手机和能源解决方案gebm.docx

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1、摘要基于手机机普及的的背景，本本文建立立了loogissticc模型，种种群竞争争模型等等，层层层深入地地分析了了手机的的普及和和能源预预测问题题。对于手机机普及导导致的用用电改变变问题，本本文先以以酵母菌菌繁殖模模型为模模板分析析了手机机的普及及过程，再再结合实实际数据据和loogissticc模型得得到过度度状态下下的普及及模型。考考虑到人人口在普普及过程程中的增增长，得得出过度度状态下下的用电电改变模模型，如如图几。根根据饱和和程度，本本文将220077年之后后视为稳稳定时期期，其用用电改变变趋势与与人口变变化相一一致。在讨论“伪美国国”提供的的最佳电电话服务务方式时时，本文文考虑了了能

2、源消消耗和社社会效应应两方面面的影响响，对单单独使用用手机、单单独使用用固定电电话以及及混合两两者使用用的三种种情况进进行了分分析。利利用种群群竞争模模型求出出手混合合使用时时的稳定定状态。确确定出了了竞争因因子,。然后后通过llogiistiic的手手机数量量变化方方程，得得到微分分方程的的平衡点点，求出出最佳电电话服务务方式下下的手机机普及率率为855.888%，固固化的普普及率为为45.21%本文对手手机用户户进行分分类：220%的的用户能能够及时时拔掉充充电器，55%的用用户一直直不发充充电器，775%的的用户产产生的不不同的过过充时间间。在此此基础上上，将775%的的用户进进行等概概

3、率处理理。在合合理的假假设上得得出，得得出过充充时间为为1-88小时，具具体见表表3然后对各各部分进进行加权权得出一一部手机机一年过过充的时时间，进进而求出出一年浪浪费的电电量为33180080007000度和石石油桶数数为46677668桶。 通过过查询数数据得到到若干种种电器的的待机功功率和待待机时间间以及普普及率，简简单可得得当前美美国每天天浪费的的总电量量为：44.399亿度，转转换成石石油为66455525桶桶。1. IIntrroduuctiion 1.1 问问题背景景（Backkgrooundd） 随着社社会和科科技的进进步，手手机的出出现带给给人们很很多的方方便。手手机用户户可

4、以随随时随地地的进行行信息的的交流。在在日常活活动中，人人们动态态地分布布于任何何地点，手手机能够够满足人人们对信信息时代代的需求求。不仅仅如此，手手机产业业的发展展能够带带动其他他领域的的兴起，推推动美国国的经济济和社会会的进步步。然而而，固定定电话由由于地点点固定不不变，以以及地域域的限制制，逐渐渐被淘汰汰。取而而代之的的则是手手机的普普及。 NCHHS提供供的数据据显示【11】，220099年上半半年仅使使用手机机进行通通信的美美国家庭庭已达到到大约222.77%，而而最新的的数据在在这一基基础上增增长了11.8%，达到到了244.5%。另外外还有114.99%的美美国家庭庭虽然安安装了

5、固固定电话话，但是是基本上上处于闲闲置状态态，用户户的通信信方式基基本上还还是以手手机通信信为主。然而，手手机充电电的能耗耗相对固固定电话话明显的的提高。手手机的供供电系统统由电池池和充电电器组成成，固定定电话则则是由电电话线充充当电源源。固定定电话不不存在电电能浪费费的现象象，因为为在挂掉掉电话的的同时，电电话也将将切断电电源。但但对于手手机，一一些不良良的习惯惯将导致致电能的的浪费：1、用用户一直直将充电电器插在在插座上上。2、有有的用户户整晚都都在给手手机充电电。根据资料料显示【22】：当当手机充充电时，平平均每部部手机从从电源插插座中消消耗的功功率为33.688W。然然而，在在手机充充

