2025年大學(xué)《海洋技術(shù)》專業(yè)題庫——海洋環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.原位監(jiān)測(cè)2.海洋環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)3.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸4.預(yù)警閾值5.Argo浮標(biāo)二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述溫度和鹽度在線監(jiān)測(cè)傳感器的兩種主要原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。2.遙感技術(shù)在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中主要獲取哪些環(huán)境要素信息？簡述其基本工作流程。3.海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸通常面臨哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？簡答幾種主要的傳輸方式。4.建立海洋環(huán)境質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)需要考慮哪些關(guān)鍵因素？5.簡述一個(gè)典型的海洋環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述多參數(shù)綜合監(jiān)測(cè)平臺(tái)（如浮標(biāo)）在海洋環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的重要作用及其設(shè)計(jì)需考慮的關(guān)鍵技術(shù)問題。2.闡述海洋環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值，并舉例說明不同海域可能設(shè)定的不同預(yù)警閾值及其原因。3.結(jié)合實(shí)例，論述數(shù)據(jù)質(zhì)量控制對(duì)于保證實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性和預(yù)警結(jié)果可靠性的重要性，并列舉幾種常用的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法。四、計(jì)算題/設(shè)計(jì)題（共30分）1.某海域設(shè)定石油類污染的預(yù)警閾值為5mg/m3。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到某時(shí)刻的報(bào)警數(shù)據(jù)為8mg/m3。假設(shè)該系統(tǒng)采用簡單的閾值報(bào)警機(jī)制，且確認(rèn)機(jī)制需要連續(xù)3分鐘數(shù)據(jù)超過閾值才發(fā)出最終警報(bào)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡化的確認(rèn)流程（可用文字或偽代碼描述），并說明該確認(rèn)機(jī)制可能存在的優(yōu)缺點(diǎn)。（20分）2.假設(shè)你需要為一個(gè)近岸海域設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的溶解氧（DO）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與低氧預(yù)警子系統(tǒng)。請(qǐng)簡述你需要考慮的關(guān)鍵要素，包括至少選擇哪種類型的傳感器、數(shù)據(jù)如何傳輸與存儲(chǔ)、如何設(shè)定低氧預(yù)警閾值以及如何實(shí)現(xiàn)基本的預(yù)警信息輸出。（10分）試卷答案一、名詞解釋1.原位監(jiān)測(cè)：指在海洋環(huán)境現(xiàn)場，不改變水體自身狀態(tài)，直接部署傳感器進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)獲取的監(jiān)測(cè)方式。**解析思路：*考察對(duì)“原位”概念的理解，強(qiáng)調(diào)在現(xiàn)場、直接測(cè)量、不擾動(dòng)水體。2.海洋環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：指為保護(hù)人體健康、維護(hù)生態(tài)平衡、保障海洋可持續(xù)發(fā)展而制定的對(duì)海水、沉積物、生物體等環(huán)境要素的質(zhì)量要求或限值。**解析思路：*考察對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的定義，包含目的（保護(hù)健康、生態(tài)、發(fā)展）和內(nèi)容（要素限值）。3.