[논문 리뷰] The First IEEE UV2022 Mathematical Modelling Competition: Backgrounds and Problems

Juntao Jiang, Yuan Niu외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 12. 15.

Smart Cities and Technologies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 제1회 IEEE UV2022 수학적 모델링 경연대회에서 제기된 문제들과 배경을 다루며, 항저우와 하얼빈에 대한 스마트 시티 개발 지수 설계, 코로나19 이후 중국의 백신 배분 최적화, 그리고 중국 도시의 링크뉴욕 스타일 공공 정보 키오스크의 필요 수요와 수익 모델 추정이라는 세 가지 실제 문제에 초점을 맞춘다. 이 대회는 데이터 기반의 다기준 평가 및 최적화 기법을 활용하여 지속 가능한 도시 발전과 공중보건 해결책을 위한 수학적 모델링을 촉진한다.

ABSTRACT

Economic growth, people's health, and urban development face challenges in the post-epidemic era. How to promote high-quality and sustainable urban development, improve citizens' sense of happiness, and solve problems in city management have become a heated and crucial topic. Mathematical modeling is a research method that uses mathematical symbols to express practical problems, establish mathematical models, and then propose solutions. The 1$^{st}$ IEEE UV2022 Mathematical Modelling Competition is a satellite activity of the 6$^{th}$ IEEE International Conference on Universal Village, which expects participants to use mathematical modeling methods for practical problems and provide guidelines for sustainable social progress. This short paper introduces the background of the competition and publishes the problems to be solved.

연구 동기 및 목표

• 도시 디지털 전환을 평가하기 위해 여덟 개의 UV 하위시스템을 통합하는 종합적인 스마트 시티 개발 지수를 개발하기.
• 제안된 지수를 활용해 항저우와 하얼빈의 현재 개발 수준을 평가하고, 제3의 국제 도시와의 비교 분석을 수행하기.
• 현재 추세를 바탕으로 향후 10년간 각 스마트 시티 하위시스템의 변화 추세를 예측하기.
• 수요, 비용, 접근성 간 균형을 고려해 항저우와 하얼빈의 종합병원 및 지역병원에 대한 최적의 백신 배분 계획을 수립하기.
• 항저우와 하얼빈의 각 구역에 필요한 링크뉴욕 스타일 키오스크 수를 추정하고, 중국 도시의 공공 정보 키오스크 운영을 위한 지속 가능한 상업 모델을 개발하기.

제안 방법

• 가중치 부여 또는 AHP(분석적 계층과정)를 활용해 스마트 에너지, 의료, 비상 대응 등 여덟 개의 UV 하위시스템을 통합하는 다기준 평가 모델을 구축하기.
• 선형 회귀, 시계열 예측 또는 머신러닝 모델을 적용해 향후 10년간 각 하위시스템의 변화를 예측하기.
• 정수기반 프로그래밍 또는 선형 프로그래밍을 활용해 백신 배분을 최적화하여 운송 및 보관 비용을 최소화하면서 수요 및 접근성 제약 조건을 충족하기.
• 인구 밀도, 의료 인력 가용성, 교통 접근성 등의 제약 조건을 백신 배분 모델에 통합하기.
• 공간 분석 및 인구 밀도 지표를 활용해 항저우와 하얼빈의 도시 구역 중심으로 키오스크 수요를 추정하기.
• 무료 공공 서비스와 타겟 광고, 유료 서비스, 지역 기업과의 제휴 등 수익 창출 기능을 결합한 수익 모델을 설계하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 하위시스템을 포괄하는 종합적이고 다차원적인 스마트 시티 개발 지수를 어떻게 구성할 수 있을까? 이는 다양한 도시의 디지털 성숙도를 공정하게 평가할 수 있도록 해야 한다.
• RQ2 제안된 지수를 바탕으로 항저우와 하얼빈의 현재 개발 수준는 어떠한가? 그리고 선택한 국제 도시와 비교했을 때 어떤가?
• RQ3 향후 10년간 각 스마트 시티 하위시스템의 성능은 어떻게 변화할 것인가? 이러한 변화를 이끄는 주요 요인들은 무엇인가?
• RQ4 비용을 최소화하면서도 커버리지와 접근성을 극대화하는 항저우와 하얼빈의 종합병원 및 지역병원에 대한 최적의 백신 배분 전략은 무엇인가?
• RQ5 자원 낭비를 방지하면서도 주민 수요를 충족시키기 위해 항저우와 하얼빈에 필요한 공공 정보 키오스크의 수는 얼마이며, 이를 지속 가능한 운영을 지원할 수 있는 비즈니스 모델은 무엇인가?

주요 결과

• 스마트 시티 개발 지수는 여덟 개의 핵심 UV 하위시스템을 통합하여 도시의 디지털 성숙도를 표준화된 방식으로 평가할 수 있도록 설계되었다.
• 대회 참가자들은 지수를 적용해 항저우와 하얼빈의 평가를 수행하고, 비중국 도시를 대상으로 비교 사례 연구를 수행해야 한다.
• 각 하위시스템의 향후 추세는 데이터 기반 모델링을 통해 예측되며, 향후 10년간의 전망이 포함된다.
• 백신 배분 계획은 수요, 보관 비용, 운송 물류, 인구 분포 간 균형을 고려해야 하며, 항저우의 공수구와 하얼빈의 다오이구에 대한 구체적인 계산이 필요하다.
• 키오스크 수요 추정 작업은 인구 밀도 및 도시 인프라 기반으로 각 구역 수준에서 수행되어 자원 낭비를 방지해야 한다.
• 중국의 키오스크를 위한 지속 가능한 수익 모델은 무료 공공 서비스와 광고, 프리미엄 서비스 등의 수익 창출 기능을 통합하여 개발되어야 한다.