2025年大學(xué)《海洋資源與環(huán)境》專業(yè)題庫——水下海洋生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是最符合題目要求的。）1.下列哪一項(xiàng)不是水下聲學(xué)監(jiān)測技術(shù)的主要物理基礎(chǔ)？A.聲波的反射與折射B.水體中電磁波的衰減C.聲波的傳播速度變化D.多普勒效應(yīng)2.側(cè)掃聲納（SSSonar）主要利用聲波產(chǎn)生什么來成像水下地形和物體？A.光的反射B.聲波的散射C.聲波的回聲強(qiáng)度差異D.水下生物的光合作用信號(hào)3.多波束聲納（MBSonar）相比于單波束聲納，其主要優(yōu)勢在于？A.能探測更遠(yuǎn)的距離B.能同時(shí)測量更大范圍的水深剖面C.對(duì)水體濁度不敏感D.只能用于淺水區(qū)域4.ADCP（聲學(xué)多普勒流速剖面儀）主要用于測量？A.水下固定物體的尺寸B.水體中的懸浮泥沙濃度C.水下currents的速度和方向D.水深變化率5.水下光學(xué)監(jiān)測技術(shù)主要受限的因素不包括？A.水體的濁度B.聲波的干擾C.水深限制D.光在水中的衰減6.下列哪項(xiàng)技術(shù)不屬于典型的生物聲學(xué)監(jiān)測范疇？A.利用聲納探測魚群B.通過水聽器記錄鯨魚歌謠C.利用光譜儀分析浮游植物顏色D.探測水下哺乳動(dòng)物的活動(dòng)聲音7.AUV（自主水下航行器）相比于ROV（遙控水下航行器），其主要特點(diǎn)通常是？A.需要持續(xù)的人工實(shí)時(shí)操控B.具備更強(qiáng)的自主導(dǎo)航和作業(yè)能力C.通常用于較淺的水域作業(yè)D.續(xù)航能力較差8.水下監(jiān)測數(shù)據(jù)中，葉綠素濃度通常通過哪種光學(xué)方法估算？A.聲納回波強(qiáng)度分析B.紅外光譜測量C.激光雷達(dá)高度測量D.紫外吸收光譜分析9.將水下聲學(xué)數(shù)據(jù)和光學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行分析，屬于哪種技術(shù)應(yīng)用？A.單一傳感器技術(shù)深化B.多源數(shù)據(jù)融合C.人工智能算法優(yōu)化D.平臺(tái)技術(shù)升級(jí)10.下列哪項(xiàng)不是水下海洋生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)在資源管理中的應(yīng)用方向？A.漁業(yè)資源評(píng)估與可持續(xù)捕撈管理B.海底礦產(chǎn)資源勘探與評(píng)估C.海岸帶生態(tài)保護(hù)區(qū)劃與管理D.大氣環(huán)流模式預(yù)測二、填空題（每空2分，共20分。）1.聲波在水中的傳播速度主要受________和________的影響。2.側(cè)掃聲納成像的主要參數(shù)包括聲納聲源強(qiáng)度（________）、頻率和聲納信號(hào)處理算法。3.多波束聲納系統(tǒng)通過發(fā)射多個(gè)__________形成扇形波束覆蓋海底，以實(shí)現(xiàn)高精度水深測量。4.ADCP利用聲波的多普勒效應(yīng)原理，通過測量________相對(duì)于接收器的移動(dòng)來計(jì)算流速。5.水下光學(xué)遙感中，水體對(duì)光的衰減主要分為________衰減和________衰減兩部分。6.生物標(biāo)志物監(jiān)測中，通過分析特定生物的________或行為模式來評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)狀況。7.水下監(jiān)測平臺(tái)根據(jù)其移動(dòng)能力和作業(yè)方式，可分為固定式、________、繩控式和自主式等。8.水下監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理步驟通常包括噪聲濾波、__________、數(shù)據(jù)定標(biāo)等。9.生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估是水下監(jiān)測數(shù)據(jù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，旨在了解生態(tài)系統(tǒng)的________、結(jié)構(gòu)和功能。10.隨著技術(shù)發(fā)展，水下無人系統(tǒng)（如AUV、ROV）的________和智能化水平不斷提升。