轻轨线路设计及其建成后影响_问题数模论文.doc
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1、工业大学数学 建模竞赛暨全国大学生数学建模竞赛选拔赛题目 A (B) (C)题 剪 切 线 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文) ,是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别 加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过 的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位 或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人 或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说
2、明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论 文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和 电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并 提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其 它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论 文的部分或全部内容。 作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体,
3、均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名:日期: 年 月 日 导师签名: 日期: 年 月 日 注 意 事 项 1.设计(论文)的内容包括: 1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
4、 2)原创性声明 3)中文摘要(300 字左右) 、关键词 4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入) 6)论文主体部分:引言(或绪论) 、正文、结论 7)参考文献 8)致谢 9)附录(对论文支持必要时) 2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于 1 万字(不包括图纸、程序清单等) , 文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。 3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件) 。 4.文字、图表要求: 1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准 请他人代写 2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应
5、符 合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用 徒手画 3)毕业论文须用 A4 单面打印,论文 50 页以上的双面打印 4)图表应绘制于无格子的页面上 5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档 5.装订顺序 1)设计(论文) 2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订 3)其它 目录 目录目录 摘要摘要 一、一、 问题的重述问题的重述错误!未定义书签。 二、模型假设二、模型假设. 三、符号说明错误!未定义书签。错误!未定义书签。 四、数据获取与处理错误!未定义书签。错误!未定义书签。 4.1 数据的获取数据的获取错误!未定义书签。
