2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——系統(tǒng)科學(xué)與工程中的無人駕駛技術(shù)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.系統(tǒng)邊界2.涌現(xiàn)3.V2X通信4.系統(tǒng)韌性5.狀態(tài)空間二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述系統(tǒng)思維在無人駕駛系統(tǒng)分析中的重要性。2.無人駕駛系統(tǒng)通常包含哪些主要的子系統(tǒng)？請(qǐng)列舉至少三個(gè)并說明其基本功能。3.什么是系統(tǒng)建模？在無人駕駛技術(shù)研究中進(jìn)行系統(tǒng)建模的主要目的有哪些？4.簡(jiǎn)述無人駕駛系統(tǒng)中安全性與系統(tǒng)復(fù)雜度之間的內(nèi)在關(guān)系。三、論述題（每題10分，共30分）1.運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)觀點(diǎn)，分析無人駕駛汽車在城市交通環(huán)境中可能面臨的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)及其應(yīng)對(duì)思路。2.請(qǐng)論述多傳感器融合技術(shù)在提升無人駕駛系統(tǒng)感知能力方面的作用，并結(jié)合系統(tǒng)集成的角度進(jìn)行討論。3.從系統(tǒng)生命周期的角度，探討無人駕駛系統(tǒng)在部署和運(yùn)營(yíng)階段需要關(guān)注的關(guān)鍵問題。四、案例分析題（20分）假設(shè)一個(gè)由10輛無人駕駛汽車組成的自動(dòng)駕駛出租車隊(duì)（RobotaxiFleet）在某大城市中心區(qū)域運(yùn)營(yíng)。近期數(shù)據(jù)顯示，在高峰時(shí)段，該車隊(duì)遭遇了多次因傳感器在特定天氣條件下性能下降而導(dǎo)致的響應(yīng)延遲事件，影響了乘客體驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)效率。請(qǐng)運(yùn)用系統(tǒng)分析的方法，分析這一問題的潛在原因，并提出至少三種系統(tǒng)層面的改進(jìn)措施，以提升車隊(duì)在復(fù)雜環(huán)境下的整體運(yùn)行韌性。試卷答案一、名詞解釋1.系統(tǒng)邊界：指明系統(tǒng)與外部環(huán)境相互作用的界限，界定哪些要素和關(guān)系屬于系統(tǒng)內(nèi)部，哪些屬于外部環(huán)境。清晰界定邊界是進(jìn)行有效系統(tǒng)分析的前提。2.涌現(xiàn)：指復(fù)雜系統(tǒng)在宏觀層面表現(xiàn)出其組成部分所不具備的、新的、非加和性的行為或特性。無人駕駛車隊(duì)的整體交通效率或安全水平是單個(gè)車輛行為的涌現(xiàn)現(xiàn)象。3.V2X通信：車輛與周圍環(huán)境中的其他實(shí)體（如其他車輛V2V、基礎(chǔ)設(shè)施V2I、行人V2P、網(wǎng)絡(luò)V2N）進(jìn)行信息交互的技術(shù)。它是提升無人駕駛系統(tǒng)感知范圍、協(xié)同性和安全性關(guān)鍵使能技術(shù)。4.系統(tǒng)韌性：指復(fù)雜系統(tǒng)在面對(duì)外部干擾、沖擊或擾動(dòng)時(shí)，維持其核心功能、結(jié)構(gòu)和身份，或在經(jīng)歷變化后能夠快速恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的能力。對(duì)于無人駕駛系統(tǒng)，韌性意味著其在故障或異常情況下的安全性和可靠性。5.狀態(tài)空間：描述一個(gè)系統(tǒng)所有可能狀態(tài)及其之間轉(zhuǎn)換關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。在無人駕駛中，狀態(tài)空間可以表示車輛可能的位置、速度、方向、傳感器讀數(shù)、環(huán)境狀況等所有組合，是進(jìn)行路徑規(guī)劃、決策制定的基礎(chǔ)。二、簡(jiǎn)答題1.系統(tǒng)思維在無人駕駛系統(tǒng)分析中的重要性：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。應(yīng)用于無人駕駛，有助于全面理解車輛本身、駕駛員（若存在）、交通環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、其他道路使用者等多主體構(gòu)成的復(fù)雜巨系統(tǒng)。它促使分析者關(guān)注各子系統(tǒng)間的相互作用和影響（如感知-決策-執(zhí)行鏈、V2X通信網(wǎng)絡(luò)），識(shí)別潛在的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)（如級(jí)聯(lián)效應(yīng)、涌現(xiàn)行為），而非僅僅關(guān)注孤立的技術(shù)環(huán)節(jié)。