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基本信息
- 項目名稱：
- 應(yīng)用TRIZ理論解決地面搜索問題
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 大災(zāi)大難的搜索工作的有力進(jìn)行，是遇難者生還的希望。我們的作品中采用了獨特的搜索方案——TRIZ的曲面優(yōu)化原理。根據(jù)TRIZ理論（發(fā)明問題的解決理論）的技術(shù)矛盾解決原理，惡化靜止物體的長度，改善時間的浪費。 本文建立了最優(yōu)路徑的決策模型。通過矩形對角線，確定最后到達(dá)集合點的人員的序號，進(jìn)而，通過求解確定出需要搜索與不需要搜索兩部分時間，可以最大限度的減少人員和浪費時間。
- 詳細(xì)介紹：
- 在自然災(zāi)害和特殊作業(yè)（煤礦開采）過程中，沙石掩蓋人或物的現(xiàn)象常常出現(xiàn)。大災(zāi)大難的搜索工作的有力進(jìn)行，是遇難者生還的希望。作品中采用了獨特的搜索方案——TRIZ的曲面優(yōu)化原理。根據(jù)TRIZ理論（發(fā)明問題的解決理論）的技術(shù)矛盾解決原理，惡化靜止物體的長度，改善時間的浪費。 本作品主要采取了TRIZ理論選擇曲線化原理，利用同心圓分割要搜救的矩形區(qū)域，通過同心圓分割所給矩形區(qū)域的思想，建立了一個最優(yōu)路徑選擇的決策模型。提出兩個問題，問題一中，通過矩形對角線的長度，確定最后到達(dá)集合點的人員的序號，進(jìn)而，通過求解這個序號人員需要搜索的總路程與不需要搜索的總路程，確定出需要搜索與不需要搜索兩部分時間，最終得到20個人搜索矩形區(qū)域耗費時間50.69小時，超過了48小時。若增加2人可保證48小時內(nèi)搜索全部的矩形區(qū)域，并且所有人員均回到集結(jié)點。這一問題從解決方案上看，可以最大限度的減少人員和浪費時間。 問題二中，將矩形區(qū)域分成三類區(qū)域，在三組人員不定的條件下，計算每個組搜索完所承擔(dān)的區(qū)域時的耗時，當(dāng)然，各組耗時均為自身含有的人員數(shù)決定，并且三組的人員數(shù)應(yīng)為50，從而得到三個以各組相應(yīng)人數(shù)為變量的三個方程，進(jìn)而求解出用時最少狀態(tài)的三組各自的人數(shù)（此時可能不是整數(shù)），因為人員要求為整數(shù)，所以將人數(shù)的數(shù)據(jù)取整，然后以舍掉小數(shù)為依據(jù)，將剩余人員合理分配給三個小組，得到最終的分組人數(shù)，在該人數(shù)下，計算三個小組搜索自己承擔(dān)區(qū)域的最大時間21.06，即為最終時間。這一問題從解決方案上看，在有限人員的條件下，可以節(jié)省時間。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 在自然災(zāi)害和特殊作業(yè)的過程中，沙石掩蓋人或物的現(xiàn)象常常出現(xiàn)。近幾年中國的大災(zāi)難，如汶川大地震、周曲的泥石流的面前，好的搜索方案就是遇難者生的希望，所以，我們研究了應(yīng)用TRIZ理論解決地面搜索問題的可行方案。 基本思路是根據(jù)TRIZ理論選擇曲線化原理，利用同心圓分割要搜救的矩形區(qū)域，通過矩形對角線的長度，確定最后到達(dá)集合點的人員的序號，進(jìn)而，通過求解，確定出需要搜索與不需要搜索兩部分時間。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 大難面前科學(xué)有效的搜索方案，為解決問題提高了效率。在論文中我們采用了TRIZ的曲面優(yōu)化原理，將要搜索的矩形區(qū)域曲面化，減少了搜索過程中的盲區(qū)，為搜索工作的進(jìn)行提供了科學(xué)的方案。我們的獨特之處是曲面優(yōu)化原理的應(yīng)用最大限度的降低了搜索的時間。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 大災(zāi)大難的搜索工作的有力進(jìn)行，是遇難者生還的希望。我們的作品中采用了獨特的搜索方案——TRIZ的曲面優(yōu)化原理，解決了搜索工作中可能出現(xiàn)的問題，對搜索工作的進(jìn)行起到了現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文通過同心圓分割矩形區(qū)域的思想，建立了最優(yōu)路徑的決策模型。