B题-2018-江西省研究生数学建模竞赛题

第一篇：B题-2018-江西省研究生数学建模竞赛题

建模赛题

2018研究生数学建模竞赛题目：

农产品滞销风险评估问题

农产品滞销在我国农村一直是一个大问题，而且国内的农产品滞销几乎快成了年年都发生的大概率事件。从洋葱滞销、芹菜滞销、卷心菜滞销等农产品滞销潮一波接一波，怎样有效解决农产品滞销问题成了农民和政府的一块心病。由于不了解市场需求，农民的盲目跟风是农村经济发展中一直存在的问题。当某种农产品出现高价年份特赚钱的时候，大家就会一哄而上来年都种植这种农产品，结果就是这种产品的严重供过于求。而当这种农产品巨大亏损的时候，大家又都同时大量减少甚至停止该种农作物的种植，结果导致该种农产品供不应求，价格暴涨。就这样，价格暴涨暴跌，陷入一个周期性循环。农民辛辛苦苦种出的农产品出现滞销，导致一年的劳动打了水漂不说，还要倒贴生产成本，着实令人心疼这些农民（图1）！

为解决农产品滞销问题，人们提出了诸如生产前的订单农业方法和出现滞销后借助营销手段的解决方法等，但这些方法或是由于前期准备成本太大周期较长，或是只能解一时之急，治标不治本。实际上，在进行农产品种植前，农民若能事先了解将要生产的农产品出现滞销的风险，就会对来年该农产品生产计划有所改变，避免出现伤筋动骨的农产品滞销风险。但是，当前有效可行的评估我国农产品出现滞销风险的方法几乎没有。因此，面对我国农产品生产环境比较繁杂的情况和农产品的周期性一般比较固定的特点，借助公共的数据资源，给出农产品滞销风险评估方法是一件很有意义的工作。请同学们用数学建模的方式给出评估任何一种农产品滞销程度的量化指标和评价方法，数学建模中需要的数据或信息可以从公开资料获得，具体要完成的任务为：

1、在某一农产品发生滞销前的一段时间里，市场、报纸、广播及互联网等媒体会有直接或间接与该农产品有关的消息或现象出现，请根据以往出现的滞销农产品在如上媒体的消息及现象，选出至少4个导致农产品滞

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建模赛题

销的最主要的因素。同时要说明选择这些因素的理由。在选择这些因素时，主要依据的参考内容和数据要可以通过互联网等公开媒体信息查到；

2、针对如上选出的因素，构造出评价农产品滞销风险等级的量化指标和计算公式，该计算公式要能对任何一个农产品下一生产周期出现滞销的风险给出“很大、大、不大、小、很小”5个等级的评定结果，同时说明你给出这5个等级的依据；

3、根据任务2的计算公式评定结果，给出评价任何一个农产品下一生产周期出现滞销的风险的方法，并用实际案例说明你给出的农产品滞销风险评价方法的可行性和科学性；

4、给国家农业部门主管写一封推荐你“农产品滞销风险评价方法”的信，信中要给出怎样在现实中有效实施你的评估方法的内容。

图1

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第二篇：2013年东北三省数学建模竞赛题D题

2013年“深圳杯”数学建模夏令营

D题：自然灾害保险问题的研究

根据2013年3月5日《环球时报》转摘美国《商业周报》的相关报道，“在2012年全世界发生的10大自然灾害中，有4场是发生在中国。包括3场严重的夏季洪涝灾和席卷苏鲁冀等沿海地区的台风‘达维’造成的灾害。另外，还有很多地区遭受了严重干旱、冰雹等自然灾害，共造成290亿美元的损失，但通过投保由保险公司赔付的比例仅占总损失的４％左右，这个比例相对美国的自然灾害保险赔付率相差甚远。” 另据报道：“2013年3月20日发生在广东、广西等省部分地区的一场大风和冰雹灾害，造成直接经济损失达13亿多元。”这个事实警示我们，中国需要重视和加强自然灾害保险的研究和实践，特别是针对严重自然灾害的保险体系建设和对策方案的研究，推动由政府主导的自然灾害政策性保险方案的实施。

农业灾害保险是国家政策性保险之一，即政府为保障国家农业生产的发展，基于商业保险的原理并给予政策扶持的一类保险产品。农业灾害保险也是针对自然灾害，保障农业生产的重要措施之一，是现代农业金融服务的重要组成部分，它与现代农业技术、现代农业信息化及市场建设共同构成整个农业现代化体系。农业灾害保险险种是一种准公共产品，基于投保人、保险公司和政府三方面的利益，按照公平合理的定价原则设计，由保险公司经营的保险产品，三方各承担不同的责任、义务和风险。农业灾害保险分种植业保险和养殖业保险两大类，现有几十个险种，因不同地区的气象条件和作物种类不同，其险种和设置方案都不尽相同。农业灾害保险除遵循保险的共同原理外，有其自身的特点。比如，其损失规律有别于人寿保险和通常的财产保险（如汽车险）等。政府作为投保人和承保人之外的第三方介入以体现对国家安全和救灾的责任。附件1给出了P省种植业现行的部分险种方案，请你们从实际出发，查阅和参考附件中的数据资料，通过分析建模，研究解决下面的问题：

（1）对附件2中的数据做必要的统计分析，研究P省现有农业灾害保险险种方案可能存在的风险，并分析其方案是否存在不合理性。

（2）针对P省的具体情况，选取其中部分农业灾害保险险种，设计更实际可行的农业灾害保险的险种方案，包括标的、保险金、保费、费率、赔付率、政府补贴率等；并对方案的有效性（即保险公司和投保人的风险大小）及可行性做出定量分析。