6、满电但但手机与与充电器器没有分分离的情情况下，充充电器的的耗电功功率为22.244W。让让我们考考虑最坏坏的情况况，如果果将满电电的手机机整晚都都在充电电，让充充电器充充满8个个小时，则则耗电大大约0.0188 KWWh的电电能。如如果持续续一周每每晚都像像这样，则则耗电00.133 KWWh，如如果持续续一年，则则总共用用了大约约6.55 KWWh的电电能。 在这篇篇论文中中，我们们将讨论论若干问问题：11、建立立当前美美国在手手机使用用的过渡渡和稳定定两个阶阶段用电电改变的的模型。22、对电电器设备备每天所所浪费的的能源，先先从手机机为对象象进行分分析求解解，再扩扩展到所所有需要要充电的的

7、电器设设备（电电视、 DVRR 、 电脑外外围设备备等）。估估计美国国浪费的的能源，以以原油（桶桶 / 天） 计量。33、从能能源和经经济角度度看，估估计为“伪美国国”提供电电话服务务的最佳佳方式。考考虑人口口及经济济增长在在未来的的 500 年内内的情况况。 估估计“伪美国国”的发展展，在此此基础上上预测出出未来550年内内电话服服务的能能源需求求预测。1.2 问题分分析（AAnallysiis）问题一的的分析：首先需需要了解解当前美美国在手手机使用用的过渡渡和稳定定两个阶阶段中手手机和固固定电话话的数量量，本文文从手机机和固定定电话的的耗电方方式和普普及率进进行分析析，通过过查资料料得出手

8、手机与固固话的充充电具体体方式，手手机损坏坏与用电电效率或或者平均均耗电量量的关系系。手机机的发展展过程相相似于酵酵母菌的的繁殖过过程，前前期：手手机的数数量少，人人们对手手机的了了解少，所所以手机机的普及及率小。中前期：由于媒体的宣传和固定电话的局限性，越来越多的人对手机充满好奇心，购买手机的人慢慢增多，手机的发展速度也加快，中期：随着手机的流行，人们对手机有一定的了解，好奇心减弱，手机的发展速度趋于稳定，中后期：手机市场慢慢趋向饱和，所以购买手机的速度降低，后期：手机市场达到稳定状态，所以手机发展速度趋于零，利用logistic模型得出过渡和稳定时期的用电量的改变。问题二的的分析：“伪美国

9、国”是跟当前前美国具具有相同同的经济济状况的的国家，伪伪美国既既没有固固定电话话也没有有移动电电话， 从能源源角度看看， 为为这个国国家提供供固定电话话服务能能源消耗耗最少，但但是不利利于社会会的效益益。综合合手机的的优势（如如：私人人保密，公公共卫生生，经济济效益等等），如如果只提提供手机机服务，对对社会的的效益（如如经济，潜潜在行业业）有较较好的影影响，但但是消耗耗能源太太多。为为了使能能源和社社会效益益相平衡衡而达到到理想的的混合状状态，那那么可以以考虑单单位经济济效益下下能源消消耗最少少来确定定模型，由由手机和和固定电电话的竞竞争情况况可以选选用物种种竞争模模型得出出为这个个国家提提供

10、手机机和固定定电话的的最佳比比例，使使电话服服务处于于稳定的的状态问题三的的分析：首先了了解伪美美国的能能源消耗耗模式，分分析出手手机充电电浪费的的情况：不充电电时，充充电器插插在插头头上的时时间；充充电时手手机充电电超过规规定时间间建立浪浪费模型型。结合合要求22中的手手机和固固定电话话的最佳佳比例，认认为手机机的发展展处于稳稳定期，只只有人口口的总数数量在发发生变化化，用llogiistiic模型型预测出出的人口口数量，算算出伪美美国的总总体手机机浪费耗耗电量。按按当前时时期的状状态，查查找出耗耗电量与与石油发发电的转转换方式式，得出出模型。问题四的的分析：当前的的美国，普普通家庭庭都有各

