程九思　陳　敢

提出問題

據(jù)統(tǒng)計(jì)，交通噪聲約占城市噪聲的70%。頻繁雜亂的鳴笛聲，不但給周邊居民的生活質(zhì)量造成很大影響，而且增加了駕駛員的疲勞，影響行駛安全，并使乘客和行人在出行時(shí)倍感煩躁不安。從2007年6月1日起，上海市外環(huán)線以內(nèi)區(qū)域全天禁止機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車?guó)Q笛。條例實(shí)施后，禁鳴區(qū)內(nèi)的違章鳴笛現(xiàn)象雖大為減少，但并未徹底根除。如果能利用現(xiàn)有的聲音傳感器將瞬息即逝的鳴笛聲及時(shí)定位，借助智能化的電子設(shè)備對(duì)禁鳴區(qū)進(jìn)行監(jiān)管，就能對(duì)心存僥幸的違章鳴笛者起到威懾作用，從根源上消除這種違章行為。筆者認(rèn)為，利用雙曲線原理，完全可以幫助交警確定違章鳴笛車輛的位置，并據(jù)此對(duì)違章鳴笛車輛駕駛?cè)诉M(jìn)行處罰，從而達(dá)到“靜”化城市的目的。

分析問題

以最先（若同時(shí)收到，若之前已有兩個(gè)聲音傳感器收到，則任取后收到信號(hào)的兩個(gè)聲音傳感器中的任意一個(gè)，否則全?。┦盏进Q笛聲音信號(hào)的三個(gè)聲音傳感器為一組，進(jìn)行被動(dòng)聲測(cè)定位。我們定義雙曲面的有效部分是指雙曲面的一支（X為正或?yàn)樨?fù)，可通過聲音傳感器收到信號(hào)的先后判斷）的半支（Y為正或?yàn)樨?fù)，可通過是否在需要研究的道路區(qū)域判斷）與所研究的平面的交線。定位則是通過一支雙曲面的有效部分與另一支雙曲面的有效部分的交點(diǎn)確定。由某一點(diǎn)到兩個(gè)接收點(diǎn)的距離差，可以確定出一支雙曲面，故這個(gè)點(diǎn)就一定在這個(gè)雙曲面上。對(duì)于任意的聲音傳感器，就會(huì)有三支雙曲面，既然這三支雙曲面都是由目標(biāo)點(diǎn)的位置坐標(biāo)所決定的，那么它們的有效部分必經(jīng)過該點(diǎn)，三支雙曲面的有效部分必然會(huì)交于同一點(diǎn)（即目標(biāo)點(diǎn)）。那么，任取其中的兩條是等效的。我們只需選用其中的兩條就能夠進(jìn)行定位運(yùn)算。

解決問題

模型1

三個(gè)聲音傳感器都等距懸掛在道路的一側(cè)的同一高度處（如下圖）。

模型2

把模型1中的中間的聲音傳感器放到道路另一側(cè)的相同位置。

點(diǎn)評(píng)

本篇論文利用雙曲線的性質(zhì)，嘗試對(duì)違章鳴笛的車輛進(jìn)行定位，根據(jù)聲音傳感器擺放的不同位置分別建立模型進(jìn)行了研究。通過計(jì)算機(jī)模擬，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差分析，從橫向與縱向兩個(gè)方向的比較，得出了模型2優(yōu)于模型1的結(jié)論，并且對(duì)模型2進(jìn)行優(yōu)化后得到了最優(yōu)模型，給出了聲音傳感器擺放的合理位置。

現(xiàn)在確實(shí)存在很多車輛在禁止鳴笛的區(qū)域隨意鳴笛的現(xiàn)象，其主要原因是對(duì)鳴笛車輛的取證困難，很多駕駛員心存僥幸，久而久之，違章鳴笛這一交通頑疾越來越難以根治。文章從一個(gè)很簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)性質(zhì)著手，對(duì)違章鳴笛車輛進(jìn)行定位取證，雖然這個(gè)模型還沒有在實(shí)際道路狀況中進(jìn)行檢驗(yàn)，有些還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，但我們相信這個(gè)模型為從根本上解決違章鳴笛車輛取證難這一問題提供了很好的理論依據(jù)。

作為一名中學(xué)生，能夠運(yùn)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)去解決一些實(shí)際問題，這對(duì)中學(xué)生素質(zhì)訓(xùn)練有著極其重要的意義。學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、喜愛數(shù)學(xué)，學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決問題，這不僅能克服學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的厭學(xué)、怕學(xué)現(xiàn)象，而且能激發(fā)學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)的內(nèi)部動(dòng)力，能使每個(gè)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)和能力在各自的基礎(chǔ)上都有長(zhǎng)足進(jìn)步。

（本文獲得第23屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)）