2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、單項(xiàng)選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填寫在題后括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.在構(gòu)建空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，確定系統(tǒng)邊界的主要目的是（）。A.精確計(jì)算系統(tǒng)成本B.明確系統(tǒng)包含的要素及其相互關(guān)系C.簡(jiǎn)化系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)D.確保系統(tǒng)覆蓋所有污染源2.反饋控制是系統(tǒng)科學(xué)中常用的方法，在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與管理中，以下哪項(xiàng)屬于典型的負(fù)反饋控制應(yīng)用？（）A.污染源排放超標(biāo)時(shí)，自動(dòng)提高罰款額度B.空氣質(zhì)量惡化時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)措施減少污染物排放C.增加監(jiān)測(cè)站點(diǎn)以獲取更全面的數(shù)據(jù)D.根據(jù)歷史數(shù)據(jù)調(diào)整未來污染排放標(biāo)準(zhǔn)3.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在（）。A.實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)B.模擬污染物在區(qū)域內(nèi)的擴(kuò)散過程及影響因素C.自動(dòng)生成空氣質(zhì)量預(yù)警信息D.管理監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)4.空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）的構(gòu)建過程，體現(xiàn)了系統(tǒng)科學(xué)中的（）原則。A.整體性B.動(dòng)態(tài)性C.層次性D.突變性5.構(gòu)建一個(gè)有效的區(qū)域性空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布局應(yīng)主要考慮的因素不包括（）。A.污染源分布特征B.地形地貌影響C.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸成本D.社區(qū)居民的心理接受度6.以下哪種方法不屬于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理的技術(shù)范疇？（）A.數(shù)據(jù)清洗，處理缺失值和異常值B.數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，確保傳感器讀數(shù)準(zhǔn)確C.數(shù)據(jù)插值，完善監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)覆蓋D.數(shù)據(jù)加密，保障傳輸過程中的信息安全7.系統(tǒng)評(píng)價(jià)在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中扮演著重要角色，其主要目的是（）。A.評(píng)估監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)性能B.判斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性C.分析特定區(qū)域空氣質(zhì)量的時(shí)空分布規(guī)律D.預(yù)測(cè)未來空氣質(zhì)量的變化趨勢(shì)8.在設(shè)計(jì)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先考慮（）。A.模塊間的視覺美觀度B.模塊功能的獨(dú)立性和低耦合度C.模塊使用的編程語(yǔ)言統(tǒng)一性D.模塊開發(fā)人員的技術(shù)熟悉程度9.將空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與其他環(huán)境數(shù)據(jù)（如氣象數(shù)據(jù)、交通流量數(shù)據(jù)）進(jìn)行集成分析，主要體現(xiàn)了系統(tǒng)科學(xué)的（）思想。A.開放性B.相關(guān)性C.自組織性D.等級(jí)性10.提高空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)決策支持能力的有效途徑是（）。A.增加監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集頻率B.引入更先進(jìn)的傳感器技術(shù)C.建立基于模型的數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)機(jī)制D.擴(kuò)大監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的覆蓋范圍二、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述系統(tǒng)思維在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)規(guī)劃中的體現(xiàn)。2.簡(jiǎn)要說明空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集與傳輸環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)。3.簡(jiǎn)述空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)及其可能的系統(tǒng)解決方案。4.簡(jiǎn)述系統(tǒng)優(yōu)化方法在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)資源分配中的應(yīng)用。三、論述題（請(qǐng)就下列問題展開論述。每小題10分，共20分）1.論述將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的意義和潛在價(jià)值。2.論述如何利用系統(tǒng)科學(xué)的方法構(gòu)建一個(gè)可持續(xù)的城市空氣質(zhì)量管理體系。四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)題（請(qǐng)根據(jù)要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。共20分）設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)化的城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與初步預(yù)警系統(tǒng)的功能框架。