2025年大學(xué)《防災(zāi)減災(zāi)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——自動(dòng)發(fā)現(xiàn)工作異常與響應(yīng)反饋調(diào)整考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在異常檢測(cè)中，將數(shù)據(jù)分布的統(tǒng)計(jì)特性（如均值、方差）作為基準(zhǔn)來判斷異常的方法屬于（）。A.基于距離的方法B.基于密度的方法C.基于閾值的方法D.基于分類的方法2.對(duì)于需要實(shí)時(shí)處理大量傳感器數(shù)據(jù)的防災(zāi)減災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，選擇異常檢測(cè)方法時(shí)，首要考慮的因素是（）。A.檢測(cè)算法的準(zhǔn)確性B.檢測(cè)算法的計(jì)算復(fù)雜度C.檢測(cè)算法的可解釋性D.檢測(cè)算法所需的數(shù)據(jù)量3.在地震預(yù)警系統(tǒng)中，異常檢測(cè)的主要目標(biāo)是（）。A.識(shí)別地震發(fā)生后的地面震動(dòng)模式B.在地震發(fā)生前檢測(cè)到地震波初動(dòng)信號(hào)C.精確計(jì)算地震震級(jí)和震源位置D.評(píng)估地震對(duì)建筑物的影響程度4.以下哪種方法通常不適用于處理具有高維稀疏特征的異常檢測(cè)任務(wù)？（）A.主成分分析（PCA）B.孤立森林（IsolationForest）C.邏輯回歸（LogisticRegression）D.降維自編碼器（Autoencoder）5.當(dāng)異常檢測(cè)系統(tǒng)將正常數(shù)據(jù)誤判為異常時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致（）。A.響應(yīng)資源浪費(fèi)B.錯(cuò)失真正的異常事件C.系統(tǒng)信任度下降D.以上都是6.異常發(fā)生后的響應(yīng)反饋機(jī)制中，信息發(fā)布環(huán)節(jié)的主要目的是（）。A.調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)B.觸發(fā)應(yīng)急響應(yīng)C.讓相關(guān)方了解情況并采取行動(dòng)D.記錄異常數(shù)據(jù)7.在洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中，響應(yīng)反饋調(diào)整可能涉及（）。A.根據(jù)水位變化調(diào)整預(yù)警級(jí)別B.基于歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)優(yōu)化模型參數(shù)C.根據(jù)響應(yīng)效果調(diào)整救援力量部署D.以上都是8.以下哪項(xiàng)不屬于系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)整的范疇？（）A.動(dòng)態(tài)更新異常檢測(cè)模型的閾值B.根據(jù)傳感器故障情況重配置監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)C.長(zhǎng)期依賴過去的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，不改變D.基于響應(yīng)效果優(yōu)化應(yīng)急資源分配策略9.在設(shè)計(jì)異常響應(yīng)策略時(shí)，需要考慮的核心因素之一是（）。A.響應(yīng)策略的執(zhí)行成本B.響應(yīng)策略的制定者姓名C.響應(yīng)策略的理論基礎(chǔ)（非）正確性D.響應(yīng)策略的視覺美觀度10.將異常檢測(cè)與響應(yīng)調(diào)整過程形成一個(gè)持續(xù)學(xué)習(xí)和優(yōu)化的閉環(huán)，體現(xiàn)了（）。A.系統(tǒng)工程的思維B.靜態(tài)分析的觀點(diǎn)C.隨機(jī)決策的思想D.孤立處理的模式二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題中的橫線上）1.異常檢測(cè)方法通常需要權(quán)衡precision（精確率）和recall（召回率），這兩個(gè)指標(biāo)的計(jì)算基于________和________。2.對(duì)于時(shí)序異常檢測(cè)，常用的方法包括基于統(tǒng)計(jì)的________檢測(cè)和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的________檢測(cè)。3.