problem

背景：
光污染用于描述過度或不良使用人造光。我們稱之為光污染的一些現(xiàn)象包括光侵入、過度照明和光雜波。在大城市，太陽落山后，這些現(xiàn)象最容易在天空中看到:然而，它們也可能發(fā)生在更偏遠的地區(qū)。
光污染會改變我們對夜空的看法，對環(huán)境造成影響，并影響我們的健康和安全。例如，植物成熟可能會延遲或加速，野生動物的遷徙模式也會受到影響。過度的人造光可能會擾亂我們的晝夜節(jié)律，導致睡眠質(zhì)量下降，可能還會導致身心健康問題。人造燈光引起的眩光可
能會導致一些機動車事故。社區(qū)官員或地方團體可以實施干預策略，以減輕光污染的負面影響。然而，人造光具有積極和消極的影響，以不同的方式影響不同的位置。例如，為了避免上述光污染的負面影響,一些社區(qū)選擇了光線較低的社區(qū)，這反過來可能導致犯罪增加。光污染的影響可能取決于當?shù)氐陌l(fā)展水平、人口、生物多樣性、地理和氣候等因素。因此，評估任何干預策略的影響程度和潛在影響必須針對特定地點。

要求：
COMAP 組委會的照明控制任務 (ICM) 正在努力提高對光污染影響的認識，并制定干預策略以減輕這些影響。為了支持 ICM 的這項工作，您的任務是解決測量和減輕不同地點光污染的影響，同時考慮人類和非人類的問題。具體來說，您應該:

• 制定一個廣泛適用的指標，以確定一個地點的光污染風險水平。
• 根據(jù)以下四種不同的類型應用度量并解釋其結(jié)果位置:
  o 受保護的土地位置，
  o 農(nóng)村社區(qū)，
  o郊區(qū)社區(qū)，以及
  o 城市社區(qū)。
• 描述解決光污染的三種可能的干預策略。討論實施每項戰(zhàn)略的具體行動，以及這些行動對光污染總體影響的潛在影響。
• 選擇您的兩個地點，并使用您的度量標準來確定您的干預策略中哪一個對他們最有效。討論所選擇的干預策略如何影響所在地的風險水平。
• 最后，針對您確定的一個地點及其最有效的干預策略，制作一張 1 頁傳單，宣傳該地點的策略。

總頁數(shù)不超過 25 頁的 PDF 解決方案應包括:

• 一頁匯總表。
• 目錄。
• 您的完整解決方案。
• 一頁促銷傳單。
• 參考列表。
• 注:ICM 競賽有 25 頁的限制。您提交的所有方面都達到了 25 頁的限制(匯總表、目錄、報告、一頁促銷傳單、參考列表和任何附錄)。你必須引用你的想法、圖片和報告中使用的任何其他材料的來源。

solution1

• 問題1：
  首先我們要知道光污染以兩種形式存在:天空輝光也稱為人造天空輝光、光穹或逃逸光) 是由散射在大氣中的人為光使夜空變亮眩光是光線的直接照射，這兩種形式都會影響人類對夜空、自然景觀和夜晚其他微弱特征的感知。
  要制定一個廣泛適用的指標來確定一個地點的光污染風險水平,該指標應考慮到地點的發(fā)展水平、人口、生物多樣性、地理和氣候等因素。這些因素可能包括該地點的光照強度、光源類型、光照持續(xù)時間、光照頻率以及對周圍環(huán)境和生物體的影響。我們可以通過回歸分析來制定光污染風險水平指標的方法，以確定與給定位置的光污染最密切相關的變量。一旦開發(fā)了回歸模型，它就可以用于根據(jù)各種數(shù)據(jù)點的輸入來計算預測的風險水平。其實用綜合評價比較好，但我估計大多數(shù)人都是用的這種方法哈
  也可以考慮下面這幾個因素:
  skyglow: 人造光在夜空中產(chǎn)生輝光的程度光侵入: 光溢出到不需要或不需要的區(qū)域的程度
  眩光:燈光造成不適或妨礙視力的程度
  照度: 特定區(qū)域的人造光水平。
  我們可以優(yōu)先通過數(shù)據(jù)來得到可視化圖，例如人口密度、土地使用和夜間衛(wèi)星圖像，以創(chuàng)建一個合成地圖，直觀地顯示光照風險最高的區(qū)域污染我們可以在美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)，還有光污染科學技術研究所 (LPSTI面得到全球光污染的程度，制圖如下圖所示:

• 問題2：
  使用第一問的指標，我們可以評估四種不同類型地點的光污染風險水平:受保護土地位置:國家公園或野生動物保護區(qū)等受保護土地位置應具有低光污染風險級別這意味著天光極少，光侵入不存在，眩光也極少，同時照度水平保持在最低水平，以避免破壞自然棲息地和生態(tài)系統(tǒng)。
  農(nóng)村社區(qū):農(nóng)村社區(qū)也應該具有低光污染風險水平,但它的照度水平可能略高于保護區(qū)位置重點應放在減少天光和光侵入，同時盡量減少眩光以確保公共安全。郊區(qū)社區(qū): 由于路燈、商業(yè)地產(chǎn)和住宅照明的結(jié)合，郊區(qū)社區(qū)可能具有中等光污染風險水平重點應放在減少天光和光侵入上，同時管理照度水平以平衡安全問題與對一定水平光的需求
  城市社區(qū):由于照明設備和路燈密度高，城市社區(qū)可能具有較高的光污染風險水平。重點應放在減少天光和光侵入上，同時管理照度水平以平衡安全問題與對一定水平光的需求

