交通系统分析应用程序设计

PAGE24福建农林大学交通学院课程设计课程名称道路交通工程系统分析设计题目交通系统分析应用程序设计姓名专业年级学号指导教师成绩日期评语指导教师：20年月日目录1线性规划21.1模型及分析21.2Matlab求解方法31.3Lingo求解方法42运输规划52.1模型及分析62.2Lingo求解方法73整数规划93.1模型及分析93.2Lingo求解方法104与网络分析114.1模型及分析124.2Matlab求解方法125预测分析145.1模型及分析145.2R软件求解方法155.3Excel求解方法165.4时间序列法求解176参考资料191.线性规划线性规划某筑路工地同时开挖A、B两段路堑，A路堑采用牵引式挖掘机，B路堑采用液压式挖掘机，运行费用见表1。因为受运土车辆的限制，挖掘土方量不能超过10000m3/d，为了保证施工进度，要求路堑A每天的挖土量>=1600m3，路堑B每天的挖土量>=3000m3。该工地有12名机械手可操作两种挖掘机。试问如何分配这几名机械手，才能使每天的运行费用最省？机具运行费用（每台）挖掘能力（每台）牵引式挖掘机394元/d200m3/液压式挖土机1110元/d1000m3/1.1模型及分析解：设x1，x2分别为操作牵引式挖土机、液压式挖土机的机手人数，那么每天总的运行费用为：z=394x1+1110x2由于受土方运输条件的限制，每天的开挖土方量必须小于10000m3200x1+1000x2≤10000为了保证施工进度，必须满足：200x1≥16001000x2≥3000因为该工地仅有12名机械手，所以有：x1+x2≤12那么，原问题可用下列数学模型来表达：minz=394x1+1110x2200x1+1000x2≤10000200x1≥1600s.t.1000x2≥3000x1+x2≤12x1，x2≥0该问题为线形规划问题，为求得最优解，可用Matlab和Lingo求解。1.2Matlab求解方法该问题是属于MATLAB模型三的情况，其标准模型如下右所示。将上列出的数学模型转成标准模型，如下所示：minz=394x1+1110x2200x1+1000x2≤10000minz=cx-200x1≤-1600Ax≤bs.t.-1000x2≤-3000s.t.Alx=b1x1+x2≤12LB≥x≤x1，x2≥0用命令：[x，fval]==linprog（c，A，b，A1，b1，LB，UB）在MATLAB中求解。编写M文件如下：c=[394,1110];A=[200,1000;-200,0;0,-1000;1,1];b=[10000;-1600;-3000;12];A1=[];b1=[];LB=[0;0];UB=[];[x,fval]=linprog(c,A,b,A1,b1,LB,UB)图1线性规划模型Matlab计算结果图回车得如图所示求得的最优解：x1=8，x2=3，minC=6482元即分配8名机械手操作牵引式挖掘机，3名机械手操作液压式挖掘机，这时的运行费用最低，还有一名机械手不操作挖掘机。1.3Lingo求解方法在模型窗口中输入如下代码：（如图2所示）min=394*x1+1110*x2;200*x1+1000*x2<=10000;200*x1>=1600;1000*x2>=3000;x1+x2<=12;x1>=0;x2>=0;然后点击工具条上的按钮即可。由图3可看出，本题最优解为：x1=8，x2=3，minC=6482元即分配8名机械手操作牵引式挖掘机，3名机械手操作液压式挖掘机，这时的运行费用最低，还有一名机械手不操作挖掘机。图2线性规划模型Lingo图3线性规划模型Lingo计算结果图2.运输规划假设某交通分配问题有三个始点Oi(i=1，2，3)和四个终点Dj(j=1，2，3，4)，始点Oi发生的出行交通量ai、终点Dj吸引的出行交通量bj及各始终点之间的出行时耗tij如表2所示，出行总量N=∑ai=∑bj=30。试求系统总时耗最小的出行量分配fij(i=1，2，3，4)。表2-1各OD点间出行时耗表终点始点D1D2D3D4a1O1826712O24911010O3281258bj6879N=302.1模型及分析在交通规划的研究中，经常遇到这样的交通分配问题。设O1，O2，…，Om为车辆出行的始点，相应地a1，a2，…，am为各始点发生的出行交通量。D1，D2，…，Dn为出行的终点，b1，b2，…，bn为各终点吸引的出行交通量。总的出行交通量为N。那么∑ai=∑bj=N，设从始点Oi到终点Dj的出行量为fij，出行费用为cij。则总的出行费用为：C=∑∑cijfij。现在的问题是如何分配出行交通量fij，使得总的出行费用为最少。