2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——供水排水系統(tǒng)的智能管理考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.供水排水系統(tǒng)通常被視為一個復(fù)雜巨系統(tǒng)，其主要特性不包括以下哪一項？A.非線性B.動態(tài)性C.平衡性D.開放性2.在供水排水系統(tǒng)的智能管理中，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的核心作用是？A.實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度自動化控制B.提供海量、實(shí)時的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)C.獨(dú)立完成系統(tǒng)決策與優(yōu)化D.完全替代人工管理和監(jiān)控3.系統(tǒng)動力學(xué)方法在供水排水管理中的應(yīng)用，主要目的是？A.進(jìn)行精確的水力計算B.實(shí)時顯示管網(wǎng)壓力分布C.理解系統(tǒng)內(nèi)部反饋機(jī)制及其對長期行為的影響D.選擇最優(yōu)的泵站調(diào)度方案4.以下哪項技術(shù)通常用于供水系統(tǒng)中對水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時、連續(xù)的監(jiān)測？A.智能電表B.渦街流量計C.多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測儀D.GIS系統(tǒng)5.大數(shù)據(jù)分析在供水排水智能管理中的價值主要體現(xiàn)在？A.直接產(chǎn)生管理決策B.發(fā)現(xiàn)隱藏的運(yùn)行規(guī)律和潛在問題C.自動完成數(shù)據(jù)錄入工作D.無需與其他技術(shù)結(jié)合即可優(yōu)化系統(tǒng)6.數(shù)字孿生技術(shù)在供水排水系統(tǒng)智能管理中的關(guān)鍵優(yōu)勢在于？A.極高的物理成本B.提供一個虛擬的、與物理系統(tǒng)高度一致的動態(tài)模型C.完全取代物理系統(tǒng)的監(jiān)控D.僅用于可視化展示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)7.預(yù)測性維護(hù)在供水排水系統(tǒng)智能管理中的主要目標(biāo)是？A.在設(shè)備發(fā)生故障后立即進(jìn)行維修B.基于設(shè)備狀態(tài)預(yù)測，在故障發(fā)生前安排維護(hù)C.減少所有設(shè)備的維護(hù)次數(shù)D.僅對老舊設(shè)備進(jìn)行維護(hù)8.供水排水系統(tǒng)智能化的核心驅(qū)動力之一是？A.政府的強(qiáng)制要求B.技術(shù)進(jìn)步與數(shù)據(jù)可用性提升C.勞動力成本的急劇下降D.傳統(tǒng)管理模式的徹底否定9.在設(shè)計智能供水排水系統(tǒng)時，需要考慮的“系統(tǒng)邊界”通常指的是？A.物理管網(wǎng)的地理范圍B.軟件系統(tǒng)的用戶界面范圍C.系統(tǒng)參與管理的各個環(huán)節(jié)和要素的集合D.投資預(yù)算允許的范圍10.以下哪項措施不屬于供水系統(tǒng)智能漏損管理的一部分？A.安裝智能水表并進(jìn)行遠(yuǎn)程讀取B.利用壓力管理技術(shù)優(yōu)化供水壓力C.基于流量和壓力數(shù)據(jù)識別異常用水點(diǎn)D.定期進(jìn)行人工上門抄表和漏損排查二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.系統(tǒng)反饋2.感知層3.數(shù)字孿生4.需求側(cè)管理5.系統(tǒng)建模三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述系統(tǒng)科學(xué)與工程方法在解決供水排水復(fù)雜問題時的主要優(yōu)勢。2.智能供水排水系統(tǒng)通常包含哪些主要的功能模塊？請列舉至少四個。3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）在供水排水監(jiān)測中面臨的主要挑戰(zhàn)有哪些？4.解釋什么是“系統(tǒng)思維”，并說明其在供水排水智能化規(guī)劃中的重要性。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在提升供水排水系統(tǒng)運(yùn)行效率和管理水平方面的作用。2.結(jié)合實(shí)際，論述人工智能（AI）技術(shù)（如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)）在供水排水系統(tǒng)智能管理中的具體應(yīng)用場景及潛在價值。3.闡述在推進(jìn)供水排水系統(tǒng)智能化轉(zhuǎn)型過程中，可能遇到的主要挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的應(yīng)對策略。五、設(shè)計題（15分）假設(shè)為一個中等城市的供水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計一個初步的智能化管理方案框架。請說明該框架應(yīng)包含哪些關(guān)鍵組成部分，以及各部分的主要功能和它們之間的相互關(guān)系，重點(diǎn)說明如何利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對供水系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控、異常預(yù)警和初步的優(yōu)化調(diào)度。