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸：指監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到數(shù)據(jù)后，在極短的時(shí)間內(nèi)（通常是秒級(jí)或分鐘級(jí)）將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收或處理中心的通信過程。**解析思路：*考察對(duì)“實(shí)時(shí)”在數(shù)據(jù)傳輸語境下的理解，強(qiáng)調(diào)時(shí)間短、速度快。4.預(yù)警閾值：指為觸發(fā)預(yù)警信號(hào)而設(shè)定的環(huán)境要素質(zhì)量限值或變化率限值，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到或超過該閾值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)預(yù)警程序。**解析思路：*考察對(duì)預(yù)警機(jī)制核心要素“閾值”的理解，強(qiáng)調(diào)其觸發(fā)預(yù)警的功能。5.Argo浮標(biāo)：一種在全球海洋中布放、通過浮升降潛循環(huán)進(jìn)行溫鹽剖面測(cè)量并實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的自動(dòng)化海洋觀測(cè)浮標(biāo)陣列系統(tǒng)。**解析思路：*考察對(duì)Argo系統(tǒng)基本原理和功能的掌握，關(guān)鍵在于溫鹽剖面測(cè)量和實(shí)時(shí)傳輸。二、簡答題1.簡述溫度和鹽度在線監(jiān)測(cè)傳感器的兩種主要原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。**答案：*主要原理有：①熱力學(xué)原理（如鉑電阻溫度計(jì)RTD），基于電阻值隨溫度變化的特性；②電化學(xué)原理（如離子選擇性電極，用于鹽度測(cè)量，基于特定離子活度與電勢(shì)的關(guān)系）。RTD優(yōu)點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)是響應(yīng)速度相對(duì)較慢，成本較高。電化學(xué)傳感器（如ION-SELECT）優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快、可測(cè)量特定離子；缺點(diǎn)是易受污染影響、漂移較大、需要較復(fù)雜的校準(zhǔn)。**解析思路：*要求列舉兩種原理，并分別說明其原理、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。熱力學(xué)原理（RTD）和電化學(xué)原理（離子選擇性電極）是常見且基礎(chǔ)的選擇?；卮鹦韪采w原理核心、至少一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)和一個(gè)主要缺點(diǎn)。2.遙感技術(shù)在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中主要獲取哪些環(huán)境要素信息？簡述其基本工作流程。**答案：*主要獲?。汉Ｃ鏈囟龋⊿ST）、海面高度、海流、葉綠素濃度、浮游植物密度、水色、懸浮泥沙濃度、云量、海面風(fēng)場等?；竟ぷ髁鞒蹋孩賯鞲衅鳎ㄈ缧l(wèi)星、飛機(jī)）接收海洋發(fā)射或反射的電磁波；②傳感器記錄電磁波輻射特性（強(qiáng)度、光譜等）；③傳輸數(shù)據(jù)至地面接收站；④對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、校正（如大氣校正、幾何校正）；⑤反演或提取出所需的海洋環(huán)境參數(shù)信息。**解析思路：*要求列舉主要監(jiān)測(cè)要素和基本工作流程。要素列舉要全面且相關(guān)，流程步驟要清晰，涵蓋從數(shù)據(jù)獲取到信息提取的主要環(huán)節(jié)。3.海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸通常面臨哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？簡答幾種主要的傳輸方式。**答案：*技術(shù)挑戰(zhàn)：①海洋環(huán)境惡劣，設(shè)備易受腐蝕、海浪沖擊、生物附著等影響，導(dǎo)致傳輸鏈路不穩(wěn)定；②海洋區(qū)域廣闊，覆蓋距離遠(yuǎn)，需要長距離、低功耗通信；③水下環(huán)境復(fù)雜，電磁波無法有效傳播，主要依賴聲學(xué)或光學(xué)方式，帶寬和距離受限；④數(shù)據(jù)量可能很大，需要高效的壓縮和傳輸技術(shù)。主要傳輸方式：①衛(wèi)星通信（覆蓋廣，但延遲較大，成本高）；②水下聲學(xué)通信（適用于水下，帶寬低，易受噪聲干擾）；③水下光通信（水下帶寬高，但距離短，易受水體渾濁影響）；④有線傳輸（如海底光纜，穩(wěn)定可靠，但布設(shè)和維護(hù)成本高）；⑤船舶或飛機(jī)中繼。**解析思路：*要求分析挑戰(zhàn)并列舉傳輸方式。挑戰(zhàn)要從環(huán)境、距離、介質(zhì)（水上/水下）、數(shù)據(jù)量等角度思考。