提出兩個問題，問題一，根據(jù)TRIZ理論選擇曲線化原理，利用同心圓分割矩形區(qū)域，通過矩形對角線的長度，確定最后到達(dá)集合點的人員的序號，進(jìn)而求出這個序號人員需要搜索的總路程與不需要搜索的總路程，確定出需要搜索與不需要搜索兩部分時間，最終得到20個人搜索矩形區(qū)域耗費時間50.69小時，超過了48小時。若增加2人可保證48小時內(nèi)搜索全部的矩形區(qū)域，并且所有人員均回到集結(jié)點。這一問題從解決方案上看，可以最大限度的減少人員和浪費時間。 問題二，將矩形區(qū)域分成三類區(qū)域，在三組人員不定的條件下，計算每個組搜索完所承擔(dān)的區(qū)域時的耗時，當(dāng)然，各組耗時均為自身含有的人員數(shù)決定，并且三組的人員數(shù)應(yīng)為50，從而得到三個以各組相應(yīng)人數(shù)為變量的三個方程，進(jìn)而求解出用時最少狀態(tài)的三組各自的人數(shù)，因為人員為整數(shù)，所以將人數(shù)的數(shù)據(jù)取整，然后以舍掉小數(shù)為依據(jù)，將剩余人員合理分配給三個小組，得到最終的分組人數(shù)，在該人數(shù)下，計算三個小組搜索自己承擔(dān)區(qū)域的最大時間21.06，即為最終時間。這一問題從解決方案上看，在有限人員的條件下，可以節(jié)省時間。
獲獎情況
- 2008年12月 本作品獲得全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽黑龍江省“二等獎”。 2010年12月 本作品獲得黑龍江省首屆“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計大賽“三等獎”。
鑒定結(jié)果
- 作品中采用TRIZ的曲面優(yōu)化原理，根據(jù)TRIZ理論的技術(shù)矛盾解決原理，惡化靜止物體的長度，改善時間的浪費。從而解決了地面搜索工作中出現(xiàn)的問題，在節(jié)省搜救時間的同時，使搜救過程零盲區(qū)。
參考文獻(xiàn)
- [1] 姜啟源.謝金星.葉俊. 數(shù)學(xué)模型（第三版）[M].北京:高等教育出版，2003. [2] 沈繼紅.施久玉.高振濱.張曉威.數(shù)學(xué)建模[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2001. [3] 張志涌.MATLAB教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006. [4] 劉來福.曾文藝.數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)建模[M],北京:北京師范大學(xué),2002. [5] 根里奇.阿奇舒勒.實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的TRIZ訣竅[M],黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社. [6] 秦曉健.TRIZ創(chuàng)新40法通俗讀物[M],黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社.
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)今搜索領(lǐng)域最發(fā)達(dá)的方法是對地面矩形區(qū)域進(jìn)行分析，用哈密爾頓通路方法建立了全境搜索方案的優(yōu)化模型。為了提高搜索速度，5.12汶川大地震使震區(qū)地面交通和通訊系統(tǒng)嚴(yán)重癱瘓。救災(zāi)指揮部緊急派出多支小分隊，到各個指定區(qū)域執(zhí)行搜索任務(wù)，以確定需要救助的人員的準(zhǔn)確位置，在其它場合也常有類似的搜索任務(wù)。在這種緊急情況下需要解決的重要問題之一是:制定搜索隊伍的行進(jìn)路線，對預(yù)定區(qū)域進(jìn)行快速的全面搜索。通常，每個搜索人員都帶有GPS定位儀。步話機(jī)以及食物和生活用品等裝備，隊伍中還有一定數(shù)量的衛(wèi)星電話。GPS可以讓搜索人員知道自己的方位，步話機(jī)可以相互進(jìn)行通訊，衛(wèi)星電話用來向指揮部報告搜索情況。在步話機(jī)通訊范圍限制條件下，制定了用時最短的搜索路線方式。在討論分析后，對模型做出了評價和改進(jìn)。用對話機(jī)進(jìn)行呼救，容易造成呼救的區(qū)域出現(xiàn)盲區(qū)。而我們的研究成果是——應(yīng)用TRIZ理論解決地面搜索問題。在我們的論文中主要解決了地面搜索問題，最大限度的減少盲區(qū)的出現(xiàn)，為搜索工作的順利進(jìn)行提供了可行方案。
