城市交通綜合指數、交通出行指數及其數學建模分析

李尚哲

【摘 要】隨著我國經濟的不斷發展，機動車的普及程度也越來越高，城市交通管理的復雜程度也越來越高。而與復雜程度密切相關的，就是交通安全風險。借助數學建模，分析交通管理過程中的主要影響因素，從而提高交通管理水平，讓我國的城市交通出行更加安全和便利。

【關鍵詞】城市交通；綜合指數；出行指數；數學建模

1.前言

車輛越來越多，存在的問題也越來越多。我們應該怎么解決這個問題呢？很多人都覺得這是一個很難的問題，其實不然，尤其是在信息技術飛速發展的今天，我們可以利用現有的信息技術對這個問題進行解決。很多人都會覺得不可能吧？但其實這就是我們實際存在的一種技術。現在，各類交通基礎信息、道路實況動態信息，都可以通過這樣的技術進行采集和處理。實現交通管理的智能化。現在常被利用的兩種指數，就是城市交通綜合指數和交通出行指數。我國現行的智能交通系統，也集合了很多這樣的高新技術，也可以說，我們沒有這些技術，也不可能這么快的就發展出這么優秀的智能交通系統。但現在我們得到的城市交通綜合指數和交通出行指數就是完全沒有問題的么？事實并不是這樣的，因為我們正處在技術的發展階段，所以我們不可避免的會出現一些問題，接下來我們就將合理的分析問題，解決問題。

2.城市交通綜合指數和交通出行指數現在的問題

2.1如何用指數分析我國的交通

在現實生活中，人們很難相信把數學建模和城市交通綜合指數與交通出行指數結合起來，因為看起來這就是完全不同的兩個方面。確實，數學建模能應用的方面很多。但是像交通基本是時時都在變化著的，它涉及的參數多，計算量可以說是很大的。是可以利用指數對我國的交通進行分析。因為指數這種數學用語的概念，是指一種相對數，而且還可以反應程度和差別的相對數。在我們城市交通中，同一街道不同時間的變化，和同一街道相同時間的變化，都是必不可少的。而這些變化實際上就體現了一種程度和差別。指數的一大特點，就是把復雜的事情簡單化。

2.2我國現有的在這方面的問題

現階段，我國之所以還沒有將城市交通綜合指數和交通出行指數進行推廣應用。其實主要有兩個方面的問題。第一個方面，就是我國的交通基礎數據管理平臺還不夠完善。要想合理的進行交通綜合指數和交通出行指數進行數學建模，必不可缺的就是大量的基礎數據。沒有這些數據，是難進行合理的分析的。就算是勉強進行了分析，也可能會出現分析出來的結果與實際出現偏差的情況。而在現階段，我們缺少的就是交通基礎信息數據，主要原因一是我國現在的交通基礎信息數據缺乏后臺的大數據分析，還不能應對這么大范圍的數據的管理和計算。二是觀念理念還相對比較落后，現在還沒有意識到交通數據進行分析是多么重要。最好的一種情況就是我們既能保證交通基礎信息數據的全面性，又能保證其及時性。第二個方面，就是對交通信息資源的社會化服務工作相對落后。我國現在對交通信息資源在管理和技術層面上研究的還比較透徹，但是在社會化的服務方面重視程度還遠遠不夠。交通信息管理與我們的現實生活息息相關，社會大眾是交通的主體，交通發展也不可能離開社會大眾。尤其是現在經常出現的堵車問題，其實就是大眾十分關心的一個問題。如何能夠充分利用現有的技術和信息資源，就是要建立科學的數學分析模型，利用交通綜合指數和交通出行指數分析，提高服務大眾的水平。

3.將數學建模與城市交通綜合指數和出行指數結合的方法

3.1城市交通綜合指數與數學建模的分析

前文中我們提到的道路交通指數，這是現在國外流行的一種分析道路交通情況的指數，也是一種比較基礎的城市交通的綜合性評價指數。但是道路交通情況瞬息萬變，僅僅通過一個指數就像分析一個這么復雜的問題其實是有些心有余而力不足的。我們想要更好的對城市交通進行分析，就需要引入其他指數。第一個就應該是城市交通綜合指數。城市交通綜合指數主要描述給定時間內的城市綜合交通狀況的優良度，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、環境因素、城市車輛保有量、各類車輛出行比例和數量。也可以說這個指數，是我們現在最為重要的一個指數。而且這個指數反應的問題也是比較全面的。城市交通綜合指數更側重的是對交通駕駛員和政府方面的作用。對政府而言，交通的流量、平均的車速、密度基本上是可以對一個地區的交通進行分析，得出發生交通意外和違規違章的概率。而對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。而如何構建這個城市交通綜合指數呢？我們首先是要通過對歷史年度、季度、月、周、日的城市交通狀況變化規律的綜合分析，以城市交通網主要交通干道和快速道為參照對象，按時段分別建立指標模型，再以此為基礎建立交通綜合指數加權模型。

Ttotal=■（交通綜合指數加權模型）

之后我們就要根據實際的情況來完善這個模型。其中Ttotal就是指交通綜合指數。Ti是指主干道、快速道交通指數；ωi是指綜合指數加權因子；N是指決策路網主干道、快速道總量。

