2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——?dú)庀鬄?zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的升級考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、系統(tǒng)分析與需求工程是系統(tǒng)開發(fā)生命周期的重要階段。請闡述在進(jìn)行氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)升級的需求分析時(shí)，需要識(shí)別哪些主要的需求類別？并說明功能性需求與非功能性需求在描述系統(tǒng)升級目標(biāo)時(shí)各自扮演的角色。二、現(xiàn)有氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要依賴地面觀測站和有限的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。為提升監(jiān)測能力，擬引入多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)（包括更高頻次的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)、地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、甚至社交媒體信息等）。請分析引入這些新數(shù)據(jù)源在系統(tǒng)建模與仿真中可能帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，并簡述如何利用仿真技術(shù)評估數(shù)據(jù)融合對提升監(jiān)測精度的潛在效果。三、請比較面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)（OOAD）方法和面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）方法在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)可擴(kuò)展的氣象災(zāi)害預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)時(shí)各自的優(yōu)勢與局限性。針對氣象預(yù)警發(fā)布的實(shí)時(shí)性、多渠道發(fā)布（如APP、網(wǎng)站、電視、短信）和跨區(qū)域協(xié)同等需求，說明選擇哪種方法或結(jié)合使用可能更合適，并簡述理由。四、考慮一個(gè)升級后的氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其關(guān)鍵功能模塊可能包括：數(shù)據(jù)接入與預(yù)處理模塊、災(zāi)害模式識(shí)別與預(yù)測模塊、智能預(yù)警決策模塊、多渠道信息發(fā)布模塊以及系統(tǒng)管理與監(jiān)控模塊。請簡述這些模塊之間可能存在的關(guān)鍵數(shù)據(jù)流和接口，并說明確保模塊間有效協(xié)作和系統(tǒng)整體性能需要考慮哪些設(shè)計(jì)原則。五、在實(shí)施氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)升級項(xiàng)目時(shí)，數(shù)據(jù)遷移是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。假設(shè)需要將舊系統(tǒng)積累的歷史氣象數(shù)據(jù)、災(zāi)害記錄數(shù)據(jù)遷移到新的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。請闡述在制定數(shù)據(jù)遷移策略時(shí)需要考慮的主要因素，并列出至少四種可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)，以及相應(yīng)的應(yīng)對措施。六、系統(tǒng)評價(jià)是檢驗(yàn)系統(tǒng)升級成效的重要手段。請為氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的升級效果建立一套評價(jià)指標(biāo)體系。該體系應(yīng)至少包含三個(gè)維度，并分別列舉每個(gè)維度下具體的評價(jià)指標(biāo)項(xiàng)。此外，說明在評價(jià)過程中如何處理定性與定量相結(jié)合的問題。七、隨著氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)智能化水平的提升，人工智能算法（如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)）被廣泛應(yīng)用于災(zāi)害預(yù)測和預(yù)警生成。請討論在應(yīng)用這些先進(jìn)技術(shù)時(shí)，可能引發(fā)的數(shù)據(jù)隱私和安全風(fēng)險(xiǎn)，并提出至少三種相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)緩解措施。同時(shí)，思考系統(tǒng)升級在倫理層面可能帶來的新挑戰(zhàn)，并簡述應(yīng)對思路。試卷答案一、需求類別主要包括：功能需求（如提升監(jiān)測覆蓋范圍、提高數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、增強(qiáng)災(zāi)害識(shí)別準(zhǔn)確率、縮短預(yù)警時(shí)間、支持多災(zāi)害種類的監(jiān)測預(yù)警等）、非功能性需求（如系統(tǒng)可靠性、可用性、響應(yīng)時(shí)間、可擴(kuò)展性、數(shù)據(jù)安全性、用戶界面友好性、兼容性、符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等）。