2025年大学《海洋技术》专业题库- 海洋地质灾害监测预警技术在安全防范中的作用

2025年大学《海洋技术》专业题库——海洋地质灾害监测预警技术在安全防范中的作用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每小题3分，共15分）1.海洋地质灾害2.监测预警系统3.数据融合4.海底滑坡5.预警阈值二、简答题（每小题5分，共30分）1.简述风暴潮灾害的主要危害及其监测关键参数。2.比较声学监测技术和光学监测技术在海底地形地貌测量中的优缺点。3.简述利用GPS技术监测近岸区域海岸侵蚀的基本原理。4.海洋地质灾害监测数据融合的主要目的和常用方法有哪些？5.简述建立海洋地质灾害预警信息发布机制需要考虑的关键因素。6.卫星遥感技术在海洋地质灾害监测中可以发挥哪些作用？三、论述题（每小题10分，共40分）1.论述海底地震监测技术在海洋地质灾害早期识别中的重要性及其面临的挑战。2.结合具体应用场景，论述一套有效的海洋地质灾害监测预警系统应包含哪些主要组成部分及其功能。3.试分析物联网（IoT）技术如何推动海洋地质灾害监测预警体系的智能化发展。4.从安全防范的角度，论述海洋地质灾害监测预警信息在应急响应和灾后评估中的作用。四、分析题（共15分）假设某沿海地区存在因强台风可能引发的岸坡滑坡风险。请分析在此场景下，应如何选择和组合不同的监测技术（至少列举三种），并说明选择这些技术的理由以及如何利用监测数据构建一个简单的预警流程，以支持该地区的防灾减灾决策。试卷答案一、名词解释1.海洋地质灾害：指发生在海洋领域内，由自然因素（如地震、火山、海底滑坡、地壳运动等）或人为活动（如工程爆破、过度开采等）引发的，对海洋环境、海洋设施、海岸带区域以及人类生命财产构成危害的事件。2.监测预警系统：指利用各类传感器、监测设备、信息传输网络和数据处理分析平台，对海洋地质灾害的发生前兆、发生过程或影响范围进行实时或准实时监测，通过分析评估，在灾害可能发生或影响人群之前向相关部门和公众发布预警信息的综合性技术体系。3.数据融合：指将来自不同来源、不同传感器、不同时间的监测数据，通过一定的处理方法（如组合、关联、滤波、解释等）进行整合，以获得比单一数据源更全面、准确、可靠的信息或知识的过程。4.海底滑坡：指发生在海底坡脚或陡坡上的岩土体，在重力作用下整体或分散地顺坡向下滑动的现象，是重要的海底地质灾害类型，可能引发海啸、破坏海底管线设施等。5.预警阈值：指在监测预警系统中，根据灾害发生机理、风险评估结果或历史数据设定的，当监测指标达到或超过该值时，即触发预警机制并发布相应级别预警信息的临界值。二、简答题1.简述风暴潮灾害的主要危害及其监测关键参数。*危害：风暴潮主要危害包括：引起异常增水淹没沿海低洼地区；产生破坏性的风暴潮波浪摧毁海岸防护设施和沿岸建筑；导致海水倒灌，污染近岸水域和土壤；加剧海岸侵蚀和岸线变迁；可能引发或加剧海啸等次生灾害。*监测关键参数：监测风暴潮需关注的关键参数包括：台风（或热带气旋）的中心位置、强度（风力、中心气压）、移动路径和速度；近岸地区的实时风速、风向；海平面异常升高值（风暴潮增水）；潮汐高度；波浪要素（波高、周期、方向）；海水温度、密度（用于分析海水混合和倒灌）等。2.比较声学监测技术和光学监测技术在海底地形地貌测量中的优缺点。*声学监测技术（如多波束、侧扫声呐）：*优点：可在深海、浑浊水域、有弱光或无光环境下进行测量；设备相对成熟，数据采集效率高；能同时获取高精度bathymetry（水深）数据和详细的seabedmorphology（海底形态）图像。