這有助于設(shè)計(jì)出更魯棒、安全、高效的無人駕駛系統(tǒng)。2.無人駕駛系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)及其功能：*感知系統(tǒng)：負(fù)責(zé)收集車輛周圍環(huán)境信息，包括通過攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波等傳感器獲取的圖像、點(diǎn)云、距離數(shù)據(jù)等。*決策規(guī)劃系統(tǒng)：根據(jù)感知系統(tǒng)提供的信息和預(yù)設(shè)規(guī)則/算法，進(jìn)行行為決策（如跟車、變道、超車、停車）和路徑規(guī)劃（短程軌跡和長(zhǎng)程策略）。*控制系統(tǒng)：將決策規(guī)劃系統(tǒng)生成的指令轉(zhuǎn)化為對(duì)車輛執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體控制信號(hào)，如轉(zhuǎn)向、加速、制動(dòng)。*人機(jī)交互系統(tǒng)：負(fù)責(zé)與駕駛員（若自動(dòng)駕駛級(jí)別允許）、乘客或其他用戶進(jìn)行信息交互，如顯示狀態(tài)、接收指令等。*（可選）高精度地圖與定位系統(tǒng)：提供車輛在地圖上的精確位置和豐富的環(huán)境先驗(yàn)信息。3.系統(tǒng)建模的目的：系統(tǒng)建模的主要目的包括：簡(jiǎn)化復(fù)雜現(xiàn)實(shí)，抓住關(guān)鍵因素；提供理解和溝通復(fù)雜系統(tǒng)的框架；支持系統(tǒng)分析、模擬和預(yù)測(cè)系統(tǒng)行為；為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化和評(píng)估提供基礎(chǔ)；輔助決策制定。在無人駕駛研究中，建模有助于分析系統(tǒng)性能、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)、驗(yàn)證算法、設(shè)計(jì)測(cè)試場(chǎng)景等。4.無人駕駛系統(tǒng)安全性與系統(tǒng)復(fù)雜度之間的關(guān)系：兩者通常呈正相關(guān)關(guān)系。無人駕駛系統(tǒng)越復(fù)雜（如傳感器種類越多、決策邏輯越復(fù)雜、交互對(duì)象越多樣），潛在的故障點(diǎn)和相互作用模式就越多，導(dǎo)致系統(tǒng)整體的安全風(fēng)險(xiǎn)可能越高。但同時(shí)，增加復(fù)雜度也可能引入更強(qiáng)大的感知、決策和冗余機(jī)制，從而提升應(yīng)對(duì)各種情況的能力。因此，關(guān)鍵在于如何在提升系統(tǒng)能力的同時(shí)，通過有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冗余、驗(yàn)證和測(cè)試來控制和管理復(fù)雜度帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，確保系統(tǒng)在整體上是安全可控的。三、論述題1.運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)觀點(diǎn)分析無人駕駛汽車在城市交通環(huán)境中的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)及其應(yīng)對(duì)思路：系統(tǒng)科學(xué)觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)城市交通環(huán)境本身就是一個(gè)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、開放的巨系統(tǒng)，由大量交互的車輛、行人、交通設(shè)施、信號(hào)燈、天氣狀況、突發(fā)事件等組成。無人駕駛汽車作為該系統(tǒng)中的新成員，其系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)體現(xiàn)在：*交互復(fù)雜性風(fēng)險(xiǎn)：無人車與人類駕駛員/行人存在行為模式差異和預(yù)期錯(cuò)位，可能引發(fā)意外交互。大量無人車間的協(xié)同（如車隊(duì)行駛、交叉口通行）增加了耦合度和協(xié)調(diào)難度，單一節(jié)點(diǎn)故障可能引發(fā)連鎖反應(yīng)（涌現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)）。