2025年大學《地球信息科學與技術(shù)》專業(yè)題庫——地球信息科學與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.地球信息科學與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合2.傳感器網(wǎng)絡3.坐標系統(tǒng)一4.物聯(lián)網(wǎng)感知層5.智慧城市二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述地球信息科學在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中的主要作用。2.簡述物聯(lián)網(wǎng)體系中網(wǎng)絡層可能涉及的關鍵技術(shù)。3.解釋遙感影像數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)融合時面臨的主要挑戰(zhàn)。4.簡述GIS平臺與物聯(lián)網(wǎng)平臺進行集成的基本方式。5.邊緣計算在地球信息科學與物聯(lián)網(wǎng)融合系統(tǒng)中扮演什么角色？三、綜合題（每題10分，共30分）1.設計一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，說明系統(tǒng)的目標、主要構(gòu)成部分（至少包含感知、網(wǎng)絡、平臺三個層面）、涉及的關鍵技術(shù)以及預期的應用效果。2.分析將高分辨率遙感影像應用于大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點（如智慧農(nóng)業(yè)中的傳感器節(jié)點）部署規(guī)劃中的優(yōu)勢和方法。3.以“精準農(nóng)業(yè)”為例，論述地球信息科學與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合帶來的主要變革和潛在價值。四、論述題（15分）探討人工智能技術(shù)在地球信息科學與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合領域中的應用前景及其可能帶來的影響。試卷答案一、名詞解釋1.地球信息科學與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合：指將地球信息科學（如遙感、GIS、地理信息系統(tǒng)等）采集、處理、分析和可視化的技術(shù)與方法，與物聯(lián)網(wǎng)（如傳感器、通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)處理平臺等）的感知、傳輸、處理和應用能力相結(jié)合，實現(xiàn)時空信息與實體信息的融合獲取、融合處理與融合服務，從而構(gòu)建更智能、高效的地球系統(tǒng)監(jiān)測、管理和服務的交叉學科領域。2.傳感器網(wǎng)絡：指由部署在特定區(qū)域內(nèi)的大量廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式相互連接，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)的各種信息（如環(huán)境參數(shù)、物理量等）的分布式無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。它是物聯(lián)網(wǎng)的感知層核心技術(shù)之一。3.坐標系統(tǒng)一：在地球信息與物聯(lián)網(wǎng)融合應用中，指將來源于不同渠道（如遙感影像、GPS/GNSS定位、地面?zhèn)鞲衅鞯龋┑臄?shù)據(jù)，統(tǒng)一到相同的地理坐標系統(tǒng)（如地理坐標系或投影坐標系）和時序基準下的過程。這是實現(xiàn)多源、多尺度時空數(shù)據(jù)有效融合與空間分析的基礎。4.物聯(lián)網(wǎng)感知層：指物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最底層，負責實現(xiàn)物理世界與信息空間的連接。主要包含各種傳感器、執(zhí)行器、RFID標簽、攝像頭等感知設備，用于感知、采集、識別物理世界中的各種信息（如溫度、濕度、光照、位置、圖像等），并完成初步的數(shù)據(jù)處理和格式轉(zhuǎn)換。5.智慧城市：指利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)，全面感知城市運行狀態(tài)，整合城市運行核心系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)，通過科學化決策支持、智能化管理和服務，從而提升城市運行效率、改善市民生活質(zhì)量、促進城市可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化城市形態(tài)。二、簡答題1.簡述地球信息科學在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中的主要作用。