拥挤问题 数学建模论文.docx
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拥挤问题数学建模论文
拥挤问题数学建模论文
安徽工程大学数学建模（选修课）课程论文
题目：
拥挤问题
摘要
本文研究安徽工程大学学生餐厅用餐拥挤问题,通过10月28.29日两天用餐时间内对我校食堂进行调查。
通过对数据的分析建立了以分析队列长度的变化的概率统计分布模型，并且得到了初步的结果。
（1）、对于问题一,通过连续两天同一时间同一地点得到了与实际情况大致相符的所需数据。
（2）、对于问题二,根据自己亲身经历与观察,调查数据得出课程表的安排等诸多原因造成了就餐高峰期拥挤排长队现象，最后建立简化模型分析了拥挤程度问题，并提出解决方法。
还分析了学生的用餐心态,根据数据变化分析估计队伍长度与服务时间和单位时间内服务人数的关系,以及各餐厅大门不同进餐人数和窗口等待人数关系,得出最适合进餐时间及窗口分配问题解决方案。
关键词：
学生食堂；就餐过程；排队；拥挤度
队员1：
王辉土木工程1023100105204
队员2：
张艳土木工程1023100105214
指导老师：
周老师
成绩：
.
完成日期：
2012.11.7
一、问题重述
食堂用餐时常常会有拥挤不堪的现象发生。
卖饭菜窗口因拥挤会时有碰撞并打翻饭菜的事情发生，严重时还会引起吵嘴打架，导致用餐者用餐时间过长。
这种现象在某些地方特别是学校、工厂等人员众多的单位食堂较为普遍。
为了解决这个问题，有关管理部门也想过许多办法，主要是增加窗口和工作人员，这又会导致成本的增加,从而引起饭菜价格的增加，这对用餐者是不利的。
为此，我们希望在不增加服务工作人员的情况下制定出缩短用餐时间、減少排长队现象的办法。
重点解决以下几个问题：
（1）了解本校食堂买饭菜的问题的情况，并对实际情况进行调查、收集有关的数据（要注明调查的时间和地点）；
（2）分析造成拥挤、用餐时间过长、排长队等现象的原因；
（3）根据你所了解的情况，建立适当的数学模型，并据此提出解决
（2）中问题的办法。
二、模型假设
1、由于在周六周日的餐厅就餐人数比较少，对于拥挤情况只考虑周一至周五的情况。
通过对课表的研究，可以假设每天的人数是固定的，又由于长期习惯作用的结果可认为到某个餐厅就餐的人数是稳定的。
2、餐厅服务遵守先到先服务的原则。
3、对于我校餐厅座位已足够多时，可认为某个同学买完饭都有座位不在等待。
4、对于拥挤时，可认为人数是不断增加的，有同学进入时有空窗口则立即买饭，否则排队等待。
5、每个人的到来时刻，他们的服务时间相等且相互独立的。
6、对于每个人的服务时间基本上固定，为了方便计算我们假设服务时间为固定数。
三.符号的约定
进入人数
t
时间
二次比例系数
一次比例系数
常数项
窗口等待人数
窗口个数
四、模型分析与求解
4.1模型一
问题一
以下是收集的数据及简单处理：
1）用餐与时间数据整理：
时间：
10月28号地点：
二食堂：
时间段
用餐人数
与上一时段用餐人数的比
备注
6:
30~6:
45
34
6:
45~7:
00
42
1.24
7:
00~7:
15
201
2.01
刚下早操
7:
15~7:
30
160
1.9
7:
30~7:
45
87
0.83
7:
45~8:
00
64
0.74
11:
00~11:
15
32
11:
15~11:
30
42
1.31
11:
30~11:
45
68
1.62
11:
45~12:
00
190
2
2.4教放学
12:
00~12:
15
201
2.01
5.6教放学
12:
15~12:
30
140
1.17
12:
30~12:
45
65
0.47
12：
45~13:
00
42
0.65
13:
00~13:
15
45
1.07
13:
15~13:
30
36
0.8
13:
30~13:
45
28
0.78
13:
45~14:
00
22
0.79
16:
30~16:
45
25
16:
45~17:
00
84
3.36
17:
00~17:
15
160
1.88
下午下课
17:
15~17:
30
140
1.5
17:
30~17:
45
84
0.95
17:
45~18:
00
60
0.714
18:
00~18:
15
42
0.7
18:
15~18:
30
78
1.86
18:
30~18:
45
42
0.54
18:
45~19:
00
38
0.90
表
（一）
时间：
10月29号地点：
二食堂
时间段
用餐人数
备注
6:
30~6:
45
32
6:
45~7:
00
48
7:
00~7:
15
190
刚下早操
7:
15~7:
30
160
7:
30~7:
45
87
7:
45~8:
00
64
11:
00~11:
15
32
11:
15~11:
30
42
11:
30~11:
45
68
11:
45~12:
00
180
2.4教放学
12:
00~12:
15
190
5.6教放学
12:
15~12:
30
140
12:
30~12:
45
65
12：
45~13:
00
42
13:
00~13:
15
45
13:
15~13:
30
38
13:
30~13:
45
26
13:
45~14:
00
24
16:
30~16:
45
30
16:
45~17:
00
82
