数模论文格式(数模论文格式要求)

大家好，今天我想和大家聊一聊关于“数模论文格式”的话题。为了让大家更好地理解这个问题，我将相关资料进行了梳理，现在就让我们一起来交流吧。

文章目录列表:

1.我有两篇数学建模的论文，我想请问怎么在国际会议上投稿
2.美国数学建模竞赛 论文写多少页合适
3.2017数学建模b题优秀论文
4.怎样写数学建模论文摘要和正文？
5.美赛参考文献引用格式
6.求一篇简单的数学建模论文！

我有两篇数学建模的论文，我想请问怎么在国际会议上投稿

个人觉得一般的数模论文在国际会议上投稿比较难。

因为我们参加数模比赛所解决的问题偏向于应用，如果能用合适的模型与算法去解决好题中给出的问题就已经很好了。也就是说，往往数模竞赛考察的是模型算法的应用能力而不是创造能力。也许能够对现成的算法进行一些修改，但是本质变动不大。这就很难在国际高水平会议发表论文。

倘若你真的提出了新的算法与模型，并具有很好想法在里面可能会好一些。

或者你的模型对问题的解决确实很适用，那么也可以投一些偏向于相关领域应用的会议或期刊。

美国数学建模竞赛 论文写多少页合适

没有太多的要求，一般来说正文部分即不算附录的部分，20页左右即可。

美国大学生数学建模竞赛（MCM/ICM）由美国数学及其应用联合会主办，是唯一的国际性数学建模竞赛，也是世界范围内最具影响力的数学建模竞赛。赛题内容涉及经济、管理、环境、资源、生态、医学、安全、等众多领域。

竞赛要求三人（本科生和研究生均可参加）为一组，在四天时间内，就指定的问题完成从建立模型、求解、验证到论文撰写的全部工作，体现了参赛选手研究问题、解决方案的能力及团队合作精神。 为现今各类数学建模竞赛之鼻祖。

美国大学生数学建模竞赛分为两种类型，MCM（Mathematical Contest In Modeling）和ICM（Interdisciplinary Contest In Modeling)，两种类型竞赛采用统一标准进行，竞赛题目出来之后，参数队伍通过美赛官网进行选题，一共分为6种题型。

比赛时间

美国大学生数学建模竞赛每年的比赛时间一般定在二月初，需要通过官方网站报名，因为美赛报名需要使用美元支付，没有国际支付能力的同学，也可以通过数模乐园平台完成报名，一般各大高校均会组织感兴趣的同学进行赛前培训以及报名、交费等事宜。

以上内容来自 百度百科-美国大学生数学建模竞赛

2017数学建模b题优秀论文

　利用数学知识解决现实生活的具体问题了成为当今数学界普遍关注的内容，利用建立数学模型解决实际问题的数学建模活动也应运而生了。下文是我为大家搜集整理的关于2017数学建模b题优秀论文的内容，欢迎大家阅读参考!

2017数学建模b题优秀论文篇1

　浅谈数学建模实验教学改革

　摘要：阐述了数学建模课程在大学生知识面的拓宽、全方位能力的培养以及人文素质的提高三方面的重要作用，提出了数学建模课程有助于提高学生的综合素质。从数学建模理论课程和实验教学两者之间的区别与联系的角度提出了实验教学改革的必要性，最后针对数学建模实验教学的具体情况提出了实验教学改革的 措施 。

　关键词：数学建模;实验教学;教学改革

　一、数学建模课程有助于提高学生的综合素质

　随着 教育 改革的不断深入，我国目前正在开展以?素质和素质教育?为核心的教育思想与教育观念大讨论。在1983年召开的世界大学校长会议中，对理想的大学生综合素质提出了三条标准：专业知识要掌握本学科的 方法 论、具有将本学科知识与实际生活与其他学科相结合的能力以及具有良好的人格素质。[1]

　数学是一切科学和技术的基础，数学的思考方式对培养学生科学的思维方法具有重要意义，因而数学的重要性是毋庸置疑的。数学和各学科的相互渗透及其在技术中的应用，推动了数学本身的发展和各个学科理论的发展。戴维在1984年说过：?对数学研究的低水平的资助只能来自对于数学研究带来的好处的完全不妥的评价。显然，很少有人认识到当今被如此称颂的?高技术?本质上是数学技术。?数学的广泛应用性主要取决于数学的 思维方式 。数学对于学生的培养，不只是数学定理的证明，公式、定义的理解，重要的是培养学生具备正确的思想方法，而且可以依据自己所学到的知识不断创新、不断寻找新的途径。

　21世纪以来，数学建模课程的开设在国内高校中稳步展开，并获得了广泛认同。参加数学建模竞赛的学校和人数逐年上升，数学建模课程的重要性得到广泛认可，越来越多的高校开设了数学建模课程。[2-4]与传统数学所给的应用题有所不同，数学建模课程着重培养学生的创造性。由于数学建模是从实际问题着手，经过分析、抽象、简化建立数学模型，然后求解、验证并解释实际问题的过程。 社会实践 中的有些实际问题，没有一个明确的已知条件，有时甚至连求解目标也要经过分析问题的各种因素自行确定。这就要求建模者具有较宽的基本知识面，分析问题的能力，具有一定的 想象力 、联想力、洞察力和创新力，具有归纳综合和计算能力等等，即要求具有较好的数学 文化 素质。

　1.数学建模课程拓宽了学生的知识面

　一方面，数学专业的基础理论教材内容比较成熟，并且侧重定理证明以及演算方法的训练，对问题的实际背景以及模型提取过程介绍不多，而数学建模课程恰好弥补了这一不足。另一方面，由于数学建模问题的实用性和广泛性，大学生在建模实践中要用到很多知识，这些知识已超出了学生的专业知识范围。除了数学知识外，还必须掌握诸如计算方法、计算机语言、应用软件及其他学科的知识等。它是多学科知识的高度综合，宽泛的学科领域和广博的技能技巧是学生所不曾涉猎过的，只能通过学生自学和讨论来进一步掌握。

　2.数学建模课程对学生能力的培养是全面的

　数学建模的题目多数直接来源于科研、生产、工程与管理的实际问题，且大多是经过适当简化的正在研究或正在探讨阶段中的尚未完全解决的实际问题的部分或片段。解决数学建模问题的过程是对大学生数学与计算机知识、发现及解决问题能力、信息收集能力、论文写作能力及团队协作能力等各方面能力的综合考查。在数学建模实践中，大多数问题既没有唯一的答案，也没有唯一的方法，要解决问题必须要求学生具有独立的思考能力，充分发挥自己的创造能力、想象能力，深刻了解背景，查阅大量资料，并且参加实际调查，根据自身对问题的熟悉程度和知识的掌握来选择思路与方法。通过对所得结果不断地思考和改进，培养和训练学生的科研能力

　3.数学建模课程使学生的毅力、意志以及团结合作精神等人文素质方面得到了培养

　每年一期的全国大学生数学建模竞赛采取半封闭的形式持续三个昼夜。这是一个非常艰苦的创新过程，不仅培养了大学生刻苦探索的态度、不屈不挠的精神、坚韧不拔的毅力，还培养了学生孜孜不倦、精益求精和锲而不舍的创新精神，并且数学建模竞赛采取三人一个小组，三名同学在竞赛过程中共同解决一个竞赛题目。这就需要他们在竞赛的不同阶段团结协作，密切配合，取长补短，合理分工。因此，数学建模可以培养学生的团队意识与协作精神。

　二、数学建模的理论课程与实验教学

　数学模型是由数字、字母或其他数学符号组成的，描述现实对象数量规律的数学公式、图形或算法，它是对于现实世界的一个特定对象，为了一个特定目的，根据特有的内在规律，做出一些必要的简化假设，运用适当的数学工具，得到的一个数学结构。而创建一个数学模型的全过程称为数学建模，即运用数学的语言、方法去近似地刻画该实际问题，并加以解决的全过程。换句话说，数学建模是从定量化的角度，用数学语言和方法，通过对实际问题抽象、简化建立数学模型，然后通过计算，解决实际问题的过程。[6]数学建模课程与传统的数学教学不同。前者侧重于将数学作为工具，来分析和解决各种实际问题，是以培养学生解决实际问题的能力和应用创新能力为目标的实践性课程。而后者则侧重于公式推导、定理证明等。

　数学建模课程包括数学建模理论课程和实验教学。数学建模的实验教学是指学生在教师指导下用计算机和数学软件学习数学，它强调将符号计算、数值计算、数据处理、数学软件和数学建模理论课程相结合的数学课程教学。[5]

　数学建模的理论课程和实验教学是相辅相成、不可缺少的，也是互相促进的。首先，数学建模理论课程主要是对实际问题进行分析并得到数学结构模型以及模型结果的解释和应用，而对于模型的求解则很少涉及，相反，实验教学则是借助计算机和数学软件对模型进行求解，充分利用计算机的有利条件，让学生手、眼、脑共用，积极主动地使用数学。其次，数学建模理论课程很少涉及模型的解法，而实验教学则是介绍若干数学方法及相应的软件，以方便地完成模型的求解。最后，数学建模理论课程包含丰富的建模案例，主要对实际问题进行分析以及建立模型等理论过程，而实验教学则通过计算机和软件将所建立的模型进行求解，从而使学生将理论和实践相融合，提高学生运用数学知识解决实际问题的能力。

