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数学建模（第1页）

谈恋爱之前惊涛骇浪，谈恋爱之后平平淡淡。许愿心想，或许所有的关系最终都会走向岁月静好。

学生时代太忙了，连江昕甜都形容她自己和赵钧尘为聚少离多，更别说卷王许愿和大忙人任博远。

腻腻歪歪的时候也有。两人一有时间就互相探索身体，不在一块儿的时候也会互相报备行踪。一起娱乐的时间很少，像寻常的学生恋爱：一起看电影、逛校园、去海洋馆，那是没有的。人都忙着学习和竞赛呢。

这个学期许愿的竞赛不多，唯一的大赛是明年的HMMT，其它的小竞赛对她影响不大的她基本都不打算参加了。她没必要去蝉联冠军，又不是奥运会。

所以许愿加入了一个社团——数学建模社。这个社团其实是学校官方社团，由学生报名、竞赛老师挑选，为全世界各地数学建模大赛输送人才，跟别的学生社团不同。

许愿开始给自己的人生上难度了。她和她临时组建的团队——1名已经拿到斯坦福offer的高叁学姐和1名准备走强基计划进入京大的高叁学长（3人组队这个模式适应比较多的数学建模大赛团队要求，比如美国高中生数学建模竞赛HiMCM团队成员限制2-4人，数维杯全国大学生数学建模竞赛团队成员限制1-3人，全国大学生数学建模竞赛团队成员限制为3人），开始撰写她们人生第一篇论文。

竞赛出题：“有困难找警察〞，是家喻户晓的一句流行语。警察肩负着刑事执法、治安管理、交通管理、效劳群众四大职能。为了更有效地贯彻实施这些职能，需要在市区的一些交通要道和重要部位设置交巡警效劳平台。每个交巡警效劳平台的职能和警力配备根本相同。由于警务资源是有限的，如何根据城市的实际情况与需求合理地设置交巡警效劳平台、分配各平台的管辖范围、调度警务资源是警务部门面临的一个实际课题。

试就某市设置交巡警效劳平台的相关情况，建立数学模型分析研究下面的问题：

〔1〕附件1中的附图1给出了该市中心城区A的交通网络和现有的20个交巡警效劳平台的设置情况示意图，相关的数据信息见附件2。请为各交巡警效劳平台分配管辖范围，使其在所管辖的范围内出现突发事件时，尽量能在3分钟内有交巡警〔警车的时速为60kmh〕到达事发地。

对于重大突发事件，需要调度全区20个交巡警效劳平台的警力资源，对进出该区的13条交通要道实现快速全封锁。实际中一个平台的警力最多封锁一个路口，请给出该区交巡警效劳平台警力合理的调度方案。

根据现有交巡警效劳平台的工作量不均衡和有些地方出警时间过长的实际情况，拟在该区内再增加2至5个平台，请确定需要增加平台的具体个数和位置。

〔2〕针对全市〔主城六区A，B，C，D，E，F〕的具体情况，按照设置交巡警效劳平台的原那么和任务，分析研究该市现有交巡警效劳平台设置方案〔参见附件〕的合理性。如果有明显不合理，请给出解决方案。

如果该市地点P〔第32个节点〕处发生了重大刑事案件，在案发3分钟后接到报警，犯罪嫌疑人已驾车逃跑。为了快速搜捕嫌疑犯，请给出调度全市交巡警效劳平台警力资源的最正确围堵方案。

她们的论文题目是：交巡警效劳平台的设置与调度

摘要：本文研究的是某城区警车配置及巡逻方案的制定问题，建立了求解警车巡逻方案的模型，并在满足D1的条件下给出了巡逻效果最好的方案。

在设计整个区域配置最少巡逻车辆时，本文设计了算法1：先将道路离散化成近似均匀分布的节点，相邻两个节点之间的距离约等于一分钟巡逻路程。由警车的数目m，将全区划分成m个均匀的分区，从每个分区的中心点出发，找到最近的道路节点，作为警车的初始位置，由Floyd算法算出每辆警车3分钟或2分钟行驶路程范围内的节点。考虑区域调整的概率大小和方向不同会影响调整结果，本文利用模拟退火算法构造出迁移几率函数，用迁移方向函数决定分区的调整方向。计算能满足D1的最小车辆数，即为该区应该配置的最小警车数目，用MATLAB计算，得到局部最优解为13辆。

在选取巡逻显着性指标时，本文考虑了两个方面的指标：一是全面性，即所有警车走过的街道节点数占总街道节点数的比例，用两者之比来评价；二是均匀性，即所有警车经过每个节点数的次数偏离平均经过次数的程度，用方差值来大小评价。

问题叁：为简化问题，假设所有警车在同一时刻，大致向同一方向巡逻，运动状态分为四种：向左，向右，向上，向下，记录每个时刻，警车经过的节点和能够赶去处理事故的点，最后汇总计算得相应的评价指标。

在考虑巡逻规律隐蔽性要求时，文本将巡逻路线进行随机处理，方向是不确定的，采用算法2进行计算，得出相应巡逻显着指标，当车辆数减少到10辆或巡逻速度变大时，用算法2计算巡逻方案和对应的参数，结果见附录所示。

本文最后还考虑到4个额外因素，给出每个影响因素的解决方案。

关键词：模拟退火算法；Floyd算法；离散化

论文内容：一

问题的重述

110警车在街道上巡逻，既能够对违法犯罪分子起到震慑作用，降低犯罪率，又能够增加市民的平安感，同时也加快了接处警时间，提高了反响时效，为社会和谐提供了有力的保障。

现给出某城市内一区域，其道路数据和地图数据，该区域内叁个重点部位的坐标分别为：〔5112，4806〕，〔9126，

4266〕，〔7434

，1332〕。该区域内共有307个道路交叉口，为简化问题，相邻两个交叉路口之间的道路近似认为是直线，且所有事发现场均在下列图的道路上。

该市拟增加一批配备有GPS卫星定位系统及先进通讯设备的110警车。设110警车的平均巡逻速度为20kmh，接警后的平均行驶速度为40kmh。警车配置及巡逻方案要尽量满足以下要求：

D1.

警车在接警后叁分钟内赶到现场的比例不低于90％；而赶到重点部位的时间必须在两分钟之内。

D2.

使巡逻效果更显着；

D3.

警车巡逻规律应有一定的隐蔽性。

现在我们需要解决以下几个问题：

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