2021年美国大学生数学建模竞赛B题分析

杨利霞

1 ]5 t) n+ f) O- d9 Y% n3 d
2021年美国大学生数学建模竞赛B题分析
文章目录
9 J9 j  ]0 r3 w! y) r1 \下载链接
! G; p) \# A- i% A+ [- Z原文翻译
思路分析
数据下载
9 D6 R3 L# R7 b- {3 R% u下载链接
8 y7 c! \3 O% r) h0 Q; R2021美赛题目下载：链接：https://pan.baidu.com/s/1yFdg3vBMS4MY7CnQ3PMG9Q
5 I8 X/ K* O2 T提取码：6666
! u$ o, Y) S. H: B
1 s/ d5 i8 i$ S3 ~. o
' B* r) i; n1 y5 L  ^原文翻译
2021立方米
2 n3 O* m: t. X' m问题B：与野火搏斗
2 T" }/ r0 A, I7 z+ [背景
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。


4 ^1 x5 T& @% D+ S9 t

  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
5 S/ z2 p4 d' D! ]; v- N- D. Y$ S4 ^  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
" m- h+ d) d2 k/ _1
2
; ^8 Q1 @3 k8 f- V. l+ M( {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。
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
: I/ C& f6 s$ s9 O9 ]# v  x: O“建筑”的距离和物理地形
* d* B' p, h8 I9 d% F4 N6 z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、
) b, l1 G, T5 U% E8 Q% e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。
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。
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$(AUD)，当配备无线电中继器或视频和遥测能力。测试表明，这种无人机具有表1所列的能力。
; V+ d$ n) N1 c. @! n0 `



要求：您的顾问团队已被保留到：
; R1 x+ \  ~* U& v/ o! g4 }+ X0 x5 \
0 Z) h% v' ]3 D
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 E) |; D: d6 a% {0 q5 u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。
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。
! @% B" I& v- a2 k/ q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。
5 _- ~9 f$ I" M/ M; ^$ a
  `5 a( Z5 r8 M% j5 U
您的PDF解决方案不超过25页，应包括：
一页汇总表。
目录。
/ O9 H; Q" Q4 m" q8 G你的解决方案。
两页注释的预算请求。
& ?$ W/ {4 R& p参考资料清单。
  N  R5 Y; }1 h4 A7 c2 Z4 U" F7 n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）。
词汇
( _* x( B- `# ]+ J- y8 _“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。
6 \* o; C3 `) K  U; H/ x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
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。
3 n1 ?. [1 Y. \3 c+ P$ `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
0 G5 Q$ ~; x* ]8 ~危险的志愿消防服务
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)
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。
8 A& F6 t( r1 m3 y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
4 o: g% t. V2 }0 ~5 L; U) R  v5MHz)或相邻信道上以高功率自动转播接收到的信号。
2 P0 {9 p5 C  k% J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
将来；换句话说，知识和理解你周围正在发生的事情。
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
0 Q  V% |6 V8 W& a2 J9 a8 \+ Z人。
- c6 U+ T* y8 w3 k# i1 o4 }) |9 @收发机：既能发送又能接收的无线电。
超高频：超高频，无线电频率从300兆赫至3000兆赫。
& W. e5 r2 Q7 P; A甚高频：甚高频，无线电频率从30兆赫至300兆赫。
思路分析
B题理解
" n2 x" L9 I% X" A问题中心：扑灭山火
4 o, Y6 y4 r/ Y3 I" D题目要求：
6 T2 d$ Z7 N7 t% c& O5 o" o# E（1）无人机购置模型。
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。
（2）无人机工作模型
) Y1 D7 f) D2 ~* B+ K0 n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？
（3）无人机调度模型
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。
0 S$ z" W5 v" j& ?（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。
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。
0 v7 m) T9 j8 W5 ]+ A# Z7 e

0 `' I. |7 X: Z! S( U& f1 b数据下载
5 v7 d: x# {3 v2 ]3 f! PB题澳大利亚山火数据集：链接：https://pan.baidu.com/s/1Kye3n683Bo7n6jPmKC0fkw
提取码：bshu
3 X9 r3 c) t' `9 }) Y————————————————
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。
/ i; o# [1 A) [& ~: A% G/ U原文链接：https://blog.csdn.net/qq_43475285/article/details/113663962
% i6 b6 Q, i* T6 g4 M2 w/ l

: t9 W0 n( b% u2 |