（3）将你们的模型推广应用。根据某省（市、区）的实际情况（或参见附件3），查阅相关资料，提出相应的农业灾害保险的险种方案，并对可能存在的风险做出分析；针对其它方面的自然灾害保险问题进行研究。

（4）结合你们的模型结果，从地方政府、保险公司和投保人三个方面，提出有利于自然灾害保险长远发展的对策方案，希望能用定量依据或方法说明其对策方案的可行性和有效性，并给政府相关部门写一篇建议书。

附件1：2012年P省政策性农业保险统颁条款(部分)；

附件2：P省10地区的2002～2011年的主要气象数据；

附件3：全国各省（市、区）的1998～2011年的农作物受灾统计数据。

第三篇：2014研究生数学建模竞赛A题

2014年全国研究生数学建模竞赛A题

小鼠视觉感受区电位信号(LFP)与视觉刺激之间的关系研究

人类脑计划（Human Brain Project, HBP）是继人类基因组计划之后，又一国际性科研计划，其核心是神经信息学(Neuroinformatics）。该研究旨在努力探究数十亿个神经元的信息，以期对知觉、行动以及意识等有更进一步的了解。科学家们预期这是一条开发新技术的好途径，由此可能进一步认识像老年痴呆和帕金森综合症等疾病，有望为各种精神疾病研究出新的治疗方法。此外，该计划还可以更好地为人工智能服务。目前该计划已经取得一定进展，例如在2014年足球世界杯巴西开幕式上，脊髓损伤患者开球就是利用了美国杜克大学的神经生物学家、大脑-计算机界面研究的先驱、巴西人Miguel Nicolelis开发的一种由大脑脑电波控制的外骨骼系统。它既是人类脑计划的结晶，也是2014年Nature十大科学展望领域之一神经科学的代表性成就。1.脑电波介绍

脑是支配人和高级动物活动的司令部和信息中心，神经系统承担着感受外界刺激，产生、处理、传导和整合信号，实现各种认知活动（如知觉、学习、记忆、情绪、语言、意思和思维等），以及运动控制等众多功能。神经系统的基本结构单元是神经元，其放电活动涉及复杂的物理化学过程，表现出丰富的非线性动力学行为。神经系统整体可视为由数目众多的神经元组成的庞大而复杂的信息网络，通过对信息的处理、编码、整合，转变为传出冲动，从而联络和调节机体的各系统和器官的功能。神经元对信息的处理和加工是神经元集群共同完成的，而神经元集群的同步形成较强的电信号就是脑电波。

脑电波（Electroencephalogram,EEG）是大脑在活动时，脑皮质细胞群之间形成电位差，从而在大脑皮质的细胞外产生电流。它们是脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映，将大脑活动时这种电波的变化记录下来就得到脑电图。2.脑电波的应用

脑电波或脑电图是一种比较敏感的客观指标，不仅用于脑科学的基础理论研究，而且更重要的在于临床实践的应用。事实上，脑电波是诊断癫痫的重要依据，而且对于各种颅内病变，如脑中风、脑炎、脑瘤、代谢性脑病变等的诊断，亦有很大帮助。脑疾病的诊断主要是从脑电波的异常入手，结合临床，对颅内病变进行定位。

另外，脑电波也是人们思维活动的体现。人的大脑是由数以万计的神经交错构成的。神经相互作用时，脑电波模式就是思维状态。人的大脑平均每天产生7万个想法，而且每次神经活动时都会产生轻微的放电。单个神经产生的放电很难从头皮外测量到，但是许多神经共同放电产生的集体电波是可以通过脑电波技术测量到的。因此，我们测量得到的脑电波是由许多神经共同放电产生的集体神经活动决定的。经过近一个世纪的科学实验，神经系统科学领域的专家们已经发现了大脑中控制具体活动的部位。如控制四肢的区域位于大脑的顶部。而负责视力的区域位于大脑的后部。从进化论角度看，大多数动物的大脑也具备这些功能。所以在研究人脑思维时，可以借助于动物实验。

尽管我们知道大脑意识和神经冲动的基础都是电信号，这些电信号是如何精确表达一连串复杂动作一直为科学家所热衷。一旦解析出这种信息密码就可以实现人机互动，甚至用电脑控制动物的行为。Miguel Nicolelis[1]在2011年10月完成了一个猕猴意识控制机械臂的试验。他们将一特殊装置的电极放置到猕猴大脑的运动皮质区和躯体感受皮质区，前者是发出运动信号的区域，后者负责身体其他部分传来的信息。该试验的目标是为瘫痪病人设计可以由大脑控制义肢行为的装置。

该领域的研究目前处于起步阶段，特别是关于人脑的研究，远没有达到实际应用的阶段。所以进行脑电波分析的基础研究具有重要意义。由于人脑的复杂性，在研究脑电波形成机理时，科学工作者大多采用动物实验，比如小鼠等。

一般认为δ波是由大脑皮层和丘脑之间的内在网络所产生的。Ito等人今年4月在“Nature Communication”上发表论文“Whisker barrel cortex delta oscillations and gamma power in the awake mouse are linked to respiration”[2]，他们在对小鼠进行的研究中，发现δ波段的峰值震荡与清醒状态下的小鼠晶须桶状皮层局部场电位的活动被呼吸锁相（delta band oscillation in spike and local field potential activity in the whisker barrel cortex of awake mice is phase locked to respiration）。这也许表明δ波段可能与呼吸有关。（注：锁相是使被控振荡器的相位受标准信号或外来信号控制的一种技术。用来实现与外来信号相位同步，或跟踪外来信号的频率或相位）