*答案：地球信息科學在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中主要作用包括：利用GIS技術(shù)進行物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)的地理空間注冊、坐標系統(tǒng)一與管理，構(gòu)建空間數(shù)據(jù)庫；利用遙感技術(shù)對大范圍、分布式物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點進行宏觀布局規(guī)劃與監(jiān)測；利用時空數(shù)據(jù)分析技術(shù)對物聯(lián)網(wǎng)采集的海量數(shù)據(jù)進行挖掘、分析與可視化，發(fā)現(xiàn)規(guī)律、預測趨勢；利用地理信息科學的方法進行多源數(shù)據(jù)（如遙感、地面?zhèn)鞲衅鳎┑娜诤吓c驗證，提高數(shù)據(jù)精度和可靠性。*解析思路：思考GIS、遙感、時空數(shù)據(jù)管理等核心技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、分析、可視化等方面的功能，以及這些功能如何具體應用于處理物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。關鍵在于連接地球信息科學的技術(shù)能力與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的需求。2.簡述物聯(lián)網(wǎng)體系中網(wǎng)絡層可能涉及的關鍵技術(shù)。*答案：物聯(lián)網(wǎng)體系中的網(wǎng)絡層關鍵技術(shù)主要包括：各種通信協(xié)議（如TCP/IP、UDP、MQTT、CoAP、LoRa、NB-IoT等），用于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中的傳輸；網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)（如星型、網(wǎng)狀、樹狀等）的設計與管理；路由協(xié)議，用于數(shù)據(jù)在動態(tài)網(wǎng)絡中的路徑選擇；網(wǎng)關技術(shù)，用于連接不同類型、不同協(xié)議的網(wǎng)絡（如連接無線傳感器網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)）；網(wǎng)絡安全技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸和平臺訪問的安全性。*解析思路：回憶物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型（感知層、網(wǎng)絡層、平臺層、應用層），重點關注網(wǎng)絡層承擔的“連接”和“傳輸”功能。列舉實現(xiàn)這些功能所依賴的核心技術(shù)和協(xié)議標準。3.解釋遙感影像數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)融合時面臨的主要挑戰(zhàn)。*答案：面臨的主要挑戰(zhàn)包括：數(shù)據(jù)源異構(gòu)性（傳感器類型、分辨率、尺度、數(shù)據(jù)格式、測量原理各異）；時空分辨率不匹配（遙感數(shù)據(jù)通常時空粒度粗，傳感器數(shù)據(jù)時空粒度細）；數(shù)據(jù)量級差異懸殊；數(shù)據(jù)精度和可靠性差異；坐標系統(tǒng)與時間基準不統(tǒng)一；融合算法的復雜性與計算成本；如何有效融合多源信息的優(yōu)勢并抑制噪聲等問題。*解析思路：分析遙感數(shù)據(jù)（宏觀、靜態(tài)、周期性）和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)（微觀、動態(tài)、連續(xù)）在本質(zhì)屬性上的差異，思考這些差異在融合過程中會帶來哪些具體的困難和技術(shù)難題。4.簡述GIS平臺與物聯(lián)網(wǎng)平臺進行集成的基本方式。*答案：GIS平臺與物聯(lián)網(wǎng)平臺集成的基本方式主要包括：API/SDK集成，利用各自平臺提供的應用程序接口（API）或軟件開發(fā)工具包（SDK）進行數(shù)據(jù)交換和功能調(diào)用；中間件集成，通過專門的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和接口適配中間件，實現(xiàn)兩個平臺之間的數(shù)據(jù)橋梁；數(shù)據(jù)層集成，將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)直接接入或映射到GIS數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理；功能層集成，將物聯(lián)網(wǎng)的實時監(jiān)控、報警等功能嵌入到GIS的可視化分析界面中；混合集成，采用上述多種方式組合實現(xiàn)深層次集成。*解析思路：思考軟件系統(tǒng)集成的常見模式，特別是兩個不同領域系統(tǒng)（如GIS和物聯(lián)網(wǎng)平臺）的集成方法。列舉常見的集成技術(shù)和實現(xiàn)路徑。5.邊緣計算在地球信息科學與物聯(lián)網(wǎng)融合系統(tǒng)中扮演什么角色？*答案：邊緣計算在地球信息科學與物聯(lián)網(wǎng)融合系統(tǒng)中扮演著“區(qū)域智能處理中心”的角色。