即找出fij，满足fij≥0（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）∑fij=ai（i=1，2，…，m）∑fij=bi（j=1，2，…，n）且使C=∑∑cijfij最小。本题交通分配问题可用LINGO软件求解。2.2Lingo求解方法（1）程序sets:row/1,2,3/:a;arrange/1,2,3,4/:b;link(row,arrange):c,x;endsetsdata:a=12,10,8;b=6,8,7,9;c=8,2,6,7,4,9,1,10,2,8,12,5;enddata[OBJ]min=@sum(link(i,j):c(i,j)*x(i,j));@for(row(i):@sum(arrange(j):x(i,j))=a(i););@for(arrange(j):@sum(row(i):x(i,j))=b(j););@for(link(i,j):x(i,j)>=0;);end在模型窗口中输入上述代码，然后点击工具条上的按钮即可,如图2-1。图2-1运输规划模型Lingo程序图（2）计算结果由上述方法解得该系统最小总时耗为94，如图2-2所示。图2-2运输规划模型Lingo总耗时图由图2-3所示可看出最优系统相应的分配情况是：从O1到D2的出行量为8，到D4的出行量是4；从O2到D1的出行量是3，到D3为7；从O3到D1的出行量为3，到D4是5，其余始点到终点的出行量均为0。图2-3运输规划模型交通分配图3.整数规划某建筑公司在同一时间内可参加A1、A2、A3、A4四项工程的投标。这些项目要求的工期相同。公司根据招标文件和本公司的技术水平对每项工程进行了仔细的研究和计算，将各项工程的预期利润、主要工序的工程量及本企业的施工能力列于表3.问该公司对哪几种项目投标可能获得的总利润最大？试建立该问题的数学模型。各项工程的预期利润、主要工序的工程量及施工能力表3工程项目预期利润（万元）砌筑量(M3)混凝土量（M3）抹灰量（M2）A1542002802500A282300880480A37.548003001500A4923009005200施工能力12021160090003.1模型分析：该题是整数规划问题中一种特殊的例子，0-1规划。可设则问题可以描述成如下的先行规划：maxz=5x1+8x2+7.5x3+9x43.2LINGGO求解方法(（1）程序Model:sets:num_i/1..3/:b;num_j/1..4/:x,c;link(num_i,num_j):a;endsetsdata:b=12021,1600,9000;c=5,8,7.5,9;a=4200,2300,4800,3200,280,880,300,900,2500,480,1500,5200;enddata[OBJ]max=@sum(num_j(j):c(j)*x(j));@for(num_i(i):@sum(num_j(j):a(i,j)*x(j))<=b(i););@for(num_j(j):@bin(x(j)););End在编码窗口编写上述程序代码，如图3-1示图3-1（2）计算结果总利润最大为20.5万元，如图3-2黑色矩形框中所示；而对总利润最大的可能几种项目如图3-2内所示。4.图与网络在图4中，用标号法计算A点到H点的最短路，并指出哪些顶点对A点来说是不可到达点。AABFCDEGH2461图4图4-3图4-34.1模型及分析最短路问题可借助于距离矩阵求解，先构造一个距离矩阵D：D=[d]D中的元素d定义如下：d=故本题中的距离矩阵为：D=[]=4.2Matlab求解方法①程序新建M-file，在窗口中输入以下代码：如图4-1所示function[d,path]=floyd(a,sp,ep)n=size(a,1);D=a;path=zeros(n,n)fori=1:nforj=1:nifD(i,j)~=infpath(i,j)=jendendendfork=1:nfori=1:nforj=1:nifD(i,j)>D(i,k)+D(k,j)D(i,j)=D(i,k)+D(k,j);path(i,j)=path(i,k);endendendendp=[sp];mp=sp;fork=1:nifmp~=epd=path(mp,ep);p=[p,d];mp=d;endendd=D(sp,ep); 图4-1path=p;然后保存文件至默认文件夹②计算结果再在CommandWindow窗口输入以下数据：（如图4-2）>>a=[0,1,inf,inf,inf,2,4,inf;inf,0,inf,inf,inf,inf,2,inf;inf,2,0,inf,inf,inf,inf,4;inf,inf,6,0,7,inf,inf,inf;inf,inf,inf,inf,0,inf,inf,inf;inf,inf,inf,inf,1,0,4,inf;inf,inf,inf,inf,inf,inf,0,6;inf,inf,inf,inf,5,inf,inf,0];>>[long,path]=floyd(a,1,8)最终结果显示：A→H最短路长为9，最短路径是A→B→G→H，如图4-3所示。