　三、实验教学的改革

　教育必须反映社会的实际需要，数学建模进入大学课堂，既顺应时代发展的潮流，也符合教育改革的要求。对于数学教育而言，既应该让学生掌握准确快捷的计算方法和严密的逻辑推理，也需要培养学生用数学工具分析解决实际问题的意识和能力，传统的数学教学体系和内容无疑偏重于前者，开设数学建模课程则是加强后者的一种尝试。

　实际问题的解决不仅需要利用数学建模的理论知识，即根据实际问题的内在规律，通过分析做出必要的假设，适当的运用数学工具，得到一个数学结构，更要利用数学建模的实验操作知识将得到的数学结构进行求解(在实际求解中，利用计算机或者软件进行求解)，而且求解所得到的结果要能够解释实际问题。因此，实际问题的解决要求数学建模的理论课程内容和实验教学内容配套同步，有机结合。

　目前很多高校的数学建模课程共54课时，其中包括课堂理论讲授36课时和实验教学18课时两部分。限于课时和教学进度，现有的实验教学以学生掌握数学软件的基础操作为主要目的，达不到与课程讲授内容的配套同步，学生对于数学软件的学习掌握也存在较多的问题。因此，有必要对数学建模课程的实验教学进行改革。

　实验教学改革以问题为引导，采用专题研讨的形式开展，结合台州学校?数学实验在线平台?的建设，学生利用平台掌握基础的数学软件使用方法、命令格式，并且围绕课堂讲授的数学专题模块开展配套的数学建模实验研讨。具体而言，针对不同难易程度的题目类型，实验教学内容分别以三种不同的形式进行。

　1.初步的数学软件题目类型

　此类题目类型以熟悉掌握数学软件的常用命令格式为目的。例如，绘出某个二元函数的三维曲面图。又如，求一个已知方阵的行列式、逆、特征值以及对应特征向量。再如，求某个具体多项式的根。

　这类题目的已知条件比较简单，只需要直接利用软件的某个指令就可以得到所求解的结果，学生在了解相关的软件指令基础上就能独立完成任务。对于这类题目类型，规定学生利用课余时间登录实验平台进行操作，并由授课教师在线评判其正确与否。

　2.简单的数学建模题目类型

　此类题目类型以提高使用数学软件能力为目的。例如，列出所有的水仙花数(水仙数是一个三位数，其各位数字立方和等于该数本身)。又如，已知某车间生产不同的产品，不同的产品所需要的原料和工时数据，以及不同产品所获得的利润数据。要求在给定原料和工时的条件下，如何安排生产，使得获得的利润最大。再如，给定一片海域一组数据，该数据包括一些离散点的坐标以及在该坐标处的水深，在已知船吃水深度的条件下，求船安全行驶的范围或者容易触礁的范围。

　这类题目的已知条件唯一确定，所得到的结果也是唯一的，需要通过简单的编程实现。学生需要对问题进行分析，并具备一定的编程基础才能进行求解并完成规定的任务。对于这类题目类型，授课教师可以利用实验教学的课程时间先进行简单的分析和阐述，然后要求学生利用课余时间独立完成，最后由授课教师进行评判。

　3.具有一定综合性质的数学建模题目类型

　此类题目以培养学生建立模型和分析求解能力为目的。例如，根据某集团的经济效益指标、发展能力指标、内部运营指标以及客户满意度指标在2011年和2012年的数据，分析并阐述客户满意指标的走势。又如，收集数据，从手机品牌、外观、功能和质量等方面分析目前市场主流手机产品的价格定位规律，以及分析各品牌手机的价格策略与市场占有份额的关系。再如，选择某个事件(例如2010年的上海世博会、全国竞赛题)的某个侧面，建立数学模型，利用互联网或者调查收集的数据，定量分析该事件的影响力。

　这类题目的已知条件比较复杂和灵活，有些题目甚至需要自己收集，有时甚至连求解目标也要自行确定。对于这类题目，授课教师应先利用实验教学课程时间指导研讨，然后要求学生通过团队合作完成基本的建模思路整理和模型求解，并以实验 报告 的形式提交数学模型和模型求解的实验结果。

　参考文献：

　[1]陈祖福.面向21世纪改革高等教育的教学内容和课程体系[J].教学与教材研究，1994，(1).

　[2]叶其孝.数学建模教学活动与大学生教育改革[J].数学的实践与认识，1997，27(1)：92-96.

　[3]李大潜.中国大学生数学建模竞赛[M].北京：高等教育出版社，1998：313-321.

　[4]姜启源.数学实验与数学建模[J].数学的实践与认识，2001，31(5)：613-617.

　[5]蒲俊，张朝伦，李顺初.探索数学建模教学改革提高大学生综合素质[J].中国大学教学，2011，(12)：24-26.

　[6]陈慧.数学实验课程教学改革研究[J].中国大学教学，2007，(12)：35-36.

2017数学建模b题优秀论文篇2

　浅谈数学建模与创新

　摘要：数学建模是一门十分注重理论联系实际的课程，它有助于培养学生的创新能力、动手能力和 自我评价 能力。本文分析了数学建模竞赛对数学教学改革和创新所起的作用，指出数学建模的起源、发展和目的。着重在提高学生的学习兴趣、做好选题工作、评价工作和指导工作上进行分析和讨论。

　关键词：数学建模;数学建模竞赛;创新能力

　1 数模竞赛的起源与历史

　数模竞赛是由美国工业与应用数学学会在1985年发起的一项大学生竞赛活动，目的在于激励学生学习数学的积极性，提高学生建立数学模型和运用计算机技术解决实际问题的综合能力，鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，开拓知识面，培养创精神及合作意识，推动大学数学教学体系、教学内容和方法的改革。我国大学生数学建模竞赛是由教育部高教司和中国工业与数学学会主办、面向全国高等院校的、每年一届的通讯竞赛。其宗旨是：创新意识、团队精神、重在参与、公平竞争。1992载在中国创办，自从创办以来，得到了教育部高教司和中国工业与应用数学协会的得力支持和关心，呈现出迅速的发展发展势头，就2003年来说，报名阶段须然受到?非典?影响，但是全国30个省(市、自治区)及香港的637所院校就有5406队参赛，在职业技术学院增加更快，参赛高校由2002年的1067所上升到了2003年的1410所。可以说：数学建模已经成为全国高校规模最大课外科技活动。

　2 什么是数学建模

　数学建模(Mathematical Modelling)是一种数学的思考方法，是?对现实的现象通过心智活动构造出能抓住其重要且有用的特征的表示，常常是形象化的或符号的表示。?从科学，工程，经济，管理等角度看数学建模就是用数学的语言和方法，通过抽象，简化建立能近似刻画并?解决?实际问题的一种强有力的数学工具。顾名思义，modelling一词在英文中有?塑造艺术?的意思，从而可以理解从不同的侧面，角度去考察问题就会有不尽的数学模型，从而数学建模 的创造又带有一定的艺术的特点。而数学建模最重要的特点是要接受实践的检验，多次修改模型渐趋完善的过程。

　3 竞赛的内容

　竞赛题目一般来源于工程技术和管理科学等方面经过适当简化加工的实际问题，不要求参赛者预先掌握深入的专门知识，只需要学过普通高校的数学课程。题目有较大的灵活性供参赛者发挥其创造能力。参赛者应根据题目要求，完成一篇包括模型假设、建立和求解、计算方法的设计和计算机实现、结果的分析和检验、模型的改进等方面的论文(即答卷)。竞赛评奖以假设的合理性、建模的创造性、结果的正确性和文字表述的清晰程度为主要标准。

　4 竞赛的目的

　随着科学技术的飞速发展，现代中学生的生活背景越来越丰富，他们看问题的视野也越来越开阔。

　国家新的课程改革的进行，不但使广大教师的教育理念发生了根本性的改变，同学们的学习理念也发生了巨大改变，过去的那种单纯的知识性的传授和学习的模式已转变为以能力培养为主、学以致用的教学和学习模式，同学们的接受能力和学习能力得到极大提高。所以在中学阶段向同学们更多介绍一些科技事件或自然现象的知识储备基本具备。下面就中学阶段如何开设好数学建模选修课谈几点体会。

　4.1 提高学生的学习兴趣，培养他们的创新能力是开设数学建模选修课的主要目的

　数学建模就是运用数学思想、方法和知识解决实际问题的过程。

　兴趣是最好的老师。而数学建模在数学知识与实践之间建立了一个沟通的平台，通过这个平台，同学们可以体验数学在解决实际问题中的价值和作用，体验数学与日常生活和其他学科的联系，体验综合运用知识和方法解决实际问题的过程，对数学有一种感性的认识，激发他们学习数学的兴趣。