11、各种电器器，由于于人们的的习惯或或者环保保意识差差，用完完各种需需要充电电的电器器设备（电电视、 DVRR 、 电脑外外围设备备等），但插头头仍然插插在插座座上的，让让一些没没必要的的功率大大的电器器处于待待机状态态，造成成能源浪浪费，通通过查资资料得美美国家庭庭中常用用的电器器分为两两类：生生活类（如如空调，洗洗衣机，微微波炉，电电饭煲等等），娱娱乐类（如如：电脑脑，电视视，DVVD等）。本本文主要要考虑处处于待机机状态的的电器设设备，通通过查资资料得出出各种电电器待机机时消耗耗的能源源，习惯惯浪费的的人的比比例，建建立浪费费电的模模型。 问题五的的分析：能源的的浪费减减少和社社会效益益的提

12、高高会使伪伪美国壮壮大，由由前面的的要求得得知通信信业的发发展直接接影响国国家的经经济和人人们生活活水平的的提高，所所以想使使国家壮壮大，必必须提高高通信业业的发展展。随着着技术的的提高，手手机的耗耗能减少少，对社社会的效效益增加加，对于于今后 50 年内的的每一个个 100 年进进行电话话服务的的能源需需求预测测，查找找出人口口及经济济增长的的模型，求求出手机机和固定定电话的的普及率率。1.3 假设（AAssuumpttionn）模型的假假设：11，假设设一部固固定电话话每年的的耗电量量不变。 22，手机机的损坏坏率很小小，暂时时忽略 33，手机机用户在在23点点到第二二天7点点处于睡睡眠状

13、态态 44，假设设只有220%的的人节能能意识很很强，55%的人人无节能能意识。1.4 参数说说明:人口的的数目：每1000人中中手机的的数量:手机用用电量：固定电电话用电电量：固定电电话随时时间的变变化2 用电电改变模模型2.1 相似性性和可行行性分析析考虑到手手机普及及与自然然界中酵酵母菌的的繁殖具具有惊人人的相似似性，类类比情况况如表11所示：酵母菌繁繁殖手机普及及酵母菌手机生长的环环境消费市场场酵母菌通通过吸收收营养繁繁殖类比手机通过过厂商和和手机用用户的宣宣传扩大大普及率率酵母菌与与环境接接触，吸吸收营养养手机与人人接触，扩扩大普及及率。表1：酵酵母菌繁繁殖与手手机的普普及类比比通过

14、这种种相似性性，我们们可以借借助于酵酵母菌繁繁殖的经经典模型型来构造造出手机机的普及及模型。酵酵母菌随随时间繁繁殖的图图像如下下所示：图1：酵酵母菌随随时间增增长图我们对图图中各个个时期进进行了充充分的分分析，见见表2所所示：时期酵母菌繁繁殖手机普及及前期酵母菌的的数量极极少，且且分布范范围集中中，不利利于酵母母菌的繁繁殖，且且速度较较慢，总总体呈稳稳定状态态手机价格格昂贵，数数量极少少。人们们对其了了解很有有限，厂厂商的宣宣传不足足，普及及率很低低，呈稳稳定状态态。中前期酵母菌的的数量增增多，分分布变广广，繁殖殖的速度度越来越越快，表表现在图图上的斜斜率增大大。随着媒体体的宣传传和固定定电话

15、的的局限性性，越来来越多的的人对手手机充满满好奇心心，购买买手机数数量慢慢慢增多，购购买手机机的速度度也加快快，中期因为数量量和接触触面的扩扩大，酵酵母菌在在此时期期的繁殖殖速度最最快。但但由于繁繁殖周期期及其他他因素的的影响限限制，繁繁殖速度度保持常常数不变变。手机的普普及达到到最佳状状态，普普及的速速度也因因价格，费费电等因因素趋于于稳定。中后期酵母菌的的繁殖速速度开始始慢慢地地减少，主主要由于于环境中中资源的的减少。手机的普普及速度度也慢慢慢地减少少了，主主要由于于市场区区域慢慢慢地饱和和。后期环境中的的营养物物差不多多被消耗耗殆尽，酵酵母菌的的数量也也趋于饱饱和，不不在增长长由于几乎乎