它將數(shù)據(jù)處理和分析能力下沉到靠近數(shù)據(jù)源的物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點或邊緣服務器，能夠?qū)崟r處理來自大量傳感器的數(shù)據(jù)，快速響應應用需求（如即時告警、本地決策），減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说拈_銷和延遲，降低對網(wǎng)絡帶寬的壓力，并增強系統(tǒng)的可靠性和隱私性。對于需要快速決策或?qū)崟r性要求高的地球信息與物聯(lián)網(wǎng)應用（如災害預警、實時交通管控）至關重要。*解析思路：理解邊緣計算的核心思想（靠近數(shù)據(jù)源、實時處理、減少延遲）。思考在融合系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)（可能具有高時效性、海量性）以及地球信息科學應用（可能需要快速分析、本地決策）的需求，邊緣計算如何滿足這些需求。三、綜合題1.設計一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，說明系統(tǒng)的目標、主要構(gòu)成部分（至少包含感知、網(wǎng)絡、平臺三個層面）、涉及的關鍵技術(shù)以及預期的應用效果。*答案：*系統(tǒng)目標：實現(xiàn)對特定區(qū)域（如水源地、工業(yè)區(qū)、農(nóng)田）的環(huán)境參數(shù)（如水質(zhì)、空氣質(zhì)量、土壤墑情、氣象狀況、噪聲等）進行實時、連續(xù)、自動監(jiān)測，數(shù)據(jù)分析與可視化，異常報警，為環(huán)境管理、污染防治、生態(tài)保護提供數(shù)據(jù)支持。*主要構(gòu)成部分：*感知層：部署各類環(huán)境傳感器，如水質(zhì)傳感器（溫度、pH、濁度、溶解氧）、空氣質(zhì)量傳感器（PM2.5、PM10、SO2、NO2）、土壤傳感器（濕度、電導率）、氣象傳感器（溫濕度、風速風向、降雨量）、噪聲傳感器等。部分節(jié)點可集成攝像頭用于視覺監(jiān)測。*網(wǎng)絡層：采用無線傳感器網(wǎng)絡（如基于LoRa或NB-IoT）或結(jié)合有線網(wǎng)絡（如以太網(wǎng)）將感知層采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關。網(wǎng)關負責數(shù)據(jù)的初步處理和協(xié)議轉(zhuǎn)換，并通過公共網(wǎng)絡（如互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡）將數(shù)據(jù)上傳至平臺。網(wǎng)絡層需保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸和一定的實時性。*平臺層（數(shù)據(jù)中心）：搭建環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)中心，包括數(shù)據(jù)庫（存儲時空監(jiān)測數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)管理平臺（進行數(shù)據(jù)清洗、校準、入庫）、分析處理平臺（利用GIS、大數(shù)據(jù)、AI技術(shù)進行時空分析、趨勢預測、污染溯源等）、可視化平臺（以地圖、圖表等形式展示監(jiān)測結(jié)果）和應用服務接口。*涉及的關鍵技術(shù)：傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)（LoRa/NB-IoT等）、網(wǎng)關技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)（時序數(shù)據(jù)庫、GIS數(shù)據(jù)庫）、數(shù)據(jù)清洗與預處理技術(shù)、時空數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)、云計算/邊緣計算、WebGIS可視化技術(shù)、移動應用開發(fā)技術(shù)。*預期的應用效果：實現(xiàn)環(huán)境狀況的實時動態(tài)掌握；及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染事件并快速預警；為環(huán)境治理提供精準的數(shù)據(jù)依據(jù)；支持環(huán)境規(guī)劃與管理決策；提高環(huán)境監(jiān)測的自動化水平和效率；提升公眾對環(huán)境狀況的知情權(quán)和參與度。*解析思路：按照系統(tǒng)設計的通用框架（目標-組成-技術(shù)-效果）進行構(gòu)思。首先明確監(jiān)測對象和目的，然后分層面設計系統(tǒng)的硬件（感知層）、網(wǎng)絡（網(wǎng)絡層）和軟件（平臺層）構(gòu)成。在技術(shù)層面，列舉實現(xiàn)各部分功能所需的關鍵技術(shù)。最后闡述系統(tǒng)建成后能帶來的實際價值和好處。2.分析將高分辨率遙感影像應用于大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點（如智慧農(nóng)業(yè)中的傳感器節(jié)點）部署規(guī)劃中的優(yōu)勢和方法。*答案：*優(yōu)勢：*宏觀規(guī)劃：可快速獲取大范圍農(nóng)田的地形地貌、土壤類型、植被覆蓋、水源分布等宏觀信息，為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的整體布局提供基礎依據(jù)。