　4.2 做好选题工作是开好数学建模选修课的关键

　数学学习过程中，问题是关键。如何提出一些贴合学生实际、具有代表意义、能培养学生创新意识、提高学习能力、真正让学生感兴趣的问题是开好数学建模选修课的第一步。做好数学建模选题工作，可从以下几个方面入手。

　可操作性。通过数学建模，学生将了解和经历解决实际问题的全过程，体验数学与日常生活及其他学科的联系，感受数学的实用价值，增强应用意识，提高实践能力。所以在选题时要考虑到不同学校、不同层次的学生的接受能力，争取让每一个学生能够根据自己的生活 经验 发现并提出问题，对同样的问题，可以发挥自己的特长和个性，从不同的角度、层次探索解决的方法，从而获得综合运用知识和方法解决实际问题的经验，发展创新意识。

　实践性。开设数学建模选修课的主要目的之一就是让同学们在能力培养的同时，学以致用。所以所选课题应来源于实践，尽量是学生所熟悉的、或亲身经历的现实问题，让学生有一种身临其境的感觉，以提高他们的求知欲。

　知识性。高中阶段的学习虽然强调能力培养，但也应该注意到，学生的学习过程也是一个知识积累、为下一步的继续学习打基础的过程。所以我们在数学建模选题的时候，应选取一些解决问题所涉及的知识、思想、方法与高中数学课程内容有联系的问题。让同学们在探索的过程中体会到所学知识的作用。

　4.3 做好数学建模过程中的指导工作是开好数学建模选修课的重要保障

　数学建模是一门实践性很强的科目，学生在初接触时往往抓不住问题的关键，很难将实际问题中的信息数学化。同时就同学们的学习方式给以必要的指导。具体可从以下几个方面入手。

　引导学生学会发现并提出问题。最初开设数学建模时，可以先由老师提出一些问题供学生选择，或者提供一些实际情景，引导学生提出问题。随着课程的推进，教师应逐渐让学生学会从自己生活的世界中发现问题、提出问题。

　引导学生学会数学建模的基本程序，让同学们掌握科学的 学习方法 。数学建模可以通过以下框图实现。

　指导学生成立课题组，学会合作学习。数学建模学习对知识和能力的要求明显高于传统意义上的学习，在这种学习过程中，个人力量往往很难奏效，所以数学建模经常采取课题组的模式。

　4.4 做好学生在数学建模过程中表现的评价工作对学生的后继学习是一个有力促进

　高中阶段开设数学建模选修课的目的主要是以培养学生的学习能力、提高他们的创新意识为主要目的。通过师生之间的互动，使同学们在互动中展示自我，张扬个性，提高他们的 总结 能力和应变能力。评价内容应关注以下几个方面：

　科学性。建模过程中使用的数学方法是否得当，求解过程是否合乎常理。

　创新性。问题的提出和解决的方案是否充分发挥了学生的主观能动性，有新意。

　合作性。学生在数学建模中是否采取了各种合作方式解决问题，养成与人交流的习惯，并获得良好的情感体验。

　真实性。建模的结果是否是学生本人参与制作的，数据是否是真实的。

　实效性。建模的结果是否具有一定的实际意义。

　新的九年义务教育数学课程标准认为：数学是人们对客观世界定性把握和定量刻画，逐渐抽象概括，形成方法和理论，并进行广泛应用的过程。义务教育的课程不仅要考虑数学自身的抽象性、精确性和应用的极端广泛性等特点，更应遵循学生学习数学的心理规律，强调从学生已有的生活经验出发，让学生亲身经历将实际问题抽象成数学模型，并进行解释与应用的过程。从这个意义上说，我们的中学数学教育的过程应该是一个教会学生建模和解模，并会用模的过程。目前，二期课程改革明确要求加大研究性和探究性课程的力度，这无疑将推动数学模型课在中学阶段的开设和推广。

　参考文献

　[1]王彬.数学建模在中职研究性学习中的实践研究[J].东北师范大学，2010-05-01.

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怎样写数学建模论文摘要和正文？

　学术堂来告诉你数学建模论文摘要该怎么写：

首先明确摘要要求：

您正在撰写的论文可能有特定的指导方针和要求，无论是发表在期刊上，还是在课堂上提交，还是工作项目的一部分。在开始写作之前，请参考你收到的要求或指南，以确定需要记住的重要问题。

其次摘要要自成体系

摘要仅仅是一个摘要吗？大多数情况下，摘要应该完全独立于你的论文。不要抄袭和粘贴正文中的内容，也就是不要直接引用自己的原文中的话，避免简单地从你写作的其他地方转述你自己的句子。用全新的词汇和短语写出你的摘要，做到精简与凝练的同时，保持它的趣味性和创新性。

接着寻找核心关键词

完成论文之后，试着用5-7个重要的词或短语作为摘要研究的关键。如果你的论文在期刊上发表了的话，人们能够在网上数据库中搜索摘要的核心内容，容易且快速找到你的论文。而且，这样一些关键性的词语，能够吸引人们的注意力。

然后避免无关内容

需要注意的是，摘要不能脱离正文，更不能与论文内容相矛盾。不要引用你在论文中没有提到的观点或研究，不要引用你在论文中不使用的材料，否则非常容易引起误导。

最后进行基本修改

摘要是一篇文章，和其他文章一样，应该在完成之前进行修改。检查它的语法和拼写错误，并确保它的格式正确。论文摘要不要列举例证，不讲研究过程，不用图表，不给化学结构式，也不要作自我评价。

美赛参考文献引用格式

数模美赛参考文献引用格式如下：

引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料）必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中均明确列出。正文引用处用方括号标示参考文献的编号，如 [1][3] 等；引用书籍还必须指出页码。参考文献按正文中的引用次序列出：

书籍的表述方式为：

[编号]作者，书名，出版地：出版社，出版年。

期刊杂志论文的表述方式为：

[编号]作者，论文名，杂志名，卷期号：起止页码，出版年。

网上资源的表述方式为：

[编号]作者，资源标题，网址，访问时间（年月日）。

标注参考文献的原因

1、体现研究价值与立项依据是否充分。通过参考文献的层次与水平，可以反映出作者文章或申请书研究的广度与深度、是否具有研究价值。

2、体现研究的前瞻性与作者的研究态度。参考文献绝大多数时候都是文章立意的来源，引用近几年内有具有代表性的参考文献（3-5年最好），保持选题的新颖性与前瞻性，可以体现自己的研究能力，也让文章更具有创新性与研究意义。

3、尊重他人研究成果，体现严谨、科学的学术态度。一篇好的文章不是“空穴来风”，而是“站在巨人的肩膀上看世界”，文章的论点一定是成立的、有理论支持、有权威性的。

求一篇简单的数学建模论文！

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数学建模--教学楼人员疏散--获校数学建模二等

数学建模

人员疏散

本题是由我和我的好哥们张勇还有我们区队的学委谢菲菲经过数个日夜的精心准备而完成的,指导老师沈聪.

摘要

文章分析了大型建筑物内人员疏散的特点，结合我校1号教学楼的设定火灾场景人员的安全疏散，对该建筑物火灾中人员疏散的设计方案做出了初步评价，得出了一种在人流密度较大的建筑物内，火灾中人员疏散时间的计算方法和疏散过程中瓶颈现象的处理方法，并提出了采用距离控制疏散过程和瓶颈控制疏散过程来分析和计算建筑物的人员疏散。

关键字

人员疏散 流体模型 距离控制疏散过程

问题的提出

教学楼人员疏散时间预测

学校的教学楼是一种人员非常集中的场所，而且具有较大的火灾荷载和较多的起火因素，一旦发生火灾，火灾及其烟气蔓延很快，容易造成严重的人员伤亡。对于不同类型的建筑物，人员疏散问题的处理办法有较大的区别，结合1号教学楼的结构形式，对教学楼的典型的火灾场景作了分析，分析该建筑物中人员疏散设计的现状，提出一种人员疏散的基础，并对学校领导提出有益的见解建议。

前言

建筑物发生火灾后，人员安全疏散与人员的生命安全直接相关，疏散保证其中的人员及时疏散到安全地带具有重要意义。火灾中人员能否安全疏散主要取决于疏散到安全区域所用时间的长短，火灾中的人员安全疏散指的是在火灾烟气尚未达到对人员构成危险的状态之前,将建筑物内的所有人员安全地疏散到安全区域的行动。人员疏散时间在考虑建筑物结构和人员距离安全区域的远近等环境因素的同时，还必须综合考虑处于火灾的紧急情况下，人员自然状况和人员心理这是一个涉及建筑物结构、火灾发展过程和人员行为三种基本因素的复杂问题。

随着性能化安全疏散设计技术的发展，世界各国都相继开展了疏散安全评估技术的开发及研究工作，并取得了一定的成果(模型和程序)，如英国的CRISP、EXODUS、STEPS、Simulex，美国的ELVAC、EVACNET4、EXIT89，HAZARDI，澳大利亚的EGRESSPRO、FIREWIND，加拿大的FIERA system和日本的EVACS等，我国建筑、消防科研及教学单位也已开展了此项研究工作，并且相关的研究列入了国家“九五”及“十五”科技攻关课题。

