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标题: 2021年美国大学生数学建模竞赛B题分析 [打印本页]
作者: 杨利霞    时间: 2021-6-23 17:37
标题: 2021年美国大学生数学建模竞赛B题分析

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2021年美国大学生数学建模竞赛B题分析
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( f9 P* @# q" n2 N下载链接  J+ O* p" V2 Z8 D: ]
原文翻译) ~8 Y- X; c! F$ V
思路分析! \3 m. q; I/ b- |" J  B
数据下载6 _% S8 E, @- a
下载链接$ ?3 \3 z: P3 d. I
2021美赛题目下载：链接：https://pan.baidu.com/s/1yFdg3vBMS4MY7CnQ3PMG9Q7 c) ]9 R9 |- [/ q
提取码：6666
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2 q, Z4 p6 P+ L0 v$ _5 H6 A# V7 k原文翻译6 c6 v+ |: }+ C) d
2021立方米; Z2 E. c2 H- o/ n+ C; k
问题B：与野火搏斗# ^+ ?7 A# q1 X" \4 c+ k3 O/ I
背景
1 k2 A$ P' S' C! }9 m! M在2019-2020年澳大利亚的火灾季节，每个州都发生了毁灭性的野火，新南威尔士州和维多利亚州东部的影响最严重。野火发生在严重干旱和持续的热浪中，气候变化加剧了这一现象。图1为该地区2019年10月1日至2020年1月7日的野火热点，黄色显示10月1日的火灾圣至1月6日th1月7日红色显示有火灾， 2020消防人员使用无人机进行监视和态势感知(SSA)已经有几年了；SSA无人机携带高清晰度和热成像摄像机和遥测传感器，用于监测和报告前线人员可穿戴设备的数据。6 W# c, c+ t! W; Y/ D7 }5 @

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  可穿戴设备可用作个人定位器信标或更复杂的环境监视器。SSA无人机帮助监测不断变化的情况，让应急行动中心(EOC)为最佳效果和最大安全提供最佳的指挥人员6 H: [4 p6 Z8 K4 N4 Y$ J
  双向无线电通信允许“地面上的靴子”前进队向平机会提供状态报告，并允许平机会直" E( Z* d; g3 T/ n% k& C* e  L1 S/ r
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, F6 o2 M9 n$ H9 i$ N( `8 L2
. b$ q5 b& \3 z+ K) N接向前进队发出命令。部署人员携带在甚高频/超高频波段工作的手持双向无线电。
9 S9 s- R$ I4 {9 x+ {1 J$ d( e3 R手持无线电的范围受到其低发射功率的限制，通常最大为5瓦，主要取决于农村地区或
% P! P: W& S: q# f6 G5 p  E3 ?“建筑”的距离和物理地形
. d, p' K1 R( J城市地区的地形“；天气对甚高频/超高频信号影响不大。一台5瓦的收音机在平坦、
4 ]7 r, ]) [1 c- ?  Y$ y通畅的地面上的标称范围为5公里，但在城市地区下降到2公里。  q6 {4 @& E+ k8 c3 B
中继器，收发器，自动重播信号在更高的功率，可以扩大无线电范围。位于前线和EOC之间的中继器可以将无线电信号从前线中继到EOC，从EOC中继到前线。中继器的范围也取决于距离和地形，但明显大于低功率手持收音机。+ Y. x* ~" B" r4 T8 y8 [" v5 P- }
最近，搭载中继器的悬停无人机被用来大幅扩大前线低功率无线电的范围。一个10瓦的中继器，重量1.3公斤，由无人机在地面上方盘旋，可以达到20公里的范围。阿克梅公司的原型Wile E-15.2X混合无人机预计将花费约10000$(AUD)，当配备无线电中继器或视频和遥测能力。测试表明，这种无人机具有表1所列的能力。
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# ^6 O, l% j" I! n) c/ [8 p

