2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——系統(tǒng)科學(xué)與農(nóng)業(yè)裝備自動化的結(jié)合考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述系統(tǒng)思想的基本內(nèi)涵，并說明其如何指導(dǎo)農(nóng)業(yè)裝備自動化系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。二、農(nóng)業(yè)裝備自動化系統(tǒng)通常具有哪些典型的系統(tǒng)屬性？請結(jié)合具體實例說明系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性在其中的體現(xiàn)。三、選擇一種你熟悉的農(nóng)業(yè)裝備自動化系統(tǒng)（如自動駕駛拖拉機(jī)、無人機(jī)植保、精準(zhǔn)播種機(jī)等），嘗試運(yùn)用功能建模的方法，簡要描述其主要功能及其相互關(guān)系。四、系統(tǒng)動力學(xué)模型常用于分析復(fù)雜社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。請簡述系統(tǒng)動力學(xué)建模的基本思想，并探討其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)裝備自動化技術(shù)推廣擴(kuò)散分析的潛在價值與可能面臨的挑戰(zhàn)。五、農(nóng)業(yè)裝備自動化系統(tǒng)往往涉及人、機(jī)、環(huán)境等多重因素。請論述在進(jìn)行該類系統(tǒng)設(shè)計或評價時，考慮人機(jī)系統(tǒng)工程方法的重要性，并列舉至少三種相關(guān)的方法或原則。六、分析當(dāng)前農(nóng)業(yè)裝備自動化發(fā)展面臨的主要技術(shù)瓶頸與挑戰(zhàn)（至少列舉三方面），并嘗試運(yùn)用系統(tǒng)思維，提出一個綜合性的解決方案或應(yīng)對策略。七、農(nóng)業(yè)裝備自動化技術(shù)的應(yīng)用帶來了顯著效益，但也可能引發(fā)新的問題（如數(shù)據(jù)安全、就業(yè)結(jié)構(gòu)變化、環(huán)境影響等）。請選擇其中一個問題，運(yùn)用系統(tǒng)評價的相關(guān)理論或方法，論述其復(fù)雜性與評價思路。八、設(shè)想一種未來智慧農(nóng)場的場景，其中集成了多種農(nóng)業(yè)裝備自動化系統(tǒng)。請描述該智慧農(nóng)場作為一個整體系統(tǒng)的關(guān)鍵特征，并說明如何運(yùn)用系統(tǒng)整合與優(yōu)化的思想，提升其整體運(yùn)行效率與可持續(xù)性。試卷答案一、系統(tǒng)思想的基本內(nèi)涵包括整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性、動態(tài)性和目的性。整體性指系統(tǒng)由相互聯(lián)系、相互作用的各要素組成，并具有整體功能，農(nóng)業(yè)裝備自動化系統(tǒng)需整體規(guī)劃以實現(xiàn)協(xié)同作業(yè)。關(guān)聯(lián)性指系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與環(huán)境間存在緊密聯(lián)系，如傳感器數(shù)據(jù)與自動駕駛決策的關(guān)聯(lián)，指導(dǎo)設(shè)計信息融合與處理機(jī)制。層次性指系統(tǒng)具有不同層級的子系統(tǒng)，如硬件層、控制層、應(yīng)用層，需按層級進(jìn)行模塊化設(shè)計。動態(tài)性指系統(tǒng)隨時間變化，需考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和自適應(yīng)能力，如通過軟件更新適應(yīng)新作物或環(huán)境。目的性指系統(tǒng)為達(dá)成特定農(nóng)業(yè)目標(biāo)而存在，如提高效率、降低成本、精準(zhǔn)作業(yè)，需以目標(biāo)為導(dǎo)向進(jìn)行功能設(shè)計和性能優(yōu)化。系統(tǒng)思想指導(dǎo)農(nóng)業(yè)裝備自動化系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)，要求注重各組件集成、人機(jī)交互、環(huán)境適應(yīng)性，并持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)整體性能以達(dá)成最終目標(biāo)。