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。）1.聲納分辨率2.光學(xué)穿透深度3.水下機(jī)器人（AUV/ROV）4.生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測5.多普勒效應(yīng)四、簡答題（每小題5分，共20分。）1.簡述側(cè)掃聲納和淺地層剖面儀在探測目標(biāo)上的主要區(qū)別。2.影響水下聲學(xué)監(jiān)測距離的主要因素有哪些？3.簡述水下光學(xué)監(jiān)測技術(shù)在水色要素分析中的應(yīng)用原理。4.簡述水下監(jiān)測數(shù)據(jù)需要進(jìn)行預(yù)處理的原因。五、論述題（每小題10分，共20分。）1.論述聲學(xué)監(jiān)測技術(shù)在水下地形測繪和障礙物探測中的應(yīng)用及其局限性。2.結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，論述水下多平臺(tái)協(xié)同監(jiān)測的重要性及其面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。）1.B*解析思路：水下聲學(xué)監(jiān)測基于聲波在水中的傳播、反射和散射。選項(xiàng)A（聲波的反射與折射）、C（聲波的傳播速度變化）、D（多普勒效應(yīng)）都是聲學(xué)原理的重要組成部分。選項(xiàng)B（水體中電磁波的衰減）描述的是光學(xué)或電磁波在水中的行為，不屬于聲學(xué)基礎(chǔ)。2.C*解析思路：側(cè)掃聲納通過發(fā)射聲波，接收從水下物體或地形表面反射回來的聲波信號(hào)。其成像依據(jù)是不同目標(biāo)對(duì)聲波的反射強(qiáng)度不同，從而形成圖像。選項(xiàng)A（光的反射）是光學(xué)成像原理。選項(xiàng)B（聲波的散射）是聲波與介質(zhì)相互作用的現(xiàn)象，但成像核心是回聲強(qiáng)度。選項(xiàng)D（水下生物的光合作用信號(hào)）與側(cè)掃聲納原理無關(guān)。3.B*解析思路：多波束聲納通過發(fā)射多條聲束同時(shí)覆蓋海底，可以快速獲取大面積、高精度的水深剖面數(shù)據(jù)。這是其相對(duì)于只能發(fā)射單條聲束、逐點(diǎn)測量水深的單波束聲納的核心優(yōu)勢。選項(xiàng)A（能探測更遠(yuǎn)的距離）并非其獨(dú)有優(yōu)勢。選項(xiàng)C（對(duì)水體濁度不敏感）和選項(xiàng)D（只能用于淺水區(qū)域）都不準(zhǔn)確。4.C*解析思路：ADCP（聲學(xué)多普勒流速剖面儀）的工作原理是發(fā)射聲波到水體中，接收由水體流動(dòng)引起的回波多普勒頻移，從而計(jì)算水流速度和方向。選項(xiàng)A（水下固定物體的尺寸）、選項(xiàng)B（水體中的懸浮泥沙濃度）和選項(xiàng)D（水深變化率）均不是ADCP的主要測量對(duì)象。5.B*解析思路：水下光學(xué)監(jiān)測受水體因素影響較大，主要包括水體的濁度（影響光透射）、水深（影響光程）、水底材質(zhì)（影響反射）以及聲波的干擾（對(duì)光學(xué)儀器本身干擾較小，但聲納是另一種監(jiān)測手段）。選項(xiàng)B（聲波的干擾）不是光學(xué)監(jiān)測技術(shù)的主要限制因素。6.C*解析思路：生物聲學(xué)監(jiān)測關(guān)注的是水生生物產(chǎn)生的或與水生生物活動(dòng)相關(guān)的聲學(xué)信號(hào)。選項(xiàng)A（利用聲納探測魚群）、選項(xiàng)B（通過水聽器記錄鯨魚歌謠）和選項(xiàng)D（探測水下哺乳動(dòng)物的活動(dòng)聲音）都屬于生物聲學(xué)范疇。選項(xiàng)C（利用光譜儀分析浮游植物顏色）屬于光學(xué)監(jiān)測技術(shù)。7.B*解析思路：AUV（自主水下航行器）具備較高的自主性，可以按照預(yù)設(shè)航線和任務(wù)指令獨(dú)立進(jìn)行探測和作業(yè)，無需持續(xù)的人工實(shí)時(shí)操控。ROV（遙控水下航行器）則需要通過線纜連接到水面母船，由操作員實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制。因此，自主性是AUV的主要特點(diǎn)。8.D*解析思路：水下葉綠素濃度是水色的重要參數(shù)。葉綠素吸收紅光和藍(lán)紫光，對(duì)綠光吸收較少。