*資源評估：通過遙感影像分析，可以評估農(nóng)田的光照、溫度、濕度等氣候資源分布，以及灌溉設施、道路等基礎設施情況，有助于合理規(guī)劃節(jié)點分布，確保覆蓋和資源條件。*環(huán)境適應性：可以識別土壤鹽堿化、重金屬污染等不利區(qū)域，避免將節(jié)點部署在環(huán)境條件惡劣的地段，提高節(jié)點壽命和監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性。*優(yōu)化密度：基于作物類型、生長階段和管理需求，結(jié)合遙感影像反映的田塊大小、形狀和分布，可以更科學地確定物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的密度和部署位置，避免冗余部署或覆蓋盲區(qū)。*成本效益：相比逐點實地勘察，利用遙感影像進行初步規(guī)劃可以大大節(jié)省人力物力，提高規(guī)劃效率，降低大規(guī)模部署的成本。*方法：*數(shù)據(jù)準備：收集目標區(qū)域的高分辨率遙感影像（如多光譜、高光譜或無人機影像）、DEM數(shù)據(jù)、土壤類型圖、行政區(qū)劃圖等輔助數(shù)據(jù)。*信息提?。豪眠b感圖像處理技術(shù)（如分類、提取、計算）提取農(nóng)田地塊邊界、作物類型、土壤屬性、灌溉水源位置、道路網(wǎng)絡等關鍵信息。*需求分析：明確智慧農(nóng)業(yè)應用對物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測的要求，如監(jiān)測參數(shù)（溫濕度、光照、養(yǎng)分等）、監(jiān)測精度、響應時間等。*節(jié)點選址模型構(gòu)建：結(jié)合提取的地理信息（如地塊中心、灌溉水源附近、田塊邊界關鍵點）和需求（如覆蓋范圍、監(jiān)測要素），建立節(jié)點選址模型（如基于圖論的最優(yōu)覆蓋模型、基于地理加權(quán)回歸的分析模型等）。*仿真與優(yōu)化：利用GIS空間分析功能，在數(shù)字地圖上進行節(jié)點部署方案的模擬，評估覆蓋效果和布局合理性，通過迭代優(yōu)化得到最終的部署點位建議。*實地校準：在遙感規(guī)劃基礎上，進行少量實地勘察和節(jié)點部署，對規(guī)劃結(jié)果進行驗證和修正。*解析思路：首先思考遙感數(shù)據(jù)（宏觀、空間分布信息）和物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點（微觀、需要覆蓋和服務的點）各自的特點，然后分析遙感數(shù)據(jù)如何幫助優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的部署決策，這就是優(yōu)勢所在。接著，設計一個將遙感信息融入節(jié)點部署規(guī)劃流程的具體步驟和方法，強調(diào)利用GIS和遙感處理技術(shù)進行空間分析和決策支持。3.以“精準農(nóng)業(yè)”為例，論述地球信息科學與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合帶來的主要變革和潛在價值。*答案：*主要變革：*從經(jīng)驗式管理到數(shù)據(jù)驅(qū)動決策：傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)依賴經(jīng)驗，而融合技術(shù)通過實時、精準的數(shù)據(jù)采集和分析，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策（如灌溉、施肥、病蟲害防治）更加科學、量化。*從粗放式耕作到精細化作業(yè)：實現(xiàn)按需、變量地管理，如變量施肥、變量灌溉、無人機精準噴灑農(nóng)藥，大幅提高資源利用效率，減少浪費和環(huán)境污染。*從被動應對到主動預防：通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器實時監(jiān)測作物生長環(huán)境和健康狀況，結(jié)合遙感進行大范圍監(jiān)測，可以早期發(fā)現(xiàn)病蟲害、營養(yǎng)缺乏等問題，實現(xiàn)主動干預和預防。*從單點監(jiān)測到系統(tǒng)化管理：將田間環(huán)境、作物生長、土壤墑情、氣象條件、農(nóng)機作業(yè)等多源信息整合到統(tǒng)一的平臺，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的系統(tǒng)化監(jiān)控和管理。*從線下管理到線上智慧管理：通過移動應用、云平臺等，管理者可以隨時隨地獲取農(nóng)田信息，進行遠程監(jiān)控和指揮，提升管理效率和靈活性。*潛在價值：*提高產(chǎn)量與質(zhì)量：精準的田間管理有助于優(yōu)化作物生長條件，提高單位面積產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。*節(jié)約資源：精準施用水、肥、藥，減少水資源、化肥、農(nóng)藥的消耗，降低生產(chǎn)成本和環(huán)境影響。*增加農(nóng)民收入：通過提高產(chǎn)量和質(zhì)量，以及降低生產(chǎn)成本，增加農(nóng)業(yè)經(jīng)營者的經(jīng)濟效益。*促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展：