一般地，疏散评估方法由火灾中烟气的性状预测和疏散预测两部分组成，烟气性状预测就是预测烟气对疏散人员会造成影响的时间。众多火灾案例表明，火灾烟气毒性、缺氧使人窒息以及辐射热是致人伤亡的主要因素。

其中烟气毒性是火灾中影响人员安全疏散和造成人员死亡的最主要因素，也就是造成火灾危险的主要因素。研究表明：人员在CO浓度为4X10-3浓度下暴露30分钟会致死。

此外，缺氧窒息和辐射热也是致人死亡的主要因素，研究表明：空气中氧气的正常值为21％，当氧气含量降低到12％～15％时，便会造成呼吸急促、头痛、眩晕和困乏，当氧气含量低到6％～8％时，便会使人虚脱甚至死亡；人体在短时间可承受的最大辐射热为2.5kW／m2(烟气层温度约为200℃)。

图1 疏散影响因素

预测烟气对安全疏散的影响成为安全疏散评估的一部分，该部分应考虑烟气控制设备的性能以及墙和开口部对烟的影响等；通过危险来临时间和疏散所需时间的对比来评估疏散设计方案的合理性和疏散的安全性。疏散所需时间小于危险来临时间，则疏散是安全的，疏散设计方案可行；反之，疏散是不安全的，疏散设计应加以修改，并再评估。

图2 人员疏散与烟层下降关系(两层区域模型)示意图

疏散所需时间包括了疏散开始时间和疏散行动时间。疏散开始时间即从起火到开始疏散的时间，它大体可分为感知时间(从起火至人感知火的时间)和疏散准备时间(从感知火至开始疏散时间)两阶段。一般地，疏散开始时间与火灾探测系统、报警系统，起火场所、人员相对位置，疏散人员状态及状况、建筑物形状及管理状况，疏散诱导手段等因素有关。

疏散行动时间即从疏散开始至疏散结束的时间，它由步行时间(从最远疏散点至安全出口步行所需的时间)和出口通过排队时间(计算区域人员全部从出口通过所需的时间)构成。与疏散行动时间预测相关的参数及其关系见图3。

图3 与疏散行动时间预测相关的参数及其关系

模型的分析与建立

我们将人群在1号教学楼内的走动模拟成水在管道内的流动，对人员的个体特性没有考虑，而是将人群的疏散作为一个整体运动处理，并对人员疏散过程作了如下保守假设：

u 疏散人员具有相同的特征，且均具有足够的身体条件疏散到安全地点；

u 疏散人员是清醒状态，在疏散开始的时刻同时井然有序地进行疏散，且在疏散过程中不会出现中途返回选择其它疏散路径；

u 在疏散过程中，人流的流量与疏散通道的宽度成正比分配，即从某一个出口疏散的人数按其宽度占出口的总宽度的比例进行分配

u 人员从每个可用出口疏散且所有人的疏散速度一致并保持不变。

以上假设是人员疏散的一种理想状态，与人员疏散的实际过程可能存在一定的差别，为了弥补疏散过程中的一些不确定性因素的影响，在采用该模型进行人员疏散的计算时，通常保守地考虑一个安全系数，一般取1．5～2，即实际疏散时间为计算疏散时间乘以安全系数后的数值。

1号教学楼平面图

教学楼模型的简化与计算假设

我校1号教学楼为一幢分为A、B两座，中间连接着C座的建筑（如上图），A、B两座为五层，C座为两层。A、B座每层有若干教室，除A座四楼和B座五楼，其它每层都有两个大教室。C座一层即为大厅，C座二层为几个办公室，人员极少故忽略不考虑，只作为一条人员通道。为了重点分析人员疏散情况，现将A、B座每层楼的10个小教室（40人）、一个中教室（100）和一个大教室（240人）简化为6个教室。

图4 原教室平面简图

在走廊通道的1/2处，将1、2、3、4、5号教室简化为13、14号教室，将6、7、8、9、10号教室简化为15、16号教室。此时，13、14、15、16号教室所容纳的人数均为100人，教室的出口为距走廊通道两边的1/4处，且11、13、15号教室的出口距左楼梯的距离相等，12、14、16号教室的出口距右楼梯的距离相等。我们设大教室靠近大教室出口的100人走左楼梯，其余的140人从大教室楼外的楼梯疏散，这样让每一个通道的出口都得到了利用。由于1号教学楼的A、B两座楼的对称性，所以此简图的建立同时适用于1号教学楼A、B两座楼的任意楼层。

图5 简化后教室平面简图

经测量，走廊的总长度为44米，走廊宽为1.8米,单级楼梯的宽度为0.3米,每级楼梯共有26级,楼梯口宽2.0米,每间教室的面积为125平方米. 则简化后走廊的1/4处即为教室的出口，距楼梯的距离应为44/4=11米。

对火灾场景做出如下假设:

u 火灾发生在第二层的15号教室;

u 发生火灾是每个教室都为满人,这样这层楼共有600人;

u 教学楼内安装有集中火灾报警系统,但没有应急广播系统;

u 从起火时刻起,在10分钟内还没有撤离起火楼层为逃生失败;

对于这种场景下的火灾发展与烟气蔓延过程可用一些模拟程序进行计算,并据此确定楼内危险状况到来的时间.但是为了突出重点,这里不详细讨论计算细节.

人员的整个疏散时间可分为疏散前的滞后时间,疏散中通过某距离的时间及在某些重要出口的等待时间三部分,根据建筑物的结构特点,可将人们的疏散通道分成若干个小段。在某些小段的出口处,人群通过时可能需要一定的排队时间。于是第i 个人的疏散时间ti 可表示为:

式中, ti,delay为疏散前的滞后时间,包括觉察火灾和确认火灾所用的时间; di,n为第n 段的长度; vi,n 为该人在第n 段的平均行走速度;Δtm,queue 为第n 段出口处的排队等候时间。最后一个离开教学楼的人员所有用的时间就是教学楼人员疏散所需的疏散时间。

假设二层的15号教室是起火房间,其中的人员直接获得火灾迹象进而马上疏散,设其反应的滞后时间为60s;教学内的人员大部分是学生,火灾信息将传播的很快,因而同楼层的其他教室的人员会得到15号教室人员的警告,开始决定疏散行动.设这种信息传播的时间为120s,即这批人的总的滞后时间为120+60=180秒;因为左右两侧为对称状态,所以在这里我们就计算一面的.一、三、四、五层的人员将通过火灾报警系统的警告而开始进行疏散,他们得到火灾信息的时间又比二层内的其他教室的人员晚了60秒.因此其总反应延迟为240秒.由于火灾发生在二楼,其对一层人员构成的危险相对较小,故下面重点讨论二,三,四,五楼的人员疏散.

为了实际了解教学楼内人员行走的状况,本组专门进行了几次现场观察,具体记录了学生通过一些典型路段的时间。参考一些其它资料[1、2、3] ,提出人员疏散的主要参数可用图6 表示。在开始疏散时算起,某人在教室内的逗留时间视为其排队时间。人的行走速度应根据不同的人流密度选取。当人流密度大于1 人/ m2时,采用0. 6m/ s 的疏散速度,通过走廊所需时间为60s ,通过大厅所需时间为12s ;当人流密度小于1 人/m2 时,疏散速度取为1. 2m/ s ,通过走廊所需时间为30s ,通过大厅所需时间为6s。

图6 人员疏散的若干主要参数

Pauls[4]提出,下楼梯的人员流量f 与楼梯的有效宽度w 和使用楼梯的人数p 有关,其计算公式为:

式中,流量f 的单位为人/ s , w 的单位为mm。此公式的应用范围为0. 1 < p/ w < 0. 55 。

这样便可以通过流量和室内人数来计算出疏散所用时间。出口的有效宽度是从通道的实际宽度里减去其两侧边界层而得到的净宽度,通常通道一侧的边界层被设定为150mm。

3 结果与讨论

在整个疏散过程中会出现如下几种情况:

(1) 起火教室的人员刚开始进行疏散时,人流密度比较小,疏散空间相对于正在进行疏散的人群来说是比较宽敞的,此时决定疏散的关键因素是疏散路径的长度。现将这种类型的疏散过程定义为是距离控制疏散过程;

(2) 起火楼层中其它教室的人员可较快获得火灾信息,并决定进行疏散,他们的整个疏散过程可能会分成两个阶段来进行计算: 当f进入2层楼梯口流出2层楼梯口时, 这时的疏散就属于距离控制疏散过程;当f进入2层楼梯口> f流出2层楼梯口时, 二楼楼梯间的宽度便成为疏散过程中控制因素。现将这种过程定义为瓶颈控制疏散过程;

(3) 三、四层人员开始疏散以后,可能会使三楼楼梯间和二楼楼梯间成为瓶颈控制疏散过程;

(4) 一楼教室人员开始疏散时,可能引起一楼大厅出口的瓶颈控制疏散过程;

