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第6届Mathorcup数学建模竞赛优秀论文-B题-中国民航大学一等奖B.pdf
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车位分布的优化设计与评价
摘要
:
随着国家经济的发展,越来越多的市民都拥有了私家车。车辆的急剧增长,
带动了人们对车位的迫切需求。但是在享受汽车带来的迅捷与便利的同时,我们
自身的活动开始为它所困扰。由于规划设计的滞后,造成城镇居住小区相关停车
的规划与设计处于一种混沌状态,给私人汽车的拥有者和小区居民带来困扰,并
且越来越成为当前的一个社会问题。
针对问题 1,通过对居民工作时间,停车场的服务半径和居民步行距离等多
方面的分析,我们得出评判车位分布是否合理的关键指标有三个,分别是居民从
电梯(楼梯)口到停车位的步行路程、工作日上下班高峰时期输送的人流量和楼
层高度。基于三个评判指标,我们建立了三个模型。模型一按居民从楼中出来的
先后顺序分配停车位,利用 0-1 规划,以所有居民从电梯(楼梯)口到停车位的
最短步行总路程为目标函数,得 到 停车场最优化的车位分布方案。为了让居民出
行不造成拥堵,我们在模型二中采用将车位分块的方法,合理的将同一批出车的
居民分散开,增加了彼此之间的距离,使得出车尽可能的不会相互干扰 。模型
三中考虑高峰时期,建立居民经电梯出行情况的模型,从而得到高峰时期电梯每
次运载的居民所住楼层情况,并获得他们之间的时间间隔。
针对问题 2,我们以问题一中的模型一为基础,利用 0-1 规划求出附件 1 中
停车场的最优车位分布方案,并 与原车位分布方案做对比,通过比较在这两种方
案下所有居民从电梯(楼梯)口到停车位的最短步行总路程以及单人最长步行路
程来评价附件 1 的车位分布方案的合理性。
针对问题 3,我们运行了问题二的 Lingo 程序,对居民按从楼中出来的先后
顺序进行编号,便得到了该编号与最优化车位分布方案的车位号之间的对应关系。
再进行合理的假设,分析出居民从楼中出来的先后顺序与居民的房间号之间的对
应关系。从而得到居民的房间号与车位号之间的对应关系,即最优化的车位分布
方案。
关键词
:最短步行总路程;0-1 规划;车位分布
1
目录
1 问题重述与分析……………………………………………………. 3
居住区停车行为规律…………………………………………….... 3
● 时间特性……………………………………………………...... 3
● 空间特性………………………………………………………...3
2 基本假设…………………………………………………………… 4
3 符号说明…………………………………………………………… 4
4 模型的建立与求解………………………………………………… 4
4.1 问题 1………………………………………………………...... 4
4.1.1 模型一 车位分布距离模型……………………………… 5
模型的建立…………………………………………………… 5
模型评价与改进……………………………………………… 6
4.1.2 模型二 车位分布分块模型……………………………….. 7
模型的建立…………………………………………………… 8
模型评价与改进………………………………………............ 9
4.1.3 模型三 车位分布与楼层高度模型……………………….. 9
符号说明………………………………………………………10.
4.2 问题 2…………………………………………………………..10
4.3 问题 3…………………………………………………………..13
基本假设……………………………………………………… 13
参考文献……………………………………………………………… 18
附录…………………………………………………………………… 19
2
正
文
1
问题重述与分析
随着现代社会经济的快速发展,房地产成为国家经济发展中重要的经济增
长点之一。而小区内汽车停车位的分布对于小区居民的上下班出行影响很大,建
立数学模型,分析小区汽车停车位分布是否合理,评判附件 1 中车位分布的合理
性,并给出一个合理的车位分布。
居住区停车行为规律[
1
]
●
时间特性
居住区居民的停车行为具有一定的时间分布特性,具体分析如下:
停车数量早、中、晚高峰分明
对于大部分居民来讲,工作日出车、开车、停车是最常见的活动,其中停车、
出车工作时间大部分总是相似的。这也就造成了工作日每天在居住区的停车、出
车行为会产生峰值与波谷的效应,居住区停车数量呈现早、中、晚高峰分明的特