16、人手一一部手机机，手机机的普及及率也达达到最高高表2：酵酵母菌与与手机各各个时期期类比表表基于以上上讨论，我我们可以以将酵母母菌繁殖殖的loogissticc模型用用于手机机的普及及模型。2.2手手机普及及模型 根据相相似性与与可行性性的分析析，我们们可以利利用Logiistiic模型型： （11）其中为常常系数，为手机的最大数量，为任意时间手机的数量。整理得到到： （22）当时，的的表达式式为： （3）从ICTT Deevellopmmentt Inndexx中查出出19997220077年每一一百人中中手机随随时间的的增长，如如图2所所示：图2：每每1000人中手手机增长长比例图图将图中年

17、年份对应应的点带带入模型型，算出出模型中中的K和和M值，得得出将其带入入并得出出由模型型画出的的图像，如如图3：图3：llogiistiic模型型与实际际数据对对比图发现图33中实际际数据和和loggisttic模模型的点点不完全全一致，特特别在收收尾的时时候，llogiistiic模型型并没有有出现收收敛现象象。观察察式（33）可知知，随着着时间的的增长，模模型中的的指数因因子不会会出现收收敛的现现象，所所以总体体呈现上上升形态态。所以以该模型型只能模模拟出“过度”状态，而而不能描描述“稳定”状态。可可以看出出在20007年年之后，手手机的市市场趋于于饱和状状态，我我们将此此时期定定义为“稳

18、定”状态。2.3 固定电电话减少少模型在手机普普及率增增长的同同时，固固定电话话的利用用率也在在减少。我我们假设设固定电电话用户户一旦成成为手机机用户，就就会放弃弃使用固固定电话话。则每每一百人人中固定定电话的的数量为为： （44）2.4 人口变变化模型型假设：美美国的人人口增长长状态与与过去一一致，即即拥有相相当大的的外来移移民数量量。考虑到手手机逐步步取代固固话的过过程相对对缓慢，时时间尺度度较长，人人口恒定定为3亿亿的假设设会造成成较大的的误差，在在此处对对模型进进行改进进，加入入考虑人人口变化化的因数数，以保保证模型型的准确确性，其其中新增增人口会会按照当当年手机机市场占占有率和和固话

19、市市场占有有率等比比例自动动转变为为手机用用户或则则固定电电话用户户。图4：美美国历年年人口数数统计图图根据历史史数据119611-20003的的美国人人口的对对美国人人口使用用拟合后后得出二二者一次次线性函函数式拟合结果果检验如如下 一次次项系数数的955%的置置信区间间为22.45562*1066 ，22.52286*1066，他他完全包包括2.49224*1106，且且精确度度很好；常数项项的955%的置置信区间间为-4.777422*1009，-4.662999*1009，他他完全包包括4.70221*1109，且且精确度度很高；残差值值为0.99887。综合评价价如下：拟合效效果较佳

20、佳，进行行中短期期的美国国人口数数目预测测会有较较高准确确性，预预测美国国人口变变化如下下：2.5 用电改改变模型型图5：119800至20060年年美国人人口数量量我们不妨妨假设手手机的用用电量为为固定电电话的三三倍。 （55）得出的图图像为：图6 手手机和固固定电话话耗电量量和总耗耗电量图图对于过度度状态，从从图中可可以看出出手机代代替固定定电话的的市场份份额的变变化图，由由于手机机用电量量三倍于于固定电电话，所所以总耗耗电量不不断上升升。直到到手机完完全代替替电话的的使用，此此时，总总耗电量量为手机机耗电量量。对于稳定定状态，手手机的分分布几乎乎密度保保持最高高不变。但但是总的的美国人人

21、口在变变，所以以总的用用电量随随着人口口的变化化而变化化。3. 电电话服务务的最佳佳方式模模型3.1单单独发展展手机业业务的普普及模型型我们认为为，单独独发展手手机业务务的模型型与酵母母菌繁殖殖模型相相同。在在第一问问中，我我们假设设固定电电话对手手机没有有抵抗力力，即固固定电话话用户接接触到手手机时，便便会使用用手机，放放弃固定定电话。此此处讨论论的问题题背景是是“伪美国国”既没有有固定电电话也没没有手机机，与第第一问中中的情况况相同。所所以，我我们选用用酵母菌菌模型来来描述单单独发展展手机业业务的普普及模型型。所以以“伪美国国”手机市市场占有有率如下下：图7：伪伪美国仅仅发展手手机占有有率