(5) 在疏散后期,等待疏散的人员相对于疏散通道来说,将会满足距离控制疏散过程的条件,即又会出现距离控制疏散过程。

起火教室内的人员密度为100/ 125 = 0.8 人/m2 。然而教室里还有很多的桌椅,因此人员行动不是十分方便,参考表1 给出的数据,将室内人员的行走速度为1.1m/ s。设教室的门宽为1. 80m。而在疏散过程中,这个宽度不可能完全利用,它的等效宽度,等于此宽度上减去0. 30m。则从教室中出来的人员流量f0为:

f0=v0×s0×w0=1.1×0.8×4.7=4.1(人/ s) (3)

式中, v0 和s0 分别为人员在教室中行走速度和人员密度, w0 为教室出口的有效宽度。按此速度计算,起火教室里的人员要在24.3s 内才能完全疏散完毕。

设人员按照4.1 人/ s 的流量进入走廊。由于走廊里的人流密度不到1 人/ m2 ,因此采用1. 2m/s的速度进行计算。可得人员到达二楼楼梯口的时间为9.2s。在此阶段, 将要使用二楼楼梯的人数为100人。此时p/ w=100/1700=0.059 < 0. 1 , 因而不能使用公式2 来计算楼梯的流量。采用Fruin[5]提出的人均占用楼梯面积来计算通过楼梯的流量。根据进入楼梯间的人数,取楼梯中单位宽度的人流量为0.5人 /(m. s) ,人的平均速度为0. 6m/ s ,则下一层楼的楼梯的时间为13s。这样从着火时刻算起,在第106.5s(60+24.3+9.2+13)时,着火的15号教室人员疏散成功。以上这些数据都是在距离控制疏散过程范围之内得出的。

起火后120s ,起火楼层其它两个教室（即11和13号教室）里的人员开始疏散。在进入该层楼梯间之前,疏散的主要参数和起火教室中的人员的情况基本一致。在129.2s他们中有人到达二层楼梯口,起火教室里的人员已经全部撤离二楼大厅。因此,即将使用二楼楼梯间的人数p1 为:

p1 = 100 ×2 = 200 (人) (4)

此时f进入2层楼梯口>f流出2层楼梯口,从该时刻起,疏散过程由距离控制疏散过渡到由二楼楼梯间瓶颈控制疏散阶段。由于p/ w =200/1700= 0.12 ,可以使用公式2 计算二楼楼梯口的疏散流量f1 , 即:

/P>

0.27

0.73

f1 = (3400/ 8040) × 200 = 2.2人/ s) (5)

式中的3400 为两个楼梯口的总有效宽度,单位是mm。而三、四层的人员在起火后180s 时才开始疏散。三层人员在286.5s(180+106.5)时到达二层楼梯口,与此同时四层人员到达三层楼梯口,第五层到达第四层楼梯口。此时刻二层楼梯前尚等待疏散人员数p′1:

p′1 = 200 - (286.5 – 129.2) ×2.2 = -146.1(人) <0 (6)

所以，二层楼的人员已经全部到达一层

此后,需要使用二层楼梯间的人数p2 :

p2 = 100×3=300 (人) (7)

相应此阶段通过二楼楼梯间的流量f 2 :

0.27

0.73

f2 = (3400/8040) × 200 = 2.5(人/ s) (8)

这┤送ü楼楼梯的疏散时间t1 :

t1 = 300÷2.5 = 120 ( s) (9)

因为教学楼三、四、五层的结构相同，所以五层到四层，四层到三层和三层到二层所用的时间相等，因此人员的疏散在楼梯口不会出现瓶颈现象

所以,通过二楼楼梯的总体疏散时间T :

T = 286.5+ 120×3 = 646.5 ( s) (10)

最终根据安全系数得出实际疏散时间为T实际:

T实际 =646.5×(1.5～2)=969.75～1293( s) （11）

图7 二楼楼梯口流量随时间的变化曲线图

关于几点补充说明：

以上是我们只对B座二楼的15号教室起火进行的假设分析和计算，此时当人员到达一楼即视为疏散成功。同理，当三楼起火的时候，人员到达二楼即视为疏散成功，四楼、五楼以此类推。因为1号教学楼A、B座结构的对称性所以楼层的其他教室起火与此是同一个道理。所以本文上述的分析与计算同时适用于A、B两座楼。另外当三层以上（包括三楼）起火的时候，便体现出C座二楼的作用。当B座的三楼起火的时候，B座二楼的人员肯定是在B座三楼人员后对起火做出应对反应，所以会出现当三楼人员疏散到二楼的时候，二楼的人员也开始疏散的情况，势必造成二楼楼梯口出现瓶颈现象。因为A、B座的三、四、五楼并没有连接，都是独立的结构，出现火灾不会直接从B座的三楼威胁到A座三楼及其他楼层人员的安全，所以为了避免上述二楼楼梯口出现瓶颈现象的发生，我们让二楼的所有人员向A座的二楼转移，这样就会让起火楼层的人员能够更快的疏散到安全区域。当B座的四、五楼起火的时候也同样让二楼的人员向A座的二楼转移，为二楼以上的人员疏散创造条件。同理，A座也是如此。

在对火灾假设分析和计算的时候，我们并没有对大教室的后门楼梯的疏散做出计算，由于1号教学楼的特殊性，A座的四楼和B座的五楼没有大教室，所以大教室的后门楼梯疏散人员的速度是很快的，不会在大教室后门的楼梯出现瓶颈现象。

关于1号教学楼的几个出口：

u 大厅有一个大门

u A座一楼靠近正厅有一个门

u A座大教室旁边有一个门

u B座中教室靠近大厅正门侧面的窗户可以作为一个应急出口

u A、B座的底层都有一个地下室（当烟气蔓延太快来不及疏散，受烟气威胁的时候可以作为一个逃生去向）

u A、B座大教室各有一个后门

合计： 8个出口

致校领导的一封信

尊敬的校领导，你们好。

针对我校1号教学楼，我们数学建模小组通过实际测量、建立模型、模型分析，得出如下结论：一旦1号教学楼发生火灾，人员有可能不能全部安全疏散。

以上的分析是按一种很理想的条件进行的,并没有进行任何修正。实际上人在火灾中的行为是很复杂的,尤其是没有经过火灾安全训练的人,可能会出现盲目乱跑、逆向行走等现象,而这也会延长总的疏散时间。

该模型在现阶段是一个人员疏散分析模型的基础,目前属于理论上的模型,以上的计算结果都是通过手算或文曲星计算得到的。模型中的人员行走速度是通过多次观察该教学楼内下课时人员的行走速度和参照Fru2in 给出的疏散时人员行走速度、NFPA 中给出的人员行走速度以及目前人员疏散模型中通用的计算速度等修正而得到的,具有较为广泛的通用性。而预测的疏散时间是根据建筑物的结构特点和人员行走速度而得到的,在计算疏散所用时间的时候在剔除疏散前人员的滞后时间(或称预移动时间) 外,所得到的时间是合理的。对于疏散前人员的滞后时间,参考T. J . Shields 等试验结论:75 %人员在听到火灾警报后的15～40 s 才开始移动,而整个疏散所用的时间为646.5 s。在该例中起火教室的反应滞后时间为60 s ,这是从开始着火时刻算起的。预移动时间与不同类型的建筑物、建筑物中人员的自身特点和建筑物中的报警系统有着很大的关系,它是一个很不确定的数值。本文中所用的预移动时间不到整个疏散过程中所用的时间的 10 %。二楼楼梯口流量随时间的变化曲线如图7所示。由上可知,二层以上的所有人通过二楼楼梯所需的时间为646.5 s ,这比前面设定的可用安全疏散时间要长,因而不能保证有关人员全部安全疏散出去。楼梯的宽度和大厅的正门显然是制约人员疏散的一个瓶颈。造成这种情况的基本原因是该教学楼的疏散通道安排不当，楼梯通道的宽度不够,对此可以适当增大楼梯的总宽度；或者在教学楼的每个分支上再修一个楼梯,则人员的疏散会更加的畅通；最好是分别在A座和B座新建一个象正门一样的出口，这样将大大的缓解了大厅正门疏散人员的压力，不至于造成大厅人员堵塞而影响楼上人员的疏散。另一方面，学校还应多增加一些消防设施，每个教室都该配备灭火器；学校还应加强学生消防意识的培养和教育，形式可以多样化、新颖化，比如做报告，上实践课，做消防演习等等。让他们了解一些消防逃生的常识，学会一些消防器材的使用，并让他们对自己所使用的教学楼有充分发认识和了解，一旦发生火灾好知道采取何种疏散方法才能在最短的时间内到达安全区域。

如果学校经费有限，也可以不花一分钱就可以消除这个消防隐患，就是合理安排上课的教室，避免每个楼层的所有教室都被用于上课。每层至少可以空出几个，这样就会大大的缓解人员疏散不利带来的危险。但是这样也有弊端，就是没有充分利用教室的使用价值，浪费资源。