此外，大量研究都表明脑电波信号与动物的认知等功能活动有关[3]。3.问题的难点

与脑电波对颅内病变诊断不同的是，利用脑电波分析人（动物）的行为与脑电波之间的关系，并反过来通过脑电波确定或引导人的行为，具有更大的挑战性。脑电波信号是无数神经放电的混合，我们不可能也没有必要将单个神经放电分离出来。宏观意义上，控制某个特定行为或想法的脑电波是一系列众多神经放电的迭加。而我们测量所得到的脑电波信号又是由许许多多构成不同想法和控制行为的脑信号合成的。研究表明这些信号的强弱差别很大。在实现人机交互时，我们也许只关注若干个行为或思想，而对应的脑电波可能很弱。这在信号处理领域，相当于弱信号检测。在数学领域，这可能属于不适定的反问题。显然只有将脑电波信号很好地分离才能从中确定某种脑电波与某种行为相对应。这也可以理解为盲源分离或半盲信号分离问题。但通常的盲源分离技术在这里很难奏效，或误差太大，因为脑电波这一混合信号是由尺度差异很大的信号所构成的。

4.具体问题描述

脑电波来自于大脑内部，一般认为大脑在活动时，脑皮质细胞群之间就会形成电位差，从而在大脑皮质的细胞外产生电流。它是脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映。而局部场电位（Local Field Potential, LFP）则反映来自神经元网络局部神经核团的活动状态，它也是一种神经集合的协同行为。所以LFP信号是脑内某局部大量神经元树突电位和的综合反映。LFP可能与大脑对行为的控制有关，如呼吸及视觉刺激等。对应于不同行为或思维的脑电波，我们称之为脑电波成份。事实上，当一个人面对一个物品或需要拿起一个物品时，我们希望知道对应脑电波的反应，即该脑电波成份。该工作具有深远意义，如果能分离出与行为相关联的脑电波，将有助于对大脑疾病的诊断及脑中风病人的生活自理。由于人的大脑非常复杂，研究人的思维也相对困难。为了容易建立脑电波与行为之间的关系模型，这里我们选取的研究对象为小白鼠。我们感兴趣的是：

(1)视觉感受区的局部电位是否有规律性的变化？与呼吸曲线的周期性之间是否有联系？(2)视觉感受区的局部电位是否与视觉刺激相关？具体的联系是什么？

为了建立模型，我们提供的数据包括两方面：（1）睡眠状态下；（2）清醒状态下：(a)没有视觉刺激；(b)有视觉刺激。

提供的数据如下：

(1)文件名称：LC01_20131204_Data10_V1_50s_70s_1kHz.mat 数据格式：Matlab(.mat;int16)采样频率：1000 Hz 数据长度：30秒

第1-5 道（Ch11, Ch12, Ch13, Ch14, Ch15）：小鼠大脑视觉皮层局部电位(睡眠状态)第6道（Ch17）：呼吸曲线[注：仅波峰和波谷点有生理意义，分别代表吸气和呼气末。呼 吸信号是通过热敏电极在鼻子附近记录的，主要表现是呼气时温度升高（曲线下降）。因为是 间接记录呼吸，因此只能用曲线的峰或 谷的时间点标记呼吸时程（吸气相或呼气相），曲线 具体幅度等没什么价值。](2)文件名称：V01_20131126_Data03_80s_110s_LFP_NoStim_1khz.mat 数据格式：Matlab(.mat;int16)采样频率：1000 Hz 数据长度：30秒 第1-5 道（Ch11, Ch12, Ch13, Ch14, Ch15）：小鼠大脑视觉皮层局部电位(清醒状态)第6道（Ch17）：呼吸曲线

(3)文件名称：V01_20131126_Data03_300s_330s_LFP_VisStim_1khz.mat 数据格式：Matlab(.mat;int16)采样频率：1000 Hz 数据长度：30秒

第1-5 道（Ch11, Ch12, Ch13, Ch14, Ch15）：小鼠大脑视觉皮层局部电位(清醒状态)第6道（Ch17）：呼吸曲线

第7道（Ch18）：两次CheckBoard视觉刺激（注：波峰处为黑白配对视觉刺激开始。具体实 现见附图说明：moveonoff.pdf）信号采集条件说明：

信号（LFP：局部电位）分别来自睡眠或清醒状态下小鼠大脑皮层的视觉感受区，5个电极（一排）同时记录，每个电极间距为0.25 毫米。（电极置于皮下5毫米处，这样可以减少肌电的影响）。

另外，为了研究视觉刺激对LFP的影响。在记录视觉感受区局部电位的同时，动物的眼睛给了视觉刺激。该刺激是通过配对出现的Checkboard，开关的相隔时间是随机的（在小鼠的眼前放置一个Checkboard,随机地打开或关闭）。

请研究如下问题（部分问题给出了猜想，但问题的解决不局限于这些猜想）：

（1）由于对呼吸的观测是间接的，能否通过分析呼吸的机理，建立数学模型反映小鼠在睡眠状态下与呼吸相关联的脑电波。（猜测：呼吸过程是由脑干部分发出“呼”和“吸”的命令，由神经元集群同步产生动作电位，该电位完成呼吸过程。）（2）一般认为：在睡眠状态下，小鼠脑电波的周期节律有可能与呼吸相关联[2]。该结论是否正确？通过对所给的视觉感受区的局部电位数据建立模型论证你的结论。（3）研究在清醒状态下，小鼠视觉感受区的局部电位信号是否有周期性的变化？该周期性的变化是否与小鼠呼吸所对应的脑电波的周期性的变化有关？是线性相关吗？如果不是线性相关，是否具有其他形式的相关性？（4）建立脑电波信号的分离模型，能否从前两种状态（睡眠状态、无视觉刺激的清醒状态）的局部脑电位信号LC01_20131204_Data10_V1_50s_70s_1kHz.mat、V01_20131126_Data03_80s_110s_LFP_NoStim_1khz.mat中分离出与小鼠呼吸相关联的脑电波信号？