*環(huán)境適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)：城市環(huán)境具有高度動(dòng)態(tài)性和不確定性，如信號(hào)燈突變、行人突然橫穿、惡劣天氣（雨、霧、雪）、道路施工、光照變化等，都可能超出當(dāng)前感知和決策系統(tǒng)的能力范圍，導(dǎo)致系統(tǒng)失效。*網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)：無人駕駛高度依賴網(wǎng)絡(luò)連接（V2X、遠(yuǎn)程控制），面臨被黑客攻擊、數(shù)據(jù)篡改、網(wǎng)絡(luò)癱瘓等風(fēng)險(xiǎn)，可能被惡意控制或剝奪安全。*基礎(chǔ)設(shè)施依賴與脆弱性風(fēng)險(xiǎn)：高級(jí)別無人駕駛依賴高精度地圖、可靠的V2I設(shè)施等，這些基礎(chǔ)設(shè)施的覆蓋不全、維護(hù)不當(dāng)或被破壞，都會(huì)影響無人車的運(yùn)行。應(yīng)對(duì)思路需采取系統(tǒng)性策略：*強(qiáng)化系統(tǒng)韌性設(shè)計(jì)：在架構(gòu)設(shè)計(jì)上引入冗余（多傳感器融合、多路徑?jīng)Q策）、容錯(cuò)機(jī)制，設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)不確定性和干擾的魯棒算法。*促進(jìn)系統(tǒng)間協(xié)同：建立有效的V2X通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，實(shí)現(xiàn)車-車、車-路、車-云信息共享與協(xié)同決策，提升整體交通流效率和安全性。*構(gòu)建分層防御的網(wǎng)絡(luò)安全體系：采用端到端的安全防護(hù)策略，包括物理隔離、加密傳輸、入侵檢測(cè)、安全認(rèn)證等，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)和控制的機(jī)密性、完整性和可用性。*提升系統(tǒng)適應(yīng)性和學(xué)習(xí)能力：利用大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)，不斷優(yōu)化模型，提升系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境和罕見事件的識(shí)別、預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)能力。*加強(qiáng)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)：制定完善的無人駕駛安全法規(guī)、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和倫理規(guī)范，明確各方責(zé)任，規(guī)范系統(tǒng)部署和運(yùn)營(yíng)。*實(shí)施精細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)管理：運(yùn)用系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析方法，識(shí)別關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，制定針對(duì)性的測(cè)試、驗(yàn)證和部署策略。2.多傳感器融合技術(shù)在提升無人駕駛系統(tǒng)感知能力方面的作用，并結(jié)合系統(tǒng)集成的角度進(jìn)行討論：多傳感器融合技術(shù)通過綜合運(yùn)用來自不同類型傳感器（如攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波、IMU等）的信息，旨在克服單一傳感器在感知范圍、分辨率、抗干擾能力、工作環(huán)境適應(yīng)性等方面的局限性，從而提升無人駕駛系統(tǒng)的整體感知能力。其作用體現(xiàn)在：*增強(qiáng)感知冗余與可靠性：當(dāng)一種傳感器失效或受到強(qiáng)干擾時(shí)（如激光雷達(dá)在霧霾中性能下降），其他傳感器可以提供補(bǔ)充信息，保證系統(tǒng)基本感知功能的持續(xù)運(yùn)行，提高整體可靠性。*提升感知精度與豐富性：不同傳感器提供互補(bǔ)的信息（如攝像頭提供豐富的紋理和顏色信息，雷達(dá)提供可靠的距離和速度信息），融合后可以獲得更全面、精確的環(huán)境認(rèn)知，包括物體類型、位置、速度、姿態(tài)等。*拓展感知維度與范圍：融合多種傳感器可以有效覆蓋單一傳感器的探測(cè)盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)全天候、全向的感知能力。從系統(tǒng)集成的角度，多傳感器融合是無人駕駛系統(tǒng)復(fù)雜集成工程的核心環(huán)節(jié)：*接口與數(shù)據(jù)層集成：需要解決不同傳感器數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、時(shí)間同步等問題，將異構(gòu)數(shù)據(jù)整合到統(tǒng)一的感知平臺(tái)。