功能性需求描述了系統(tǒng)升級后必須實(shí)現(xiàn)的具體功能，直接回答了“系統(tǒng)應(yīng)該做什么”。非功能性需求描述了系統(tǒng)運(yùn)行的約束條件和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從性能、可靠性、安全性、易用性等方面規(guī)定了系統(tǒng)“應(yīng)該如何工作”，對于確保升級后的系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的要求至關(guān)重要。二、機(jī)遇：多源數(shù)據(jù)融合可以提供更全面、更精細(xì)、更及時(shí)的氣象信息，有助于提高災(zāi)害監(jiān)測的時(shí)空分辨率和準(zhǔn)確性；通過數(shù)據(jù)交叉驗(yàn)證和互補(bǔ)，可以增強(qiáng)災(zāi)害識(shí)別的可靠性；利用大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)挖掘數(shù)據(jù)深層關(guān)聯(lián)，可能發(fā)現(xiàn)新的災(zāi)害前兆特征，提升預(yù)測能力。挑戰(zhàn)：不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)格式、精度、時(shí)間戳、坐標(biāo)系可能存在差異，數(shù)據(jù)清洗和融合難度大；海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和分析對系統(tǒng)計(jì)算能力提出高要求；如何有效融合異構(gòu)數(shù)據(jù)并消除冗余信息，建立準(zhǔn)確的融合模型是技術(shù)難點(diǎn)；數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)問題更加復(fù)雜。利用仿真技術(shù)評估時(shí)，可以構(gòu)建包含數(shù)據(jù)融合模塊的仿真模型，輸入模擬的多源數(shù)據(jù)，運(yùn)行模型生成預(yù)警結(jié)果，通過與真實(shí)歷史數(shù)據(jù)或高精度模型預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比，評估融合效果對監(jiān)測精度（如定位精度、提前量、漏報(bào)率、誤報(bào)率）的提升程度，并分析不同數(shù)據(jù)源組合對系統(tǒng)性能的影響。三、OOAD優(yōu)勢：通過對象封裝和繼承，可以使系統(tǒng)模塊化程度高，代碼可重用性好，便于維護(hù)和演進(jìn)；模型與真實(shí)世界實(shí)體映射直觀，有助于理解業(yè)務(wù)邏輯；適合開發(fā)內(nèi)部緊密耦合的復(fù)雜功能模塊。SOA優(yōu)勢：服務(wù)解耦度高，各服務(wù)可獨(dú)立開發(fā)、部署和升級，系統(tǒng)靈活性和可擴(kuò)展性強(qiáng)；基于標(biāo)準(zhǔn)接口（如HTTP/REST），易于集成異構(gòu)系統(tǒng)；服務(wù)可復(fù)用，降低開發(fā)成本；支持跨區(qū)域、跨組織的協(xié)同。針對氣象預(yù)警發(fā)布需求，實(shí)時(shí)性要求高，需要高效的消息隊(duì)列等技術(shù)支持；多渠道發(fā)布需要靈活的發(fā)布策略和適配層；跨區(qū)域協(xié)同需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和可靠的數(shù)據(jù)共享機(jī)制。SOA方法通過將預(yù)警發(fā)布的不同渠道（如短信服務(wù)、APP接口、電視數(shù)據(jù)接口）抽象為獨(dú)立的服務(wù)，更能體現(xiàn)其靈活性和可擴(kuò)展性，便于按需增加或修改發(fā)布渠道，且服務(wù)間的解耦有助于提升系統(tǒng)的整體可靠性和響應(yīng)速度。但SOA的復(fù)雜性（服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)治理、接口標(biāo)準(zhǔn)化）也可能對設(shè)計(jì)和運(yùn)維提出更高要求。實(shí)踐中可采用面向?qū)ο蠓椒?gòu)建核心業(yè)務(wù)邏輯，并結(jié)合SOA思想設(shè)計(jì)發(fā)布服務(wù)接口層。四、關(guān)鍵數(shù)據(jù)流與接口示例：1.數(shù)據(jù)接入與預(yù)處理模塊->災(zāi)害模式識(shí)別與預(yù)測模塊：實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)（如溫濕度、氣壓、風(fēng)速風(fēng)向）、雷達(dá)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)等，通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口（如API、文件隊(duì)列）傳輸。2.災(zāi)害模式識(shí)別與預(yù)測模塊->智能預(yù)警決策模塊：識(shí)別出的災(zāi)害模式信息、預(yù)測結(jié)果、歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域地圖等，通過內(nèi)部消息總線或數(shù)據(jù)庫視圖共享。3.智能預(yù)警決策模塊->多渠道信息發(fā)布模塊：生成的預(yù)警級別、發(fā)布區(qū)域、預(yù)警信息文本/圖像、發(fā)布時(shí)間建議等，通過配置化的接口或服務(wù)調(diào)用通知。4.