（5）通过Checkboard随时间变化的曲线，分析小鼠视觉刺激的时间曲线及其功率谱，并与呼吸曲线的功率谱对比。利用问题(4)所建立的信号分离模型，从数据V01_20131126_Data03_300s_330s_LFP_VisStim_1khz.mat中分离出与Checkboard刺激相关的脑电波信号成份和可能与呼吸相关的脑电波信号成份？请验证所分离出来的刺激脑电波成份与视觉刺激之间的相关性，并说明该脑电波成份中是否包含图形形状因素。

参考文献：

[1] J.Wessberg, C.R.Stambaugh, J.D.Kralik, P.D.Beck, M.Laubach, J.K.Chapin, J.Kim, J.Biggs, M.A.Srinivasan, M.A.L.Nicolelis, Real-time prediction of hand trajectory by ensembles of cortical neurons in primates, Nature,408, 361-365, Nov.2000 [2].J.Ito, S.Roy, Y.Liu, M.Fletcher, L.Lu, J.D.Boughter,S.Grun, D.H.Heck, Whisker barrel cortex delta oscillations and gamma power in the awake mouse are linked to respiration, Nature Communication, 2014, April.[3]Mark E.Bear等，王建军等译，神经科学—探索脑，高等教育出版社，2004 [4]王青云，石霞，陆启韶，神经元耦合系统的同步动力学，科学出版社，2008

附录：“关于大脑”

关于大脑

1.脑电波

现代科学研究已经发现人脑工作时会产生自己的脑电波。经过研究证实大脑存在至少多个不同波段的脑电波。事实上，脑电波是一系列自发的有节律的神经电活动，其频率变动范围在每秒1－30次之间的，可划分为四个波段，即δ（1－3Hz）、θ（4－7Hz）、α（8－13Hz）、β（14－30Hz）。（这几种波的频率边界，学界还没有完全统一的标准。亦有学者认为δ波小于4Hz，θ波4～7Hz，α波8～12Hz，β波13～35Hz，并认为有大于35Hz的脑电波，并命名为γ波。长期处于该状态下的人会有生命危险。另外，这几种波的划分是针对人类的。对于其它动物频率边界会有变化）δ波，频率为每秒1－3次，当人在婴儿期或智力发育不成熟、成年人在极度疲劳和昏睡状态下，可出现这种波段。

θ波，频率为每秒4－7次，成年人在意愿受到挫折和抑郁时以及精神病患者这种波极为显著。但此波为少年（10－17岁）的脑电图中的主要成分。

α波，频率为每秒8－13次，平均数为10次左右，它是正常人脑电波的基本节律，如果没有外加的刺激，其频率是相当恒定的。人在清醒、安静并闭眼时该节律最为明显，睁开眼睛或接受其它刺激时，α波即刻消失。

β波，频率为每秒14－30次，当精神紧张和情绪激动或亢奋时出现此波，当人从睡梦中惊醒时，原来的慢波节律可立即被该节律所替代。

在人心情愉悦或静思冥想时，一直兴奋的β波、δ波或θ波此刻弱了下来，α波相 对来说得到了强化。因为这种波形最接近右脑的脑电生物节律，于是人的灵感状态就出现了。

2.人脑的构造

人脑的构造主要包括脑干、小脑与前脑三部分。

脑干（brainstem）上承大脑半球，下连脊髓，呈不规则的柱状形。经由脊髓传至脑的神经冲动，呈交叉方式进入：来自脊髓右边的冲动，先传至脑干的左边，然后再送入大脑；来自脊髓左边者，先送入脑干的右边，再传到大脑。脑干的功能主要是维持个体生命，包括心跳、呼吸、消化、体温、睡眠等重要生理功能，均与脑干的功能有关。脑干部位又包括以下四个重要构造：

1．延髓（medulla）延髓居于脑的最下部，与脊髓相连；其主要功能为控制呼吸、心跳、消化等。

2．脑桥（pons）脑桥位于中脑与延脑之间。脑桥的白质神经纤维，通到小脑皮质，可将神经冲动自小脑一半球传至另一半球，使之发挥协调身体两侧肌肉活动的功能。

3．中脑（midbrain）中脑位于脑桥之上，恰好是整个脑的中点。中脑是视觉与听觉的反射中枢，凡是瞳孔、眼球、肌肉等活动，均受中脑的控制。

4．网状系统（reticular system）网状系统居于脑干的中央，是由许多错综复杂的神经元集合而成的网状结构。网状系统的主要功能是控制觉醒、注意、睡眠等不同层次的意识状态。

小脑（cerebellum）位于大脑及枕叶的下方，恰在脑干的后面，是脑的第二大部分。小脑由左右两个半球所构成，且灰质在外部，白质在内部。在功能方面，小脑和大脑皮层运动去共同控制肌肉的运动，籍以调节姿势与身体的平衡。

前脑（forebrain）属于脑的最高层部分，是人脑中最复杂、最重要的神经中枢。前脑又分为视丘、下视丘、边缘系统、大脑皮质四部分。

1．视丘（thalamus）视丘呈卵圆形，由白质神经纤维构成，左右各一，位于骈胝体的下方。从脊髓、脑干、小脑传导来的神经冲动，都先终止于视丘，经视丘在传送至大脑皮质的相关区域。所以说视丘是感觉神经的重要传递站。此外，视丘还具有控制情绪的功能。

