2023年美赛ICM问题E:光污染 这题很好做啊！

Posted 2023-03-08 Better Bench

2023年美赛ICM问题E:光污染 这题很好做啊！

我看到DS数模的分析，看似头头是道，实则GouPi不通，我出一个，用于大家学习参考

1 题目

背景
光污染被用来描述任何过度或不良地使用人造光。我们所说的一些光污染现象包括光侵入、过度照明和光杂波。在大城市，这些现象最容易被观测到的是太阳落山后天空中的一道辉光;然而，它们也可能出现在更偏远的地区。
光污染会改变我们对夜空的看法，对环境产生影响，并影响我们的健康和安全。例如，植物的成熟可能会延迟或加速，野生动物的迁徙模式也会受到影响。过多的人造光可能会混淆我们的昼夜节律，导致睡眠质量差，可能还会导致身心健康问题。人造光引起的眩光可能会导致一些机动车事故。
社区官员或当地团体可能会实施干预策略，以减轻光污染的负面影响。然而，人造光既有正面影响，也有负面影响，会以不同的方式影响不同的地点。例如，为了避免上面列出的光污染的负面影响，一些社区选择低光社区，这反过来可能会导致犯罪率上升。光污染的影响可能取决于该地区的发展水平、人口、生物多样性、地理和气候等因素。因此，评估任何干预策略的影响程度和潜在影响都必须针对特定的地点进行调整。
要求
COMAP的照明控制任务(ICM)正在努力提高人们对光污染影响的认识，并制定干预策略以减轻这些影响。为了支持这一ICM工作，您的任务是解决测量和减轻光污染的影响。各个地点，包括人类和非人类的问题。具体来说，你应该:
（1）制定一个广泛适用的度量标准，以确定一个地点的光污染风险水平。
（2）应用以上的度量标准，并在以下四个不同类型的地点上解释其结果:
1.受保护的土地位置
2.一个农村社区
3.一个郊区社区
4.一个城市社区
（3）描述解决光污染的三种可能的干预策略。讨论实施每一项策略的具体行动，以及这些行动对光污染总体影响的潜在影响。
（4）选择你的两个地点，并使用你的指标来确定你的干预策略对每个地方最有效。讨论所选的干预策略如何影响该地点的风险水平。
（5）最后，对于你确定的一个地点及其最有效的干预策略，制作一页纸的传单来推广该地点的策略。
术语表
人造光:任何非自然产生的光源。
昼夜节律:人类和其他生物赖以运转的24小时自然睡眠-觉醒周期。
眩光:亮度过强，会降低人的视力。
干预策略:可采取的政策和/或行动，以破坏光污染的负面影响。
灯光杂乱(Light杂波):过多的灯光分组。
光侵入(Light Trespass):当光线进入非预期区域时。
过度照明:照明强度高于某一活动或地点所需的照明强度。
受保护的土地:政府或私人实体因其生态、文化和/或自然重要性而保护不受开发的地区。
农村社区:位于一个国家或地区人口最密集的地区之一，从城市社区不容易到达的社区。
郊区社区:位于一个国家或地区人口密度中等的地区，或容易从城市社区到达的社区。
城市社区:位于一个国家或地区人口最密集的地区之一的社区。

2 建模分析

2.1 模型假设

（1）光环境应按照昼夜间、夜间独立进行评价
（2）光环境评价在正常情况下进行
（3）室外光环境平均照度、平均亮度、照度均匀度、亮度总均匀度和纵向均匀度、阈值增量、环境比、诱导性应符合国家标准的规定
这是一个评价类问题

2.2 问题分析

（1）问题一：设计度量标准，以确定一个地点的光污染风险水平
光环境采用光环境指数来进行评价，综合考虑到光环境对人的视觉功效、视觉舒适度等因素的影响，采用实测和主观评价等方式确定来表示光环境的指数。
光环境指数的计算分为三部分
a）专家评价组和用户评价组的主观评分，依据问卷结果和各个评分项得出
b）主观评分 公式为
c）光环境指数S计算公式为