点。
工作日与节假日停车区别明显
居民工作日的出行目的大多为上下班出行,具有一定的时间分布特性。但是
节假日居民的出行种类众多,如探亲访友、娱乐、购物、旅游等,且随意性大,
出行时间宽裕,不像上下班、公务等那样严格。部分居民也许不选择小汽车出行,
而选择环保、便捷的公共交通出行方式。故节假日居住区停车无明显规律可言,
成随机分布。
中午与晚间停车方式各异
出车时对于交通道路、门禁的要求是迅速通过性,而中午与晚间的停车方式
因出车与否也有所不同。中午因为要考虑下午出车,停车时间短,大部分人把对
停车的安全性要求调低,停放在路边或地面停车场,这一时段主要是对取车方便
的要求。当晚上车主驾车回家进行停车时,他们又会把停车的安全性要求提高,
忽略取车方便性,选择地下或立体停车场库。
●
空间特性
居民停车行为除了具有时间上的分布特性外,也具有一定的空间特性。
停车步行距离和步行道设计
[2]
居住区停车场的规划设计,应充分考虑居民的停车步行距离,避免步行距离
过长而影响停车设施的使用。根据调研资料分析,大多数小区居民在小区内愿意
接受的停车步行距离在 100 米以内,这与《城市居住区规划设计规范》对停车服
务半径的要求不大于 150 米相近。小区居民停车最理想的地方是住宅门口,故停
车需求最原始的发出点应该是住宅楼出入口附近。所以,居住区的停车需求分布
从宏观上看与居住区规划结构、组团方式、动态交通组织设计以及总体布局息息
相关,从微观上看与停车步行距离、停车场的可达性、停车对周边交通及居民生
活的干扰程度关系密切。居住区的配建车位除了要满足基本车位所住居民停车需
求之外,还应考虑来访者车辆的停放,以免来访车辆占道停车,影响居住区环境。
3
表
1.1:
考虑小汽车密度和服务半径的停车场规模推荐值
[3]
小汽车密度(区内小汽
车拥有率× 区内住宅平
均层数)
建议停车规模(服务半径为 100 米)
停车场位于服务区中央
(车位)
停车场位于服务区一侧
(车位)
1.2
90~100
——
1.8
130~140
70~80
2.4
170~180
90~100
3.0
210~220
110~120
2 基本假设
1)居民区的车辆均为小型车,所有停车位的尺寸均为统一规格;
2)车位的分布基本是规则的;
3)上班高峰时期,每户均只有一位居民上班,且需驾车上班;
4)居民与车辆为一一对应关系,即所有车都要出动;
5)小区的所有私家车全都停放在该小区,该小区不接受其它小区私家车停
放;
6)车位供应量为小区停车位最大供应量,没有其它外来因素占用或干扰,
从而影响停车位的使用;
7)所有居民均在上下班高峰期使用车辆。
3 符号说明
D
所有车位到电梯(楼梯)口的总距离
D
第
i
个单元车位到电梯口的距离
d
一个车位到电梯(楼梯)口的距离
X
第
i
个车位的横坐标
Y
第
i
个车位的纵坐标
X
电梯(楼梯)口的横坐标
电梯(楼梯)口的纵坐标
车位长度
车位宽度
4 模型的建立与求解
4.1
问题
1
在问题分析模块中,我们通过分析居住区停车行为的时间特性可以看出,居
民停车行为在一天内中基本呈对称分布,车流量高峰主要集中在早晨上班时间和
4
晚上下班时间。通过分析居住区停车行为的空间特性,我们可以看出居民喜欢选
择步行距离较近的车位停车。
评判小区汽车停车位分布是否合理的几个关键指标
一个好的车位分布不仅能减少居民的步行距离,减轻劳累,还可以在上下班
高峰期减小堵车的频率,避免阻塞给居民带来的不便,在短时间内尽可能输送更
多的人流量。所以我们认为评判小区汽车停车位分布是否合理的几个关键指标为:
① 居民从电梯(楼梯)口到停车位的步行路程;
② 上下班高峰期输送的人流量;
③ 楼层高度
。
图
4.1.1:
工作日居住区停车数量随时间变化情况
[2]
说明:
由于一天中居住区居民停车行为基本呈对称分布,所以在下面研究
问题时,我们只考虑早晨上班时间的车流量高峰。
4.1.1
模型一
居民从电梯(楼梯)口到停车位的步行路程模型
车位分布的评价标准最直观的因素就是停车位到电梯(楼梯)口的距离。
车位距离电梯(楼梯)口越近,人们步行距离就越短,取车时间就会减少。
如图 4.1.2 所示,我们用 MATLAB 随机产生一群点,这群离散的点的位置
就如同车位的位置,它们与不同电梯的距离有所差异。假设停车场里有两个电
梯,那么这群点应该如何分布才会使它们到电梯的总距离更短一些?
图
4.1.2
模型的建立
我们建立平面直角坐标系,其中电梯的位置坐标为(
,
)。我们对所有
5
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