傳輸方式要涵蓋不同介質(zhì)和場景下的主要技術(shù)。4.建立海洋環(huán)境質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)需要考慮哪些關(guān)鍵因素？**答案：*關(guān)鍵因素：①準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源；②合理的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)警閾值設(shè)定；③有效的數(shù)據(jù)處理與分析方法（包括數(shù)據(jù)質(zhì)量控制）；④可靠的預(yù)警模型（基于閾值、統(tǒng)計(jì)或模型預(yù)測(cè)）；⑤合適的預(yù)警信息發(fā)布與傳播渠道；⑥穩(wěn)定的系統(tǒng)硬件和軟件平臺(tái)；⑦完善的應(yīng)急預(yù)案和響應(yīng)機(jī)制；⑧明確的責(zé)任主體和管理流程。**解析思路：*要求列舉建立預(yù)警系統(tǒng)需要考慮的關(guān)鍵要素。從數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)、模型、發(fā)布、平臺(tái)、管理等多個(gè)維度進(jìn)行思考，覆蓋系統(tǒng)建立的核心環(huán)節(jié)。5.簡述一個(gè)典型的海洋環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)。**答案：*基本組成環(huán)節(jié)：①感知層/監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)：包括各類傳感器（原位、遙感）、監(jiān)測(cè)平臺(tái)（浮標(biāo)、船、岸站等）；②數(shù)據(jù)采集與傳輸層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理、壓縮和通過有線/無線/衛(wèi)星等方式傳輸；③數(shù)據(jù)處理與分析層：包括數(shù)據(jù)接收、質(zhì)量監(jiān)控、存儲(chǔ)、清洗、特征提取、模型運(yùn)算（如閾值判斷、趨勢(shì)預(yù)測(cè)）；④預(yù)警決策層：根據(jù)分析結(jié)果和預(yù)設(shè)規(guī)則生成預(yù)警信息；⑤應(yīng)急響應(yīng)與發(fā)布層：將預(yù)警信息通過短信、網(wǎng)站、APP等渠道發(fā)布，并觸發(fā)相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)流程。**解析思路：*要求概述系統(tǒng)組成，通?？梢园凑瘴锫?lián)網(wǎng)的感知-傳輸-處理-應(yīng)用（決策-發(fā)布）的邏輯層次來組織，覆蓋關(guān)鍵的功能模塊。三、論述題1.論述多參數(shù)綜合監(jiān)測(cè)平臺(tái)（如浮標(biāo)）在海洋環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的重要作用及其設(shè)計(jì)需考慮的關(guān)鍵技術(shù)問題。**答案：*重要作用：①能夠同步、連續(xù)地獲取水體中的多種環(huán)境參數(shù)（如溫、鹽、pH、DO、營養(yǎng)鹽、波流、氣象等）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多要素綜合觀測(cè)；②相對(duì)于船基調(diào)查，可以長期、定點(diǎn)、自動(dòng)化地連續(xù)工作，獲取更全面、高頻次的數(shù)據(jù)，覆蓋廣闊海域；③可搭載多種傳感器和儀器，形成功能多樣的海洋觀測(cè)節(jié)點(diǎn)；④為海洋動(dòng)力、生態(tài)環(huán)境、災(zāi)害預(yù)警等研究與應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。設(shè)計(jì)需考慮的關(guān)鍵技術(shù)問題：①傳感器選型與集成：根據(jù)監(jiān)測(cè)目標(biāo)選擇合適的傳感器，保證接口標(biāo)準(zhǔn)化、供電穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)；②結(jié)構(gòu)與浮力設(shè)計(jì)：保證平臺(tái)在風(fēng)浪中的穩(wěn)定性和浮力平衡，耐腐蝕；③數(shù)據(jù)采集與供電系統(tǒng)：保證數(shù)據(jù)按時(shí)準(zhǔn)確采集、存儲(chǔ)，并配備可靠、持久的能源（如太陽能、風(fēng)能、波浪能）；④數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)：選擇合適的通信方式（如衛(wèi)星、岸基電臺(tái)、水聲）保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸；⑤防護(hù)與維護(hù)：考慮防生物附著、防海況破壞、遠(yuǎn)程維護(hù)或自恢復(fù)能力。