违章鸣笛车辆声测定位的研究

程九思　陈　敢

提出问题

据统计，交通噪声约占城市噪声的70%。频繁杂乱的鸣笛声，不但给周边居民的生活质量造成很大影响，而且增加了驾驶员的疲劳，影响行驶安全，并使乘客和行人在出行时倍感烦躁不安。从2007年6月1日起，上海市外环线以内区域全天禁止机动车、非机动车鸣笛。条例实施后，禁鸣区内的违章鸣笛现象虽大为减少，但并未彻底根除。如果能利用现有的声音传感器将瞬息即逝的鸣笛声及时定位，借助智能化的电子设备对禁鸣区进行监管，就能对心存侥幸的违章鸣笛者起到威慑作用，从根源上消除这种违章行为。笔者认为，利用双曲线原理，完全可以帮助交警确定违章鸣笛车辆的位置，并据此对违章鸣笛车辆驾驶人进行处罚，从而达到“静”化城市的目的。

分析问题

以最先（若同时收到，若之前已有两个声音传感器收到，则任取后收到信号的两个声音传感器中的任意一个，否则全取）收到鸣笛声音信号的三个声音传感器为一组，进行被动声测定位。我们定义双曲面的有效部分是指双曲面的一支（X为正或为负，可通过声音传感器收到信号的先后判断）的半支（Y为正或为负，可通过是否在需要研究的道路区域判断）与所研究的平面的交线。定位则是通过一支双曲面的有效部分与另一支双曲面的有效部分的交点确定。由某一点到两个接收点的距离差，可以确定出一支双曲面，故这个点就一定在这个双曲面上。对于任意的声音传感器，就会有三支双曲面，既然这三支双曲面都是由目标点的位置坐标所决定的，那么它们的有效部分必经过该点，三支双曲面的有效部分必然会交于同一点（即目标点）。那么，任取其中的两条是等效的。我们只需选用其中的两条就能够进行定位运算。

解决问题

模型1

三个声音传感器都等距悬挂在道路的一侧的同一高度处（如下图）。

模型2

把模型1中的中间的声音传感器放到道路另一侧的相同位置。

点评

本篇论文利用双曲线的性质，尝试对违章鸣笛的车辆进行定位，根据声音传感器摆放的不同位置分别建立模型进行了研究。通过计算机模拟，对实验数据的误差分析，从横向与纵向两个方向的比较，得出了模型2优于模型1的结论，并且对模型2进行优化后得到了最优模型，给出了声音传感器摆放的合理位置。

现在确实存在很多车辆在禁止鸣笛的区域随意鸣笛的现象，其主要原因是对鸣笛车辆的取证困难，很多驾驶员心存侥幸，久而久之，违章鸣笛这一交通顽疾越来越难以根治。文章从一个很简单的数学性质着手，对违章鸣笛车辆进行定位取证，虽然这个模型还没有在实际道路状况中进行检验，有些还需要根据实际情况进行改进，但我们相信这个模型为从根本上解决违章鸣笛车辆取证难这一问题提供了很好的理论依据。

作为一名中学生，能够运用所学数学知识去解决一些实际问题，这对中学生素质训练有着极其重要的意义。学习数学、喜爱数学，学会用数学知识解决问题，这不仅能克服学生对数学的厌学、怕学现象，而且能激发学生学好数学的内部动力，能使每个学生的数学应用意识和能力在各自的基础上都有长足进步。

（本文获得第23届全国青少年科技创新大赛一等奖）