6、 4.2 数据的处理数据的处理错误!未定义书签。错误!未定义书签。 五问题一、二模型问题一、二模型 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 5.1 问题分析及模型选取 5.2 模型建立与求解 六、问题三模型六、问题三模型错误!未定义书签。 6.1 问题分析及模型选取错误!未定义书签。错误!未定义书签。 6.2 模型建立与求解错误!未定义书签。错误!未定义书签。 七、问题四的说明七、问题四的说明错误!未定义书签。错误!未定义书签。 7.1 提出的问题提出的问题错误!未定义书签。错误!未定义书签。 7.2 给出的建议给出的建议错误!未定义书签。错误!未定义书签。 八、结果的分析和检验 九、九、模型的
7、优缺点及改进错误!未定义书签。错误!未定义书签。 十、参考资料错误!未定义书签。错误!未定义书签。 十一、附录附录错误!未定义书签。错误!未定义书签。 附录一附录一错误!未定义书签。错误!未定义书签。 附录二附录二错误!未定义书签。错误!未定义书签。 C C 题题 西北工业大学轻轨线路设计及其建成后影响西北工业大学轻轨线路设计及其建成后影响 问题问题 摘要摘要 西安地处关中,由于西安东西北方向发展受限,长安区成为 一个具有发展潜力的区域。但长安区通往市区的交通十分落后。轻 轨作为未来的一种方便快捷的交通工具,对于加强长安区与市区的 联系具有重要的作用。西北工业大学长安校区位于风景优美的秦岭 脚
8、下,附近高校众多且人口密度大,学校虽然购有校车但无法满足 师生的需求,校车成本大而且影响师生的时间和精力。对学校的教 育等方面有不小的影响。 得知政府打算在中西留村沿正太、西太路修一条通往草堂科技 产业基地的线路,报告通过调查研究给出一种修建支路直通西北工 业大学的方案。 针对问题一,二,我们采用假设排除法,通过设出变量成本 Z, 人流量 P,跨河费用 W,征用土地费用 S,拆迁费用 T,收入 Y,利润 R,查阅数据得到地上修建费用 D,架空建设费用 N,在求得修建长度 的近似值从而求得总建设费用。路线采用假设法选取几条,根据不 同的标准选取几条不同路线。通过计算出最小成本 Z 来找出一条最
9、优路线。 针对问题三,我们通过讨论修建铁路后,学生的出行费用有没有变 化以及出行时间有没有变化来预测对学生的便利,通过讨论轻轨的 建成后的运营来确定校车之后的运营,进而确定对学校交通费带来 的直接影响,通过调查研究来预测对学校教学、科研、学生培养等 综合效益的影响。 问题四则根据实际提出一些可以讨论的问题,并查阅资料给出 建议。 一、问题的重述一、问题的重述 由于关中地区自然环境的制约,西安市城区东西北三向发展 受限,而南部的长安区却是一片非常有发展潜力的土地。随着城区 半径的延伸,山清水秀的长安区备受关注,各大品牌企业纷纷选择 入驻长安区,更多人倾向于在此处定居。然而,长安区通往城内的 交通
10、仍十分落后,当前的交通工具主要是汽车。据调查,只有 7.69%的 人对目前的交通状况表示满意,大部分人认为应该改善,且有高达 84.62%的受调查人群认为长安区未来理想的交通工具是地铁或者轻 轨。 我国一些城市已经或正在建设轻轨。为实现西安的长远发展, 达到节能减排的目的,应重新规划交通网络。目前的长安区客流量 稍显不足,但随着长安区经济三星基地、草堂科技产业基地等大型 项目的进一步建设,预计在未来几年内长安区对轻轨的需求会越来 越大。轻轨的修建一方面将为长安区经济发展送来源源不断的动力, 并将大大减少来往环山线与主城区间旅游休闲及公务相关车辆,减 少污染排放,避免对周边环境破坏,符合国家节能
11、减排及建设节约 化社会精神。 轻轨是一种城市快速交通工具,在与其他交通工具的对比中, 轻轨的占地面积是公路的 1/8,造价是地铁的 1/3,速度是地铁的两 倍,其运行时速能达到 160-200 公里每小时。更重要的是,其能耗 是公共汽车的 3/5,安全系数极高。轻轨修建符合长安区建设的现 状和长远规划,符合国家节能减排战略及建设节约化社会的要求, 对西安的治霾工作有积极的推进作用。 西安地铁官方网站在 2014 年 9 月 30 号发布了西安市地铁 7、8、10、11、12、13、14 号线预可行性研究项目比选公告 。规 划 14 号线为主城区西南部外围横纵向切线。主线以航天基地为线路 起点,
12、向西串经长安韦曲、高新新区及长安通讯产业园,至户县副 中心;支线从西留村起沿正泰路至草堂科技产业基地。 西北工业大学长安校区位于长安区秦岭北麓下,距离草堂科技 产业基地 5.7 公里(直线距离,下同) ,距离三星半导体产业基地 12.1 公里,附近还有西安建筑科技大学、明德学院等高校,人口流 量巨大。单就西北工业大学而言,目前学校实行两校区运营机制, 每天都有大量的教工和学生由于上课、实习等原因往返于新老校区 之间(附件二) ,学校为此已经购入校车 20 辆,日均接送师生在 1200 人次以上,耗费极大;且由于交通拥堵,单趟运营时间也从几 年前的 50 分钟增加到 1 小时以上,消耗了师生大量