**解析思路：*第一步論述其重要作用，需從數(shù)據(jù)獲取能力（多參數(shù)、實(shí)時(shí)、連續(xù)、定點(diǎn)、廣域）、相對(duì)于其他方式的優(yōu)點(diǎn)以及對(duì)科學(xué)研究和應(yīng)用的貢獻(xiàn)等方面展開。第二步論述設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，需從硬件（傳感器、結(jié)構(gòu)、采集、供電）、通信和防護(hù)維護(hù)等角度，結(jié)合浮標(biāo)平臺(tái)的特性進(jìn)行分析。2.闡述海洋環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值，并舉例說明不同海域可能設(shè)定的不同預(yù)警閾值及其原因。**答案：*應(yīng)用價(jià)值：①是評(píng)價(jià)海洋環(huán)境質(zhì)量狀況的客觀依據(jù)，判斷環(huán)境是否受到污染或脅迫；②是設(shè)定預(yù)警閾值的基礎(chǔ)，為觸發(fā)預(yù)警信號(hào)提供量化標(biāo)準(zhǔn)；③是制定環(huán)境保護(hù)政策、法規(guī)和管理措施的重要參考；④是進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)估、趨勢(shì)分析和環(huán)境影響評(píng)價(jià)的前提；⑤是指導(dǎo)應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)（如是否需要疏散、采取何種措施）的決策依據(jù)。不同海域閾值舉例及原因：例如，在近岸養(yǎng)殖區(qū)，溶解氧的預(yù)警閾值可能設(shè)定得較低（如2mg/L），因?yàn)榈脱鯇?duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖生物影響嚴(yán)重；而在開闊大洋，溶解氧的閾值可能設(shè)定得較高（如低于4mg/L或5mg/L），因?yàn)椴糠趾Ｑ笊镞m應(yīng)較低氧環(huán)境，且大范圍嚴(yán)重缺氧事件相對(duì)少見。再如，在石油運(yùn)輸通道附近，石油類的閾值可能設(shè)定得更低（如0.01mg/L），以防微量的石油泄漏對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害；而在遠(yuǎn)離陸源的遠(yuǎn)海區(qū)域，該閾值可能設(shè)定得較高（如0.1-1mg/L）。**解析思路：*第一步闡述應(yīng)用價(jià)值，需從評(píng)價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定、政策法規(guī)、評(píng)估評(píng)價(jià)、應(yīng)急決策等多個(gè)角度說明標(biāo)準(zhǔn)的重要性。第二步舉例說明不同閾值，需選擇兩個(gè)有代表性的參數(shù)（如DO、石油類）和區(qū)域（如養(yǎng)殖區(qū)/大洋，運(yùn)輸通道/遠(yuǎn)海），并清晰解釋設(shè)定不同閾值的原因（如生態(tài)敏感度、污染風(fēng)險(xiǎn)、生物適應(yīng)性等）。3.結(jié)合實(shí)例，論述數(shù)據(jù)質(zhì)量控制對(duì)于保證實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性和預(yù)警結(jié)果可靠性的重要性，并列舉幾種常用的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法。**答案：*重要性：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其有效性直接關(guān)系到預(yù)警結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果原始數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤、噪聲或異常，將導(dǎo)致分析結(jié)果失真，進(jìn)而引發(fā)錯(cuò)誤的預(yù)警（誤報(bào)或漏報(bào)），可能造成資源浪費(fèi)、恐慌甚至嚴(yán)重后果（如環(huán)境事故未能及時(shí)應(yīng)對(duì)）。因此，嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是保證數(shù)據(jù)可靠性和預(yù)警系統(tǒng)有效性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，某地監(jiān)測(cè)到水溫突然升高到50°C，經(jīng)質(zhì)控發(fā)現(xiàn)是傳感器因結(jié)冰故障導(dǎo)致的異常值，若未剔除，則可能誤判為熱污染事件并發(fā)出錯(cuò)誤預(yù)警。