要求：（1）列出系統(tǒng)的主要功能模塊；（2）描述各模塊之間的主要數(shù)據(jù)流向；（3）說明系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)基本的預(yù)警功能。試卷答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.B3.B4.C5.D6.D7.B8.B9.B10.C二、簡(jiǎn)答題1.系統(tǒng)思維強(qiáng)調(diào)整體性、關(guān)聯(lián)性、動(dòng)態(tài)性和層次性。在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)規(guī)劃中，需將監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集與處理、模型分析、預(yù)警發(fā)布、污染控制措施等視為相互關(guān)聯(lián)的整體；考慮污染物排放源、氣象條件、環(huán)境容量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多重因素的相互作用；認(rèn)識(shí)到空氣質(zhì)量是動(dòng)態(tài)變化的過程，需進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)和評(píng)估；并認(rèn)識(shí)到城市空氣質(zhì)量系統(tǒng)本身具有不同層次的結(jié)構(gòu)。通過系統(tǒng)思維，可以更全面地識(shí)別問題、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)各方行動(dòng)。2.數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)包括：各類空氣質(zhì)量傳感器（如PM2.5,SO2,O3,CO,NOx等）的高精度、高穩(wěn)定性設(shè)計(jì)與制造；自動(dòng)采樣器的設(shè)計(jì)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）或移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)分布式、靈活的監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)包括：傳感器到數(shù)據(jù)采集器（DAU）的短距離通信（如RS485,GPRS/4G/5G）；數(shù)據(jù)采集與傳輸協(xié)議（如MQTT,CoAP）的應(yīng)用，確保數(shù)據(jù)的可靠、實(shí)時(shí)傳輸；數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)安全保障技術(shù)。3.空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)主要包括：監(jiān)測(cè)成本高昂，特別是高精度、高覆蓋度的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)；數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，如傳感器誤差、數(shù)據(jù)缺失、時(shí)空同步性差等；污染物來源復(fù)雜多樣，難以精確識(shí)別與量化；氣象條件影響顯著，增加了預(yù)測(cè)難度；系統(tǒng)運(yùn)行管理與維護(hù)復(fù)雜。系統(tǒng)解決方案可從：優(yōu)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布局與布點(diǎn)，采用混合監(jiān)測(cè)方式（地面、高空、移動(dòng)、衛(wèi)星）；開發(fā)先進(jìn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制算法與平臺(tái)；建立多源數(shù)據(jù)融合分析技術(shù)，整合排放源、氣象、交通等數(shù)據(jù)；應(yīng)用高分辨率空氣質(zhì)量模型進(jìn)行模擬與預(yù)測(cè)；構(gòu)建基于云平臺(tái)的智能化管理系統(tǒng)，提高運(yùn)維效率。4.系統(tǒng)優(yōu)化方法在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)資源分配中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：利用運(yùn)籌學(xué)方法（如線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃）優(yōu)化監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布局，以最低的成本實(shí)現(xiàn)特定的監(jiān)測(cè)精度或覆蓋率目標(biāo)；利用優(yōu)化算法確定不同區(qū)域或不同類型監(jiān)測(cè)設(shè)備的資源（如傳感器類型、數(shù)量、采樣頻率）分配方案，以滿足不同管理需求；在數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中，優(yōu)化數(shù)據(jù)清洗和插值方法，以最小的信息損失恢復(fù)數(shù)據(jù)質(zhì)量；在應(yīng)急響應(yīng)中，優(yōu)化污染源排查和治理措施的資源配置，以達(dá)到最佳的減排效果。三、論述題1.將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有多方面意義和潛在價(jià)值。意義在于：能夠處理海量的、多源異構(gòu)的空氣質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)（包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、排放源數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、社交媒體數(shù)據(jù)等），突破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的瓶頸；通過數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)中的復(fù)雜關(guān)聯(lián)和模式，深化對(duì)空氣質(zhì)量形成機(jī)制的理解；可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、更實(shí)時(shí)的空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)和污染溯源分析；能夠支持更智能化的預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)決策。潛在價(jià)值體現(xiàn)在：提升空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性；為制定更科學(xué)有效的污染控制政策提供數(shù)據(jù)支撐；優(yōu)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和資源投入；推動(dòng)空氣質(zhì)量管理體系向智能化、精細(xì)化方向發(fā)展；促進(jìn)環(huán)境科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)的交叉融合。