13、的时间和精力, 对学校的教学、科研、学生培养、交流等产生了不小影响。相信随 着轻轨的建成,在方便师生的同时,必将对西北工业大学的教育教 学、科学研究等产生深远的影响。 1. 规划线路中西留村沿正太、西太路一线通至草堂科技产业基地。 其间西太路线路距西北工业大学长安校区最短距离约 3.8km,现在 要在西留村至草堂科技产业基地两站点间选定一点,支路直通至西 北工业大学长安校区。请从线路中标定一点,设计出一条线路。 2.计算该线路采用地面和高架两种方式铺设的费用。费用主要包括 民房拆迁,征地和工程建设等费用。可参考其它地方修建的相关费 用,并结合实地考察。最后给出费用最小的道路及施工方式,费用 预
14、算。 3.该线路一旦修建成功,预测其给全校学生带来的便利,对学校交 通费用产生的直接影响。以及对学校教学、科研、学生培养等综合 效益的影响。 4.还有什么可以研究的问题?你有何建议?(例如:运营方式的建 议) 二、模型的假设二、模型的假设 1、只考虑公交车和轻轨的客流量,且换算成标准车当量数。 2、公交车仅考虑西工大校车和921、922、916 公交车的客 流量。 3、假设路线拐角处弧线长度与折线长度一样。 4、假设所有每个房屋拆迁费用相同,每平方征地费相同,每公 里跨河费用。 三三、符符号号说说明明 符号意义 Z 修建成本 P 人流量 S 征用土地费用 U 征用土地的距离 T 拆迁费用 V
15、修建轻轨费用 Y 西工大学生乘坐公交的钱 y 西工大学生乘坐轻轨的钱 R 利润 D1 地面每公里修建费用 I 地面修建轻轨的长度 K(K1,K2)测量距离 D2 架空每公里的费用 L 架空修建轻轨的长度 M 每亩赔偿村民的葡萄地的钱 X 轻轨经过村子的距离 四、数据的获取与处理四、数据的获取与处理 ( (一一) )数据的获取数据的获取 1、通过题目所给附件,得出人流量。 2、通过估测修建距离,查阅互联网得到建设费用。 3.通过附件得到民事费用包括拆迁费和征用土地费。 (二)数据的处理(二)数据的处理 有些数据就近似处理赋值,所有数据都去近似值。 五问题一、二模型五问题一、二模型 5.15.1
16、问题分析及模型选取问题分析及模型选取 从西北工业大学往正太,西太路一线引一条支路,为了找到一 条价格便宜的道路,需要建立一个总建设费用的一次方程加法模型 求解模型,从给定的几条线路中求取最小值。 (以东大汽车站为起点) 线路的选择要求(由上到下): 1、轻轨轨道距离最短。 2、选取在第一条路与第三条路之间作为比较。 3、经过的民房最少。 4、纯土地河流,不经过任何民房。 来源:腾讯地图 5.25.2 模型建立与求解模型建立与求解 修建成本包括建设的费用和征地费用以及拆迁费用。 建设的费用包括地面修建轻轨的费用和架空修建轻轨的费用。 则有 V=D1*I+D2*L 而 I=K1*f(K1 为在地图
17、上测量的地面距离乘以比例尺即为实际距 离) L=K2*f(K1 为在地图上测量的架空距离乘以比例尺即为实际距离) 征地费用为 S= d*U/666.67*M。 拆迁费用为 T=X*a。 所以公路的成本为 Z= V+S+T=D1*I+D2*L+S+X*a. 则四条路的成本为 Z1=1.5*26.3*0.2*10000+1.2*0.2*1.95*10000+15*4*25.3*20 0/666.7+2.2*40*200/10=85795.37 万元 Z2=1.5*26.6*0.2*10000+1.2*0.2*1.95*10000+15*4*26*200/ 666.7+1.8*40*200/10=8
18、6387.97 万元 Z3=1.5*26.8*0.2*10000+1.2*0.2*1.95*10000+4*27*15*200/ 666.7+1*40*200/10=86365.97 万元 Z4=1.5*26.7*0.2*10000+1.2*0.2*10000*1.95+4*26.1*15*20 0/666.7+1.8*40*200/10=86689.77 万元 四条线路的价格柱形图 852008540085600858008600086200864008660086800 1 2 3 4 线路 价格 系列1 求解并由 EXCEL 表格可得第条 1 路成本最低,因此选择该道。 六、问题三模型六
