2025年大學(xué)《地球信息科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——地球信息科學(xué)對(duì)節(jié)能減排的支持考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題1.請(qǐng)簡述遙感技術(shù)（RS）在監(jiān)測(cè)區(qū)域土地利用/覆蓋變化及其對(duì)碳排放的影響方面的主要應(yīng)用方法和技術(shù)環(huán)節(jié)。2.地理信息系統(tǒng)（GIS）在支持城市節(jié)能減排規(guī)劃與管理中可以發(fā)揮哪些關(guān)鍵作用？請(qǐng)列舉至少三個(gè)具體應(yīng)用場景并說明其作用。3.全球定位系統(tǒng)（GPS）或其增強(qiáng)系統(tǒng)（如北斗）在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧能源領(lǐng)域（如風(fēng)電場運(yùn)維）有哪些具體的應(yīng)用價(jià)值？4.大數(shù)據(jù)和人工智能（AI）技術(shù)如何能夠提升對(duì)城市能源消耗和碳排放的預(yù)測(cè)精度與時(shí)空分辨率？請(qǐng)闡述其基本原理。5.地球信息科學(xué)在評(píng)估森林、草原等自然生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力方面有哪些主要的技術(shù)手段？這些手段如何協(xié)同工作以提供更可靠的碳匯信息？二、論述題1.論述地球信息科學(xué)綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)體系在支撐國家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中的作用與潛力。請(qǐng)結(jié)合具體的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析。2.分析當(dāng)前地球信息科學(xué)在支持節(jié)能減排領(lǐng)域面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，并探討未來可能的發(fā)展方向，如新技術(shù)的融合應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理能力的提升等。試卷答案一、簡答題1.答案:遙感技術(shù)通過獲取不同地物的電磁波譜信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域土地利用/覆蓋變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。主要應(yīng)用方法包括：利用多時(shí)相遙感影像進(jìn)行土地覆蓋分類與變化檢測(cè)，識(shí)別出新增建設(shè)用地、耕地減少、森林砍伐等活動(dòng)；通過計(jì)算植被指數(shù)（如NDVI）變化，評(píng)估植被覆蓋度和光合作用能力的變化，進(jìn)而推算碳吸收能力的改變；結(jié)合高分辨率影像和光譜分析技術(shù)，監(jiān)測(cè)特定排放源（如礦山、工業(yè)區(qū)）的擴(kuò)張或地表參數(shù)變化；利用熱紅外遙感監(jiān)測(cè)地表溫度，識(shí)別城市熱島效應(yīng)及相關(guān)的能源消耗熱點(diǎn)區(qū)域。技術(shù)環(huán)節(jié)通常包括數(shù)據(jù)獲?。ㄟx擇合適的傳感器和平臺(tái)）、預(yù)處理（輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正）、特征提?。ǚ诸悺⒆兓瘷z測(cè)）、數(shù)據(jù)解譯與分類精度評(píng)價(jià)、以及結(jié)果輸出（地圖產(chǎn)品、統(tǒng)計(jì)報(bào)告）。解析思路:本題考查遙感在碳循環(huán)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。首先要明確遙感如何“看”地物變化（通過電磁波譜），然后具體說明如何“看”土地利用/覆蓋變化（多時(shí)相影像分類變化檢測(cè)），接著說明如何關(guān)聯(lián)到碳（植被指數(shù)變化評(píng)估碳吸收、熱紅外監(jiān)測(cè)熱島與能耗）。最后要概括實(shí)現(xiàn)這一過程的技術(shù)環(huán)節(jié)（獲取、處理、分析、輸出）。2.答案:GIS在支持城市節(jié)能減排規(guī)劃與管理中可發(fā)揮關(guān)鍵作用，主要體現(xiàn)在：①規(guī)劃選址與布局優(yōu)化:利用GIS的空間分析功能（如疊加分析、緩沖區(qū)分析），評(píng)估候選地點(diǎn)的環(huán)境影響、資源可及性、交通可達(dá)性等，優(yōu)化可再生能源（如太陽能、風(fēng)能）場站、儲(chǔ)能設(shè)施、電動(dòng)汽車充電樁、綠色建筑等項(xiàng)目的布局，以最大化能源效率和環(huán)境效益。②能源消耗與排放模擬評(píng)估:構(gòu)建城市能源消耗模型和排放清單，結(jié)合土地利用、人口分布、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等空間數(shù)據(jù)，模擬不同情景下（如政策干預(yù)、城市擴(kuò)張）的能源需求、碳排放強(qiáng)度和總量，為制定節(jié)能減排目標(biāo)和策略提供科學(xué)依據(jù)。③城市運(yùn)行監(jiān)測(cè)與智能管理:整合交通流量、建筑能耗、環(huán)境監(jiān)測(cè)（空氣質(zhì)量、噪聲）等多源數(shù)據(jù)到GIS平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市能源消耗熱點(diǎn)區(qū)域、交通擁堵與排放、環(huán)境污染狀況，為智能交通調(diào)度、建筑節(jié)能改造、環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)等管理決策提供支持。解析思路:本題考查GIS在城市建設(shè)中的應(yīng)用。關(guān)鍵在于抓住GIS的核心功能“空間分析”和“數(shù)據(jù)管理”，并將其與城市節(jié)能減排的具體環(huán)節(jié)（規(guī)劃、能耗評(píng)估、智能管理）相結(jié)合。需要列舉至少三個(gè)不同側(cè)重點(diǎn)的應(yīng)用場景（選址布局、能耗排放模擬、運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理），并清晰說明每個(gè)場景中GIS的作用。3.