基本信息
- 项目名称：
- 应用TRIZ理论解决地面搜索问题
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 大灾大难的搜索工作的有力进行，是遇难者生还的希望。我们的作品中采用了独特的搜索方案——TRIZ的曲面优化原理。根据TRIZ理论（发明问题的解决理论）的技术矛盾解决原理，恶化静止物体的长度，改善时间的浪费。 本文建立了最优路径的决策模型。通过矩形对角线，确定最后到达集合点的人员的序号，进而，通过求解确定出需要搜索与不需要搜索两部分时间，可以最大限度的减少人员和浪费时间。
- 详细介绍：
- 在自然灾害和特殊作业（煤矿开采）过程中，沙石掩盖人或物的现象常常出现。大灾大难的搜索工作的有力进行，是遇难者生还的希望。作品中采用了独特的搜索方案——TRIZ的曲面优化原理。根据TRIZ理论（发明问题的解决理论）的技术矛盾解决原理，恶化静止物体的长度，改善时间的浪费。 本作品主要采取了TRIZ理论选择曲线化原理，利用同心圆分割要搜救的矩形区域，通过同心圆分割所给矩形区域的思想，建立了一个最优路径选择的决策模型。提出两个问题，问题一中，通过矩形对角线的长度，确定最后到达集合点的人员的序号，进而，通过求解这个序号人员需要搜索的总路程与不需要搜索的总路程，确定出需要搜索与不需要搜索两部分时间，最终得到20个人搜索矩形区域耗费时间50.69小时，超过了48小时。若增加2人可保证48小时内搜索全部的矩形区域，并且所有人员均回到集结点。这一问题从解决方案上看，可以最大限度的减少人员和浪费时间。 问题二中，将矩形区域分成三类区域，在三组人员不定的条件下，计算每个组搜索完所承担的区域时的耗时，当然，各组耗时均为自身含有的人员数决定，并且三组的人员数应为50，从而得到三个以各组相应人数为变量的三个方程，进而求解出用时最少状态的三组各自的人数（此时可能不是整数），因为人员要求为整数，所以将人数的数据取整，然后以舍掉小数为依据，将剩余人员合理分配给三个小组，得到最终的分组人数，在该人数下，计算三个小组搜索自己承担区域的最大时间21.06，即为最终时间。这一问题从解决方案上看，在有限人员的条件下，可以节省时间。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 在自然灾害和特殊作业的过程中，沙石掩盖人或物的现象常常出现。近几年中国的大灾难，如汶川大地震、周曲的泥石流的面前，好的搜索方案就是遇难者生的希望，所以，我们研究了应用TRIZ理论解决地面搜索问题的可行方案。 基本思路是根据TRIZ理论选择曲线化原理，利用同心圆分割要搜救的矩形区域，通过矩形对角线的长度，确定最后到达集合点的人员的序号，进而，通过求解，确定出需要搜索与不需要搜索两部分时间。
科学性、先进性及独特之处
- 大难面前科学有效的搜索方案，为解决问题提高了效率。在论文中我们采用了TRIZ的曲面优化原理，将要搜索的矩形区域曲面化，减少了搜索过程中的盲区，为搜索工作的进行提供了科学的方案。我们的独特之处是曲面优化原理的应用最大限度的降低了搜索的时间。
应用价值和现实意义
- 大灾大难的搜索工作的有力进行，是遇难者生还的希望。我们的作品中采用了独特的搜索方案——TRIZ的曲面优化原理，解决了搜索工作中可能出现的问题，对搜索工作的进行起到了现实的指导意义。
学术论文摘要
- 本文通过同心圆分割矩形区域的思想，建立了最优路径的决策模型。提出两个问题，问题一，根据TRIZ理论选择曲线化原理，利用同心圆分割矩形区域，通过矩形对角线的长度，确定最后到达集合点的人员的序号，进而求出这个序号人员需要搜索的总路程与不需要搜索的总路程，确定出需要搜索与不需要搜索两部分时间，最终得到20个人搜索矩形区域耗费时间50.69小时，超过了48小时。若增加2人可保证48小时内搜索全部的矩形区域，并且所有人员均回到集结点。这一问题从解决方案上看，可以最大限度的减少人员和浪费时间。 问题二，将矩形区域分成三类区域，在三组人员不定的条件下，计算每个组搜索完所承担的区域时的耗时，当然，各组耗时均为自身含有的人员数决定，并且三组的人员数应为50，从而得到三个以各组相应人数为变量的三个方程，进而求解出用时最少状态的三组各自的人数，因为人员为整数，所以将人数的数据取整，然后以舍掉小数为依据，将剩余人员合理分配给三个小组，得到最终的分组人数，在该人数下，计算三个小组搜索自己承担区域的最大时间21.06，即为最终时间。这一问题从解决方案上看，在有限人员的条件下，可以节省时间。
获奖情况
- 2008年12月 本作品获得全国大学生数学建模竞赛黑龙江省“二等奖”。 2010年12月 本作品获得黑龙江省首届“TRIZ”杯大学生创新设计大赛“三等奖”。
鉴定结果
- 作品中采用TRIZ的曲面优化原理，根据TRIZ理论的技术矛盾解决原理，恶化静止物体的长度，改善时间的浪费。从而解决了地面搜索工作中出现的问题，在节省搜救时间的同时，使搜救过程零盲区。
参考文献
- [1] 姜启源.谢金星.叶俊. 数学模型（第三版）[M].北京:高等教育出版，2003. [2] 沈继红.施久玉.高振滨.张晓威.数学建模[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2001. [3] 张志涌.MATLAB教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006. [4] 刘来福.曾文艺.数学模型与数学建模[M],北京:北京师范大学,2002. [5] 根里奇.阿奇舒勒.实现技术创新的TRIZ诀窍[M],黑龙江科学技术出版社. [6] 秦晓健.TRIZ创新40法通俗读物[M],黑龙江科学技术出版社.
同类课题研究水平概述
- 当今搜索领域最发达的方法是对地面矩形区域进行分析，用哈密尔顿通路方法建立了全境搜索方案的优化模型。为了提高搜索速度，5.12汶川大地震使震区地面交通和通讯系统严重瘫痪。救灾指挥部紧急派出多支小分队，到各个指定区域执行搜索任务，以确定需要救助的人员的准确位置，在其它场合也常有类似的搜索任务。在这种紧急情况下需要解决的重要问题之一是:制定搜索队伍的行进路线，对预定区域进行快速的全面搜索。通常，每个搜索人员都带有GPS定位仪。步话机以及食物和生活用品等装备，队伍中还有一定数量的卫星电话。GPS可以让搜索人员知道自己的方位，步话机可以相互进行通讯，卫星电话用来向指挥部报告搜索情况。在步话机通讯范围限制条件下，制定了用时最短的搜索路线方式。在讨论分析后，对模型做出了评价和改进。用对话机进行呼救，容易造成呼救的区域出现盲区。而我们的研究成果是——应用TRIZ理论解决地面搜索问题。在我们的论文中主要解决了地面搜索问题，最大限度的减少盲区的出现，为搜索工作的顺利进行提供了可行方案。