22、3.2 单独发发展固定定电话业业务的普普及模型型与手机普普及相比比，固定定电话的的普及是是以家庭庭为单位位的，即即每个家家庭只具具备一个个电话。我们从家家庭成员员数将美美国家庭庭分类：1、 中年人+小孩：一般为为488人2、 老年人：1人或或2人3、 未生育的的年轻人人：1人人或2人人用正态分分布表示示如图88所示，其其中纵坐坐标概率率表示每每个美国国人的家家庭人数数属于哪哪个范围围的概率率。图8：美美国家庭庭人数分分布图3.3 手机和和固定电电话混合合发展模模型我们利用用种群竞竞争模型型来刻画画手机和和固定电电话混合合发展的的情况：以、表示示处于相相互竞争争关系中中甲、乙乙二种群群在时刻刻的

23、数量量，1、 资源有限限，设其其总量为为1，分分别表示示甲、乙乙二种群群在单种种群情况况下 自自然资源源所能承承受的最最大种群群数量；2、 种群数量量的增长长率与该该种群数数量成正正比，同同时也与与有闲 资资源成正正比；3、 各种群在在对所占占据资源源的利用用上是不不充分的的，分别别表示甲甲、乙二二种群对对对方已已占用资资源的相相对挑剔剔程度，通通俗的讲讲，是在在对方用用过的盘盘子里捡捡“剩骨头头”。比方方，若时时，表示示在乙种种群看来来，甲种种群是“奢侈的的”，它可可以在甲甲种群用用过的盘盘子里捡捡到“剩骨头头”，若时，说说明乙种种群在食食物选择择上是“过分”挑剔的的，或则则可理解解为，对对

24、于乙种种群，甲甲种群在在资源利利用上对对资源是是有破坏坏性；换换一个说说法，反反映了甲甲、乙二二种群适适应能力力，越小小，越大大，则甲甲种群的的相对适适应能力力越强；4、 分别表示示甲、乙乙二种群群的固有有增长率率。根据模型型假设，可可得如下下数学模模型：经化简，得得：模型方程程的解没没有解析析表达式式，我们们的兴趣趣和目的的是：当当t充分分大时，的的变化趋趋势怎么么样?利利用平衡衡点的稳稳定性，对对两种群群的变化化趋势可可作出判判断。令令模型方方程的右右端项求解可得得该模型型的四平平衡点根据以上上求解，可可以得出出,然后利利用当前前手机与与固话每每部的年年耗电量量，来确确定能源源消耗方方卖弄

25、手手机与固固话的比比重，由由数据可可得当前前一部固固话一年年的耗电电量为112.552244度，一一部手机机一年的的耗电量量为199.50083度度，由此此可以确确定。有有种群竞竞争理论论可知，该该模式下下两种种种群可以以共存，且且种群数数量较为为稳定。所所以在混混合使用用的模式式下，能能稳定长长久地存存在于市市场中的的电话服服务方式式为最佳佳方式。利用手机机与固话话在能源源消耗和和社会效效应的方方面的竞竞争因子子后，根根据种群群竞争下下的种群群数量的的变化方方程可以以得出最最佳电话话方式下下的手机机普及率率为855.888%，固固化的普普及率为为45.21%4 浪费费方式的的能源消消耗模型型

26、不妨假设设“伪美国国”中200%节能能意识较较强，充充满电后后及时拔拔掉充电电器，不不考虑这这部分的的人对能能源的浪浪费，55%的人人基本没没有节能能的意识识，755%的人人节能意意识较弱弱。讨论手机机充电超超过规定定时间的的情况，假假设当前前手机基基本两天天充一次次电，平平均三小小时充满满。人们们一般从从23点点到7点点是睡觉觉时间，在在睡觉过过程中保保持充电电器对手手机充电电。假设设75%人中最最多充电电过时88小时。过过充（手手机满电电后仍然然没拔下下充电器器）5，66，7小小时的人人都是习习惯整夜夜充电的的，这些些概率都都为1/16。过过充1，22，3，44的认为为在白天天充电，概概率