在防災(zāi)減災(zāi)響應(yīng)反饋調(diào)整中，________是指根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和響應(yīng)效果，動(dòng)態(tài)修改系統(tǒng)參數(shù)或行為的過程。4.異常診斷的目標(biāo)是深入分析異常________、________和________。5.設(shè)計(jì)防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)的異常響應(yīng)機(jī)制時(shí)，必須考慮不同________之間的協(xié)調(diào)與配合。6.異常檢測(cè)系統(tǒng)的性能評(píng)估指標(biāo)除了precision和recall，還包括________、F1-score等。7.傳感器數(shù)據(jù)的質(zhì)量對(duì)異常檢測(cè)的效果有直接影響，常見的預(yù)處理步驟包括________、________和去噪。8.自適應(yīng)調(diào)整是系統(tǒng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境和變化的重要能力，它使得系統(tǒng)能夠________。9.在地震預(yù)警系統(tǒng)中，異常檢測(cè)算法需要在極短的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算，因此對(duì)算法的________要求很高。10.將歷史異常事件的處理經(jīng)驗(yàn)和結(jié)果反饋到系統(tǒng)中，用于改進(jìn)未來的異常檢測(cè)和響應(yīng)，是________思想的具體體現(xiàn)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述基于閾值法的異常檢測(cè)原理及其在固定參數(shù)設(shè)置下的主要局限性。2.闡述在防災(zāi)減災(zāi)場(chǎng)景中，異常檢測(cè)系統(tǒng)將“假陽性”（將正常數(shù)據(jù)判為異常）和“假陰性”（將異常數(shù)據(jù)判為正常）分別可能導(dǎo)致哪些后果。3.為什么說異常響應(yīng)反饋調(diào)整是異常管理閉環(huán)中不可或缺的一環(huán)？4.簡(jiǎn)述孤立森林（IsolationForest）算法在異常檢測(cè)中的一種潛在應(yīng)用場(chǎng)景及其優(yōu)勢(shì)。四、分析題（每題10分，共30分）1.假設(shè)一個(gè)城市地鐵系統(tǒng)的沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)到某關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)了超出預(yù)設(shè)閾值的快速沉降數(shù)據(jù)，初步判斷可能存在異常。請(qǐng)分析此異?？赡艿脑颍⒑?jiǎn)述后續(xù)應(yīng)啟動(dòng)的響應(yīng)流程包含哪些主要步驟。2.比較并分析監(jiān)督學(xué)習(xí)異常檢測(cè)方法與非監(jiān)督學(xué)習(xí)異常檢測(cè)方法在應(yīng)用于無標(biāo)簽的防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)集時(shí)的主要區(qū)別、優(yōu)缺點(diǎn)及適用情況。3.在一個(gè)洪水早期預(yù)警系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)河流水位數(shù)據(jù)檢測(cè)到水位異常上升。如果后續(xù)反饋顯示，該次水位上升是由于上游突發(fā)性降雨（而非持續(xù)降雨）導(dǎo)致，且預(yù)測(cè)的洪峰流量遠(yuǎn)超初始估計(jì)。請(qǐng)分析系統(tǒng)應(yīng)如何根據(jù)這一反饋信息進(jìn)行響應(yīng)反饋調(diào)整？五、設(shè)計(jì)題（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)小型水庫溢流風(fēng)險(xiǎn)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與響應(yīng)反饋調(diào)整方案。方案需包含以下內(nèi)容：1.描述將用于異常檢測(cè)的主要監(jiān)測(cè)參數(shù)（如水位、入庫流量、降雨量等）。2.簡(jiǎn)要說明選擇哪種類型的異常檢測(cè)方法（需說明理由）。3.描述當(dāng)檢測(cè)到溢流風(fēng)險(xiǎn)異常時(shí)的初步響應(yīng)措施（如開啟部分泄洪閘門、向下游預(yù)警等）。4.闡述如何利用響應(yīng)后的效果（如水位下降速度、下游影響情況等）信息來調(diào)整監(jiān)測(cè)策略或響應(yīng)參數(shù)。