2．下视丘（hypothalamus）下视丘位于视丘之下，是自主神经系统的主要管制中枢，它直接与大脑中各区相连接，又与脑垂体及延髓相连。下视丘的主要功能是管制内分泌系统、维持新陈代谢正常、调节体温，并与生理活动中饥饿、渴、性等生理性动机有密切的关系。

3．边缘系统（limbic system）边缘系统一般认为包括视丘、下视丘以及中脑等在内的部分。边缘系统的主要功能为嗅觉、内脏、自主神经、内分泌、性、摄食、学习、记忆等。边缘系统有两个神经组织，即杏仁核与海马，前者关系情绪的表现，后者与记忆有关。

4．大脑皮质（cerebral cortex）是大脑的表层，由灰质构成，其厚度约为1到4mm，其下方大部分则由白质构成。大脑中间有一裂沟（大脑纵裂，longitudinal fissure），由前至后将大脑分为左右两个半球，称为大脑半球（cerebral hemisphere）。两个半球之间，由胼胝体（corpus collosum）连接在一起，使两半球的神经传导得以互通。

大脑皮质为中枢神经系统的最高级中枢，各皮质的功能复杂，不仅与躯体的各种感觉和运动有关，也与语言、文字等密切相关。根据大脑皮质的细胞成分、排列、构筑等特点，将皮质分为若干区。皮质运动区：位于中央前回（4区），是支配对侧躯体随意运动的中枢。它主要接受来自对侧骨骼肌、肌腱和关节的本体感觉冲动，以感受身体的位置、姿势和运动感觉，并发出纤维，即锥体束控制对侧骨骼肌的随意运动。返回

皮质运动前区：位于中央前回之前（6区），为锥体外系皮质区。它发出纤维至丘脑、基底神经节、红核、黑质等。与联合运动和姿势动作协调有关，也具有植物神经皮质中枢的部分功能。

皮质眼球运动区：位于额叶的8区和枕叶19区，为眼球运动同向凝视中枢，管理两眼球同时向对侧注视。

皮质一般感觉区：位于中央后回（1、2、3区），接受身体对侧的痛、温、触和本体感觉冲动，并形成相应的感觉。顶上小叶（5、7）为精细触觉和实体觉的皮质区。

额叶联合区：为额叶前部的9、10、11区，与智力和精神活动有密切关系。

视觉皮质区：在枕叶的距状裂上、下唇与楔叶、舌回的相邻区（17区）。每一侧的上述区域皮质都接受来自两眼对侧视野的视觉冲动，并形成视觉。返回

听觉皮区：位于颞横回中部（41、42区），又称Heschl氏回。每侧皮质均按来自双耳的听觉冲动产生听觉。

嗅觉皮质区：位于嗅区、钩回和海马回的前部（25、28、34）和35区的大部分）。每侧皮质均接受双侧嗅神经传入的冲动。

内脏皮质区：该区定位不太集中，主要分布在扣带回前部、颞叶前部、眶回后部、岛叶、海马及海马钩回等区域。

语言运用中枢：人类的语言及使用工具等特殊活动在一侧皮层上也有较集中的代表区（优势半球），也称为语言运用中枢。它们分别是：①运动语言中枢：位于额下回后部（44、45区，又称Broca区）。②听觉语言中枢：位于颞上回42、22区皮质，该区具有能够听到声音并将声音理解成语言的一系列过程的功能。③视觉语言中枢：位于顶下小叶的角回，即39区。该区具有理解看到的符号和文字意义的功能。④运用中枢：位于顶下小叶的缘上回，即40区。此区主管精细的协调功能。⑤书写中枢：位于额中回后部8、6区，即中央前回手区的前方。

3.脑的节律

地球是一个富有节律的环境，气温和白昼都随着季节的变化而变化，每天昼夜交替，潮涨潮落。为了生存，动物的行为必须和环境的节律协调。在进化过程中，脑内形成了各种各样的节律控制系统。睡眠和觉醒是最明显的节律行为。由脑控制的节律周期有些比较长，比如冬眠动物的一些节律活动；而另一些较短，如呼吸节律，行走步伐和大脑皮层的电节律等。

大脑皮层存在着大量的电节律。它们通常是大群神经元组同步产生的。比如，当你试图抓住一个篮球时，同时对形状、颜色、运动、距离甚至篮球的含义反应的不同神经元群组趋于同步的震荡。通过分散的细胞群组震荡的高度同步化，在某种程度上把它们 连成一个有意义的大组，以区别于附近的神经元，从而把“篮球问题”这个杂乱的神经碎片统一起来。

迄今为止，大脑皮层节律的功能在很大程度上还是一个谜。

第四篇：2017年中国研究生数学建模竞赛F题（推荐）

地下物流系统网络

背景

交通拥堵是世界大城市都遇到的“困局”之一。2015年荷兰导航经营商TomTom发布了全球最拥堵城市排名，中国大陆有十个城市位列前三十名。据中国交通部2014年发布的数据，我国交通拥堵带来的经济损失占城市人口可支配收入的20%，相当于每年国内生产总值(GDP)损失5~8%。15座大城市的居民每天上班比欧洲发达国家多消耗28.8亿分钟。大量研究表明：“时走时停”的交通导致原油消耗占世界总消耗量的20%。高峰期，北京市主干线上300万辆机动车拥堵1小时所需燃油为240万~330万升。2015年城市交通规划年会发布数据显示：在石油消费方面，我国交通石油消费比重占到了消费总量的54%，交通能耗已占全社会总能耗10%以上，并逐年上升。高能耗也意味着高污染和高排放。