二、農(nóng)業(yè)裝備自動化系統(tǒng)典型的系統(tǒng)屬性包括：整體性，如自動駕駛拖拉機(jī)整合GPS、傳感器、控制器和執(zhí)行器，共同實現(xiàn)自主導(dǎo)航和作業(yè)；關(guān)聯(lián)性，如田間作業(yè)環(huán)境（光照、地形）通過傳感器影響控制系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)整機(jī)械動作；層次性，如系統(tǒng)可分為感知層、決策層、執(zhí)行層，各層相互依存；動態(tài)性，如系統(tǒng)需適應(yīng)不同作業(yè)階段（播種、施肥、收割）和變化的環(huán)境條件；目的性，如系統(tǒng)旨在實現(xiàn)精準(zhǔn)、高效、安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性尤為突出，例如，傳感器獲取的土壤濕度數(shù)據(jù)直接影響變量施肥系統(tǒng)的決策，而施肥決策又與作物生長模型關(guān)聯(lián)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，體現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部各要素及系統(tǒng)與環(huán)境的緊密互動。三、（以自動駕駛拖拉機(jī)為例）功能建模描述系統(tǒng)主要做什么，及其功能間的邏輯關(guān)系。主要功能：1.環(huán)境感知與定位功能：通過GPS、RTK、激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器獲取實時位置、周圍障礙物、地形地貌等信息。2.路徑規(guī)劃與決策功能：基于感知信息和預(yù)設(shè)路徑/作業(yè)區(qū)地圖，規(guī)劃最優(yōu)行駛路徑，并根據(jù)實時情況（如障礙物規(guī)避）進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。3.控制執(zhí)行功能：將規(guī)劃好的路徑和作業(yè)指令轉(zhuǎn)化為對拖拉機(jī)方向盤、油門、動力輸出、液壓系統(tǒng)等的精確控制。4.作業(yè)執(zhí)行功能：控制掛接的農(nóng)具（如播種機(jī)、噴藥機(jī)）按照要求進(jìn)行相應(yīng)作業(yè)（如開溝、播種、噴灑）。5.人機(jī)交互與監(jiān)控功能：提供操作界面，允許駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)、進(jìn)行手動干預(yù)或設(shè)定作業(yè)參數(shù)。功能關(guān)系：感知與定位功能為路徑規(guī)劃與決策提供輸入；路徑規(guī)劃與決策功能為控制執(zhí)行功能提供指令；控制執(zhí)行功能依據(jù)指令操作作業(yè)執(zhí)行功能；人機(jī)交互與監(jiān)控功能貫穿始終，提供信息反饋和人工控制接口。這些功能相互關(guān)聯(lián)、協(xié)同工作，共同實現(xiàn)自動駕駛拖拉機(jī)的自主導(dǎo)航和精準(zhǔn)作業(yè)目標(biāo)。四、系統(tǒng)動力學(xué)建模的基本思想是將系統(tǒng)視為一個由相互關(guān)聯(lián)的反饋回路構(gòu)成的復(fù)雜整體，強(qiáng)調(diào)因果關(guān)系的動態(tài)傳遞和非線性效應(yīng)，通過構(gòu)建仿真模型揭示系統(tǒng)行為模式。應(yīng)用于農(nóng)業(yè)裝備自動化技術(shù)推廣擴(kuò)散分析的價值在于：能夠模擬技術(shù)采納的S型曲線、識別影響采納速度的關(guān)鍵因素（如成本、收益、學(xué)習(xí)能力、社會網(wǎng)絡(luò)影響）；通過反饋回路分析政策干預(yù)（如補(bǔ)貼、培訓(xùn)）的效果；預(yù)測不同推廣策略下的長期市場格局。面臨的挑戰(zhàn)包括：數(shù)據(jù)獲取的難度（尤其是區(qū)域性、歷史性數(shù)據(jù)）；模型假設(shè)的復(fù)雜性（如農(nóng)戶行為模式的量化）；技術(shù)推廣的異質(zhì)性（不同地區(qū)、不同規(guī)模農(nóng)場的差異）；以及模型預(yù)測精度問題（技術(shù)發(fā)展存在不確定性）。五、人機(jī)系統(tǒng)工程方法在農(nóng)業(yè)裝備自動化系統(tǒng)設(shè)計或評價中至關(guān)重要，因為該類系統(tǒng)直接與人交互，其安全性、效率和用戶滿意度高度依賴于人機(jī)界面的設(shè)計和系統(tǒng)整體的人因工程考慮。