌ǖ臓顩r進(jìn)行量化，讓廣大社會(huì)群眾對(duì)交通的情況有一個(gè)直觀的了解。有利于居民對(duì)出行的合理把握，形成良好的交通秩序，提高人民的生活質(zhì)量。政府還可以利用交通綜合指數(shù)，進(jìn)行道路建設(shè)。比如某一個(gè)地區(qū)較容易出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，就可以根據(jù)這一情況進(jìn)行新的道路規(guī)劃。同時(shí)還可以利用其來(lái)進(jìn)行路線的規(guī)劃。綜合指數(shù)就是能把這一個(gè)地區(qū)所有的道路情況都進(jìn)行分析。政府完全可以利用這一優(yōu)勢(shì)來(lái)進(jìn)行道路的規(guī)劃，合理的安排行車路線，實(shí)行分流，提高交通管理水平，實(shí)現(xiàn)交通綜合指數(shù)和交通出行指數(shù)的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，城市交通綜合指數(shù)和城市交通出行指數(shù)也增加了政府在治理交通方面的透明度，能讓廣大群眾更加信服，具有積極的社會(huì)意義。

5.總結(jié)

在好萊塢的大片里，我們常?？梢钥匆娞煅刍蛘呤堑鼐W(wǎng)一類的東西，它們有著酷炫的名稱，就連能力也是十分嚇人。一般主角只要用到它們，就好像是有了上帝之眼，能在一瞬間看到敵人的所有行動(dòng)，他們的行走路線，可能去往的地方，無(wú)一例外都可以清清楚楚的出現(xiàn)在電腦的屏幕上。但這樣的技術(shù)也許不再僅僅是好萊塢大片里的想象?？萍荚旄Ｈ祟?，我們現(xiàn)有的科技已經(jīng)能帶給我們很多不可思議的便利。而下一步，我們可以相信就是在交通方面。衣食住行，我們最重要的四個(gè)生活方面。行的重要性也是不言而喻的。當(dāng)然我們?cè)诂F(xiàn)有的技術(shù)中還是存在一定的問題。但是相信隨著技術(shù)的發(fā)展，我們?cè)诔鞘薪煌ňC合指數(shù)和城市交通出行指數(shù)方面的能力會(huì)越來(lái)越高，也會(huì)將這方面發(fā)展的越來(lái)越好。

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