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2017年北京工业大学“太和顾问杯”数学建模竞赛复赛

A题：交通拥堵的成因与解决方案

交通拥堵是绝大多数城市普遍存在的问题，直接影响人的生活质量。请充分发挥你们的观察力，设计合理的问题分析路径，提练出城市交通拥堵的突出问题（提出好问题，其实非常不平凡，其重要性绝对不在解决问题之下），拍摄一段视频来支撑你们的论点（参加答辩的同学需要播放这段视频）。建议从你们身边感触最深的痛点入手，哪怕是一个路口或一段道路的交通改善。

交通拥堵问题是人们普遍关心的，但应对的策略是见仁见智、众说纷纭，各地采取的对策和措施也不尽相同，而且真正有效解决问题的案例实际上并不多。因为这个问题相当复杂，所以希望你们聚焦研究的重点，不必求全也不要追求使用高深的数学方法，更不要人云亦云，特别不要照搬现成的结论。努力发挥你们的原创精神！

问题1：根据你们提炼出来的问题和你们设定的分析路径，搜集相关数据，特别是关注你们身边的第一手数据和资料，通过数学建模的方法，分析该问题的成因。

问题2：在问题分析的基础上，通过进一步的数学建模，深入讨论并给出交通改善的长期应对策略和可操作的解决方案。

问题3：结合你们对问题1和问题2的研究，用通俗地语言写一篇不超过一页A4纸的报告，给城市交通管理部门提供决策参考。

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2017年北京工业大学“太和顾问杯”数学建模竞赛复赛

B题：中央空调系统的数据分析与控制策略

一、问题的背景

随着全球气候的变迁和空调技术的发展，越来越多的大型建筑物利用中央空调系统来实现室内温度和湿度的调节控制。特别是随着“智慧城市”建设步伐的快速推进，如何围绕智慧城市建设实现中央空调系统的智能控制与节能，这是智慧城市建设中的重要研究课题之一。中央空调系统的优化控制策略研究也是实际中的一个很有普遍意义的重要课题。

图1给出了常见的一类中央空调系统的基本结构示意图，该系统包括三套冷却装置Chiller，记为CH-1/2/3）、两个冷却塔（Cooling Tower，记为CT-1/2，二者等效）、三个冷凝水泵（Condenser Water Pump，记为CWP-1/2/3）和四个冷水泵（Chilled Water Pump，记为CHWP-1/2/3/4）。三套冷却装置的额定功率分别为550RT、550RT和235RT（RT为冷却吨，表示制冷能力的功率单位，1 RT = 3.517kw）。

图1 中央空调系统的基本结构示意图

图2给出了中央空调系统的基本工作原理图。每一套(水冷)中央空调系统都包含内循环和外循环两个热交换循环系统。在内循环（图2下方）中，冷水泵将冷却装置中由冷却器冷却的冷水推进大楼, 通过热交换对大楼内部的空气进行降温和除湿。循环水在吸收了室内空气中的热量以后温度升高，重新回流至冷却器中冷却降温，并通过冷却装置将其热量传送到外循环。在外循环（图2上方）中，冷凝器水泵推动冷凝器中的水来吸收冷却器降温所产生的热量到冷却塔，冷却塔把水中的热量排放到室外空气中，水流再流回冷凝器。依次循环。内循环中的冷却器和外循环中的冷凝器被封装在一起，称为中央空调系统的冷却装置（Chiller）。中央空调通过能量转换实现将室内的热量吸收并输送至室外，从而实现换气降温的功效。

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图2 中央空调系统的工作原理图

二、问题的数据说明

1. 附件1：CACS_data.csv给出了一个实际中央空调系统状态参数和传感器采集的数据。包括以下内容： (1) 采集时间：年月日时分； (2) 环境信息：室外相对湿度和温度；

(3) 系统状态参数：冷水泵状态、冷凝泵状态、冷却装置状态和冷却塔状态等； (4) 控制参数：冷水泵转速、冷凝水泵转速、冷却塔风扇转速等，相应转速的频率范围分别为30Hz～50Hz、30Hz～50H和25HZ～50Hz。数据中将以百分比%的形式给出，比如：以30Hz～50Hz为例，0%=30Hz，100%=50Hz，50%=40Hz。 (5) 系统采集信息：设备的耗电量、相关传感器读数（如冷凝水进/出冷却装置的水温和流速等）；

(6) 系统运行相关信息：耗电量、冷却负载、系统效率等。 2. 附件2：关于数据的字段名、含义、单位等内容说明信息表。 (1) 系统的可控变量――设备控制参数（3个）：

? 冷水泵转速：chwp_pc； ? 冷凝水泵转速：cwp_pc； ? 冷却塔风扇转速：ct_pc。

(2) 系统的可控变量――状态参数（12个）：

? 冷水泵1、2、3、4的状态参数：chwp1stat，chwp2stat，chwp3stat，

chwp4stat；

? 冷凝水泵1、2、3的状态参数：cwp1stat，cwp2stat，cwp3stat；

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