数学建模优秀论文

这是07年数模比赛获奖的：

乘公交 看奥运

二 符号说明

：第i条公汽线路标号,i=1,2 …10400,当 时, 表示上行公汽路线, 当 时, 表示与上行路线 相对应的下行公汽路线；

：经过第i条公汽路线的第g个公汽站点标号；

：第j条地铁路线标号, j=1,2；

：经过第j条地铁线路的第h个地铁站点标号；

：转乘n次的路线；

：选择第k种路线的总时间；

：选择第k种路线公汽换乘公汽的换乘次数；

：选择第k种路线地铁换乘地铁的换乘次数；

：选择第k种路线地铁换乘公汽的换乘次数；

：选择第k种路线公汽换乘地铁的换乘次数；

：第k种路线、乘坐第m辆公汽的计费方式，其中：

表示实行单一票价， 表示实行分段计价；

：第k种路线，乘坐第m辆公汽的费用；

：选择第k种路线的总费用；

：选择第k种路线，乘坐第m辆公汽需要经过的公汽站个点数；

：选择第k种路线，乘坐第n路地铁需要经过的地铁站个点数；

：表示对于第k种路线的第m路公汽的路线是否选择步行， 为0-1变量， 表示不选择步行， 表示选择步行；

：对于第k种路线的第n路地铁的路线是否选择步行， 为0-1变量， 表示不选择步行， 表示选择步行；

三 模型假设

3.1基本假设

1、相邻公汽站平均行驶时间(包括停站时间)： 3分钟

2、相邻地铁站平均行驶时间(包括停站时间)： 2.5分钟

3、公汽换乘公汽平均耗时：5分钟(其中步行时间2分钟)

4、地铁换乘地铁平均耗时：4分钟(其中步行时间2分钟)

5、地铁换乘公汽平均耗时：7分钟(其中步行时间4分钟)

6、公汽换乘地铁平均耗时：6分钟(其中步行时间4分钟)

7、公汽票价：分为单一票价与分段计价两种；

单一票价：1元

其中分段计价的票价为：0 ～20站：1元

21～40站：2元

40站以上：3元

8、地铁票价：3元（无论地铁线路间是否换乘）

9、假设同一地铁站对应的任意两个公汽站之间可以通过地铁站换乘，且无需支付地铁费

3.2 其它假设

10、查询者转乘公交的次数不超过两次；

11、所有环行公交线路都是双向的；

12、地铁线T2也是双向环行的；

13、各公交车都运行正常，不会发生堵车现象；

14、公交、列车均到站停车

四 问题的分析

在北京举行奥运会期间，公众如何在众多的交通路线中选择最优乘车路线或转乘路线去看奥运，这是我们要解决的核心问题。针对此问题，我们考虑从公交线路的角度来寻求最优线路。首先找出过任意两站点（公众所在地与奥运场地）的所有路线，将其存储起来，形成数据文件。这些路线可能包含有直达公交线路，也有可能是两条公交线路通过交汇而形成的（此时需要转乘公交一次），甚至更多公交线路交汇而成。然后在这些可行路线中搜寻最优路线。

对于路线的评价，我们可以分别以总行程时间，总转乘次数，总费用为指标，也可以将三种指标标准化后赋以不同权值形成一个综合指标。而最优路线则应是总行程时间最短，总费用最少或总转乘次数最少，或者三者皆有之。之所以这样考虑目标，是因为对于不同年龄阶段的查询者，他们追求的目标会有所不同，比如青年人比较热衷于比赛，因而他们会选择最短时间内到达奥运赛场观看比赛。而中年人则可能较倾向于综合指标最小，即较快、较省，转乘次数又不多。老年人总愿意以最省的方式看到奥运比赛。而对于残疾人士则总转乘次数最少为好。

不同的路线查询需求用图4.1表示如下：

图4.1 公交线路查询目标图

经分析，本问题的解决归结为一个求最短路径的问题，但是传统的Dijkstra最短路径算法并不适用于本问题，因为Dijkstra算法采用的存储结构和计算方法难以应付公交线路网络拓扑的复杂性,而且由于执行效率的问题，其很难满足实时系统对时间的严格要求。

为此我们在实际求解的过程中，采用了效率高效得广度优先算法，其基本思路是每次搜索指定点，并将其所有未访问过的近邻点加入搜索队列，循环搜索过程直到队列为空。此方法在后文中有详细说明。

五 建模前的准备

为了后面建模与程序设计的方便，在建立此模型前，我们有必要做一些准备工作。

5．1数据的存储

由于所给的数据格式不是很规范，我们需要将其处理成我们需要的数据存储格式。从所给文件中读出线路上的站点信息，存入txt文档中，其存储格式为：两行数据，第一行表示上行线上的站点信息，第二行表示下行线的站点信息，其中下行路线标号需要在原标号的基础上加上520，用以区分上行线和下行线。

如果上行线与下行线的站点名不完全相同，那么存储的两行数据相应的不完全相同，以公交线L009为例：

L009:3739 0359 1477 2159 2377 2211 2482 2480 3439 1920 1921 0180 2020 3027 2981

L529:2981 3027 2020 0180 1921 1920 3439 3440 2482 2211 2377 2159 1478 0359 3739

L529为L009所对应的下行线路。

如果下行线是上行线原路返回，那么存储的两行数据中的站点信息刚好顺序颠倒，以公交线路L001为例：

L001:0619 1914 0388 0348 0392 0429 0436 3885 3612 0819 3524 0820 3914 0128 0710

L521:0710 0128 3914 0820 3524 0819 3612 3885 0436 0429 0392 0348 0388 1914 0619

如果是环线的情况（如图5.1所示），则可以等效为两条线路:

顺时针方向：S1→S2→S3→S4→S1→S2→S3→S4；

逆时针方向：S1→S4→S3→S2→S1→S4→S3→S2。

经过分析，此两条”单行路线”线路的作用等同于原环形路线

图5.1 环行线路示意图

以环形公交线L158为例，此环形路线存储数据如下：

L153: 534 649 2355 1212 812 171 170 811 2600 172 1585 814 264 3513 1215 1217 251 2604 2606 534 649 2355 1212 812 171 170 811 2600 172 1585 814 264 3513 1215 1217 251 2604 2606

L673: 534 2606 2604 251 1217 1215 3513 264 814 1585 172 2600 811 170 171 812 1212 2355 649 534 2606 2604 251 1217 1215 3513 264 814 1585 172 2600 811 170 171 812 1212 2355 649

在这里，L153被看作成上行路线，L673被当成下行路线。这样对于每条公交线路都可以得到两行线路存储信息。

5．2搜寻经过每个站点的公交路线

处理5.1所得信息，找出通过每个站点的所有公交路线，并将它们存入数据文件中。

例如，通过搜寻得出经过站点S0001的线路和经过站点S0002的线路如下：

经过S0001的线路有：L421

经过S0002的线路有：L027 L152 L365 L395 L485

5．3统计任意两条公交线路的相交（相近）站点

依次统计出任意两条公交线路之间相交(相近)的站点，将其存入1040×1040的矩阵A中，但是这个矩阵的元素是维数不确定的向量，具体实现的时候可以将用队列表示。

例如：公交线路L001与公交线路L025相交的站点为A[1][25]=｛S0619，S1914，S0388，S0348｝。

六 模型的建立与求解

6．1模型一的建立

该模型针对问题一，仅考虑公汽线路，先找出经过任意两个公汽站点 与 最多转乘两次公汽的路线，然后再根据不同查询者的需求搜寻出最优路线。

6．1．1 公汽路线的数学表示

任意两个站点间的路线有多种情况，如果最多允许换乘两次，则换乘路线分别对应图6.1的四种情况。该图中的A、B为出发站和终点站，C、D、E、F为转乘站点。

图6.1 公汽路线图

对于任意两个公汽站点 与 ，经过 的公汽线路表示为 ，有 ；经过 的公汽线路表示为 ，有 ；

1）直达的路线 （如图6.1（a）所示）表示为：

2）转乘一次的路线 （如图6.1（b）所示）表示为：

其中：SC为 ， 的一个交点；

3）转乘两次的路线 （如图6.1（c）所示）表示为：

通过以上转乘路线的建模过程，可以看出不同转乘次数间可作成迭代关系，进而对更多转乘次数的路线进行求寻。不过考虑到实际情况，转乘次数以不超过2次为佳，所以本文未对转乘三次及三次以上的情形做讨论。

6．1．2最优路线模型的建立

找出了任意两个公汽站点间的可行路线，就可以对这些路线按不同需求进行选择，找出最优路线了:

1）以时间最短作为最优路线的模型：行程时间 等于乘车时间与转车时间之和。

（6.1式）

其中，第k路线是以上转乘路线中的一种或几种。

2）以转乘次数最少作为最优路线的模型：

（6.2式）

此模型等效为以上转乘路线按直达、转乘一次、两次的优先次序来考虑。

3）以费用最少作为最优路线的模型：

（6.3式）

其中， （6.4式）

6．1．3模型的算法描述

针对该问题的优化模型，我们采用广度优先算法找出任意两个站点间的可行路线，然后搜索出最优路线。现将此算法运用到该问题中，结合图6.2叙述如下：（该图中的 、 、 、 、 表示公汽站点， 、 、 、 、 、 表示公汽线路。其中（a）、（b）、（c）图分别表示了从点 到点 直达、转乘一次、转乘两次的情况）