2.利用系統(tǒng)科學(xué)方法構(gòu)建可持續(xù)的城市空氣質(zhì)量管理體系，需要從系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、評(píng)估和改進(jìn)等全生命周期進(jìn)行考量。首先，在規(guī)劃階段，運(yùn)用系統(tǒng)思維和建模技術(shù)，全面分析城市空氣質(zhì)量系統(tǒng)的構(gòu)成要素（排放源、大氣環(huán)境、氣象條件、人口活動(dòng)等）、相互關(guān)系和運(yùn)行機(jī)制，明確系統(tǒng)目標(biāo)（如滿足空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、改善居民健康等）和約束條件。其次，在建設(shè)階段，根據(jù)系統(tǒng)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)構(gòu)建覆蓋全面、數(shù)據(jù)可靠的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并整合排放源清單、氣象預(yù)報(bào)等數(shù)據(jù)，搭建基于模型的預(yù)測(cè)預(yù)警平臺(tái)。再次，在運(yùn)行階段，運(yùn)用系統(tǒng)控制和管理的理論，協(xié)調(diào)各方力量（政府、企業(yè)、公眾），實(shí)施基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和模型預(yù)測(cè)的污染控制措施（如產(chǎn)業(yè)調(diào)整、交通管理、應(yīng)急減排），并建立信息發(fā)布和公眾參與機(jī)制。然后，在評(píng)估階段，定期對(duì)空氣質(zhì)量管理體系的有效性進(jìn)行評(píng)估，包括目標(biāo)達(dá)成度、成本效益、政策實(shí)施效果等，利用系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法識(shí)別問題和不足。最后，在改進(jìn)階段，根據(jù)評(píng)估結(jié)果和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化，運(yùn)用系統(tǒng)優(yōu)化方法，持續(xù)調(diào)整和優(yōu)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、污染控制策略和資源配置，形成“分析-設(shè)計(jì)-實(shí)施-評(píng)估-改進(jìn)”的閉環(huán)管理系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)城市空氣質(zhì)量管理的可持續(xù)性。四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)題（以下為一個(gè)簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)示例，具體設(shè)計(jì)可根據(jù)理解進(jìn)行調(diào)整）系統(tǒng)功能框架：1.數(shù)據(jù)采集模塊：負(fù)責(zé)從固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、衛(wèi)星遙感等途徑收集空氣質(zhì)量指標(biāo)（PM2.5,O3,SO2,CO,NOx等）數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)（溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等）、污染源排放數(shù)據(jù)（如工業(yè)排放、交通排放估算）、社會(huì)活動(dòng)數(shù)據(jù)（如交通流量、天氣狀況）。2.數(shù)據(jù)預(yù)處理與存儲(chǔ)模塊：負(fù)責(zé)對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗（去除錯(cuò)誤和異常值）、格式轉(zhuǎn)換、時(shí)間對(duì)齊、缺失值填充等處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，支持快速查詢和調(diào)用。3.分析與建模模塊：負(fù)責(zé)對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括計(jì)算空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）、分析污染物濃度的時(shí)間變化和空間分布特征、識(shí)別污染熱點(diǎn)區(qū)域、進(jìn)行污染源解析、利用空氣質(zhì)量模型進(jìn)行短期預(yù)測(cè)。4.預(yù)警模塊：負(fù)責(zé)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、模型預(yù)測(cè)結(jié)果以及預(yù)設(shè)的預(yù)警閾值（如AQI超過特定值），自動(dòng)生成預(yù)警信息，包括污染等級(jí)、影響區(qū)域、持續(xù)時(shí)間等。5.信息發(fā)布與展示模塊：負(fù)責(zé)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、預(yù)警信息通過可視化界面（如Web門戶、移動(dòng)APP）、短信、社交媒體等多種渠道向政府管理部門、媒體、公眾發(fā)布。6.決策支持模塊：負(fù)責(zé)基于系統(tǒng)分析結(jié)果和預(yù)警信息，為政府提供污染控制建議（如建議采取哪些應(yīng)急減排措施、如何調(diào)整控源策略等），支持環(huán)境管理決策。主要數(shù)據(jù)流向：數(shù)據(jù)首先從各類數(shù)據(jù)源（采集模塊）流入系統(tǒng)，經(jīng)過預(yù)處理與存儲(chǔ)模塊的處理和保存后，進(jìn)入分析與建模模塊進(jìn)行計(jì)算和分析。分析結(jié)果一方面用于更新數(shù)據(jù)庫(kù)，另一方面可能直接觸發(fā)預(yù)警模塊。預(yù)警模塊生成的預(yù)警信息，通過信息發(fā)布與展示模塊對(duì)外傳遞。同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果也提供給決策支持模塊，輔助制定管理策略。反饋的信息（如采取的措施效果）可再次輸入到數(shù)據(jù)采集和分析環(huán)節(jié)，形成閉環(huán)。預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)的預(yù)警功能主要通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：首先，在分析與建模模塊中建立基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和/或模型預(yù)測(cè)的