2024年全国大学生数学建模-E 题 交通流量管控-解题思路参考

随着城市化进程的加快、机动车的快速普及,以及人们活动范围的不断扩大,城市道
路交通拥堵问题日渐严重,即使在一些非中心城市,道路交通拥堵问题也成为影响地方经
济发展和百姓幸福感的一个“痛点”,是相关部门的棘手难题之一。
考虑一个拥有知名景区的小镇。景区周边道路上既有本地居民出行,也有过境车辆,
还有大量前来景区游览的游客车辆,后者常常会因寻找停车位而在周边道路上来回低速绕
圈,影响了道路的通行效率。
1 是小镇中两条主路的情况:纬中路,从环西路到环东路,约 3.5 公里;经中路,从
环北路到环南路,约 1.8 公里。两条路上共有 12 个交叉口,监控设备可以记录每个交叉口
四个方向的车流数据。以经中路 - 纬中路交叉口为例,有经中路北往南( north-south )、经
中路南往北( south-north )、纬中路东往西( east-west )、纬中路西往东( west-east )四个
相位通过的每辆车的信息,包括拍摄地点、行驶方向、拍摄时间和车牌号。
1 小镇主要道路示意图
附件 2 记录了 2024 4 1 日到 5 6 日这两条主路上有监控设备的地方出现过的所
有车辆信息。监控设备安装在停车线后方,因此并不知道车辆通过停车线后是左转、直行
还是右转。
由于沿途有住宅小区、酒店和写字楼等建筑物,车辆可以驶入这些建筑物的停车场或
者从停车场驶出,所以可能造成这两条主路上的车辆会突然出现或者突然消失。
请结合实际,探讨以下几个问题:
问题 1 对经中路 - 纬中路交叉口,根据车流量的差异,可将一天分成若干个时段,估
计不同时段各个相位( 包括四个方向直行、转弯 )车流量。
问题 2 根据所给数据和上述模型,对经中路和纬中路上所有交叉口的信号灯进行优
化配置,在保证车辆通行的前提下,使得两条主路上的车流平均速度最大。
问题 3 对五一黄金周期间的数据进行分析,判定寻找停车位的巡游车辆,并估算假
期景区需要临时征用多少停车位才能满足需求?
问题 4 五一黄金周期间,该小镇对景区周边道路实行了临时性交通管理措施,具体
管控措施见附件 3 。请结合数据评价临时管控措施在两条主路上的效果。
附件 1 路段行驶方向编号及交叉口之间的距离
附件 2 纬中路各交叉口车辆信息
附件 3 五一黄金周期间交通管控措施

题目解析:

这道题是关于城市交通流量管控的数学建模问题,涉及到交通工程、数据分析和优化算法

  1. 车流量时段划分与估计:根据车流量的差异,将一天分成若干个时段,并估计不同时段的车流量。
  2. 信号灯优化配置:对交叉口的信号灯进行优化配置,以提高车流平均速度。
  3. 巡游车辆判定与停车位需求估算:分析特定时期(如黄金周)的车流数据,判定寻找停车位的巡游车辆,并估算所需停车位数量。
  4. 交通管控措施效果评价:评价特定交通管控措施的效果。

解题思路参考:

  1. 问题 1 - 车流量时段划分与估计

    • 建模思路:使用聚类分析(如K-means)对一天中的车流量数据进行时段划分。然后利用时间序列分析或回归模型估计各时段的车流量。
    • 关键计算:确定最佳的时段数量和每个时段的起始时间,以及各时段的车流量估计值。
  2. 问题 2 - 信号灯优化配置

    • 建模思路:建立基于车流量和信号灯周期的交通流模型,如排队理论模型或交通仿真模型。
    • 关键计算:优化信号灯的绿灯时长、红灯时长和黄灯时长,以最大化车流平均速度。
  3. 问题 3 - 巡游车辆判定与停车位需求估算

    • 建模思路:使用分类算法(如决策树、随机森林)来识别寻找停车位的巡游车辆。然后基于识别结果估算所需停车位数量。
    • 关键计算:定义巡游车辆的特征,如低速行驶、频繁变道等,并使用这些特征进行分类。
  4. 问题 4 - 交通管控措施效果评价

    • 建模思路:比较实施管控措施前后的车流数据,使用统计检验或差异分析来评价管控措施的效果。
    • 关键计算:确定评价指标,如车流速度、拥堵程度、事故发生率等,并计算管控措施前后的差异。

工具和技术

  • 数据分析工具:Python(Pandas, NumPy, Scikit-learn)、R等,用于数据处理和分析。
  • 优化工具:MATLAB、CPLEX、Gurobi等,用于解决优化问题。
  • 交通仿真软件:如VISSIM、SUMO等,用于模拟交通流和信号灯控制效果。
### VMware Workstation 与 ESXi 的主要差异及适用场景 #### 差异分析 VMware Workstation 和 ESXi 是由 VMware 提供的不同类型的虚拟化解决方案,它们的设计目标和应用场景存在显著差异。 1. **架构设计** - VMware Workstation 是一种基于主机的操作系统级虚拟化软件,运行在现有的操作系统之上(如 Windows 或 Linux),允许用户在其桌面环境中创建和管理多个虚拟机。它适合开发人员和个人用户测试不同操作系统的功能[^2]。 - ESXi 则是一种裸金属型(Type-1)hypervisor,直接安装在物理硬件上并接管整个服务器资源。这种架构使得 ESXi 更加高效且适用于数据中心级别的生产环境[^1]。 2. **性能表现** - 由于 VMware Workstation 需要依赖于宿主操作系统的调度机制来分配计算资源,因此其整体性能会受到一定限制。 - 相较之下,ESXi 可以完全控制底层硬件资源,从而提供更高的效率和更低的开销,在处理高负载任务时表现出更优的能力。 3. **易用性和灵活性** - 对于非技术人员或者希望快速搭建实验环境的人来说,Workstation 显得更加友好便捷;而配置复杂的网络设置或存储连接对于初学者来说可能具有一定难度。 - ESXi 虽然也具备图形界面(vSphere Client),但对于日常维护仍需掌握命令行工具及相关脚本编写技能才能充分发挥潜力。 4. **成本考量** - VMware Workstation 属于商业付费产品(尽管有试用期),但相比起企业版授权费用而言相对较低廉. - ESXi 自身虽然是免费版本可用,但如果涉及高级特性比如HA集群等功能则需要购买相应许可. 5. **扩展能力** - 在单台PC上的多实例并发执行方面,工作站版受限于机器本身的内存大小等因素影响较大; - 而通过vCenter Server统一管控下的分布式体系结构下,可以实现跨节点迁移等工作负荷均衡策略等复杂业务需求满足. #### 适用场景对比 | 特性/用途 | VMware Workstation | VMware ESXi | |------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------| | 用户群体 | 开发者、学生、IT爱好者 | 数据中心管理员、大型企业的 IT 运维团队 | | 主要目的 | 测试新应用、学习新技术 | 生产环境部署、灾难恢复 | | 安装位置 | 桌面电脑、笔记本 | 专用服务器 | | 系统要求 | 较低 | 较高 | ```bash # 示例:查看当前正在运行的所有虚拟机状态 (仅限Linux CLI 下针对workstion pro) vmrun list ```
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