19、、问题三模型 1、问题分析与模型选取 收益为收入减去成本,因此建立一次方程减法模型。 2、模型的建立与求解。 给学生的便利 此处用地铁二号线近似的代替新老校区间的轻轨运行状况) (见附录) 与校车运行状况作对比 项目地铁二号线(校区间 的轻轨) 校车 时间42 分 50 秒约 2 小时 长度约 26.5 公里约 46 公里 票价全程 5 元5 元 数据分析:由于轻轨的距离略大于地铁二号线的距离,所以价格上 会稍贵。但是由于轻轨路线的距离在 3035,时间上约为 1 小时, 很大程度上节省了时间。 学校交通费方面:学校交通费方面: 校车收益:10、11、12 月总 c=36750 次 三个月总
20、C=36750*3=110250 次 除去放假三个月可预测出九个月总 DC=110250*3=330750 次 总费用为 F= 330750*5=1657350 元 校车购买:20*454000=9080000 元 校车每年投入 6320185 元 轻轨建成后 1、对学校交通费用的影响:学校校车数量会极大程度地减少,每年 的资金投入也会相应地减少,可节省一大笔资金。 2、对教学、科研、培养学生的影响 1)减少老师在路上花费的时间,让老师们有更多的时间去准备课程, 对学校教学质量有很大的帮助。 2)便于学生在新老校区上课,借阅图书,加强两校区学校交流,学 习。 3)每年节省的资金可投给科研项目。
21、 七问题四的说明七问题四的说明 1、提出的问题、提出的问题 (一) 、 考虑轨道单向双行问题。 (二) 、考虑每日每月的客流预测。 (三) 、运营方式,运营时间,运营车次。 (四) 、线路的维护和安全问题。 (五) 、对环境的影响。 2、提供的建议 (一) 、考虑到节约成本节约土地,可以采用单向双行车头,这样可 以介绍成本,收益高。 (二) 、可以调查人流的出现高峰,在高峰期可以增加车次,在低峰 期减少车次。 (三) 、可以采用无人售票方式,支持长安通刷卡,也可以支持西安 高校一卡通刷卡,运营时间可以根据试行情况更改,运营车次要比 校车要多。 (四) 、 (详情见附录一) (五) 、 (详情见
22、附录二) 八、结果的分析和检验八、结果的分析和检验 (1)针对问题一、二,经过计算求得第一条路费用少,分析可得, 第一条路首先距离最短,其次,经过的村子也少,这样就减少了修 建费用,征地费用,拆迁费用因而,路费最少。其他道路首先距离 稍远,有些道路经过了村子,有些没有经过,但都加大了施工量, 费用都增加了。所以第一条路费用最低。 (2)检验由模型得路费是和距离成正比的函数,路程越远,费用 越高。 九、模型的优缺点及改进九、模型的优缺点及改进 1、模型的优点、模型的优点 模型采用简单的一次函数四则运算模型,把问题变得简化易处理, 并且比较直观的得到答案。把复杂问题简单化。 2 2、模型的不足、模
23、型的不足。 模型只是大致的得到一个近似结果,烤炉的情况并不能非常详尽 完整,存在许多可以改进的地方,所得的结果仅供参考。 3、模型的改进。、模型的改进。 一次函数简单粗糙,求得的结果不够完善,而且许多地数据近似 处理了,但那些数据并没有普遍性,也就是近似处理会影响结果。 所以对这些数据应该分别定义变量进行讨论。 十、参考资料十、参考资料 1、工大长安校区地区客流量原始统计及问卷调查结果汇总 2、西安地铁规划 2014 年 9 月 30 日发布 3、地铁实现空中跑-轻轨高架 4、地铁和轻轨的区别 5、单线双向运行在地铁行车组织中的应用 6、草堂线工可研工作汇报 7、北京轨道交通燕房线工程环境影响
24、报告书(简本) 附录附录 附件一附件一 一:轨道交通出现的必然性一:轨道交通出现的必然性 历史证明,城市主要是人类社会的政治、经济和文化发展的荟 萃点,许多城市成为复杂而又高度集中的活动中心,同时也促使城 市规模的不断扩大和城市人口的增长。 由于现代城市的居民出行和人口流动,在一天的高峰时间里, 客流高度集中、流向大致相同的现象已很普遍,以往使用的公共汽 车和无轨电车已很难适应现代客运交通的需要,尤其是百万人口以 上的大城市,重点发展以快速轨道交通为骨干的城市公共交通网络 新体系势在必行。 二:轨道交通存在的隐患二:轨道交通存在的隐患 12 月 28 日 8 点半起,地铁 5 号线立水桥站、惠
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