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.C5.B6.B7.B8.B9.C10.D二、名詞解釋1.系統(tǒng)反饋：指系統(tǒng)輸出的一部分或全部，經(jīng)過某種途徑返回到輸入端，對系統(tǒng)的輸入或內(nèi)部狀態(tài)產(chǎn)生影響的過程。它是系統(tǒng)維持穩(wěn)定、調(diào)節(jié)行為和表現(xiàn)出復(fù)雜動態(tài)特性的關(guān)鍵機(jī)制。2.感知層：智能系統(tǒng)（如智能供水排水系統(tǒng)）的基礎(chǔ)層，負(fù)責(zé)采集物理世界（如供水管網(wǎng)）中的各種信息，包括物理量（流量、壓力、水質(zhì)參數(shù)）、狀態(tài)信息（設(shè)備開關(guān)、閥門位置）等，并將其轉(zhuǎn)化為可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式。3.數(shù)字孿生：指通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)時采集物理實(shí)體（如供水排水系統(tǒng)或其關(guān)鍵部件）的數(shù)據(jù)，利用數(shù)字建模和仿真技術(shù)，在虛擬空間中構(gòu)建一個與其高度同步、動態(tài)交互的虛擬模型，用于監(jiān)控、預(yù)測、分析和優(yōu)化物理實(shí)體的運(yùn)行。4.需求側(cè)管理：指通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及行政手段，對用戶的用水行為進(jìn)行引導(dǎo)和管理，以優(yōu)化供水系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率，減少系統(tǒng)能耗和成本，并保障供水安全。智能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理的重要手段。5.系統(tǒng)建模：指運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)、圖形或物理方法，抽象和簡化現(xiàn)實(shí)世界中的系統(tǒng)，構(gòu)建能夠反映系統(tǒng)關(guān)鍵特征、結(jié)構(gòu)和行為的模型。目的是為了更好地理解系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、預(yù)測系統(tǒng)行為或優(yōu)化系統(tǒng)性能。三、簡答題1.解析思路：首先回答什么是系統(tǒng)科學(xué)方法（強(qiáng)調(diào)整體性、關(guān)聯(lián)性、動態(tài)性、反饋等）。然后結(jié)合供水排水系統(tǒng)的特點(diǎn)（規(guī)模大、環(huán)節(jié)多、干擾因素多、動態(tài)性強(qiáng)），說明這些方法如何幫助理解復(fù)雜運(yùn)行機(jī)制、識別關(guān)鍵影響因素、分析長遠(yuǎn)效應(yīng)、評估干預(yù)措施的效果，從而更有效地解決傳統(tǒng)方法難以處理的復(fù)雜問題。2.解析思路：回答需要列出智能供水排水系統(tǒng)的核心功能模塊，并結(jié)合“智能管理”的特點(diǎn)。常見的模塊包括：智能監(jiān)測與感知（數(shù)據(jù)采集）、智能分析與決策（數(shù)據(jù)處理、模型預(yù)測、優(yōu)化算法）、智能控制與執(zhí)行（遠(yuǎn)程調(diào)控）、智能運(yùn)維管理（設(shè)備管理、預(yù)測性維護(hù)）、用戶服務(wù)與互動（信息發(fā)布、用水管理等）。選擇四個具體列出即可。3.解析思路：回答需要從技術(shù)本身和實(shí)際應(yīng)用環(huán)境出發(fā)。挑戰(zhàn)包括：傳感器節(jié)點(diǎn)能量供應(yīng)與壽命、在惡劣環(huán)境（如地下、水廠）中的部署與維護(hù)難度、無線信號在復(fù)雜管網(wǎng)中的傳輸衰減與可靠性、海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸與處理壓力、網(wǎng)絡(luò)安全問題、傳感器數(shù)據(jù)精度與一致性保證等。4.解析思路：首先解釋“系統(tǒng)思維”的核心內(nèi)涵：將研究對象視為一個相互聯(lián)系、相互作用的整體系統(tǒng)來考察，關(guān)注要素之間、系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用、反饋循環(huán)和整體涌現(xiàn)性。然后說明供水排水系統(tǒng)涉及水源、取水、輸水、凈水、配水、用水、排水、污水處理、污泥處理等多個子系統(tǒng)，以及與社會、環(huán)境等的復(fù)雜聯(lián)系。最后強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)思維有助于全面理解問題根源，避免“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，找到系統(tǒng)性解決方案，在智能化規(guī)劃中可以更好地進(jìn)行頂層設(shè)計、協(xié)同優(yōu)化和風(fēng)險評估。四、論述題1.解析思路：從數(shù)據(jù)的重要性入手，說明供水排水系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。然后論述大數(shù)據(jù)技術(shù)如何通過數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、分析挖掘，實(shí)現(xiàn)：①精準(zhǔn)監(jiān)測：全面掌握水質(zhì)水量水壓等實(shí)時狀態(tài)；②智能預(yù)測：預(yù)測用水量變化、管網(wǎng)漏損、水質(zhì)風(fēng)險等；③故障診斷：快速定位故障點(diǎn)，減少停水時間和損失；④優(yōu)化調(diào)度：優(yōu)化泵站運(yùn)行、水力平衡，降低能耗；⑤管理決策：為投資、規(guī)劃、政策提供數(shù)據(jù)支持。