另外，题中顶点C、D对A点来说是不可到达的图4-2图4-2预测分析某机非混行的城市道路，经调查后得到一组机动车平均车速y(km/h)与机动车交通量x1(辆/h)、非机动车交通量x2(辆/h)，数据见表5-1。试建立机动车平均车速与机动车交通量、非机动车交通量的二元线性回归方程，并预测机动车交通量、非机动车交通量分别达到100辆/h、300辆/h时的机动车平均车速。编号12345678910y17.316.615.412.618.2717.4416.0617.616.615.02x180771011157779916699123x234453250311636852899337234983336315133245.1模型及分析机动车平均车速与机动车交通量、非机动车交通量存在相关关系，现用二元线性回归方程进行分析。建立方程Y=a+b1X1+b2X2式中：X1——机动车交通量；X2——非机动车交通量。为计算回归方程中的系数，可用R软件和Excel求解，求解方法见2、3点。5.2R软件求解(1)要求二元线性回归方程，则在窗口中输入以下代码（如下图红色部分）X1<-c(80,77,101,115,77,79,91,66,99,123)X2<-c(3445,3250,3116,3685,2899,3372,3498,3336,3151,3324)Y<-c(17.3,16.6,15.4,12.6,18.27,17.44,16.06,17.6,16.6,15.02)lm.sol<-lm(Y~X1+X2)summary(lm.sol)自动弹出计算结果，如下图5-1上结果显示，a=31.8213，b1=-0.0644，b2=-0.0029(2)要预测机动车交通量、非机动车交通量分别达到100辆/h、300辆/h时的机动车平均车速，则在图5-1的基础上输入以下代码：new<-data.frame(x1=100,x2=3000)lm.pred<-predict(lm.sol,new,interval=“prediction”,level=0.95)lm.pred如图5-2所示，得预测值有Fit=16.5967；lvr=14.4389；upr=18.7544取最适宜的值Fit=16.5967，此即机动车交通量、非机动车交通量分别达到100辆/h、3000辆/h时的机动车平均车速。图5-15.3Excel求解求解过程如下图所示图5-3图5-4 图5-5由图5-5所示，有a=31.8213，b1=-0.0644，b2=-0.0029故Y=a+b1X1+b2X2=31.8213-0.0644×100-0.0029×3000=16.6813即机动车交通量、非机动车交通量分别达到100辆/h、3000辆/h时的机动车平均车速。运输量预测分析某地区公路网规划中需要预测2021年的综合客运量，现调查收集该地区1981-2021年综合客运量数据如表7-16所示，根据上述条件预测该地区2021年综合客运量。某地区历年综合客运量（万人次/年）年份综合客运量年份综合客运量年份综合客运量年份综合客运量1981614019866851199180821996121041982666319879287199213927202116473198371011988880719931181020211429119847517198981251994105862021168451985732419907519199519863202118559通过对该地区历年综合客运量的分析发现，综合客运量的发展随着时间的推移呈现总体增加的趋势。因此，根据区域的历史统计资料，以时间为自变量建立时间序列模型，对未来年综合客运量进行预测。如下图：y=5545.2e0.0576x式中：y综合客运量x时间序列该模型相应的综合客运量与时间序列的相关系数R=0.9，说明该地区的综合客运量与时间序列有密切的关系，所得到的模型可以反映地区综合客运量的发展趋势。将2021所对应的时间序列代入该预测模型，计算得到2021年该地区的全社会综合客运量为：y=5545.2e0.0576×30=31216万人次参考文献①王炜等.道路交通工程系统分析方法.北京:人民交通出版社，2021.②王沫然.Matlab与科学计算.北京:电子工业出版社，2021.③袁新生，邵大宏，郁时炼.Lingo和Excel在数学建模中的应用.北京:科学出版社，2021.④韩中庚.实用运筹学.北京:清华大学出版社，2021.⑤陈毅恒，梁沛霖.R软件操作入门.北京:中国统计出版社，2021.

