酒后驾车问题模型.doc

饮酒驾车的优化问题摘要 近年来因饮酒驾车引起的交通伤亡事故屡屡发生，且有逐年递增的趋势，已经严重影响道路交通状况和威胁行人的人身安全为维持良好的道路交通状况，更好的保障广大行人人身安全国家质量监督检查检疫局对此出台了更为严格的酒驾国标，本文针对饮酒驾车问题，重要研究了酒精浓度在人体内吸取与分解随时间的变化规律，并针对不同饮酒方式和饮酒量时血液酒精浓度随时间变化规律的不同进行了比较研究 针对问题一本文运用药物代谢动力学分析措施,模拟了人体吸取与分解酒精的过程，基于采用二室房室模型把肠胃和体液模拟成两个封闭的空间——吸取式与中心室，并分别建立吸取室与中心室的酒精含量变化与时间t的微分方程，并运用MATLAB求解得到中心室酒精含量与时间t的关系式，并通过 ，最后得到体液中酒精浓度随时间t的变化关系式可知大李第一次检查时血液中酒精浓度为14.2695 mg/dml，没有超标第二次检查时血液中酒精浓度为20.1622 mg/dml，成果超标 针对问题二和问题三，无论是迅速饮酒或较长时间内喝酒，酒精向体液渗入和体液中酒精分解的速度会随着时间变化而增大，而当体液分解酒精的速度等于肠胃内酒精向体液渗入的速度时，体液中的酒精浓度达到最大，对于迅速饮酒，会不久达到最大。

本文用lingo软件对非线性约束求极大值可知，体液中酒精浓度达到最大的时刻为：1.1015小时 针对问题四如果每天喝酒，且饮过量的酒，不管饮酒时间长短，血液酒精浓度均不能在很长一种时间内恢复到安全驾驶原则虽然长时间内均匀的喝少量的酒，人体血液中的酒精的含量也会积少成多，每天喝酒必然超过安全驾驶原则因此如果每天喝酒，就不能开车 针对问题五中在新的酒驾国标下，想喝一点酒的司机需要开车时，牢记不要饮酒过量，不要立即驾车保护自己与她人的安全 如果有更多的有关数据，如不同体重不同年龄的人血液内酒精浓度随时间变化的数据，该模型还可以进一步的精确和细化，给每个司机提供有价值的个性化饮酒驾车建议还可根据血液酒精浓度的函数，拟定报案时司机血液中的酒精含量以及肇事到报案的时间间隔，协助交警判断肇事责，扩大模型实际应用范畴核心词：饮酒驾车 酒精浓度 微分方程 拟合 1 问题重述安全驾驶不仅有助于维持良好的道路交通状况，也是广大行人人身安全的重要保障而因饮酒驾车引起的道路交通伤亡事故所占比例较高，饮酒驾车引起的交通安全问题越来越受到全社会的高度关注，国家质量监督检查检疫局对此也发布了新的《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检查》国标，车辆驾驶人员血液中的酒精含量不小于或等于20毫克／百毫升，不不小于80毫克／百毫升为饮酒驾车（原原则是不不小于100毫克／百毫升），血液中的酒精含量不小于或等于80毫克／百毫升为醉酒驾车（原原则是不小于或等于100毫克／百毫升）。

新原则中有关酒驾的界定有了更为严格的规定司机大李中午12点喝了一瓶啤酒，下午6点检查时符合新的驾车原则，紧接着她在吃晚饭时又喝了一瓶啤酒，凌晨2点驾车回家遭遇检查时却被定为饮酒驾车，喝同样多的酒，两次检查成果却不同样她既懊恼又困惑可参照如下数据：时间(小时)0.250.50.7511.522.533.544.55酒精含量306875828277686858515041时间(小时)678910111213141516酒精含量3835282518151210774 建建立饮酒后血液中酒精含量的数学模型，并讨论如下问题：1. 对大李遇到的状况做出解释；2. 在喝了3瓶啤酒或者半斤低度白酒后多长时间内驾车就会违背上述原则，并考虑不 同饮酒方式和饮酒量，例如酒是在很短时间内喝的或酒是在较长一段时间（例如2小时）内喝的3. 如何估计血液中的酒精含量在什么时间最高4. 根据你的模型论证：如果每天喝酒，与否还能开车？ 5. 根据血液酒精浓度随时间变化的规律，给想喝一点酒的司机如何驾车提出建议避免酒后驾车时酒精超标而引起不必要的交通事故，发明和谐的交通环境2 问题分析 要解释大李的困惑，就必须找出影响血液中的酒精含量的因素，即血液中酒精含量随时间，饮酒量和饮酒方式的变化关系。