總結(jié)大數(shù)據(jù)分析如何驅(qū)動管理從事后被動響應(yīng)向事中智能預(yù)警、事前主動優(yōu)化轉(zhuǎn)變，提升整體效率和管理水平。2.解析思路：闡述AI技術(shù)在供水排水領(lǐng)域的應(yīng)用價值。具體場景可包括：①智能水質(zhì)預(yù)測與預(yù)警：利用機(jī)器學(xué)習(xí)分析歷史和實(shí)時數(shù)據(jù)，預(yù)測未來水質(zhì)變化，提前預(yù)警污染風(fēng)險；②管網(wǎng)漏損檢測：通過分析流量、壓力數(shù)據(jù)模式異常，或結(jié)合聲波監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)漏損的早期發(fā)現(xiàn)；③設(shè)備健康狀態(tài)評估與預(yù)測性維護(hù)：利用深度學(xué)習(xí)分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)（振動、聲音等），評估設(shè)備狀態(tài)，預(yù)測潛在故障，安排維護(hù)；④智能調(diào)度優(yōu)化：運(yùn)用強(qiáng)化學(xué)習(xí)等算法，根據(jù)實(shí)時需求和系統(tǒng)狀態(tài)，動態(tài)優(yōu)化泵站組合與調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)供需平衡和能耗最小化；⑤視覺檢測：利用計算機(jī)視覺技術(shù)自動識別管道破損、閥門狀態(tài)、水質(zhì)異?，F(xiàn)象等。總結(jié)AI如何提升預(yù)測精度、自動化水平和決策智能化程度。3.解析思路：分析智能化轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)：①高昂的初始投資成本；②技術(shù)集成復(fù)雜性，不同系統(tǒng)、新舊設(shè)備融合困難；③數(shù)據(jù)孤島問題，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，共享困難；④專業(yè)人才缺乏，既懂供水排水又懂信息技術(shù)的復(fù)合型人才不足；⑤數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)風(fēng)險；⑥政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善；⑦公眾接受度和參與度問題。針對挑戰(zhàn)提出策略：①制定分階段實(shí)施計劃，優(yōu)先解決關(guān)鍵問題；②加強(qiáng)頂層設(shè)計，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；③加大技術(shù)研發(fā)投入，推動技術(shù)本土化；④加強(qiáng)人才培養(yǎng)和引進(jìn)，開展人員培訓(xùn)；⑤建立完善的數(shù)據(jù)安全管理制度；⑥推動跨部門協(xié)作和政策支持；⑦加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，提升用戶意識。五、設(shè)計題解析思路：要求設(shè)計一個“框架”，說明核心組成和功能關(guān)系?？蚣軕?yīng)體現(xiàn)“智能”特點(diǎn)，即數(shù)據(jù)驅(qū)動和自動/輔助決策控制。*關(guān)鍵組成部分：*智能感知層：包含部署在管網(wǎng)、水廠、水源等處的各類智能傳感器（流量、壓力、水質(zhì)、設(shè)備狀態(tài)等），以及用于視頻監(jiān)控、無人機(jī)巡檢等的感知設(shè)備，負(fù)責(zé)實(shí)時采集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和環(huán)境信息。*數(shù)據(jù)傳輸與平臺層：負(fù)責(zé)通過有線/無線網(wǎng)絡(luò)（如NB-IoT,5G）將感知層數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_或數(shù)據(jù)中心。平臺層是核心，包括：數(shù)據(jù)存儲與管理（數(shù)據(jù)庫）、數(shù)據(jù)清洗與預(yù)處理、大數(shù)據(jù)分析引擎、AI算法庫、應(yīng)用服務(wù)總線等，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的整合、處理、分析與建模。*智能分析與應(yīng)用層：基于平臺層提供的能力，實(shí)現(xiàn)各類智能應(yīng)用功能。例如：①實(shí)時監(jiān)控與可視化：動態(tài)展示管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、水質(zhì)分布等；②異常檢測與預(yù)警：基于AI模型分析數(shù)據(jù)，識別泄漏、污染、設(shè)備故障等異常，并發(fā)出預(yù)警；③需求預(yù)測：預(yù)測區(qū)域用水量、高峰時段等；④水力水質(zhì)模型：用于模擬分析、預(yù)測預(yù)警、優(yōu)化計算；⑤智能調(diào)度決策支持：根據(jù)預(yù)測、實(shí)時數(shù)據(jù)和優(yōu)化算法，生成泵站啟停、閥門調(diào)節(jié)等優(yōu)化建議或自動執(zhí)行指令；⑥設(shè)備管理與維護(hù)：實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、維護(hù)計劃管理等。