違章鳴笛車輛聲測定位的研究

程九思　陳　敢

提出問題

據統計，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倍感煩躁不安。從2007年6月1日起，上海市外環線以內區域全天禁止機動車、非機動車鳴笛。條例實施后，禁鳴區內的違章鳴笛現象雖大為減少，但并未徹底根除。如果能利用現有的聲音傳感器將瞬息即逝的鳴笛聲及時定位，借助智能化的電子設備對禁鳴區進行監管，就能對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，并據此對違章鳴笛車輛駕駛人進行處罰，從而達到“靜”化城市的目的。

分析問題

以最先（若同時收到，若之前已有兩個聲音傳感器收到，則任取后收到信號的兩個聲音傳感器中的任意一個，否則全取）收到鳴笛聲音信號的三個聲音傳感器為一組，進行被動聲測定位。我們定義雙曲面的有效部分是指雙曲面的一支（X為正或為負，可通過聲音傳感器收到信號的先后判斷）的半支（Y為正或為負，可通過是否在需要研究的道路區域判斷）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確定。由某一點到兩個接收點的距離差，可以確定出一支雙曲面，故這個點就一定在這個雙曲面上。對于任意的聲音傳感器，就會有三支雙曲面，既然這三支雙曲面都是由目標點的位置坐標所決定的，那么它們的有效部分必經過該點，三支雙曲面的有效部分必然會交于同一點（即目標點）。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行定位運算。

解決問題

模型1

三個聲音傳感器都等距懸掛在道路的一側的同一高度處（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的相同位置。

點評

本篇論文利用雙曲線的性質，嘗試對違章鳴笛的車輛進行定位，根據聲音傳感器擺放的不同位置分別建立模型進行了研究。通過計算機模擬，對實驗數據的誤差分析，從橫向與縱向兩個方向的比較，得出了模型2優于模型1的結論，并且對模型2進行優化后得到了最優模型，給出了聲音傳感器擺放的合理位置。

現在確實存在很多車輛在禁止鳴笛的區域隨意鳴笛的現象，其主要原因是對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。文章從一個很簡單的數學性質著手，對違章鳴笛車輛進行定位取證，雖然這個模型還沒有在實際道路狀況中進行檢驗，有些還需要根據實際情況進行改進，但我們相信這個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。

作為一名中學生，能夠運用所學數學知識去解決一些實際問題，這對中學生素質訓練有著極其重要的意義。學習數學、喜愛數學，學會用數學知識解決問題，這不僅能克服學生對數學的厭學、怕學現象，而且能激發學生學好數學的內部動力，能使每個學生的數學應用意識和能力在各自的基礎上都有長足進步。

（本文獲得第23屆全國青少年科技創新大賽一等獎）