27、为33/166。过充充8小时时概率为为1/116。55%的人人每年总总过充时时间（小小时）为为：75%的的人每年年总过充充时间为为：所以平均均一部手手机每年年的过充充时间为为： 查资料料【2】得得手机充充满电后后与充电电器不分分离时，手手机充电电每小时时耗电量量为0.002224度度,一部部手机一一年的耗耗电量为为1.999299度，手手机与充充电器分分离后;充电器器不拔:充电器器每小时时的耗电电量为00.01125度度,一部部手机一一年的耗耗电为：11.12111度,根据现现在的总总人数和和手机的的普及率率得手机机的耗电电量为33180080007000度，石石油桶数数为466776648桶

28、桶。5.电器器浪费的的能源模模型本文研究究各种需需要充电电的电器器设备（电电视、 DVRR 、 电脑外外围设备备等） 由于插插头不拔拔导致的的浪费问问题，通通过查数数据得各各种电器器的功率率和普及及率，以以及每天天待机时时间的比比例。表3:各各类电器器待机功功耗的待待机时间间比例电视机手机家庭电脑脑DVD空调待机功率率（W8.0771.3444.813.3373.877普及率91%80.885%32.88%26.22%35.77%时间比例例0.6440.1330.6110.7770.522通过对美美国公民民环保意意识的调调查，假假设总人人数中220%人人注重环环境保护护，不浪浪费能源源，会及及

29、时拔掉掉插座，剩剩余的人人意识薄薄弱，不不会及时时拔掉插插座。浪浪费的人人数乘以以电器的的普及率率再乘以以每一台台电器每每天的耗耗电量，得得出当前前美国各各种电器器的耗电电量。石油的燃燃烧值约约等于4460000kJJ/kgg，一桶石石油的重重量大约约在1440千克克左右那么一桶桶石油产产生的热热量为6644000000千焦 ，原油发发电效率率最高达达到388%那么发电电244472000千焦焦 也就就是约6680度度电电视机手机家庭电脑脑DVD空调总计浪费的电电量（度度/天）40033370005106332322.58242240002314489997616558266.16684389

30、9574460.6688石油（桶桶/天）5887730.815633577121221.117340442.6690677.3996455525.53由上表得得美国平平均每天天要浪费费4.33895574660亿度度电，转转换成石石油为664.555255万桶，电电视浪费费最大，浪浪费数字字是相当当庞大的的，用过过的电器器应及时时拔掉电电源，避避免能源源的浪费费。6.耗电电量的预预测模型型针对每110年一一个阶段段令： 其实，是是目前手手机和固固定电话话的竞争争因子，是第个十年后的竞争因子，竞争因子影响普及率的变化。得到手机和普及率的变化趋势为：预测出未未来500年的人人数变化化图为：由预测出

31、出的人口口数，普普及率和和一部手手机的耗耗电量，算算出消耗耗的能源源。再转转化为对对石油的的需求量量。7.模型型评价 7.11 模型型优点 1、通通过与酵酵母菌繁繁殖模型型进行类类比，更更好地分分析了手手机的普普及过程程，对各各个时期期的特点点进行了了具体的的阐述，让让读者更更好地了了解普及及的过程程。 2、本本文巧妙妙地将人人口的变变化引入入到过度度和稳定定时期的的用电改改变模型型中，更更符合实实际当中中的情况况。 3、通通过物种种竞争模模型，合合理地描描述了手手机与固固话在市市场中的的竞争关关系。7.2模模型缺点点 1、由由于问题题的数据据难以收收集，部部分的收收据由认认为的进进行假设设，与现现实有所所偏差。 2、模模型的建建立比较较单一，没没有创新新【参考文文献】【1】hhttpp:/m/077/07723/10/3K332E66GI00009915BBE.hhtmll 【22】htttp:/sstanndbyy.lbbl.ggov/summmarry-ttablle.hhtmll