导致城市交通拥堵的主要原因是交通需求激增所带来的地面道路上车辆、车次数量巨增，其中部分是货物物流的需求增长。尽管货车占城市机动车总量的比例不大，但由于货运车辆一般体积较大、载重时行驶较慢，车流中如果混入重型车，会明显降低道路的通行能力，因此，其占用城市道路资源的比例较大。如北京，按常规的车辆换算系数（不同车辆在行驶时占用道路净空间的程度），货运车辆所占用的道路资源达40%。因此，世界各国都在为解决城市交通和环境问题进行积极探索，而处理好货运交通已成为共识。大量实践证明，仅通过增加地面交通设施来满足不断增长的交通需求，既不科学也不现实，地面道路不可能无限制地增加。因此“统筹规划地上地下空间开发”势在必行，“地下物流系统”正受到越来越多发达国家的重视。概念

地下物流系统（Underground Logistics System——ULS）是指城市内部及城市间通过类似地铁的地下管道或隧道运输货物的运输和供应系统。它不占用地面道路，减轻了地面道路的交通压力，从而缓解城市交通拥堵；它采用清洁动力，有效减轻城市污染；它不受外界条件干扰，运输更加可靠、高效。地面货车的减少同时带来巨大的外部效益，如路面损坏的修复费用，环境治理的费用，可以用于补偿地下物流系统建设的高投资。

图1 日本ULS概念图

图2 德国ULS概念图

图3 地下物流系统的技术形式

图1和图2描绘的分别是日本和德国对ULS的设计构想图。图1进一步描绘了地下节点的运作状况；图2侧重于ULS与其他地下设施的平行关系，在复杂的地下空间条件下实施ULS的空间并不富余。图3中展示的分别是运载车辆形式设计及运输通道的形式。

然而ULS的研究与实践还刚刚兴起，尚无成熟、成功的案例可供借鉴。尽管国内外在发展地下物流的必要性、可行性、技术系统和建造管理等方面取得了不少重要的研究成果，但地下物流系统是涉及地上与地下、物流与工程、技术与管理等多个学科领域的复杂巨系统，而且相比于其他物流方式，ULS复杂，造价高，风险大，不成功则损失巨大，而现有研究成果还处于“试验”阶段，相对单一，尚无系统的理论支撑其走向实际应用，尤其是迄今为止世界上还没有一个城市规模的成功案例，失败的情况反而有几个。因此，亟待进行城市规模的前瞻性研究，为发展地下物流系统的理论和实践进行探索。

我国人口众多、大城市密集、交通状况不佳已经到了迫切需要改善的程度，而且我国城市地铁网络的建设、高铁公路隧道的建造正大规模地进行，地下空间开发利用的规 模和速度已居世界前列，地下工程的技术水平也已基本满足需要，ULS应该提上议事日程。撇开可行性、工程技术问题，构建地下物流系统网络是建设“地下物流系统”必不可少的关键步骤。

地下物流系统的基本特征：

1.建造与运营成本高；网络形式多样（环型、树形、网状等等）且随区域特征变化。2.地下物流无法完全替代地面物流，“多式联运”是其重要运输组织方式。多式联运：由两种及两种以上的交通工具相互衔接、转运而共同完成的运输过程统称为复合运输，我国习惯上称之为多式联运。如地下物流-公路运输，公路-铁路。

3.对于货物单

一、流量大且稳定、地面交通差的区域应优先建立线路。

4.地下物流系统可以适应不同货物的运输需求，管道或隧道直径可根据需求进行设计。运行速度可以达到20-60 公里/小时，同一线路上同向两班车运行间隔2分钟以上。

5.地下物流网络由一级、二级节点和节点间地下通道构成。各级节点均与地面衔接并实现多式联运。一级节点与物流园区相连且采用10吨的大型车辆地下运输，并可跨区域调运货物，从地面收发货物总量上限为4000吨，一级节点之间连通。二级节点从地面收发货物总量上限为3000吨，且与非本区域一级节点仅通过本区域一级节点连通。

车辆参数（供参考）

 一班车一般由四至八节车辆构成；

 两种型号的车辆设计载重分别为10吨、5吨；  运行速度13.5米/秒（约49公里/小时）；  加（减）速度：1 米/秒2；

 电压：三相380伏，频率：50赫兹，单个直线电机感应板电流：460安；  转弯半径70-80米；

 每个节点每12分钟可发车一班（含装卸货物、启动和等待时间），每小时最多发车5班，每天可以运营18小时（每天剩余为检修时间）。

 尽量采用双向双轨（双洞）的隧道形式，在货运量特别大的线路可设置双向四轨（双洞）。题目给出了南京市仙林地区的交通货运区域划分图和相应的货运OD（Origin Destination）流量矩阵（只考虑始发地和目的地的货运流量，不考虑在此之间的途径地）、各区域中心点及区域面积、各区域交通拥堵系数（为简化计算，部分数据经过处理）。其他相关数据可以自行查找，收集你们认为与建立该区域“地下物流系统”网络有关的数据资料。

请完成以下几项任务：

发展城市地下物流网络的两个直接目标：一是缓解交通拥堵直至交通畅通，至少基本畅通；二是降低物流成本。

1.地下物流节点选择；根据你们的观点和该区域的实际情况建立该区域节点选择模型，确定该区域地下物流网络节点群。

计算结果需要但不限于提交：

一、二级节点数及位置、各节点的服务范围（经该节点出、入地面货物的起或讫点形成区域）、各节点实际货运量、各一级节点的转运率。

① 交通拥堵指数取值范围为0至10，每2个数为一等级，分别对应“0-2畅通”、“2-4基本畅通”、“4-6轻度拥堵”、“6-8中度拥堵”、“8-10严重拥堵”五个级别，数值越高，表明交通拥堵状况越严重。由于该地区非人口高度密集区，可以近似认为区域交通拥堵指数与OD数据反映出来的区域总货运量（进、出之和）成正比，考虑到比例关系给出的指数最高值可以大于10。（为简化计算，拥堵指数计算仅根据货运量）。