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.C5.D6.C7.D8.C9.A10.A二、填空題1.真陽性率（TruePositiveRate），假陽性率（FalsePositiveRate）2.統(tǒng)計(jì)，機(jī)器學(xué)習(xí)3.自適應(yīng)調(diào)整4.本質(zhì)，原因，影響5.響應(yīng)部門6.AUC（AreaUnderCurve）7.數(shù)據(jù)清洗，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化8.持續(xù)優(yōu)化和學(xué)習(xí)9.實(shí)時(shí)性/效率10.持續(xù)改進(jìn)/閉環(huán)反饋三、簡(jiǎn)答題1.原理：設(shè)定一個(gè)或多個(gè)閾值，將數(shù)據(jù)特征值與閾值進(jìn)行比較。特征值落在閾值范圍之外的樣本被判定為異常。常用方法有上限閾值、下限閾值、多邊形閾值等。局限性：固定參數(shù)設(shè)置下，無法適應(yīng)數(shù)據(jù)分布的變化（如漂移）。當(dāng)數(shù)據(jù)特性隨時(shí)間或環(huán)境改變時(shí)，預(yù)設(shè)的閾值可能不再適用，導(dǎo)致漏報(bào)或誤報(bào)。對(duì)異常形態(tài)的適應(yīng)性差，難以處理非邊界異常。2.假陽性后果：*可能引發(fā)不必要的恐慌，導(dǎo)致資源（人力、物力、財(cái)力）的浪費(fèi)，組織不必要的應(yīng)急響應(yīng)。*可能降低系統(tǒng)或公眾對(duì)系統(tǒng)未來發(fā)出的真實(shí)警報(bào)的信任度，形成“警報(bào)疲勞”。*在某些關(guān)鍵應(yīng)用（如核電站）中，假陽性可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的操作指令，引發(fā)次生風(fēng)險(xiǎn)。*假陰性后果：*錯(cuò)失真實(shí)的災(zāi)害或故障信號(hào)，導(dǎo)致無法及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，可能造成嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失或環(huán)境破壞。*延誤響應(yīng)時(shí)間，使得災(zāi)害或故障的后果加劇。*使系統(tǒng)失去預(yù)警或防護(hù)作用，暴露潛在風(fēng)險(xiǎn)。3.重要性：異常響應(yīng)調(diào)整是將系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際效果和外部環(huán)境變化的信息反饋到系統(tǒng)中，是形成閉環(huán)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它使得系統(tǒng)能夠根據(jù)反饋信息動(dòng)態(tài)優(yōu)化自身，提高異常檢測(cè)的準(zhǔn)確性、響應(yīng)的及時(shí)性和有效性，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境和變化的適應(yīng)能力，從而持續(xù)提升系統(tǒng)的整體性能和可靠性。沒有反饋調(diào)整，系統(tǒng)將無法從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)，無法適應(yīng)變化，最終可能失效。4.應(yīng)用場(chǎng)景：適用于高維、稀疏數(shù)據(jù)集中的異常檢測(cè)，例如在分析大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)（如橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)）時(shí)，用于識(shí)別潛在的故障點(diǎn)或異常行為。優(yōu)勢(shì)：*高效性：對(duì)于高維數(shù)據(jù)，其計(jì)算復(fù)雜度相對(duì)較低（大致與樣本數(shù)線性相關(guān)）。*可擴(kuò)展性：易于處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集。*無需標(biāo)簽：作為一種非監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，無需大量標(biāo)注數(shù)據(jù)。*原理直觀：其思想是將異常數(shù)據(jù)視為更容易被分離的數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過隨機(jī)切分構(gòu)建樹狀結(jié)構(gòu)，異常點(diǎn)更容易在樹的淺層被分離出來。四、分析題1.可能原因分析：*地質(zhì)活動(dòng)（如微型地震、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)）。