紫外吸收光譜分析可以用來測量水中某些物質(zhì)的吸收特性，包括葉綠素等生物成分。選項(xiàng)A（聲納回波強(qiáng)度）與光學(xué)無關(guān)。選項(xiàng)B（紅外光譜）和選項(xiàng)C（激光雷達(dá)）不是常用的葉綠素濃度估算方法。9.B*解析思路：多源數(shù)據(jù)融合是指將來自不同傳感器（如聲學(xué)、光學(xué)、磁力計(jì)等）或不同平臺(tái)（如AUV、ROV、衛(wèi)星等）獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析與處理，以獲得更全面、準(zhǔn)確、可靠的信息。將水下聲學(xué)數(shù)據(jù)和光學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合分析，正是多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)的體現(xiàn)。10.D*解析思路：水下海洋生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)在資源管理中的應(yīng)用主要包括漁業(yè)資源評(píng)估、海底資源勘探、海岸帶保護(hù)等與海洋資源環(huán)境直接相關(guān)的領(lǐng)域。選項(xiàng)A、B、C都是其應(yīng)用方向。選項(xiàng)D（大氣環(huán)流模式預(yù)測）主要屬于大氣科學(xué)或氣候科學(xué)的范疇，雖然海洋與大氣相互作用，但這并非水下生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)直接的主要應(yīng)用方向。二、填空題（每空2分，共20分。）1.水溫，鹽度*解析思路：聲波在水中的傳播速度受介質(zhì)的物理性質(zhì)影響，水溫升高、鹽度升高都會(huì)使水密度和聲速增加，從而提高聲速。2.脈沖回波強(qiáng)度*解析思路：側(cè)掃聲納通過發(fā)射聲脈沖，接收目標(biāo)反射回來的脈沖回波，根據(jù)回波強(qiáng)度來構(gòu)建圖像?；夭◤?qiáng)度與目標(biāo)的性質(zhì)、距離、聲納系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)。3.波束*解析思路：多波束聲納系統(tǒng)通過發(fā)射多條聲納波束（聲線）同時(shí)覆蓋海底區(qū)域，實(shí)現(xiàn)同步、高分辨率的水深測量。4.流體質(zhì)點(diǎn)*解析思路：ADCP通過發(fā)射聲波，接收由水體currents推動(dòng)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的多普勒頻移，從而計(jì)算質(zhì)點(diǎn)速度，即水流速度。5.散射，吸收*解析思路：光在水體中的衰減主要來自于兩個(gè)方面：一部分光被水中的懸浮物和溶解物散射掉；另一部分光被水體吸收。6.行為*解析思路：生物標(biāo)志物監(jiān)測可以通過觀察和分析水下生物的物理特征（如聲學(xué)信號(hào)特征）或其行為模式（如棲息地選擇、活動(dòng)規(guī)律）來評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況或特定物種的存在。7.水下航行器（AUV/ROV）*解析思路：水下監(jiān)測平臺(tái)種類繁多，根據(jù)移動(dòng)能力和作業(yè)方式，可分為固定式（如海底觀測站）、自主式（如AUV、ROV）等。AUV/ROV是常見的移動(dòng)式平臺(tái)。8.校正*解析思路：原始的水下監(jiān)測數(shù)據(jù)往往包含各種誤差和干擾，需要進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理步驟包括噪聲濾波以去除無關(guān)信號(hào)，數(shù)據(jù)校正以消除系統(tǒng)誤差或傳感器偏差，以及數(shù)據(jù)定標(biāo)將原始信號(hào)轉(zhuǎn)換為有實(shí)際物理意義的單位。9.動(dòng)態(tài)*解析思路：生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估的目標(biāo)是全面了解生態(tài)系統(tǒng)的狀況，這包括其結(jié)構(gòu)和功能的變化（動(dòng)態(tài)），以及生物多樣性、生產(chǎn)力、穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)。10.