*算法與決策層集成：需要設(shè)計(jì)有效的融合算法（如基于卡爾曼濾波、粒子濾波、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等），將多源信息融合成一致的環(huán)境模型，并將其無縫接入上層決策規(guī)劃系統(tǒng)。融合結(jié)果的質(zhì)量直接影響下游任務(wù)的執(zhí)行。*系統(tǒng)架構(gòu)集成：多傳感器融合系統(tǒng)需要被整合到無人駕駛車輛的整體電子電氣架構(gòu)（E/EArchitecture）中，考慮計(jì)算資源的分配、功耗管理、信息流調(diào)度等。*系統(tǒng)測(cè)試與驗(yàn)證集成：融合系統(tǒng)的性能需要在各種實(shí)際環(huán)境和場(chǎng)景下進(jìn)行全面的測(cè)試與驗(yàn)證，確保其在真實(shí)世界中的有效性和魯棒性，這是系統(tǒng)集成驗(yàn)證的重要組成部分。因此，多傳感器融合不僅是提升感知性能的技術(shù)手段，更是衡量無人駕駛系統(tǒng)集成水平和復(fù)雜度的關(guān)鍵指標(biāo)。3.從系統(tǒng)生命周期的角度，探討無人駕駛系統(tǒng)在部署和運(yùn)營(yíng)階段需要關(guān)注的關(guān)鍵問題：系統(tǒng)生命周期理論將一個(gè)系統(tǒng)的演變過程劃分為規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、部署、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、退役等階段。無人駕駛系統(tǒng)在部署和運(yùn)營(yíng)階段，是技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵時(shí)期，面臨諸多獨(dú)特的系統(tǒng)挑戰(zhàn)：*部署階段（Implementation&Deployment）：*大規(guī)模集成與測(cè)試：將硬件、軟件、算法、網(wǎng)絡(luò)等要素大規(guī)模集成到實(shí)際車輛中，并在接近真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行廣泛的實(shí)地測(cè)試和驗(yàn)證，確保系統(tǒng)在各種預(yù)期和非預(yù)期場(chǎng)景下的安全性和可靠性。*基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與對(duì)接：部署高精度地圖、V2I設(shè)施等必要的基礎(chǔ)設(shè)施，并確保無人駕駛系統(tǒng)與這些基礎(chǔ)設(shè)施的有效對(duì)接和協(xié)同工作。*法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)符合性：確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)和部署符合目標(biāo)運(yùn)營(yíng)區(qū)域的安全法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和倫理規(guī)范。*初始運(yùn)營(yíng)范圍與策略：通常采用漸進(jìn)式部署策略，如從特定區(qū)域、特定路線或特定場(chǎng)景開始運(yùn)營(yíng)，逐步擴(kuò)大范圍，積累數(shù)據(jù)，持續(xù)改進(jìn)。*應(yīng)急響應(yīng)與回退機(jī)制：建立完善的應(yīng)急預(yù)案和可靠的“安全駕駛艙”或人工接管機(jī)制，以應(yīng)對(duì)突發(fā)故障或極端情況。*運(yùn)營(yíng)階段（Operation）：*持續(xù)監(jiān)控與維護(hù)：對(duì)在線運(yùn)行的無人駕駛系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題，進(jìn)行必要的軟件更新、參數(shù)調(diào)整或硬件維護(hù)，保障持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)營(yíng)。*數(shù)據(jù)收集與閉環(huán)學(xué)習(xí)：收集大量真實(shí)世界的運(yùn)行數(shù)據(jù)（包括正常行駛和異常事件），用于持續(xù)優(yōu)化算法模型，提升系統(tǒng)性能和安全性。*網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)：持續(xù)監(jiān)控和防范針對(duì)無人駕駛系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攻擊，保障數(shù)據(jù)傳輸和車輛控制的安全。*乘客體