答案:GPS/北斗在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值包括：利用其高精度定位能力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田信息精確采集，如繪制精細(xì)農(nóng)田圖，為變量施肥、變量播種、精準(zhǔn)灌溉提供依據(jù)，從而節(jié)約化肥農(nóng)藥和水資源，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能耗和面源污染。在智慧能源領(lǐng)域，特別是在風(fēng)電場運(yùn)維中，GPS/北斗可用于：精確標(biāo)記風(fēng)機(jī)位置、基礎(chǔ)樁位，進(jìn)行施工放樣和工程測(cè)量；對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行精確定位，用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)（如偏航角度、振動(dòng)）、故障診斷和維修導(dǎo)航，提高運(yùn)維效率，保障發(fā)電穩(wěn)定，間接支持能源供應(yīng)。解析思路:本題考查定位系統(tǒng)在特定領(lǐng)域的應(yīng)用。要分別回答在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧能源（風(fēng)電場）中的具體應(yīng)用。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)側(cè)重于利用定位實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)作業(yè)”以節(jié)能減排。風(fēng)電場運(yùn)維側(cè)重于利用定位進(jìn)行“精確管理”以提高效率保障能源供應(yīng)。需突出GPS/北斗的“高精度定位”這一核心能力及其帶來的具體效益。4.答案:大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)通過處理海量、多源、異構(gòu)的地球信息科學(xué)數(shù)據(jù)，能夠顯著提升節(jié)能減排相關(guān)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)能力。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以整合遙感影像、氣象數(shù)據(jù)、能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、交通流量信息、社交媒體數(shù)據(jù)等，構(gòu)建龐大的時(shí)空數(shù)據(jù)庫。人工智能（特別是機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法）能夠從這些大數(shù)據(jù)中挖掘復(fù)雜的非線性關(guān)系和模式。例如，利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型分析歷史氣象數(shù)據(jù)、土地利用變化、能源價(jià)格等因素與碳排放量之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，構(gòu)建更精準(zhǔn)的碳排放預(yù)測(cè)模型；利用深度學(xué)習(xí)算法自動(dòng)識(shí)別遙感影像中的微小變化或熱點(diǎn)區(qū)域，提高污染源監(jiān)測(cè)的精度和時(shí)效性；結(jié)合實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)和AI算法，預(yù)測(cè)未來交通流量和排放，為動(dòng)態(tài)交通管理提供決策支持。通過大數(shù)據(jù)的深度挖掘和AI的智能分析，可以實(shí)現(xiàn)更高時(shí)空分辨率、更個(gè)性化、更精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)與評(píng)估。解析思路:本題考查大數(shù)據(jù)和AI在提升監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)能力方面的作用。首先要說明大數(shù)據(jù)如何“匯集數(shù)據(jù)”（多源異構(gòu)），然后說明AI如何“分析數(shù)據(jù)”（挖掘模式關(guān)系）。結(jié)合節(jié)能減排的具體方面（碳排放預(yù)測(cè)、污染源監(jiān)測(cè)、交通預(yù)測(cè)）來說明AI和大數(shù)據(jù)如何提升精度、時(shí)效性和深度。5.答案:地球信息科學(xué)評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力的主要技術(shù)手段包括：①遙感技術(shù)（RS）:利用多光譜、高光譜、熱紅外遙感影像，監(jiān)測(cè)植被類型、覆蓋度、葉面積指數(shù)（LAI）、生物量等關(guān)鍵參數(shù)的空間分布與時(shí)間變化，反演植被凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）和碳儲(chǔ)量；利用激光雷達(dá)（LiDAR）獲取森林結(jié)構(gòu)信息（樹高、冠層密度），更精確地估算碳儲(chǔ)量。②地理信息系統(tǒng)（GIS）:對(duì)遙感數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、植被分布數(shù)據(jù)等進(jìn)行集成、存儲(chǔ)、管理，利用空間分析功能（如疊加分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析）評(píng)估不同生態(tài)系統(tǒng)的碳匯潛力、模擬碳通量變化、繪制碳儲(chǔ)量分布圖。③全球定位系統(tǒng)（GPS）:用于精確采集樣地坐標(biāo)，支持地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的空間定位，為遙感反演和模型驗(yàn)證提供地面參照點(diǎn)。④模型模擬:結(jié)合遙感/GIS數(shù)據(jù)和地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建生態(tài)過程模型（如CBM-CFS3森林碳模型、CENTURY土壤碳模型），模擬不同情景下生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收與釋放過程。這些手段通過遙感獲取宏觀信息、GIS進(jìn)行空間管理與分析、地面實(shí)測(cè)提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)、模型進(jìn)行過程模擬與預(yù)測(cè)，從而協(xié)同工作提供綜合、可靠的碳匯信息。