大李两次喝相似份量的啤酒，接受检查的时间间隔相差不多，检查成果却不同样因素在于两次接受检查前的血液中酒精初始浓度不同第二次接受检查前血液中的酒精浓度高于第一次接啤酒受检查前血液中的酒精浓度，由于第二次凌晨2点接受检查时血液中具有第一次12点喝啤酒时留存的酒精，因此第一次检查合格，第二次检查不合格可知血液中酒精含量与原有的酒精含量同进来的酒精含量和出去的酒精含量均有关系而血液中酒精含量的变化与不同饮酒方式和饮酒量及时间长短等因素有关故本文重要考虑了饮酒的时间和饮酒量的变化对体血液中酒精浓度的影响.找出血液中酒精浓度的变化规律，找出饮酒后安全的驾车时间 3 模型假设1. 假设喝啤酒后，啤酒的酒精所有进入胃肠(含肝脏)，然后通过胃肠渗入到体液中2. 假设酒精从胃肠向体液的转移速度，与胃肠中的酒精浓度(或含量)成正比3. 假设体液的酒精消耗(向外排出、分解)的速度，与体液中的酒精浓度(或 含量)成正比4. 假设大李两次喝酒时都是将酒瞬时喝下去并立即进入胃肠中，没有时间耽误5. 假设人体喝入的酒精最后会被人体所有吸取 6. 假设在较长时间饮酒的状况下，这个持续的饮酒过程中酒精是匀速均匀的进入肠胃的。

4 符号阐明符号符号阐明单位吸取室的酒精含量毫克中心室的酒精含量毫克吸取室向中心室的酒精转移比率中心室的酒精分解比率体液中的酒精浓度毫克／百毫升人体的体液体积百毫升饮入的酒精量毫克血液中的酒精浓度毫克／百毫升 5 模型的建立与求解 5.1 问题一的模型 5.1.1 模型建立针对问题一，对于短时间内饮入酒的状况我们可以建立下述模型 中心室 吸取室 K01k 我们用吸取室代表胃，用中心室代表体液一方面我们对吸取室建立微分方程，考虑到酒在短时间内进入吸取室，可得， =- =解此微分方程得，=（1）， 对中心室创立微分方程，可得， ＝－ =考虑到，＝ 解此微分方程得 = （）接下来，我们通过题中所给实验数据来拟和求出两个系数，，每瓶啤酒的体积为640毫升，啤酒的酒精度约为4%，酒精的密度为800毫克/毫升，因此可以计算得到每瓶啤酒中具有酒精为20480毫克体液约占体重的65%-70%，体液的密度约为毫克/百毫升。

可以计算70公斤的人体液约为467百毫升因此对于题中实验数据，可以拟定（代表饮入的饮酒量，单位为毫克）等于40960毫克，（人体的体液的体积，单位为百毫升）467百毫升又体液中酒精浓度和血液中酒精浓度相似 用函数=拟和题中实验数据得图形如下：4=2.6853 =0.1474 因此得到拟和函数：= ，y轴表达酒精血液浓度，x表达时间 程序见附录一6、模型求解下面对问题一用模型做出解答（1）一方面给出迅速饮酒一瓶时血液中酒精浓度的函数=做出图象： 大李中午12点饮酒一瓶啤酒通过六小时，血液中酒精浓度19.1620mg/dml ,因此六小时后大李通过了检查 大李凌晨2点再一次检查时血液中的酒精含量应为两部分构成，第一部分是中午12点喝的酒通过了14个小时后在血液中的残量，应为5.8927 mg/dml，它属于始终分解后的残量，第二部分是晚上6点又喝了一瓶酒后通过吸取和分解的过程，在过了八小时后在血液中的浓度为：14.2695 mg/dml，因此血液中的酒精总浓度为20.1622 mg/dml，不小于20 mg/dml，因此没通过检查以上数据均为通过模型精确计算得到）。