② 一级节点的转运率（φ）：从物流园区经由最近的一级节点转运至其他所有一级节点的货物量占该物流园区总出货量的百分比，称为该一级节点的转运率。由于需要更换运输车辆，在满足运输要求前提下，转运率低可减少工作量。

③ 考虑到部分区域货运量与面积之比过小，若节点覆盖了某区域中心点即可视为对该区域进行了覆盖。

④ 所有节点的服务半径在 3 公里范围内自由选择，节点间距离不受限制。⑤ 货物从二级节点至地面后采用人力或小型车辆在节点服务区域内进行运输，可认为不影响交通。

⑥ 进出4个物流园区的货物尽最大可能放入地下运输，区域内部的货物根据拥堵情况自行考虑。

2.地下通道网络设计；请你们在地下物流网络节点群的基础上选择合适的地下路线以建立该区域的“地下物流系统”网络。在转运率变化不大的情况下，若考虑优化网 络，可适当调整一、二级节点位置。除园区至一级节点的地下通道外其他地下通道均采用5吨的地下运输车辆。

计算结果需要但不限于提交：网络构成（节点及通道位置）；各节点实际货运量；各级通道的位置和实际流量。

① 地下节点及通道内的货物每天要清仓。

② 每两个相邻节点间地下物流通道双向尺寸一致，以单向流量较大的为设计原则。③ 要求总成本最小。每天的总成本由货物的运输成本和地下物流隧道与节点的折旧构成。

假设每吨货每公里的平均运输成本始终相等，约为1元/吨·公里（已计入车辆和设备折旧），与所经过的隧道尺寸无关。

地下物流隧道与节点的建设成本为：双向四轨（双洞）（10吨）造价5亿元/公里，双向双轨（双洞）（10吨）造价4亿元/公里，双向四轨（双洞）（5吨）造价3.5亿元/公里，双向双轨（双洞）（5吨）造价3亿元/公里，一级、二级节点的建设成本分别约为1.5亿元/个、1亿元/个；通道与节点的设计年限100年，年综合折旧率均为1%。

④ 不考虑物流园区的建设及园区内的地下节点建设，但从园区出发的通道长度需要计入总成本。

3.网络改进；以上是分步设计网络，并未从全局出发，根据你们对运行情况的仿真，上面得到的网络有无修改的必要？能否通过增加、减少节点的个数，调整节点的位置或级别，增加、减少、改变路径的方法縮短货物运输总里程（同时节省运输时间），降低运输成本。

进一步从增强ULS的抗风险能力（如某通道中断，某方向货运量激增）考虑，需要对第二问的ULS作怎样的改动？

4.建设时序与动态优化；“地下物流系统”造价高，风险大，改建困难，所以应做好顶层设计，如果希望考虑满足该市近30年内的交通需求（可以认为需求量每年呈5%增长）并根据建设进度分八年完成“地下物流网络系统”的建设（每年可建设道路长度大致相等），请给出该市“地下物流系统”网络各线路的建设时序及演进过程，与你在第三题中设置的网络有什么差别？并比较优劣。

① 图5为地下物流整体网络可能的演进示意。

② 随着需求量逐年增长，你在第三题中设计的网络是否仍然可行？何时班次和每班车的车厢节数达到满载，如何进行扩容处理？例如：建设期考虑增加线网容量、增设 节点等。

整体

演进过程

图5 地下物流整体网络演进示意

附件包含：

南京市仙林区域的交通货运区域划分图和相应的货运OD流量矩阵（单位：吨，表中数据表示横轴对纵轴的发货量）、各区域面积及中心点坐标（单位：米）、各区域交通拥堵系数。

第五篇：2018年中国研究生数学建模竞赛D题

2018年中国研究生数学建模竞赛D题

基于卫星高度计海面高度异常资料 获取潮汐调和常数方法及应用

1.潮汐潮流现象的研究意义

海洋潮汐是在天体引潮力作用下形成的长周期波动现象，在水平方向上表现为潮流的涨落，在铅直方向上则表现为潮位的升降。潮汐潮流运动是海洋中的基本运动之一，它是动力海洋学研究的重要组成部分，对它的研究直接影响着波浪、风暴潮、环流、水团等其他海洋现象的研究，在大陆架浅海海洋中，对潮汐潮流的研究更具重要性。

海岸附近和河口区域是人类进行生产活动十分频繁的地带，而这个地带的潮汐现象非常显著，它直接或间接地影响着人们的生产和生活。潮汐潮流工作的开展和研究，可为国防建设、交通航运、海洋资源开发、能源利用、环境保护、海港建设和海岸防护提供资料。例如，沿海地区的海滩围垦、农田排灌，水产的捕捞和养殖，制盐，海港的选址及建设，以至于潮能发电等活动，无不与潮汐潮流现象有着密切的关系。2.潮汐潮流数值模拟所面临的问题

区域海洋潮汐的数值模拟需要提供开边界的水位调和常数，而开边界的水位调和常数，或者来源于观测、或者来源于全球海洋潮汐的数值模拟；而全球海洋潮汐的数值模拟，相当耗费资源。虽然目前有国外学者或研究机构，能够提供区域海洋潮汐的调和常数，但实质上的评价结果难以令人满意。