智能化*解析思路：隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的發(fā)展，水下無人系統(tǒng)（AUV、ROV等）的自主導(dǎo)航、目標(biāo)識(shí)別、環(huán)境感知和決策控制能力不斷提升，即智能化水平不斷提高。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。）1.聲納分辨率：指聲納系統(tǒng)區(qū)分兩個(gè)相鄰目標(biāo)的能力。高分辨率意味著系統(tǒng)能夠區(qū)分距離很近的目標(biāo)，或者能夠分辨目標(biāo)的不同細(xì)節(jié)。分辨率可以是距離分辨率（橫向分辨率）或深度分辨率（縱向分辨率），通常與聲納的波束寬度、信號(hào)帶寬等因素有關(guān)。2.光學(xué)穿透深度：指光在水中因吸收和散射而強(qiáng)度衰減到初始值的特定倍數(shù)（通常是1/e或10%）時(shí)的水層深度。光學(xué)穿透深度直接反映了水體的光學(xué)特性（透明度），決定了水下光學(xué)儀器（如相機(jī)、光譜儀）的有效工作范圍。3.水下機(jī)器人（AUV/ROV）：是能在水下自主或遙控完成特定任務(wù)的裝備。AUV（AutonomousUnderwaterVehicle）是自主水下航行器，具備自主導(dǎo)航和作業(yè)能力，無需水面支持船。ROV（RemotelyOperatedVehicle）是遙控水下航行器，通過電纜連接到水面控制站，由操作員實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制。4.生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測：指運(yùn)用各種技術(shù)手段（如遙感、聲學(xué)、光學(xué)、生物采樣等）對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行系統(tǒng)、持續(xù)或定期的觀測、測量、記錄和分析。目的是了解生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化、評(píng)估環(huán)境狀況、監(jiān)測生物多樣性、管理海洋資源。5.多普勒效應(yīng)：指波源與觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波頻與波源發(fā)出的原始頻率不同的現(xiàn)象。在聲學(xué)中，當(dāng)聲源和接收器（或兩者之一）相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)引起接收到的聲波頻率發(fā)生變化。ADCP就是利用聲波的多普勒效應(yīng)來測量水中流速的。四、簡答題（每小題5分，共20分。）1.簡述側(cè)掃聲納和淺地層剖面儀在探測目標(biāo)上的主要區(qū)別。*解析思路：側(cè)掃聲納和淺地層剖面儀都是聲學(xué)探測工具，但它們的工作原理和探測目標(biāo)側(cè)重不同。側(cè)掃聲納通過發(fā)射扇形聲束掃描海底，接收回波形成二維圖像，主要用于探測海底地形地貌、覆蓋物（如沙、泥、巖石）、以及小型水下山體、沉船、廢棄物等近海底目標(biāo)。淺地層剖面儀（ChirpSonar）通常發(fā)射線性調(diào)頻（Chirp）聲波，接收來自海底以下一定范圍內(nèi)的回波，主要用于探測海底以下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、基巖、沉溺海岸、人工結(jié)構(gòu)（如管道、電纜）等。因此，側(cè)掃聲納更側(cè)重于“看”海底表面及其附近的小目標(biāo)，而淺地層剖面儀更側(cè)重于“看”海底以下的地質(zhì)剖面。2.影響水下聲學(xué)監(jiān)測距離的主要因素有哪些？*解析思路：水下聲學(xué)監(jiān)測的距離受多種因素影響，主要包括：①聲波本身的衰減，這是最主要因素，包括吸收衰減（聲波能量被水體吸收）和散射衰減（聲波在界面和顆粒上散射）；②水底反射損失，聲波從水體傳播到水底再反射回水體的過程中會(huì)有能量損失；③水體中存在混響，即聲波在水底和水面之間多次反射形成的背景噪聲，會(huì)干擾目標(biāo)回波；④聲波傳播路徑上的噪聲干擾，如海洋環(huán)境噪聲、船舶噪聲等；⑤大氣層對(duì)聲波發(fā)射和接收的影響，尤其是在近岸或跨海探測時(shí)。3.簡述水下光學(xué)監(jiān)測技術(shù)在水色要素分析中的應(yīng)用原理。