• 問題3
  使用運動傳感器和計時器:一種干預策略是使用運動傳感器和計時器來控制人工照明的使用該策略將通過確保僅在需要時使用燈來幫助減少光污染。例如，運動傳感器可用于在檢測到汽車或行人時打開路燈，而定時器可用于在特定時間后關閉燈。使用高效照明: 另一種策略是使用能提供充足光線同時最大限度減少光污染的高效光源。這可能涉及用耗能更少、光污染更少的 LED 燈替換傳統(tǒng)燈泡。社區(qū)教育: 第三個策略是就光污染的負面影響以及如何減少光污染對社區(qū)進行教育。包括有關使用屏蔽以最大限度地減少光侵入的重要性、使用運動傳感器和計時器的好處以及選擇旨在減少眩光的照明燈具的重要性的信息。

• 問題4:
  要確定哪種干預策略對每個位置最有效,我們可以應用上述指標并考慮每個位置的獨特特征例如,天輝度較低的農(nóng)村社區(qū)可能會從使用運動傳感器和計時器以降低照度水平中獲益更多.而天輝度較高的城市社區(qū)可能會從使用高效照明以降低整體光輸出中獲益更多。

• 問題5：
  制作一頁的傳單《以宣傳對其中一個已確定地點的最有效干預策略。此傳單應根據(jù)具體位置量身定制，并突出不預策略的好處。完成這個問題需要全面了解光污染的影響和促成光污染的因素，以及制定和實施有效干預策略的能力。還需要強大的溝通技巧才能有效地推廣針對特定位置的最有效策略。其實就是總結(jié)前面的策略.

solution2

• 問題一
  要求開發(fā)一個廣泛適用的指標，以確定位置的光污染風險級別。這一問非常非常明確，同時又非常重要，將奠定全文基礎，可使用的方法也比較多。對于指標，大家一定要多選且不要糾結(jié)，閱讀相關文獻，選相關的即可，先選的多，比較全面，之后再進行指標的進一步處理。舉個例子，一開始選取10 個一級指標、50 個二級指標，之后再用PCA 降維和因子分析等進行融合、降維處理即可，注意要廣泛適用！通過較多的指標，來體現(xiàn)廣泛！確定光污染的級別，則需要對不同地區(qū)進行評價（建議對全球各國進行評價，相比只有一個國家的數(shù)據(jù)而言，這種更具有代表性，在此體現(xiàn)出廣泛適用），各種評價算法，如層次分析、熵權法和TOPSIS法等，也可以進行組合使用（沒有最好的方法，只有最好的邏輯），之后進行分級處理，分級處理可以使用數(shù)據(jù)編碼、三分位數(shù)劃分等，或者是自己定義劃分原則，在此基礎上進行劃分。層次分析是最好用的，

• 問題2
  要求應用問題1 的指標，解釋在不同類型地點的結(jié)果。對于問題2，可以使用決策樹模型，為了增加亮點，可以在決策樹的基礎上使用優(yōu)化算法，如PSO 算法等，建議基于粒子群算法優(yōu)化的決策樹模型。除了建立模型之外，問題2 重在分析，四個不同類型地點的評價結(jié)果不同，結(jié)合所建立的模型分析為什么出現(xiàn)差異，并且在摘要中進行一定的說明，這將是一個加分項?？梢允褂玫臎Q策樹有很多，如C4.0、C4.5 等。決策樹是工樹狀結(jié)構(gòu)，它從根節(jié)點開始，對數(shù)據(jù)樣本進行測試，根據(jù)不同的結(jié)果將數(shù)據(jù)樣本劃分成不同的數(shù)據(jù)樣本子集，每個數(shù)據(jù)樣本子集構(gòu)成子節(jié)點。構(gòu)造決策樹的目的是找出屬性和類別間的關系，用它預測將來未知類別。C4.5 算法能夠處理離散型和連續(xù)型的屬性類型，通過信息增益率來選擇劃分特征，克服了用信息增益選擇的不足。

• 問題3：
  問題3：對于問題3，要求描述解決光污染的干預策略，并討論實施每種策略的具體行動以及對光污染的潛在影響。對于這一個問題，應該結(jié)合問題2 建立的決策樹進行進一步分析，此處可以使用SHAP 模型。SHAP 模型是一種新興的解釋機器模型學習方法，它通過計算每個特征的有效值來推斷模型的決策，從而得出有意義的解釋結(jié)果。該方法能夠根據(jù)用戶提供的輸入數(shù)據(jù),生成一個圖形，通過圖形展示模型的行為。與其他解釋模型方法相比，SHAP的優(yōu)勢是它可以提供對各個特征的有效貢獻度以及解釋模型的決策過程。SHAP 的計算公式如下：

• 問題4：
  要求選取兩個地點，并使用先前建立的指標確定的干預策略中那個最有效。這一問的地點選擇比較重要，建議選取光污染差異大的地點，從而可以對比分析。可以繼續(xù)使用SHAP 模型，分析各個指標的重要度，并得到干預措施是如何影響各個指標的，之后進行分析即可。這一問的處理可以圓滑一點，尤其是描述結(jié)果的時候，除分析結(jié)果之外，要會說，要側(cè)面體現(xiàn)指標體系的合理性，所有的分析，都要體現(xiàn)這一點。大家注意，美賽的開發(fā)程度很高，不要過于糾結(jié)結(jié)果的正確性，而應該把精力放在邏輯性上，如何串起來，有頭有尾很重要！

• 問題5：
  問題5 實際就是前文的總結(jié)，建議可以做一些流程圖之類的，增加美觀程度。下圖是一個簡單的例子，使用PPT就可以制作。