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2015年国赛A题:太阳影子定位

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2015年国赛A题:太阳影子定位是2015年全国大学生数学建模竞赛的A题。

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背景与观测资料

物体在日光下的影子会随太阳位置变化。根据视频或连续观测中的影长与影子方向,研究能否反推拍摄地点、日期,是本题的核心。

附件1—3记录一根固定直杆在水平地面上的影子顶点坐标。杆与地面垂直,以杆底为坐标原点,水平地面为xy平面,坐标单位为米,时间均使用北京时间。每组有21个观测时刻,间隔3分钟:附件1为14:42—15:42,已知测量日期为2015年4月18日;附件2为12:41—13:41;附件3为13:09—14:09。后两组用于日期未知时的定位问题。

附件4是一段直杆影子变化视频,直杆高度已通过其他方法估计为2米。

需要完成的任务

  1. 建立影子长度随时间变化的模型,分析影长对各个参数的变化规律。应用模型绘制2015年10月22日北京时间9:00—15:00期间,北京天安门广场一根3米高直杆的影长曲线;地点坐标为北纬39°54′26″、东经116°23′29″。
  2. 根据固定直杆影子顶点的坐标观测建立地点反推模型,应用于附件1,并给出若干个可能的位置。
  3. 同时把位置与日期作为待确定量,分别使用附件2、3给出若干个可能的地点与日期组合。
  4. 建立由视频确定拍摄地点的模型,利用附件4和2米杆高条件,给出若干个可能的拍摄地点。进一步讨论:如果拍摄日期也未知,能否由视频同时确定地点与日期?

原题、附件与来源

来源:全国大学生数学建模竞赛2015年官方发布页