常用的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法：①限值檢查：設(shè)定各參數(shù)的合理范圍（如溫度-2℃至40℃），剔除超出范圍的值；②一致性檢查：檢查不同傳感器測(cè)量的關(guān)聯(lián)參數(shù)是否邏輯一致（如鹽度隨溫度變化趨勢(shì)）；③互異性檢查：利用多個(gè)傳感器或不同位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，剔除矛盾數(shù)據(jù)；④間隙檢查：檢查時(shí)間序列數(shù)據(jù)是否存在不應(yīng)有的長時(shí)中斷或突然跳變；⑤基于模型/算法的檢查：利用物理模型或統(tǒng)計(jì)方法識(shí)別與背景場或預(yù)期變化不符的數(shù)據(jù)點(diǎn)；⑥插補(bǔ)/平滑：對(duì)少量缺失或噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行合理估算或平滑處理。**解析思路：*第一步論述重要性，需強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)質(zhì)量是預(yù)警可靠性的前提，結(jié)合實(shí)例說明錯(cuò)誤數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致的嚴(yán)重后果。第二步列舉常用質(zhì)控方法，需覆蓋基本的方法類型（范圍、邏輯、比對(duì)、時(shí)間、模型、處理），并稍作解釋。四、計(jì)算題/設(shè)計(jì)題1.某海域設(shè)定石油類污染的預(yù)警閾值為5mg/m3。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到某時(shí)刻的報(bào)警數(shù)據(jù)為8mg/m3。假設(shè)該系統(tǒng)采用簡單的閾值報(bào)警機(jī)制，且確認(rèn)機(jī)制需要連續(xù)3分鐘數(shù)據(jù)超過閾值才發(fā)出最終警報(bào)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡化的確認(rèn)流程（可用文字或偽代碼描述），并說明該確認(rèn)機(jī)制可能存在的優(yōu)缺點(diǎn)。**答案：*確認(rèn)流程（文字描述）：①初始化一個(gè)計(jì)數(shù)器Count=0；②當(dāng)系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行時(shí)，每采集到1分鐘的數(shù)據(jù)樣本：a.檢查當(dāng)前樣本的石油類濃度C；b.如果C>閾值（5mg/m3），則Count=Count+1；c.如果Count>=3，則發(fā)出最終“石油類污染警報(bào)”；d.如果C<=閾值，則Count=0；③重復(fù)步驟②，持續(xù)監(jiān)控。（偽代碼示例）`Count=0``WHILE(SystemisRunning)``C=Read_Petroleum_Concentration()``IF(C>Threshold)``Count=Count+1``IF(Count>=3)``Trigger_Final_Alarm("PetroleumPollution")``ENDIF``ELSE``Count=0``ENDIF``Wait(1minute)``ENDWHILE`優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：①相比單次報(bào)警，能減少因瞬時(shí)噪聲或短暫波動(dòng)引起的誤報(bào)，提高了報(bào)警的可靠性；②給出了一段確認(rèn)時(shí)間，系統(tǒng)有更穩(wěn)定的狀態(tài)反映。缺點(diǎn)：①延遲了報(bào)警時(shí)間，可能會(huì)錯(cuò)過需要立即響應(yīng)的早期污染事件；②對(duì)于緩慢持續(xù)升高的情況，響應(yīng)時(shí)間也相應(yīng)延長；③未能區(qū)分是均勻升高還是間歇性超過閾值，可能導(dǎo)致確認(rèn)時(shí)間過長。**解析思路：*第一步設(shè)計(jì)確認(rèn)流程，核心是理解“連續(xù)3分鐘超過閾值”的含義，將其轉(zhuǎn)化為計(jì)數(shù)器或狀態(tài)機(jī)的邏輯。文字描述清晰即可，偽代碼可選。第二步分析優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)側(cè)重于減少誤報(bào)（可靠性），缺點(diǎn)側(cè)重于可能延遲響應(yīng)（及時(shí)性），并指出其局限性（如對(duì)上升速率的敏感性）。2.假設(shè)你需要為一個(gè)近岸海域設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的溶解氧（DO）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與低氧預(yù)警子系統(tǒng)。請(qǐng)簡述你需要考慮的關(guān)鍵要素，包括至少選擇哪種類型的傳感器、數(shù)據(jù)如何傳輸與存儲(chǔ)、如何設(shè)定低氧預(yù)警閾值以及如何實(shí)現(xiàn)基本的預(yù)警信息輸出。**答案：*關(guān)鍵要素：①傳感器選擇：選用膜覆蓋式電化學(xué)溶解氧傳感器（如離子選擇性電極，ISE），因?yàn)?/p>