*大范圍或局部強(qiáng)降雨導(dǎo)致飽和沉降。*地下水位顯著變化（上升或下降）引起的應(yīng)力變化。*周邊工程建設(shè)（如深基坑開挖、大型荷載增加）引起的附加應(yīng)力。*監(jiān)測(cè)點(diǎn)自身或附近結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫等損傷。*傳感器故障或受到干擾（如電磁干擾、標(biāo)定漂移）。*長(zhǎng)期累積的小幅沉降在特定條件下顯現(xiàn)。響應(yīng)流程步驟：*確認(rèn)與核實(shí)：立即復(fù)核監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，檢查傳感器狀態(tài)，確認(rèn)是否存在儀器故障或干擾。同時(shí)，查看附近其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，判斷異常是否孤立或具有蔓延趨勢(shì)。*風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：評(píng)估該監(jiān)測(cè)點(diǎn)異常沉降可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)，如其影響的范圍、可能對(duì)結(jié)構(gòu)安全（如隧道、地面線路）造成的后果等。*信息通報(bào)與預(yù)警：根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，按預(yù)案向相關(guān)管理部門（如地鐵運(yùn)營(yíng)指揮中心、城市應(yīng)急管理部門）和專家團(tuán)隊(duì)通報(bào)情況，發(fā)布相應(yīng)的預(yù)警信息。*啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)：根據(jù)預(yù)案和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別。可能措施包括：增加監(jiān)測(cè)頻率、對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行人工巡查、暫時(shí)調(diào)整列車運(yùn)行（如限速、繞行）、疏散乘客（極端情況）、通知施工單位（如涉及工程原因）等。*原因調(diào)查與處置：組織專家對(duì)異常原因進(jìn)行深入調(diào)查。若確認(rèn)由外部因素（如地質(zhì)活動(dòng)、工程建設(shè)）引起，可能需要與相關(guān)責(zé)任方協(xié)調(diào)處置；若確認(rèn)由系統(tǒng)自身問題（如傳感器故障）引起，則進(jìn)行維修或更換。*效果評(píng)估與反饋：持續(xù)監(jiān)測(cè)沉降變化趨勢(shì)，評(píng)估響應(yīng)措施的效果，并將信息反饋到系統(tǒng)中，用于優(yōu)化未來的響應(yīng)策略。2.比較分析：*監(jiān)督學(xué)習(xí)：*原理：需要大量帶有標(biāo)簽（正常/異常）的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，學(xué)習(xí)區(qū)分正常和異常模式的決策邊界。*優(yōu)點(diǎn)：如果有高質(zhì)量的標(biāo)注數(shù)據(jù)，通常可以獲得較高的檢測(cè)精度，尤其是在異常類型已知且樣本量足夠的情況下。模型可解釋性相對(duì)較好（如基于規(guī)則的分類器）。*缺點(diǎn)：獲取大量標(biāo)注數(shù)據(jù)成本高昂，尤其在復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的防災(zāi)減災(zāi)場(chǎng)景中難以實(shí)現(xiàn)。對(duì)未知異常（未在訓(xùn)練集中出現(xiàn)過的異常類型）的檢測(cè)能力有限。對(duì)數(shù)據(jù)分布變化敏感，需要持續(xù)重新標(biāo)注和訓(xùn)練。*適用情況：適用于異常類型相對(duì)固定、有條件獲取標(biāo)注數(shù)據(jù)（如歷史故障數(shù)據(jù)）的場(chǎng)景，如設(shè)備故障預(yù)測(cè)。*非監(jiān)督學(xué)習(xí)：*原理：無需標(biāo)簽數(shù)據(jù)，通過發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的異常模式（如離群點(diǎn)、低密度區(qū)域）來識(shí)別異常。常用的方法包括統(tǒng)計(jì)方法（如3-Sigma法則）、距離/密度方法（如LOF、DBSCAN）、聚類方法（如One-ClassSVM）、生成模型（如自編碼器）等。