从区域海洋潮汐的数值模拟的现状来讲，四个主要分潮（M2、S2、K1、O1）的单一分潮的数值模拟与同化可以得到令人满意的结果，但其它分潮（、、、等）的单一分潮的数值模拟与同化，结果却差强人意；这意味着其它分潮的数值模拟，只有与四个主要分潮同时进行数值模拟，才能得到可以接受的结果。从具体操作来讲，其它分潮由于相对较弱，导致模拟结果的精度难以提高。

长周期分潮（、、、）的获取，目前已有基于全球长周期分潮数值模拟手段的报道，但其面临的困境，与其它较弱分潮面临的困境没有差别。

从各分潮的调和常数获取的发展史来说，通过对已有观测结果进行插值曾经是首选，但发展过程中逐渐被数值模拟方法所取代。高度计资料的出现，引发部分学者开展了插值方法的研究，并取得了一些值得一提的结果，尽管被所谓的主流方式淹没，但也难掩其光芒所在。鉴于目前已有高度计资料作为支持，其它分潮及长周期分潮的调和常数获取的插 值方法研究大有可为。3.资料描述 3.1 地形数据

地形数据来自ETOP5，全球的分辨率为5'5'，图1的区域是 2~25N，99~122E。

图1 南海地形图

3.2 验潮站资料

中国近海及周边海域770个验潮点的资料，和56个验潮点的资料（是国际上公开的长期验潮站数据分析得到的调和常数），包括9个分潮（M2、S2、K1、O1、N2、K2、P1、Q1、Sa）的潮汐调和常数。

图2显示了上述资料点所在的位置，从图中可以看出上述验潮点主要分布在近岸或岛屿附近。

图2 验潮站资料的分布图

3.3 TOPEX/POSEIDON卫星高度计简介

卫星高度计是一种向卫星下方海洋发射脉冲的雷达，通过测量脉冲经海面反射之后的往返时间，获得卫星距海面的高度。主要用途：利用所得到的海面动力高度同化反演海洋重力场、流场、潮、大地水准面、海洋重力异常；根据回波强度获取风速资料；根据回波波形前沿斜率获取海面有效波高。

TOPEX/POSEIDON卫星是由美国国家航空航天局和法国空间局联合于1992年8月10日发射的，是世界上第一颗专门为研究世界大洋环流而设计的高度计卫星。其轨道高度达1336km，倾角为66°，覆盖面大，保证了资料的连续性。轨道的交点周期（绕地球一圈的时间）为6745.8s，轨道运行127圈以后精确重复，轨道重复周期为9.9156天。相邻最近的轨道之间在赤道上的间隔为360/1272.835。卫星在一个周期内的每一圈分为上行轨和下行轨两条轨道，一个完整的周期内共有254条轨道，沿轨道的两个相邻的星下观测点的距离5.75km。高度计系统的定规精度和测高精度较以前有显著提高，其测量精度约为5cm，是目前观测海面高度精度最高的卫星。

当然，本文只是涉及到TOPEX/POSEIDON卫星高度计资料与潮汐相关的研究，即海面高度异常产品。3.4 南海高度计资料

图3的给出了 2~25N，99~122E，TOPEX/POSEION卫星高度计星下观测点所在的轨道。一共有超过4000个数据点，每个点都对应一个海面高度异常的时间序列，从1992年到2017年，时间跨度为25年。

图3 南海TOPEX/POSEIDON高度计资料的星下轨迹

本题所附文件包括：

1.地形数据来自ETOP5，全球的分辨率为5'5'，此处数据度范围2~25N，99~122E（附数据说明）。

2.中国近海及周边海域验潮点的资料，包括9个分潮（M2、S2、K1、O1、N2、K2、P1、Q1、Sa）的潮汐调和常数。还包括56个验潮点的资料，同样给出了上述9个分潮的潮汐调和常数，是国际上公开的长期验潮站数据分析得到的调和常数（附数据说明）。

3.南海海面高度异常数据文件及说明。

4.调和分析方法简介（包括分潮的Doodson数、分潮角速度和交点因子与订正角m、mm、5列表）4本题所涉及的数据与结果，均应采用国际标准单位，即：时间单位为秒、距离单位为米、速度单位为米每秒等。根据以上介绍及提供的数据文件及表格，请你们团队研究下列问题：

1.根据沿轨道的星下观测点的海面高度异常值，提取所有星下观测点各主要分潮（M2、S2、K1、O1）的潮汐调和常数，注意能有效提取那些分潮的潮汐调和常数取决于相应的资料长度；对提取的潮汐调和常数，应利用潮汐验潮点的调和常数给予评价或检验，并给出评价结果的分析或评价。

2.得到所有星下观测点各主要分潮（M2、S2、K1、O1）的潮汐调和常数，沿轨道作图后，可发现潮汐调和常数在沿轨道方向，在空间有细结构，而此细结构是内潮对正压潮的调制；请设法对沿轨道的各分潮的潮汐调和常数进行正压潮和内潮的分离。

3.设计数据插值或拟合方法给出南海的各主要分潮的同潮图，并利用潮汐验潮点的调和常数给予评价或检验，并给出评价结果的分析或评价。如果你们还有时间和兴趣，还可考虑下列：

4.如果在对沿轨道的潮汐调和常数分离、插值或拟合的过程中，利用了特定的函数进行拟合，是否能够确定出需利用的特定函数的最佳（高）次数？上述结论是否对第3问有启示或帮助。

 本题要求提供可计算出所提交报告中答案的计算程序，所使用的语言和工具不限，但推荐使用CC++、Fortran、Matlab、...。

参考文献

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