17:
00~17:
15
120
下午下课
17:
15~17:
30
109
17:
30~17:
45
88
17:
45~18:
00
59
18:
00~18:
15
46
18:
15~18:
30
75
18:
30~18:
45
46
18:
45~19:
00
32
表
（二）
2）用餐人数与时间和地理位置的数据整理：
时间：
10月28号地点：
二食堂
地理位置（各门进入人数）
时间
东门
西门
6:
30~7:
00
42
23
7:
00~7:
30
201
180
7:
30~8:
00
95
60
11:
00~11:
30
90
50
11:
30~12:
00
250
140
12:
00~12:
30
80
70
12:
30~13；00
52
34
13:
00~13:
30
食堂关闭
食堂关闭
13:
30~14:
00
食堂关闭
食堂关闭
16:
30~17:
00
60
64
17:
00~17:
30
120
104
17:
30~18:
00
60
54
18:
00~18:
30
40
60
18:
30~19:
00
34
30
表（三）
时间：
10月29号地点：
二食堂
地理位置
时间
北门
前南门
6:
30~7:
00
40
21
7:
00~7:
30
180
70
7:
30~8:
00
90
86
11:
00~11:
30
106
121
11:
30~12:
00
207
116
12:
00~12:
30
82
70
12:
30~13；00
54
32
13:
00~13:
30
食堂关闭
食堂关闭
13:
30~14:
00
食堂关闭
食堂关闭
16:
30~17:
00
50
60
17:
00~17:
30
160
100
17:
30~18:
00
70
90
18:
00~18:
30
40
60
问题二
分析造成拥挤、用餐时间过长、排长队等现象的原因是：
1）主要原因：
因为学校课表安排不合理时段比较集中，导致就餐过于集中，造成就餐高峰期餐厅拥挤、排长队。
2）次要原因：
学生自身的素质差，有事会出现插队情况，有的窗口人员素质、态度不是太好、有的工作人员带有情绪化、办事效率偏低、窗口价格高低不一等。
由表
（一）和表
（二）的数据知：
由数据分析设进入人数P（t）=at^2+c+bt（t代表时间段 ）
对于上面的数据利用matlab软件进行
拟和结果,进入人数P（t）=-13.3420t^2+123.5359t+28.1636,（t∈{0,1,…28}）
下面是10月30日上午11:
50到12:
20，对二食堂4个窗口的打饭的离开人数与时间的关系。
此段时间人员很多，窗口一直在服务没有间歇，因此结果可以代表服务速率
窗口离开人数 29 32 28 36 29 35
时间段/min 2 3 2 3 2 3
每个人的服务时间/s 4.137931 5.625 4.285714 5 4.137931 5.142857
平均每个人的服务时间/s 4.721572
由上表的处理数据结果，服务时间t=4.72
所以窗口等待人数（n为窗口个数）
代入P（t）窗口的等待人数=-13.34t^2+123.5359t-226.07 当趋于无穷小时，则t表示某一时刻。
所以此时窗口的等待人数=-13.34t^2+123.5359t 令=0，则得t1=0 t2=9.259
开始离散型的t时间段,这里已经认为为连续的，得t=0时，时间为5：
25，t=8时时间为6：
05所以t`=5：
25+00：
5*t
t1=0,t2=9.259,时p=0，由数据知，只t∈[0，9]，可以预测在5：
49时p为0当时p最大。
得上p'=-13.342t^2+123.5359t t~0,9.259
令t3=4.62时P` 最大。
易知在以t3为中心,r为半径的邻域U（t3，r）中,r为0时最为拥挤，r越小越拥挤。
我们不妨设拥挤程度为R（t,r）为t, r的函数,r与R成负相关，我们不妨设拥挤度R（0,t3/2）=R（t2,t3）=0,R（t3/2）=1.
得拥挤度函数R（t,r）=mP`（t）/285.9（m-r） （m为大于r的任意数）
由函数分析可知道等待人数与时间的变化关系
提出个人解决建议：
1：
每天就餐高峰段时间，人潮拥挤；根据调查所得数据得出如周一至周五早餐7:
20，中餐12：
00，晚餐5:
20为就餐高峰段时间，经常要排很长的队。
而平时则较空，这是与学校安排的课程表有密切关系的,希望食堂的工作人员可以像学校有关部门反映。
因此在这个时间段拥挤会有所改善。
2：
由于同学们吃饭时常背着书包、拿着水杯，而餐厅座位上又没有放包的地方,所以经常是一个书包、一个水杯，甚至一本书就是一个座位，大大的浪费了餐厅的座位。
但最主要的还是后勤服务集团应该多做宣传开展有关占座位这种不文明行为的教育，提高学生的素质，这样也可以避免餐厅因占座位而丢失东西的事件发生，还餐厅一个和谐、文明氛围。
还可以通过在餐桌上贴有：
“请同学们就餐完立刻离开餐厅，以避免拥挤造成事故，与人方便也与己方便。
3：
我们学校中午休息时间较长，放学的同学可以先考虑回到宿舍，休息10分钟到20分钟然后在去食堂吃饭，这样可以错开人流。
五、模型评价与改进
5.1模型的优点
（1）通过对于数据的处
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