[论文解读] The First IEEE UV2022 Mathematical Modelling Competition: Backgrounds and Problems

Juntao Jiang, Yuan Niu+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2022

Smart Cities and Technologies被引用 7

一句话总结

本文介绍了首届IEEE UV2022数学建模竞赛的问题与背景，聚焦于三个现实世界挑战：为杭州和哈尔滨设计智慧城市发展指数，优化中国后疫情时代疫苗分配，以及估算中国城市中类似LinkNYC的公共信息亭的部署需求与盈利模式。竞赛旨在通过数据驱动、多准则评估与优化技术，推动数学建模在可持续城市发展与公共卫生解决方案中的应用。

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.

研究动机与目标

• 构建一个综合性的智慧城市发展指数，整合八个UV子系统，用于评估城市数字化转型的全面性。
• 基于所提出的指数，评估杭州和哈尔滨的当前发展水平，并与一个选定的国际城市进行对比分析。
• 基于当前发展趋势，预测未来十年各智慧城市子系统的发展趋势。
• 为杭州和哈尔滨的综合医院及社区医院设计优化的疫苗分配方案，平衡需求、成本与可及性。
• 估算杭州和哈尔滨各城区部署类似LinkNYC的信息亭数量，并为中国的公共信息亭开发可持续的商业模型。

提出的方法

• 采用加权打分法或AHP（层次分析法）构建多准则评估模型，整合八个UV子系统（如智慧能源、医疗保健、应急响应等）以形成指数。
• 使用回归分析、时间序列预测或机器学习模型，预测各子系统在未来十年内的变化趋势。
• 采用混合整数规划或线性规划优化疫苗分配，最小化运输与储存成本，同时满足需求与可及性约束。
• 在疫苗分配模型中纳入人口密度、医疗人员数量与交通可达性等约束条件。
• 基于空间分析与人口密度指标估算信息亭需求，重点针对杭州与哈尔滨的城市城区。
• 设计一个结合免费公共服务与创收功能（如定向广告、付费服务及与本地企业合作）的中国信息亭盈利模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何构建一个全面、多维的智慧城市发展指数，以公平评估不同子系统在城市数字化转型中的表现？
• RQ2 基于所提出的指数，杭州和哈尔滨的当前发展水平如何？与选定的国际城市相比有何差异？
• RQ3 未来十年中，各智慧城市子系统的绩效将如何演变？驱动这些预测变化的主要因素是什么？
• RQ4 针对杭州和哈尔滨的综合医院与社区医院，如何制定最优疫苗分配策略，以最小化成本并最大化覆盖范围与可及性？
• RQ5 为满足市民需求且避免资源浪费，杭州和哈尔滨需要部署多少公共信息亭？何种可持续商业模式可支持其长期运营？

主要发现

• 智慧城市发展指数设计用于整合八个核心UV子系统，实现对城市数字化成熟度的标准化评估。
• 竞赛要求参赛者应用该指数评估杭州与哈尔滨的发展水平，并对一个非中国城市进行对比案例研究。
• 各子系统的未来发展趋势将通过数据驱动建模进行预测，预测期为未来十年。
• 疫苗分配方案需平衡需求、储存成本、运输物流与人口分布，需对杭州拱墅区与哈尔滨道里区进行具体计算。
• 信息亭需求估算任务需基于人口密度与城市基础设施进行区级分析，目标是避免资源浪费。
• 需开发一种可持续的中国信息亭盈利模式，整合免费公共服务与创收功能，如广告与增值服务。