社会实践报告系别：班级：学号：姓名：作为祖国未来的事业的继承人，我们这些大学生应该及早树立自己的历史责任感，提高自己的社会适应能力。假期的社会实践就是很好的锻炼自己的机会。当下，挣钱早已不是打工的唯一目的，更多的人将其视为参加社会实践、提高自身能力的机会。许多学校也积极鼓励大学生多接触社会、了解社会，一方面可以把学到的理论知识应用到实践中去，提高各方面的能力；另一方面可以积累工作经验对日后的就业大有裨益。进行社会实践，最理想的就是找到与本专业对口单位进行实习，从而提高自己的实战水平，同时可以将课本知识在实践中得到运用，从而更好的指导自己今后的学习。但是作为一名尚未毕业的大学生，由于本身具备的专业知识还十分的有限，所以我选择了打散工作为第一次社会实践的方式。目的在于熟悉社会。就职业本身而言，并无高低贵贱之分，存在即为合理。通过短短几天的打工经历可以让长期处于校园的我们对社会有一种更直观的认识。实践过程：自从走进了大学，就业问题就似乎总是围绕在我们的身边，成了说不完的话题。在现今社会，招聘会上的大字报都总写着“有经验者优先”，可还在校园里面的我们这班学子社会经验又会拥有多少呢？为了拓展自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高自己的能力，以便在以后毕业后能真正真正走入社会，能够适应国内外的经济形势的变化，并且能够在生活和工作中很好地处理各方面的问题，我开始了我这个假期的社会实践-走进天源休闲餐厅。实践，就是把我们在学校所学的理论知识，运用到客观实际中去，使自己所学的理论知识有用武之地。只学不实践，那么所学的就等于零。理论应该与实践相结合。另一方面，实践可为以后找工作打基础。通过这段时间的实习，学到一些在学校里学不到的东西。因为环境的不同，接触的人与事不同，从中所学的东西自然就不一样了。要学会从实践中学习，从学习中实践。而且在中国的经济飞速发展，又加入了世贸，国内外经济日趋变化，每天都不断有新的东西涌现，在拥有了越来越多的机会的同时，也有了更多的挑战，前天才刚学到的知识可能在今天就已经被淘汰掉了，中国的经济越和外面接轨，对于人才的要求就会越来越高，我们不只要学好学校里所学到的知识，还要不断从生活中，实践中学其他知识，不断地从各方面武装自已，才能在竞争中突出自已，表现自已。在餐厅里,别人一眼就能把我人出是一名正在读书的学生,我问他们为什么,他们总说从我的脸上就能看出来,也许没有经历过社会的人都有我这种不知名遭遇吧!我并没有因为我在他们面前没有经验而退后,我相信我也能做的像他们一样好.我的工作是在那做传菜生,每天9点钟-下午2点再从下午的4点-晚上8:30分上班,虽然时间长了点但,热情而年轻的我并没有丝毫的感到过累,我觉得这是一种激励,明白了人生,感悟了生活,接触了社会,了解了未来.在餐厅里虽然我是以传菜为主,但我不时还要做一些工作以外的事情，有时要做一些清洁的工作，在学校里也许有老师分配说今天做些什么，明天做些什么，但在这里，不一定有人会告诉你这些，你必须自觉地去做，而且要尽自已的努力做到最好，一件工作的效率就会得到别人不同的评价。在学校，只有学习的氛围，毕竟学校是学习的场所，每一个学生都在为取得更高的成绩而努力。而这里是工作的场所，每个人都会为了获得更多的报酬而努力，无论是学习还是工作，都存在着竞争，在竞争中就要不断学习别人先进的地方，也要不断学习别人怎样做人，以提高自已的能力！记得老师曾经说过大学是一个小社会，但我总觉得校园里总少不了那份纯真，那份真诚，尽管是大学高校，学生还终归保持着学生的身份。而走进企业，接触各种各样的客户、同事、上司等等，关系复杂，但我得去面对我从未面对过的一切。记得在我校举行的招聘会上所反映出来的其中一个问题是，学生的实际操作能力与在校理论学习有一定的差距。在这次实践中，这一点我感受很深。在学校，理论的学习很多，而且是多方面的，几乎是面面俱到；而在实际工作中，可能会遇到书本上没学到的，又可能是书本上的知识一点都用不上的情况。或许工作中运用到的只是很简单的问题，只要套公式似的就能完成一项任务。有时候我会埋怨，实际操作这么简单，但为什么书本上的知识让人学得这么吃力呢？这是社会与学校脱轨了吗？也许老师是正确的，虽然大学生生活不像踏入社会，但是总算是社会的一个部分，这是不可否认的事实。但是有时也要感谢老师孜孜不倦地教导，有些问题有了有课堂上地认真消化，有平时作业作补充，我比一部人具有更高的起点，有了更多的知识层面去应付各种工作上的问题，作为一名大学生，应该懂得与社会上各方面的人交往，处理社会上所发生的各方面的事情，这就意味着大学生要注意到社会实践，社会实践必不可少。毕竟，很快我就不再是一名大学生，而是社会中的一分子，要与社会交流，为社会做贡献。只懂得纸上谈兵是远远不及的，以后的人生旅途是漫长的，为了锻炼自己成为一名合格的、对社会有用的人才.很多在学校读书的人都说宁愿出去工作，不愿在校读书；而已在社会的人都宁愿回校读书。我们上学，学习先进的科学知识，为的都是将来走进社会，献出自己的一份力量，我们应该在今天努力掌握专业知识，明天才能更好地为社会服务。实践心得：虽然这次的实践只有短短的几天，而且从事的是比较简单的服务工作，但是通过与各种各样的人接触，还是让我学会了很多道理。首先是明白了守时的重要性。工作和上学是两种完全不同的概念，上学是不迟到很多时候是因为惧怕老师的责怪，而当你走上了工作岗位，这里更多的是由于自己内心的