系統(tǒng)管理與監(jiān)控模塊<->所有模塊：系統(tǒng)狀態(tài)信息、配置數(shù)據(jù)、日志信息等雙向流動(dòng)，通過管理接口（如SNMP、Web管理臺(tái)）或內(nèi)部監(jiān)控組件實(shí)現(xiàn)。模塊間有效協(xié)作原則：接口標(biāo)準(zhǔn)化與契約清晰、服務(wù)解耦與低耦合度、數(shù)據(jù)一致性保證（如分布式事務(wù)或最終一致性）、明確的模塊職責(zé)與邊界、健壯的錯(cuò)誤處理與容錯(cuò)機(jī)制、良好的日志記錄與監(jiān)控能力。五、主要因素：數(shù)據(jù)量與類型（結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化）、數(shù)據(jù)質(zhì)量（完整性、準(zhǔn)確性、一致性）、源系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)兼容性、遷移范圍（全量/增量）、時(shí)間窗口限制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換復(fù)雜度、業(yè)務(wù)影響、數(shù)據(jù)安全與備份策略、測試驗(yàn)證計(jì)劃?？赡苡龅降娘L(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對措施：1.風(fēng)險(xiǎn)：數(shù)據(jù)丟失或損壞。應(yīng)對：制定詳細(xì)的數(shù)據(jù)備份計(jì)劃，在遷移前后進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，采用分批、增量遷移策略降低單次操作風(fēng)險(xiǎn)。2.風(fēng)險(xiǎn)：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤或不一致。應(yīng)對：建立精確的數(shù)據(jù)映射關(guān)系，開發(fā)或使用高質(zhì)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具，進(jìn)行多輪數(shù)據(jù)比對和清洗，充分測試轉(zhuǎn)換邏輯。3.風(fēng)險(xiǎn)：性能瓶頸導(dǎo)致遷移期間影響在線服務(wù)。應(yīng)對：選擇業(yè)務(wù)低峰期進(jìn)行遷移，利用并行處理技術(shù)，優(yōu)化遷移過程資源占用，制定回滾計(jì)劃。4.風(fēng)險(xiǎn)：目標(biāo)系統(tǒng)不兼容或集成問題。應(yīng)對：充分進(jìn)行系統(tǒng)兼容性測試，提前與目標(biāo)系統(tǒng)供應(yīng)商溝通，預(yù)留必要的接口調(diào)整時(shí)間。六、評價(jià)指標(biāo)體系示例（三個(gè)維度）：1.預(yù)警性能維度：預(yù)警準(zhǔn)確率（真陽性率）、漏報(bào)率、誤報(bào)率、平均預(yù)警提前量、預(yù)警發(fā)布及時(shí)性（從災(zāi)害發(fā)生到發(fā)布的時(shí)間）、關(guān)鍵指標(biāo)（如臺(tái)風(fēng)路徑、強(qiáng)度）預(yù)測誤差。2.系統(tǒng)質(zhì)量維度：系統(tǒng)可用性（正常運(yùn)行時(shí)間百分比）、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間（數(shù)據(jù)處理、模型計(jì)算、信息查詢）、數(shù)據(jù)覆蓋率與完整性、系統(tǒng)可靠性（故障間隔時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間）、用戶界面滿意度。3.社會(huì)效益維度：預(yù)警信息覆蓋率（觸達(dá)人群比例）、預(yù)警服務(wù)使用率、預(yù)警對防災(zāi)減災(zāi)決策的支持度、減少的災(zāi)害損失（定量或定性評估）、公眾滿意度、信息發(fā)布渠道的有效性。定性與定量結(jié)合：定量指標(biāo)通過客觀數(shù)據(jù)（如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)日志）獲取；定性指標(biāo)通過用戶調(diào)查問卷、專家訪談、案例分析、現(xiàn)場評估等方式收集信息，并結(jié)合定量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷和評價(jià)，例如用用戶滿意度調(diào)查結(jié)果佐證系統(tǒng)可用性指標(biāo)。七、數(shù)據(jù)隱私和安全風(fēng)險(xiǎn)：個(gè)人位置信息泄露（若使用手機(jī)信令等數(shù)據(jù)做精細(xì)預(yù)報(bào)）；用戶敏感行為信息被推斷；數(shù)據(jù)在傳輸或存儲(chǔ)過程中被竊取或篡改；AI模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)中包含的隱私信息被逆向工程；系統(tǒng)被攻擊者利用獲取敏感數(shù)據(jù)。風(fēng)險(xiǎn)緩解措施：1.數(shù)據(jù)脫敏與匿名化：對涉及個(gè)人隱私的數(shù)據(jù)進(jìn)行脫敏處理（如模糊化、泛化），或采用差分隱私技術(shù)，確保無法反向識(shí)別個(gè)人。2.加強(qiáng)訪問控制與加密：實(shí)施嚴(yán)格的權(quán)限管理，確保只有授權(quán)人員才能訪問敏感數(shù)據(jù)；對傳輸和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。3.系統(tǒng)安全防護(hù)：部署防火墻、入侵檢測系統(tǒng)，定期進(jìn)行安全漏洞掃描和滲透測試，加強(qiáng)身份認(rèn)證和審計(jì)日志。倫