9 \5 |5 h) g) h3 r要求：您的顾问团队已被保留到：
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) F3 O1 `" X: M" L3 X- P9 ?0 r
3 i2 D) Q& m  O) }1 u创建一个模型来确定SSA无人机和无线电中继器无人机的最佳数量和组合，以便为维多利亚州国家消防局(CFA)的一个拟议的新部门“快速布什火灾反应”购买)。你的模型应该平衡能力和安全与经济，以及考虑观察和通信任务的需要和地形。您的模型还应该将火灾事件的大小和频率作为参数。
8 C% }) G  p1 m/ P2 X说明您的模型如何适应未来十年发生极端火灾事件的变化可能性。假设无人机系统的成本保持不变，预测什么设备成本会增加。, n1 n- R- p  m: W$ D! K. t5 g
确定一个模型，以优化悬停的甚高频/超高频无线电中继器无人机的位置，用于不同地形上不同大小的火灾，如图2所示：维多利亚东部地形图。请注意，海拔从海岸的海平面到1,986米的山。博贡，维多利亚。6 d/ N6 x$ [  V  s2 W' ^' v3 }
准备一份长达两页的附加说明的预算请求，由您的模型支持，以便提交给维多利亚州政府。
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- n3 r2 }. Q0 o. {, `! Y9 c4 R( K) Q# ?3 H  B
您的PDF解决方案不超过25页，应包括：, O; W; N. x& }4 I( k
一页汇总表。, X! x) F$ i9 r9 m$ r! l% M
目录。) J" I& f7 W' |4 O2 e- P
你的解决方案。
) t6 u# [( H( z4 W* z1 Z两页注释的预算请求。
; r/ s: s& s, Y7 R. S$ f, j参考资料清单。
( ]; g3 F3 f9 Q" C5 J注：MCM比赛现在有25页的限制。您提交的所有方面都计算到25页的限制（摘要表、目录、参考列表和任何附录）。" X  \0 H' D4 c* O% N( H
词汇) e  I: w" F5 g' N/ q' F% R4 D
“地面上的靴子”前进队：“地面上的靴子”这个成语是指在行动地点的人员。在消防方面，这些是排在前面的队伍控制火灾事件的努力路线；他们对迅速变化的局势有即时的、关键的知识。$ n1 G5 ]" D* T) U0 R
预算请求：预算请求是一封业务信函，为组织内的项目或部门的成本、费用和/或业务7 S: M: z! n; `$ J3 l7 q9 h2 l
间接费用寻求资金。附加说明的预算请求为每个请求项目提供了理由或理由。( {0 P) m- X) @1 c" k' o
国家消防局(CFA)：负责灭火、救援和应对澳大利亚维多利亚州大部分地区其他事故和, a  Y) Y, w1 ~* N( E
危险的志愿消防服务
: ^# V9 _: e4 I6 v应急行动中心(EOC)：与应急有关的行动和活动，以及请求激活和部署资源（人员或设备)
1 D3 `# ?. ]0 e的中央指挥和控制点）。可在紧急情况现场附近部署机动平机会。6 D2 h+ s2 J6 O" f8 P/ s2 @- r4 {# o
中继器：一种无人值守的无线电收发器，它在附近的频率(VHF±600k Hz(0.6MHz)和UHF的
0 I# {4 d  ^- P: t* Q8 b9 D5MHz)或相邻信道上以高功率自动转播接收到的信号。
, R1 _" s9 G8 Z4 q9 |" X情境意识：对事件的当前要素的感知，理解它们的意义，并将它们的地位推断到不久的
& L9 m; m/ T: M7 j( Z将来；换句话说，知识和理解你周围正在发生的事情。" X8 i% O8 I2 b
监测：系统地收集和分析数据，并将这些数据分享给能够对这些信息采取行动的其他# u+ \. d( z( ~2 x! ?0 v
人。
# H. q+ t3 o1 C  [! Q# b- f收发机：既能发送又能接收的无线电。
4 u! k/ Z  V2 Q' ~* ?, q3 |超高频：超高频，无线电频率从300兆赫至3000兆赫。, z, u1 X% P3 m% g- O/ ~
甚高频：甚高频，无线电频率从30兆赫至300兆赫。
$ X" U+ ^: ]: B% l思路分析
0 w' l4 _7 |. E2 v/ m; V+ K( BB题理解  U' P9 j: y4 o' K) Z: K8 p$ t
问题中心：扑灭山火
0 b. F" X3 a2 j题目要求：
* O2 h# w7 d; L* o( v1 z9 e. \（1）无人机购置模型。
) Q, d5 r7 w8 K8 ^典型优化问题，考虑无人机的经济、性能指标，以最优化使用当前的任务。重点也是该问创新点：考虑EOC观测点以及前线之间的相对位置，如何在空间上进行优化分配也是关键的优化目标。+ L9 N; j, H6 q( {( m
（2）无人机工作模型( T* u- V7 [! P6 N4 Y1 g1 p1 W" l
第二问相对较简单，简单问题要做的漂亮。考虑极端情况，并分析当前（Q1）购置方案的效果，以及在哪方面的设备成本上需要增加，如飞行距离所带来的电池成本？信号发射成本？+ t  d0 I# `4 i0 l* {) |; n
（3）无人机调度模型* _' J" e: V" \
该问题建模时需要简化地形，但成图时可以考虑用Arcgis等工具出图，美观、新颖。问题中心为求解不同地形下、不同火灾程度下的无人机飞行路线或任务目的地，需要建立一个基于地形与火灾严重程度的调度模型。
4 X+ f' S1 O$ Z7 z5 J6 k; F' O（4）根据前三个模型，给出不同情况下的无人机购置预算，写成2页建议信。
4 b% q3 P1 ~. |$ q8 f, ^* t- t该问题的亮点在于模型的可视表达，如维多利亚地区不同火灾程度下的无人机调度过程。# V- y; x# Z/ y" }+ W& p, n

. m, c( e) n7 s' s- @
( `' @& A' M2 {! P& S数据下载
: H9 p9 z' i6 T. t5 NB题澳大利亚山火数据集：链接：https://pan.baidu.com/s/1Kye3n683Bo7n6jPmKC0fkw" A- Z, N7 d/ t* m; k
提取码：bshu6 X, B7 @! e" y  X% R
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4 p  U' O+ x0 T; L版权声明：本文为CSDN博主「乌龟哥哥呀」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
7 }! y$ x* n# q! r原文链接：https://blog.csdn.net/qq_43475285/article/details/1136639628 n6 O  ~8 l6 J8 z
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