光环境质量分为一星级、二星级、三星级3个等级
对应的光环境指数如下表
​

（2）问题二：应用以上的度量标准，并在以下四个不同类型的地点上解释其结果
数据采用：全球夜间光污染地图数据表

针对不同的地理位置（受保护的土地位置、一个农村社区、一个郊区社区、一个城市社区），设计不同的评价项目，如天然光及视野、光的方向性、亮度分布、闪烁、灯具形式、空间色彩、光源种类等，以作出评分表的形式进行表述，放在论文中。
设计的评分表如下
。。。略
并从参考论文中获取评分数据，计算光环境的星级，对数据的评价，可以采用评价模型的方法。主要使用的评价方法有主成分分析法、因子分析法、TOPSIS法、秩和比法、灰色关联法、嫡权法、层次分析法,模糊评价法、物元分析法、聚类分析法、价值工程法、神经网络法等。
a）层次分析法模型
层次分析法(AHP)是由美国运筹学家T.L Saaty于20世纪70年代首先提出的。层次分析法是对复杂问题作出决策的一种简单易行的方法。它适用于那些错综复杂且难于定量分析的问题(仅有定性关系),从而,决策者难于作出最佳决策。诸如:购物;研究单位合理选择科研课题;面队竞争对手如何作出最佳经营策略;以及对社会团体、研究机构、期刊杂志进行排名等问题。层次分析方法提供了一个有力且有效的工具。这个由Saaty首创的方法,目前已广泛应用于决策分析、技术评价、政策分析、规划、预测估计、关联分析、资源分配、评价和选拔人才、冲突解决及其他方面。其基本思想通过准则层各因素对目标层的重要程度比较的量化,经过适当的数学推导，得出前述的各权系数。

b）模糊综合评判法模型
如果在案例中存在大量具有模糊性的概念,这种模糊性或不确定性不是由于事件发生的条件难以控制而导致的,而是由于事件本身的概念不明确所引起的。这就使得很多考核指标都难以直接量化。在评判实施过程中,评判者又容易受经验,人际关系等主观因素的影响,因此对人才的综合素质评判往往带有一定的模糊性与经验性。

c）多层次模糊综合评判方法
对于一些复杂的系统,如人事考核中涉及的指标较多时,需要考虑的因素很多,这时如果仍用一级模糊综合评判,则会出现两个方面的问题:一是因素过多,它们的权数分配难以确定;另一方面,即使确定了权分配,由于需要满足归一化条件,每个因素的权值都小,对这种系统,可以采用多层次模糊综合评判方法。对于人事考核而言,采用二级系统就足以解决问题了,如果实际中要划分更多的层次,那么可以用二级模糊综合评判的方法类推。

d）主成分分析法模型
该评价模型适用于评价多个对象的水平并排序，指标间关联性很强。主成分分为主成分分析和主成分评价两个方面，分析就是单纯的分析数据是否具有主成分和主成分效果如何，评价就是根据主成分运行的结果直接评价了。
要求：指标之间相关性比较高，一般需要对数据的相关性或者主成分分析的结果进行分析后，如果效果比较好，再使用主成分分析，如果效果不好，那就不要使用主成分分析。
主成分说白了就是在评价的时候有很多指标，因为指标太多了，并且各个指标之间相互有影响，为了消除指标之间的影响，单纯从数据的角度寻找各个指标具有公共特征，这些公共的特征就是主成分，也就是常说的第一主成分，第二主成分，第N主成分。具体的第一主成分第二主成分以及累计贡献率（要保证所有主成分累计对原始数据的贡献达到80%）是如何计算出的，可以不用掌握，且在比赛的时候也没必要写在论文上，只需要给出主要的结果即可。

（3）问题二：提出解决光污染的三种可能的干预策略，并讨论所选的干预策略如何影响该地点的风险水平。
干预策略包括如下内容。

a）方法一：高效利用环保材料
近年来，社会的发展也带来了环保意识的提高，光污染问题也成了发展难题，因此在照明工具设计中，首先要改变以往的观念，避免将经济作为制作中的唯一因素，再者也要提高居民的观念，提高节能环保意识，购买环保的照明工具，同时要加大对建筑材料的环保力度，避免出现大规模使用照明灯、彩灯、霓虹灯等现象，减轻能源紧缺的危机，做出合理的设计和规划，降低光污染的程度。
。。。略
b）方法二：使用先进的绿色技术
为了给民众提供更加舒适的环境体验，保障动植物的生存环境，要注重对绿色技术的运用，尽量避免传统的生产理念以及技术所带来的不利因素。因此应该在新理念的基础上，提高对先进的绿色技术的运用，在建筑立面中运用灵活的方法，提高城市建筑设计工作中的环保节能性能的体现，推动城市的绿色可持续发展。
。。。略
c）方法三：加大城市管理力度 在城市发展的过程中，要加强对照明工具以及建筑施工方面的管理，没有严格的管理，建筑的要求就会下降，从而也会影响城市发展的质量以及民众的居住体验，甚至会破坏人类和动植物的生存环境，缩小生存空间。同时，在防治光污染的阶段，制定相应的标准及法规也是重要的管理方式。
。。。略
d）方法四：合理调建筑外墙灯光亮度
e）方法五：合理选择建筑选材及投射方式 建筑外围的玻璃幕墙是建筑师们为了保证建筑外立面更加美观而设计的，
。。。略
（4）问题四：选择两个地点，并使用你的指标来确定你的干预策略对每个地方最有效。讨论所选的干预策略如何影响该地点的风险水平。
参考论文【长春市夜景照明光污染问题分析及对策研究】和西安市主城区夜景照明光污染评价与防治研究】进行论述长春市和西安市。
（5）问题五：制作宣传单
简单，不赘述

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