對于主干道、快速道，道路綜合指數模型為：

Troad=■。

其中Troad是指道路綜合指數；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間；D是指道路交通延誤時間；A是指道路事故次數；Am是指同類型道路歷史事故最大次數；f是指氣象因素、環境因素、交通秩序、政策因素等對于速度的調控因子；V是指氣象因素、環境因素、交通秩序、政策因素等對于交通流量的調控因子；κ是指氣象因素、環境因素、交通秩序、政策因素等對于交通延誤的調控因子；Z是指氣象因素、環境因素、交通秩序、政策因素等對于交通事故的調控因子；d是指交通流影響常數因子；kv，kk，kq，kd，ka是指各因素權重因子。

3.2交通出行指數與數學建模的分析

我們已經提到，為了能更好的對城市道路交通進行分析，我們需要引進更多的概念。第二個概念，就應該是交通出行指數。從字面上，我們就可以看出來這個概念和前一個概念最為不同的地方，就是我們加入了出行這個詞。而對于出行而言，最重要的收益人群其實就是行人。而在城市交通出行指數中，需要綜合考慮的也就包括了氣候因素和環境的因素。而且城市交通出行指數也應該和我們的天氣預報一樣是一天一報并且具有預報性的指數。這樣的話，才能對行人發揮這個指數最大的作用。而如何對這個指數進行數學建模呢？和上一點中我們提到的指數一樣，最開始的時候我們需要的是對歷史年度、季度、月、周、日的城市交通狀況變化規律的綜合分析，以城市交通網主要交通干道和快速道為參照對象，按時段分別建立指標模型，在這之后我們要想建立城市交通出行指數加權模型。

這個模型是Ttravel=■。

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

3.3對數學建模中數值進行選擇的原則

計算交通綜合指數和交通出行指數的模型參量和權數需要通過大量的采樣數據進行分析評估方能確定，模型同樣需要采樣數據檢驗其合理性與正確性。實際計算時，應根據積累的歷史交通資料，尤其是交通流動態信息的基礎數據，設計具體的采樣數據表，采集的數據應按道路以區段為單位分日期和時段填寫。時間段在高峰時期以5分鐘或10分鐘為單位，其他時候可以以小時為單位。指數作為相對數，計算時需要對數值進行處理，其取值范圍可以設定在便于理解的范圍，如1～10，1～100等等。對于城市交通綜合指數，我們設定其取值范圍為1～100，交通出行指數取值范圍我們設定為1～10。這主要是從城市交通綜合指數和交通出行指數為社會公眾服務的特點和人們理解的習慣方面考慮。一般來說，對于城市交通總體綜合狀態的評價在1～100范圍取值，容易形成對交通狀態直接的量化概念。交通出行指數以1～10進行度量，與我們已經熟知的穿衣指數相類似，易于為大眾所認識和接受。無論城市交通綜合指數，還是交通出行指數，其具體數值范圍所對應的具體內涵和意義。需要在大量數據計算的基礎上進行歸類明確，并最終形成參考標準。這是城市交通綜合指數和交通出行指數在數學建模方面比較重要的一項工作。而且在進行城市交通綜合指數和交通出行指數計算的時候，一定會出現一些比較復雜的計算，這個時候就需要我們的工作人員加強耐心和細心，認真的進行計算。尤其是在面對交通出行指數的計算的時候，這個時候計算出來的每一個數值，其實都可能影響很多人的出行問題。這個時候就更是馬虎不得的了。

4.結果應用

城市交通是每個人出行都必須重視的方面。尤其是隨著交通事故的頻發，我們必須對交通重視起來。這也是為什么要計算城市交通綜合指數和城市交通出行指數的原因。在進行計算的時候，許多人覺得計算的時間太長，浪費時間。其實“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和城市交通出行指數的計算，目的是在充分利用交通信息資源的情況下，為社會公眾提供真實有效的信息服務。可以將交通的狀況進行量化，讓廣大社會群眾對交通的情況有一個直觀的了解。有利于居民對出行的合理把握，形成良好的交通秩序，提高人民的生活質量。政府還可以利用交通綜合指數，進行道路建設。比如某一個地區較容易出現交通擁堵現象，就可以根據這一情況進行新的道路規劃。同時還可以利用其來進行路線的規劃。綜合指數就是能把這一個地區所有的道路情況都進行分析。政府完全可以利用這一優勢來進行道路的規劃，合理的安排行車路線，實行分流，提高交通管理水平，實現交通綜合指數和交通出行指數的現實意義。同時，城市交通綜合指數和城市交通出行指數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，具有積極的社會意義。

5.總結

在好萊塢的大片里，我們常常可以看見天眼或者是地網一類的東西，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，他們的行走路線，可能去往的地方，無一例外都可以清清楚楚的出現在電腦的屏幕上。但這樣的技術也許不再僅僅是好萊塢大片里的想象。科技造福人類，我們現有的科技已經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，我們最重要的四個生活方面。行的重要性也是不言而喻的。當然我們在現有的技術中還是存在一定的問題。但是相信隨著技術的發展，我們在城市交通綜合指數和城市交通出行指數方面的能力會越來越高，也會將這方面發展的越來越好。

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