重要性體現(xiàn)在：能夠預(yù)防人因失誤，降低事故風(fēng)險，如通過優(yōu)化控制界面減少駕駛員認(rèn)知負(fù)荷；提升系統(tǒng)操作效率和用戶體驗，如設(shè)計直觀易用的信息顯示和交互方式；增強(qiáng)系統(tǒng)的適應(yīng)性和容錯能力，如設(shè)置安全冗余和清晰的報警機(jī)制。相關(guān)方法或原則包括：采用人因工程原則進(jìn)行界面設(shè)計（如一致性、反饋性、容錯性）；進(jìn)行任務(wù)分析以合理分配人機(jī)職責(zé)；運(yùn)用可用性測試評估系統(tǒng)易學(xué)性和易用性；考慮不同用戶群體的生理和心理特性（如年齡、技能水平）；進(jìn)行人機(jī)工效學(xué)設(shè)計，確保操作舒適性。六、當(dāng)前農(nóng)業(yè)裝備自動化發(fā)展面臨的主要技術(shù)瓶頸與挑戰(zhàn)包括：1.復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性：農(nóng)田環(huán)境非結(jié)構(gòu)化、動態(tài)變化（光照、濕度、地形、作物），對傳感器精度、算法魯棒性提出極高要求。2.高成本與投資回報：先進(jìn)自動化設(shè)備購置和維護(hù)成本高昂，小規(guī)模農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重，投資回報周期長。3.數(shù)據(jù)安全與隱私：自動化系統(tǒng)產(chǎn)生大量涉農(nóng)數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)泄露、被竊取或濫用風(fēng)險，缺乏完善的數(shù)據(jù)安全保障體系。挑戰(zhàn)與對策：運(yùn)用系統(tǒng)思維，可提出綜合性解決方案：研發(fā)更智能、更具環(huán)境適應(yīng)性的感知與決策算法；探索分體化、模塊化設(shè)備或租賃服務(wù)模式降低初始投入；建立健全數(shù)據(jù)安全法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時利用區(qū)塊鏈等技術(shù)保障數(shù)據(jù)所有權(quán)和隱私；加強(qiáng)政策引導(dǎo)、技術(shù)培訓(xùn)和示范應(yīng)用，提升農(nóng)民使用技能和信心；構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新體系，降低研發(fā)成本，加速技術(shù)擴(kuò)散。七、農(nóng)業(yè)裝備自動化技術(shù)應(yīng)用引發(fā)的數(shù)據(jù)安全問題具有復(fù)雜性：涉及多方主體（制造商、服務(wù)商、政府、農(nóng)戶），數(shù)據(jù)類型多樣（位置、作業(yè)、環(huán)境、生物信息），數(shù)據(jù)價值高，且面臨技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)攻擊、漏洞）、管理（法規(guī)不完善、標(biāo)準(zhǔn)缺失）和意識（隱私保護(hù)意識不足）等多重威脅。評價思路：需采用系統(tǒng)性評價框架，從數(shù)據(jù)生命周期（收集、存儲、傳輸、使用、銷毀）進(jìn)行分析；識別關(guān)鍵風(fēng)險點（如數(shù)據(jù)采集接口、云平臺、第三方服務(wù)）；評估現(xiàn)有安全措施的有效性（加密、訪問控制、審計）；結(jié)合成本效益分析，判斷投入安全防護(hù)措施的合理性與回報；考慮法律法規(guī)符合性（如GDPR、數(shù)據(jù)安全法）；并關(guān)注其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、創(chuàng)新能力及農(nóng)戶信任度等帶來的綜合影響，提出針對性的改進(jìn)建議。八、未來智慧農(nóng)場作為一個整體系統(tǒng)，關(guān)鍵特征包括：高度集成性（物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動化設(shè)備深度融合）、智能化（基于數(shù)據(jù)分析進(jìn)行自主決策和優(yōu)化）、網(wǎng)絡(luò)化（設(shè)備間、農(nóng)場間、人-機(jī)-環(huán)境間信息互聯(lián)互通）、精準(zhǔn)化（按需進(jìn)行資源投入和作業(yè)）、可持續(xù)性（環(huán)境友好、資源高效利用）和柔性化（適應(yīng)市場變化和作物需求調(diào)整）。運(yùn)用系統(tǒng)整合與優(yōu)化的思想提升整體運(yùn)行效率與可持續(xù)性：通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺和集成控制系統(tǒng)，打破信息孤島，