轻轨线路设计及其建成后影响-问题数模论文-毕业论文.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
2、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,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本学位论文
3、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)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
4、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
5、)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.摘要.一、 问题的重述错误!未定义书签。二、模型假设.三、符号说明错误!未定义书签。四、数据获取与处理错误!未定义书签。4.1数据的获取错误!未定义书签。4.2数据的处理错误!未定义书签。五问题一、二模型 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。6.2模型建立与求解错误!未定义书签。七、问题四的说明错误!未定义书签。7.1提出的问题错误!未定义书签。7.2给出的建议错误!未定义书签。八、结果的分析和
6、检验.九、模型的优缺点及改进错误!未定义书签。十、参考资料错误!未定义书签。十一、附录错误!未定义书签。附录一错误!未定义书签。附录二错误!未定义书签。 C题 西北工业大学轻轨线路设计及其建成后影响问题摘要 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
7、、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
8、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 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
9、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
10、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,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
11、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
12、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 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
13、、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、符号说明符号意义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(一)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 有些数据就近似处理赋值,所有数据都去近
14、似值。 五问题一、二模型5.1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5.2 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为在地图上测量的地面距离乘以比例尺即为实
15、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*200/666.7+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=86387.97万元Z3=1.5*26.8*0.2*10000
16、+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*200/666.7+1.8*40*200/10=86689.77万元求解并由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
17、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:校车收益:10、11、12月总c=36750次三个月总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。
18、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。 七问题四的说明1、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,
19、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)、(详情见附录二) 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1、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,
20、并且比较直观的得到答案。把复杂问题简单化。2、模型的不足。 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。 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报告书(简本
21、)附录附件一一: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12月28日8点半起,地铁5号线立水桥站、惠新西街北口站先后出现故障,导致5号线列车走走停停,直到9点才最终恢复正常。同样是在这一天16时20分许,长
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