*解析思路：水下光學(xué)監(jiān)測技術(shù)通過測量水體的光學(xué)參數(shù)來分析水色要素。水色反映了水中懸浮和溶解物質(zhì)對(duì)光的吸收和散射特性。主要原理是：水中的浮游植物、浮游動(dòng)物等生物成分以及泥沙等非生物成分會(huì)吸收和散射不同波長的光。通過使用光譜儀等設(shè)備，可以測量水體在各個(gè)波段（如藍(lán)、綠、紅、黃綠、紫等）的透射率或反射率。由于不同組分對(duì)光的吸收光譜不同（例如葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光），通過分析這些光譜特征，可以反演出水中葉綠素濃度、懸浮泥沙濃度、黃色物質(zhì)濃度等關(guān)鍵水色要素的含量信息。4.簡述水下監(jiān)測數(shù)據(jù)需要進(jìn)行預(yù)處理的原因。*解析思路：原始的水下監(jiān)測數(shù)據(jù)通常包含各種誤差、干擾和噪聲，直接使用可能導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確或完全錯(cuò)誤。因此，需要進(jìn)行預(yù)處理。主要原因包括：①去除噪聲干擾，如傳感器自身產(chǎn)生的電子噪聲、環(huán)境噪聲（氣泡、海洋生物等產(chǎn)生的噪聲）等；②校正系統(tǒng)誤差，如傳感器校準(zhǔn)誤差、聲學(xué)傳播路徑誤差、光學(xué)系統(tǒng)畸變等；③進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化，以便不同來源或不同類型的數(shù)據(jù)能夠兼容和融合；④對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估和篩選，剔除無效或異常數(shù)據(jù)；⑤數(shù)據(jù)融合前的配準(zhǔn)和歸一化處理，確保不同數(shù)據(jù)源的時(shí)間、空間基準(zhǔn)一致。預(yù)處理是保證監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量和后續(xù)分析結(jié)果可靠性的關(guān)鍵步驟。五、論述題（每小題10分，共20分。）1.論述聲學(xué)監(jiān)測技術(shù)在水下地形測繪和障礙物探測中的應(yīng)用及其局限性。*解析思路：聲學(xué)監(jiān)測技術(shù)，特別是側(cè)掃聲納（SSSonar）和多波束聲納（MBSonar），是水下地形測繪和障礙物探測的主要手段。其應(yīng)用體現(xiàn)在：①地形測繪：MBSonar通過發(fā)射多條窄波束覆蓋海底，精確測量每個(gè)點(diǎn)的深度，拼接后形成高分辨率、高精度的海底地形圖。SSSonar通過發(fā)射扇形聲束掃描海底，根據(jù)回波強(qiáng)度形成二維圖像，不僅能測水深，還能顯示海底地貌特征、坡度、平坦度等。②障礙物探測：SSSonar和MBSonar都能探測到水下的固定障礙物，如沉船、沉石、礁石、人工結(jié)構(gòu)物等。通過圖像或剖面數(shù)據(jù)，可以確定障礙物的位置、大小、形狀和埋深（部分情況下）。聲學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢在于：①穿透性強(qiáng)，能探測到水下可見光無法到達(dá)的深層；②不受水體濁度（相對(duì)）和光線條件限制，全天候工作；③可探測金屬、巖石等不同材質(zhì)的障礙物。但其局限性也十分明顯：①聲波衰減隨距離增加而顯著增大，限制了有效探測距離；②聲波在遇到邊界時(shí)會(huì)發(fā)生反射和散射，復(fù)雜環(huán)境中容易產(chǎn)生混響和干擾，影響分辨率和目標(biāo)識(shí)別；③對(duì)于某些柔軟或聲學(xué)特性與周圍環(huán)境差異不大的目標(biāo)（如某些類型的海藻、軟體障礙物），探測效果可能不佳；④聲納圖像解譯需要經(jīng)驗(yàn)，有時(shí)難以精確判斷目標(biāo)的材質(zhì)和具體形態(tài)；⑤聲納系統(tǒng)成本較高，操作和維護(hù)復(fù)雜。2.結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，論述水下多平臺(tái)協(xié)同監(jiān)測的重要性及其面臨的挑戰(zhàn)。*解析思路：水下多平臺(tái)協(xié)同監(jiān)測是指利用兩種或多種不同類型的水下監(jiān)測平臺(tái)（如AUV、ROV、船舶搭載的聲納/光學(xué)設(shè)備、海底固定觀測站、岸基遙感系統(tǒng)等）進(jìn)行協(xié)調(diào)、互