*優(yōu)點(diǎn)：無需標(biāo)注數(shù)據(jù)，適用于數(shù)據(jù)標(biāo)簽稀缺或未知的情況。能夠發(fā)現(xiàn)未知或新穎的異常類型。對(duì)數(shù)據(jù)分布變化具有一定的魯棒性。*缺點(diǎn)：檢測(cè)效果受算法選擇和參數(shù)設(shè)置影響較大，對(duì)高維數(shù)據(jù)和“噪聲”數(shù)據(jù)可能敏感。解釋性通常較差，難以明確說明為何某個(gè)樣本被判定為異常。可能產(chǎn)生較多誤報(bào)。*適用情況：適用于數(shù)據(jù)量巨大但缺乏標(biāo)簽、需要探索性分析、能夠容忍一定誤報(bào)率以發(fā)現(xiàn)潛在問題的場(chǎng)景，如大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)等。3.反饋調(diào)整分析：*信息解讀：核心信息是異常原因（突發(fā)性降雨）和后果（洪峰流量遠(yuǎn)超預(yù)期）。這意味著系統(tǒng)的初始預(yù)測(cè)模型可能未能準(zhǔn)確捕捉到此次特定水文條件的極端性，或者對(duì)上游降雨的匯流過程估計(jì)不足。*響應(yīng)反饋調(diào)整措施：*模型修正：立即利用這次反饋信息審視和修正水位-流量關(guān)系模型或降雨-徑流模型?？赡苄枰{(diào)整模型參數(shù)，或引入能更好反映突發(fā)性、集中性降雨影響的新因子（如降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、土地利用變化等）。*閾值/預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整：根據(jù)修正后的模型預(yù)測(cè)結(jié)果，重新評(píng)估并可能提高下游淹沒或潰壩風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警閾值?；诟鎸?shí)的洪峰流量預(yù)測(cè)，更新預(yù)警信息發(fā)布的內(nèi)容和方式。*響應(yīng)資源動(dòng)態(tài)調(diào)整：根據(jù)修正后的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，動(dòng)態(tài)調(diào)整應(yīng)急資源（如防汛隊(duì)伍、沙袋、抽水泵站、轉(zhuǎn)移安置計(jì)劃）的部署和投入強(qiáng)度，確保與實(shí)際的威脅水平相匹配。*監(jiān)測(cè)策略優(yōu)化：考慮增加對(duì)上游關(guān)鍵流域降雨和水位過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)密度和精度，以便更快更準(zhǔn)確地捕捉類似事件的再次發(fā)生。*信息溝通強(qiáng)化：向下游受影響區(qū)域發(fā)布更精確、更具針對(duì)性的預(yù)警信息，明確風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和潛在影響。五、設(shè)計(jì)題1.監(jiān)測(cè)參數(shù)：*水庫水位（實(shí)時(shí)）：反映庫容量和溢流風(fēng)險(xiǎn)最直接的指標(biāo)。*入庫流量（實(shí)時(shí)）：反映上游來水情況，是導(dǎo)致水位變化的主要原因。*上游關(guān)鍵區(qū)域降雨量（實(shí)時(shí)/累積）：特別是短時(shí)強(qiáng)降雨是引發(fā)突發(fā)性溢流的主要誘因。*水庫水質(zhì)參數(shù)（可選，如濁度）：輔助判斷是否因潰壩等極端事件導(dǎo)致入庫水質(zhì)突變。*水庫周邊地質(zhì)/氣象信息（可選）：如強(qiáng)風(fēng)可能加劇波浪影響，特定地質(zhì)區(qū)可能對(duì)滲漏有影響。2.檢測(cè)方法選擇與理由：*方法：基于時(shí)序分析的機(jī)器學(xué)習(xí)異常檢測(cè)方法，如長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）或門控循環(huán)單元（GRU）。*理由：小型水庫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有明顯的時(shí)序性，水位和流量變化受降雨等外部因素影響具有連續(xù)性和動(dòng)態(tài)性。LSTM/GRU等深度學(xué)習(xí)模型擅長(zhǎng)處理時(shí)序數(shù)據(jù)，能夠?qū)W習(xí)水位、流量、降雨量之間的復(fù)雜非線性關(guān)系和時(shí)序依賴性，有效捕捉異常的演變模式。相比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法，它能更好地適應(yīng)數(shù)據(jù)中的非平穩(wěn)性和變化趨勢(shì)，有助于識(shí)別突發(fā)性或逐漸累積的異常。3.初步響應(yīng)措施：*實(shí)時(shí)監(jiān)