针对问题二（一），给出迅速喝进3瓶啤酒后的血液酒精浓度随时间变化的函数：=，图象为：通过计算，在饮酒13.1629小时内血液中酒精浓度不小于20mg/dml，违背原则在饮酒3.7574小时内血液中酒精浓度不小于80mg/dml，属于醉酒驾车二），如果酒是在较长一段时间内（2小时）喝的，我们可以觉得酒是匀速饮入，我们对时间进行分割，然后在每个小时间段内当作是迅速饮入定量的酒在每个小时间段内用模型模拟，如果我们把时间分为6等份，也就是每20分喝半瓶啤酒，每次饮酒当作是迅速饮酒，用迅速饮酒模型分别模拟得图象：（下图：3瓶啤酒六次速饮各曲线） 在每个时间点把每个函数值相加就得到在这一时刻，血液中酒精的浓度，通过计算在14.0113小时内血液中酒精浓度不小于20mg/dml.属于违规 在饮酒4.6051小时内血液中酒精浓度不小于80mg/dml，属于醉酒驾车针对问题三：分别讨论迅速饮酒和较长时间内喝完酒两种状况 对于迅速饮酒，无论饮酒量为多少（如下图），酒会在很短的时间内进入到胃中，这时胃中的酒精浓度会短时间内达到很高，这时酒精高速渗入向体液，随着时间的增长，体液中排出酒的速度会增长，而当体液排出酒精的速度等于胃向体液渗入的速度时，体液中的酒精浓度达到最大，对于迅速饮酒，会不久达到最大。

通过计算，迅速饮1或2或3瓶酒时，体液中酒精浓度达到最大的时刻均为1.1015小时 对于在较长时间内喝完酒，由于酒可当作是匀速饮入，酒精渗入体液的速度相对增长较慢，相对于迅速饮酒，血液中酒精浓度达到最大值的时间要靠后，通过计算对于上述2小时喝三瓶酒达到最大的时间为：2.3416小时针对问题四 根据对上述求解的分析，得出如下结论：（一）每天不管短时间内还是长时间内饮过量的酒，就不能在很长一种时间中恢复原则，题（2）中的两个数据：在饮酒13.1629小时内血液中酒精浓度不小于20mg/dml，14.0113小时内血液中酒精浓度不小于20mg/dml，这样就不能驾驶二）虽然长时间内均匀时间段中喝少量的酒，人体血液中的酒精的含量也会积少成多，超过原则题（2）中的第二模型很直观的反映出因此，爱喝酒的驾驶朋友需做到要做到适量，适时的喝酒针对问题五给想喝酒的司机一点建议 酒后驾车是导致交通事故的重要危险因素之一在已发生的交通事故中占有相称的比例目前国内在饮酒与交通安全面的形式十分严峻, 但是酒作为人类社会交往活动的一种载体与介质，在人类文化和精神生活中的多样性发展过程中扮演了重要角色，丰富了人类的物质和精神生活。

但它同步也带来了某些不良的后果，而车与酒的“完美结合”，似乎更使事故的发生率成倍的增长 或许让驾车的人滴酒不沾那是不也许的，那么想喝点酒的司机朋友们千万要注意几种问题 一方面，不要每天，餐餐不离酒由于酒精在人体体液中的吸取和分解是受时间影响的你若6小时喝一次，你每天喝的酒中的酒精仍然有一部分残留在体。