图6.2 公交直达、转乘图

（1）首先输入需要查询的两个站点 与 （假设 为起始站， 为终点站）；

（2）搜索出经过 的公汽线路 （i=1,2,…,m）和经过 的公汽线路 ( =1,2, …，n)，存入数据文件；判断是 与 是否存在相同路线，若有则站点 与 之间有直达路线(如图6.2中的 )，则该路线是换乘次数最少(换乘次数等于0)的路线，若有多条直达路线，则可以在此基础上找出时间最省的路线；这样可以找出所有直达路线，存入数据文件；

（3）找出经过 的公汽线路 (如图6.2中的 )中的另一站点 和经过 的公汽线路 中的另一站点 。判断 与 中是否存在相同的点，若存在(如图6.2中的 )则站点 与 间有一次换乘的路线(如图6.2中的 与 )，该相同点即为换乘站点；这样又找出了一次换乘路线，存入数据文件；

（4）再搜索出经过 (如图6.2中的 )线路上除了站点 的另一站点 (如图6.2中的 )的公汽线路 (如图6.2中的 )，找出公汽线路 上的其他站点 ；判断，如果 与经过 的公汽线路 中的其他站点 存在相同的点(如图6.2中的 )，则 与 间有二次换乘的路线(如图6.2中的 、 、 )，该相同点和点 是换乘站点；将此二次换乘的路线存入数据文件中；

（5）对上述存储的经过两个站点 与 的不同路线，根据不同模型进行最优路线进行搜索，得出查询者满意的最优路线。

6. 1. 4模型一的求解

根据以上算法和前面建立的模型一，用VC++进行编程（程序见附录）就可以得出不同目标下的最优路线。

1） 以耗时最少为目标的最优路线

起始站S3359到终到站S1828耗时最少为64 min，耗时最少的最优路线（转乘次数较少，费用较省的路线）有28条(注：表6.1选择了其中的10条表示)；

起始站S1557到终到站S0481耗时最少为106 min，耗时最少的最优路线有2条；起始站S0971到终到站S0485耗时最少为106 min，耗时最少的最优路线有2条；起始站S0008到终到站S0073耗时最少为67 min，耗时最少的最优路线有2条；起始站S0148到终到站S0485耗时最少为106 min，耗时最少的最优路线有3条；起始站S0087到终到站S3676耗时最少为46 min，耗时最少的最优路线有12条；其耗时最少的最优路线如表6.1所示。

表6.1 耗时最少的最优路线表

起始站 公汽线路 中转站 公汽线路 中转站 公汽线路 终到站 转乘次数 所需费用

S3359 L0535 S2903 L1005 S1784 L0687 S1828 2 3

S3359 L0535 S2903 L1005 S1784 L0737 S1828 2 3

S3359 L0123 S2903 L1005 S1784 L0687 S1828 2 3

S3359 L0123 S2903 L1005 S1784 L0737 S1828 2 3

S3359 L0652 S2903 L1005 S1784 L0687 S1828 2 3

S3359 L0652 S2903 L1005 S1784 L0737 S1828 2 3

S3359 L0844 S2027 L1005 S1784 L0687 S1828 2 3

S3359 L0844 S2027 L1005 S1784 L0737 S1828 2 3

S3359 L0844 S1746 L1005 S1784 L0687 S1828 2 3

S3359 L0844 S1746 L1005 S1784 L0737 S1828 2 3

S1557 L0604 S1919 L0709 S3186 L0980 S0481 2 3

S1557 L0883 S1919 L0709 S3186 L0980 S0481 2 3

S0971 L0533 S2517 L0810 S2480 L0937 S0485 2 3

S0971 L0533 S2517 L0296 S2480 L0937 S0485 2 3

S0008 L0198 S3766 L0296 S2184 L0345 S0073 2 3

S0008 L0198 S3766 L0296 S2184 L0345 S0073 2 3

S0148 L0308 S0036 L0156 S2210 L0937 S0485 2 3

S0148 L0308 S0036 L0156 S3332 L0937 S0485 2 3

S0148 L0308 S0036 L0156 S3351 L0937 S0485 2 3

S0087 L0541 S0088 L0231 S0427 L0097 S3676 2 3

S0087 L0541 S0088 L0231 S0427 L0982 S3676 2 3

S0087 L0541 S0088 L0901 S0427 L0097 S3676 2 3

S0087 L0541 S0088 L0901 S0427 L0982 S3676 2 3

S0087 L0206 S0088 L0231 S0427 L0097 S3676 2 3

S0087 L0206 S0088 L0231 S0427 L0982 S3676 2 3

S0087 L0206 S0088 L0901 S0427 L0097 S3676 2 3

S0087 L0206 S0088 L0901 S0427 L0982 S3676 2 3

S0087 L0974 S0088 L0231 S0427 L0097 S3676 2 3

S0087 L0974 S0088 L0231 S0427 L0982 S3676 2 3

S0087 L0974 S0088 L0901 S0427 L0097 S3676 2 3

S0087 L0974 S0088 L0901 S0427 L0982 S3676 2 3

2） 以转乘次数最少为目标的最优路线

起始站S3359到终到站S1828的最少转乘次数为1次，转乘次数最少的最优路线（所需时间较短，费用较省的路线）有2条；

起始站S1557到终到站S0481的最少转乘次数为2次，转乘次数最少的最优路线有2条与耗时最少的最优路线相同（表示在表6.1中，下同）；

起始站S0971到终到站S0485的最少转乘次数为1次，转乘次数最少的最优路线有1条；

起始站S0008到终到站S0073的最少转乘次数为1次，转乘次数最少的最优路线有9条；

起始站S0148到终到站S0485的最少转乘次数为2次，转乘次数最少的最优路线有3条与耗时最少的最优路线相同；

起始站S0087到终到站S3676的最少转乘次数为2次，转乘次数最少的最优路线有6条与耗时最少的最优路线相同；

其余转乘次数最少的最优路线路线如表6.2所示。

表6.2 转乘次数最少的最优路线表

起始站 公汽线路 中转站 公汽线路 终到站 耗时 所需费用

S3359 L0956 S1784 L0687 S1828 101 3

S3359 L0956 S1784 L0737 S1828 101 3

S0971 L0533 S2184 L0937 S0485 128 3

S0008 L0679 S0291 L0578 S0073 83 2

S0008 L0679 S0491 L0578 S0073 83 2

S0008 L0679 S2559 L0578 S0073 83 2

S0008 L0679 S2683 L0578 S0073 83 2

S0008 L0679 S3614 L0578 S0073 83 2

S0008 L0875 S2263 L0345 S0073 83 2

S0008 L0875 S2303 L0345 S0073 83 2

S0008 L0875 S3917 L0345 S0073 83 2

S0008 L0983 S2083 L0057 S0073 83 2

3）以费用最少为目标的最优路线

起始站S3359到终到站S1828的最少费用为3元，最少费用的最优路线（所需时间较短，转乘次数较少的路线）有30条，其中28条路线所需时间为64 min，转乘次数为2次，另外两条路线所需时间为101 min，转乘次数为1次；

起始站S1557到终到站S0481的最少费用为3元，最少费用的最优路线有2条，所需时间为106 min，转乘次数为2次；

起始站S0971到终到站S0485的最少费用为3元，最少费用的最优路线有3条，其中两条所需时间为106 min，转乘次数为2次，另外一条所需时间为128 min，转乘次数为1次；

起始站S0008到终到站S0073的最少费用为2元，最少费用的最优路线有9条，所需时间为83 min，转乘次数为1次；

起始站S0148到终到站S0485的最少费用为3元，最少费用的最优路线有3条，所需时间为106min，转乘次数为2次；

起始站S0087到终到站S3676的最少费用为3元，最少费用的最优路线有12条，所需时间为46 min，转乘次数为2次；

最少费用的最优路线表示在表6.1和表6.2中。

6．2．1模型二的建立

该模型针对问题二，将公汽与地铁同时考虑，找出可行路线，然后寻找最优路线。对于地铁线路，也可以将其作为公交线路，本质上没有什么区别，只不过乘车费用、时间，换乘时间不一样罢了。因此地铁站可等效为公交站，地铁和公交的转乘站即可作为两者的交汇点。因此该模型的公交换乘路线模型与模型一中的基本相同。现建立模型二下的最优路线模型。

1）以时间最短的路线作为最优路线的模型：可行路线的总时间为乘公交（公汽和地铁）时间与公汽与地铁换乘、公汽间、地铁间换乘时间之和。

（6.5式）

其中，第k路线为同时考虑公汽与地铁的转乘路线中的一种或几种。

2）以转乘次数最少的路线作为最优路线的模型：

（6.6式）

此模型等效为以上转乘路线按直达、转乘一次、两次（包括公交与地铁间的转乘）的优先次序来考虑。

3）以费用最少的路线作为最优路线的模型：可行路线的费用为乘公交和地铁费用的总和。

（6.7式）

其中， 仍满足（6.4式）。

6．2．2模型二的求解

不难发现，问题一是问题二解的一部分。在问题二中，新产生的最优解主要源于在通过换乘地铁、换乘附近相近站点的路线上，如下图所示：

从点A到B，图(a)表示的是通过两公交线路上相邻公汽站S1,S2进行一次转乘；图(b)表示利用地铁站进行二次转乘；图(c)表示利用另一条公汽路线为中介进行二次转乘。