解析思路:本題考查碳匯評(píng)估的技術(shù)手段。需要分類介紹主要技術(shù)（RS、GIS、GPS、模型）。對(duì)每種技術(shù)說明其在碳匯評(píng)估中的具體作用和關(guān)注點(diǎn)（RS關(guān)注植被生物量/生產(chǎn)力，GIS關(guān)注空間關(guān)系與集成分析，GPS關(guān)注地面定位，模型關(guān)注過程模擬）。最后強(qiáng)調(diào)這些技術(shù)的協(xié)同作用，形成綜合評(píng)估體系。二、論述題1.答案:地球信息科學(xué)綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)體系在支撐國家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中扮演著核心支撐角色，其作用與潛力體現(xiàn)在：首先，它提供了前所未有的全局觀測(cè)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力。通過遙感、地面監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等手段，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣、水體、土壤、植被等關(guān)鍵碳循環(huán)要素以及能源生產(chǎn)、消費(fèi)、交通、工業(yè)等主要排放源的時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為準(zhǔn)確核算碳排放、評(píng)估碳匯能力、追蹤減排成效提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其次，GIS作為空間信息管理與分析的核心平臺(tái)，能夠整合多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間分析、模擬推演和情景評(píng)估，支持國家、區(qū)域、城市不同尺度的碳減排目標(biāo)制定、政策規(guī)劃、項(xiàng)目布局與效果評(píng)價(jià)。再次，大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)使得對(duì)海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和智能分析成為可能，有助于發(fā)現(xiàn)碳排放的隱藏規(guī)律、識(shí)別減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和潛力區(qū)域、預(yù)測(cè)未來趨勢(shì)、提升監(jiān)測(cè)預(yù)警能力。其潛力在于未來隨著傳感器精度提升、觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)完善、AI算法發(fā)展以及多學(xué)科交叉融合的深入，地球信息科學(xué)將能夠提供更精細(xì)、更實(shí)時(shí)、更智能的監(jiān)測(cè)評(píng)估服務(wù)，成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)不可或缺的技術(shù)支撐體系。解析思路:本題要求論述綜合監(jiān)測(cè)體系的作用與潛力。首先要定義“綜合監(jiān)測(cè)體系”包含的技術(shù)（RS、GIS、地面監(jiān)測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI）。然后從三個(gè)層面論述其作用：1)提供監(jiān)測(cè)能力（全局動(dòng)態(tài)）；2)提供分析評(píng)估能力（GIS整合分析模擬）；3)提供智能分析能力（大數(shù)據(jù)AI挖掘預(yù)測(cè)）。最后總結(jié)其發(fā)展?jié)摿?，?qiáng)調(diào)其不可或缺性。2.答案:當(dāng)前地球信息科學(xué)在支持節(jié)能減排領(lǐng)域面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括：①數(shù)據(jù)獲取與處理的復(fù)雜性:需要融合多源、多尺度、多時(shí)相、多類型的遙感、地面、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、質(zhì)量參差不齊、時(shí)空分辨率難以完全匹配等問題增加了數(shù)據(jù)處理的難度和成本。②模型精度與不確定性:用于碳核算、排放模擬、環(huán)境影響評(píng)估的模型往往涉及復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物過程，模型參數(shù)化、邊界條件設(shè)定、過程模擬的準(zhǔn)確性和不確定性控制仍是難點(diǎn)，尤其是在微觀尺度（如單個(gè)排放源的精確排放量估算）和宏觀尺度（如全球碳循環(huán)模擬）的精度仍需提升。③實(shí)時(shí)性與智能化水平:對(duì)于需要快速響應(yīng)的節(jié)能減排需求（如應(yīng)急污染處理、動(dòng)態(tài)交通管理），現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)和分析模型在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和智能化決策支持方面仍有不足。④跨學(xué)科融合與知識(shí)壁壘:地球信息科學(xué)需要與大氣科學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等多個(gè)學(xué)科深度交叉融合，但學(xué)科間的知識(shí)壁壘和術(shù)語體系差異限制了協(xié)同創(chuàng)新效率。未來可能的發(fā)展方向包括：①多技術(shù)融合與智能化:加強(qiáng)遙感、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)的深度融合，發(fā)展智能化監(jiān)測(cè)預(yù)警、智能決策支持系統(tǒng)，提升自動(dòng)化和智能化水平。②提升數(shù)據(jù)處理與模型精度:發(fā)展更先進(jìn)的數(shù)據(jù)融合、信息提取算法，改進(jìn)和優(yōu)化碳循環(huán)模型、排放清單模型，提高模擬預(yù)測(cè)的精度和不確定性量化能力。③發(fā)展“空-天-地-網(wǎng)”一體化觀測(cè)體系:構(gòu)建更完善、更高精度的綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合衛(wèi)星遙感、航空遙感、地面監(jiān)測(cè)