铁路线路引入给题目的求解增加了难度，为了形象了解为数不多的两条铁路间的交叉关系，我们通过matlab编程（程序见附录）作出了两条铁路的位置关系图，如图6.3所示。

图6.3 T1与T2铁路位置关系图

注：图四中的直线表示T1铁路线，圆表示T2铁路线，数值表示站点，例如1表示T1铁路线上的D1铁路站，26表示T2铁路线上的D26铁路站。此图与网上查询到的北京地铁示意图（如图6.4所示）相吻合。

图6.4 北京地铁示意图

同样将地铁线路等效为公交线路得出任意两个站点间的可行线路，再将目标函数分别用模型二建立的模型表达式表达，用VC++进行编程（程序见附录）求得出考虑地铁情况的最优路线。

1）以转乘次数最少为目标的最优路线

起始站S0008到终到站S0073的最少转乘次数为1次，转乘次数最少的最优路线有1条；

起始站S0087到终到站S3676的最少转乘次数为0次，即有直达路线，直达下的最优路线有1条；

起始站S0148到终到站S0485的最少转乘次数为2次，转乘次数最少的最优路线有10条；

起始站S0971到终到站S0485的最少转乘次数为2次，转乘次数最少的最优路线有20条（注表6.4中罗列其中10条）；

起始站S1557到终到站S0481的最少转乘次数为2次，转乘次数最少的最优路线有17条（注表6.4中罗列其中10条）；

起始站S3359到终到站S1828的最少转乘次数为2次，转乘次数最少的最优路线有2条。

2）以耗时最少为目标的最优路线

起始站S3359到终到站S1828耗时最少为64 min，耗时最少的最优路线（转乘次数较少，费用较省的路线）有28条(注：表6.1选择了其中的10条表示)；

起始站S1557到终到站S0481耗时最少为109 min，耗时最少的最优路线有17条与转乘次数最少的最优路线相同；

起始站S0971到终到站S0485耗时最少为96 min，耗时最少的最优路线有20条与转乘次数最少的最优路线相同；

起始站S0008到终到站S0073耗时最少为55 min，耗时最少的最优路线有3条；

起始站S0148到终到站S0485耗时最少为87.5 min，耗时最少的最优路线有10条与转乘次数最少的最优路线相同；

起始站S0087到终到站S3676耗时最少为33 min，耗时最少的最优路线有1条与转乘次数最少的最优路线相同；

3） 最少费用的最优路线

起始站S3359到终到站S1828的最少费用为3元，最少费用的最优路线（所需时间较短，转乘次数较少的路线）有2条；

起始站S1557到终到站S0481的最少费用为3元，最少费用的最优路线有17条；

起始站S0971到终到站S0485的最少费用为5元，最少费用的最优路线有20条；

起始站S0008到终到站S0073的最少费用为2元，最少费用的最优路线有1条；

起始站S0148到终到站S0485的最少费用为5元，最少费用的最优路线有10条；

起始站S0087到终到站S3676的最少费用为2元，最少费用的最优路线有1条；

在此种情况下，我们就只考虑可以通过地铁站换乘的情况，不通过地铁站的情况即为模型1的求解结果。模型2的求解结果见附件1。

6．3．1模型三的建立

该模型针对问题三，将步行方式考虑在了出行方式当中，更符合实际。因为当出发点与换乘点、终点站或转乘站与转乘站之间只相隔几个站时，当然该段选择步行方式更优。

因此作出如下假设：

一、如果存在某段路线，其两端点站之间相隔站点数小等于2（即至多经过4个站点），则该段线路选择步行方式到达目的地。其他的情况用模型二来处理。其中路线的两端点站之间相隔站点数是根据公交直达换乘路线来确定的。

二、相邻公交站点（包括地铁站）间平均步行时间为5分钟。

三、如果在公汽线路上选择步行，则公汽间换乘次数减少1；如果在地铁线路上选择步行，则地铁间换乘次数减少1，直达线路除外。

直达和转乘一次、两次的路线需要步行的路段示意图如图6.5所示。图中（a）表示出发点A与终点站B间能直达，相隔的站点数等于2所以选择步行；图中（b）表示出发点A与终点站B间通过一次换乘能到达，其中路段AC的站点数等于2所以选择步行,同样如果CB路段的站点数小等于2，则也采取步行的方式；图中（c）选择步行方式的依据类似。

图6.5 步行示意图

是否选择步行方式的函数：

（6.8式）

其中 表示第m路公交路线是否步行， 表示第n路地铁线路是否步行；

对于直达路线，如果出发点与终点站之间相隔站点数小等于2则步行，否则乘车。对于需要转乘的路线的最优路线模型讨论如下：

1）以时间最短的路线作为最优路线的模型：路线总时间等于乘车时间加上步行时间，再加上转乘时间。

（6.9式）

其中，第k路线为同时考虑公汽与地铁的转乘路线中的一种或几种。

2）以转乘次数最少的路线作为最优路线的模型：每步行一次就少换乘一次车。

（6.20式）

此模型等效为以上转乘路线按直达、转乘一次、两次、三次（包括公交与地铁间的转乘）的优先次序来考虑。

3）以费用最少的路线作为最优路线的模型：

（6.21式）

其中， 仍满足（6.4式）。

七 模型的优缺点及改进

7.1模型的评价

7.1.1 模型优点

1、模型是由简单到复杂一步步建立的，使得更贴近实际。

2、本文的模型简单，其算法直观，容易编程实现。

3、本文模型比较注重数据的处理和存储方式，大大提高了查询效率。

4、本文模型注重效率的提高，通过大量的特征信息的提取，并结合有效的算法，使其完全可以满足实时系统的要求。

7.1.2 模型缺点

在建模与编程过程中，使用的数据只是现实数据的一种近似，因而得出的结果可能与现实情况有一定的差距。

7.2 模型的改进

以上模型主要是从公交线路出发，寻找公交线路的交叉站作为换乘站点，进而找出经过任意两个站点的可能乘车路线。我们也可以从公交站点的角度出发，用图论的方法建立有向赋权图（如图7.1所示），此向赋权图是针对问题三建立的图论模型，问题一、问题二只是此模型的简化。图7.1中 表示公汽线路标号，该线路是公汽线路 的上行线或下行线， 、 、 、 、 、 是公汽线路 上的站点标号； 表示地铁线路标号，该地铁线路是双向行驶的， 、 、 、 、 是地铁线路 上的站点标号；公汽 与地铁 可以在公汽站 和地铁站 间换乘。如果图7.1中的地铁线路替换成公汽线路，为了表示公汽间换乘所需的时间或者费用，应将同一个换乘站点用两个站点来表示。

图7.1 公交线路的有向赋权图

根据不同的目标,给不同的站点间的边赋上不同的权值。然后利用图论的相关算法,找出相应的最短路径。

1）当以时间最短为目标时，给每条边赋上时间的权值。给同一线路上任意两个站点间的边赋值时，其权值等于站点间的公交线路段数与平均时间的乘积。当某段线路的两段点间间隔站点数小等于3时，选择步行，该线路的权值等于步行时间。不同公汽和地铁间进行换乘时需要赋给不同的权值，以表示换乘时间。

例如（如图7.1）：

当j>4时， 到 的边权值 ；，

从 到 不需要的转车，但根据假设应选择步行，其边权值 ；，

从 到 要么乘公交，然后转车，要么步行，根据步行的假设条件， 到 的站点间隔数小于2，因此选择步行，其边权值 ；，

当g>4时， 与 之间的边权值 ；，

到 的边权值 ；

到 的边权值 ；

当j>4、g>4时， 到 的路径长度为：

；

当 、g>4时，则从 到 选择步行，再乘地铁到 ，其路径长度为； ；

找出任意两点间可行路线的路径长度后，再搜索出其中的最短路径的的可行路线作为时间的最优路线。

2）当以费用最省为目标时，则给每条边赋上费用的权值。

公汽站点间的边权按（6.4式）赋值。

当公汽线路 按单一票价计费，对于 上任意两个公汽站点 和 间，

若 ，则选择步行 ；若 ，则 ；

当公汽线路 按分段计价，若 ，则 ；若 ，则 ；若 ，则 ；若 ，则 ；

地铁线路 上任意两个站点 和 间，若 ，则选择步行 ；若 ，则 ；换乘站点 与 间的边权值均为0，即 ；则从 通过站点 换乘 到 的一条可行路线的路径长度为：

若 ， ，则从 到 选择步行， ；

若 ， ，则 ；

同样可以找出任意两点间可行路线的路径长度，然后再搜索出最短路径作为费用的最优路线。

好了，今天关于“数模论文格式”的话题就讲到这里了。希望大家能够对“数模论文格式”有更深入的认识，并且从我的回答中得到一些帮助。

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