*缺点：易受水体声学特性（声速、噪声）影响；存在声波衰减和散射，影响远距离和复杂地形测量精度；数据处理相对复杂；可能对海底生物造成一定声扰。*光学监测技术（如水下滑翔机搭载相机、ROV/无人潜航器搭载激光扫描或相机）：*优点：可提供高分辨率、高清晰度的海底彩色图像或纹理信息，直观性强；激光扫描可实现三维点云数据获取。*缺点：严重受水体透明度限制，仅在清澈浅水区有效；易受光照条件影响；难以在深海和浑浊水域应用；实时性相对较差，或对平台运动要求高；通常难以同时获取精确的水深数据。3.简述利用GPS技术监测近岸区域海岸侵蚀的基本原理。*GPS（全球定位系统）通过接收多颗导航卫星的信号，利用三维坐标测量原理，精确测定接收机（固定或移动）在地球上的位置（经度、纬度、大地高）和高程。在海岸侵蚀监测中，可在侵蚀敏感区布设固定GPS基准站，长期连续监测其位置变化，通过计算位移速率判断侵蚀或淤积情况；或使用配备GPS的移动测量平台（如车辆、船载、无人机）进行定期扫描，对比不同时期测点位置变化，评估海岸线的变迁速率和范围。4.海洋地质灾害监测数据融合的主要目的和常用方法有哪些？*主要目的：*克服单一传感器或数据源的局限性（如视角、分辨率、覆盖范围、环境适应性限制），获取更全面、准确、可靠的信息。*提高监测预警系统的整体性能和鲁棒性，增强对灾害前兆信号识别的灵敏度。*实现多维度信息的互补和印证，降低误报率和漏报率。*提供更丰富、立体的灾害态势认知。*常用方法：*时空关联：基于事件发生的时间和空间信息，将来自不同传感器的数据进行关联匹配。*特征层融合：提取各数据源的特征信息，在特征层进行匹配与融合。*数据层融合：将原始数据在数据层直接进行组合或集成，常用方法有加权平均、主成分分析（PCA）、卡尔曼滤波等。*决策层融合：各传感器或子系统独立进行判断或决策，然后将不同的判断结果进行综合，常用方法有贝叶斯推理、证据理论（D-S）、投票法等。5.简述建立海洋地质灾害预警信息发布机制需要考虑的关键因素。*预警信息的准确性：确保预警级别、发生时间、影响范围等信息的科学性和可靠性。*预警信息的时效性：保证预警信息在确定灾害可能发生或影响后，能够第一时间传递给相关接收方。*预警信息的清晰易懂：使用简洁明了的语言、标准化的符号和图示，确保不同文化背景和知识层次的接收者都能理解。*发布渠道的多样性与覆盖性：结合预警级别和目标人群，选择合适的发布渠道（如手机短信、广播、电视、专用预警平台、社交媒体、现场警报器等），确保信息广泛触达。*预警级别标准与响应措施：建立科学合理的预警分级标准，并与相应的应急响应措施相衔接，使相关部门和公众知道在收到不同级别预警时应采取的行动。*信息发布与核实机制：确保预警信息发布的权威性，并建立信息发布后的反馈和核实机制，及时修正或解除预警。*接收方的接收能力与准备：考虑目标接收群体的特点（如地理位置分散、语言障碍等），并提供必要的培训和支持，确保其能接收并有效利用预警信息。6.卫星遥感技术在海洋地质灾害监测中可以发挥哪些作用？*大范围、宏观监测：可快速获取广阔海域的海面状况（如海浪、海流、海色、海温异常）、海岸线变化、岸滩侵蚀/淤积状况等，为灾害风险评估和早期识别提供背景信息。*灾害事件监测与识别：可用于监测风暴潮、海啸引起的海面异常升高和变形；通过热红外成像监测海底火山喷发活动；利用雷达影像监测海冰活动、大型浮游生物群集（可能与某些地质灾害有关联）等。*地形地貌测绘与变化检测：利用合成孔径雷达（SAR）等手段，在光照条件不佳或无光照时获取高分辨率海底图像，用于绘制海底地形图，并定期重访进行变化检测，评估海岸侵蚀和岸线变迁。*辅助灾害预警：卫星监测到的台风路径、强度变化、海平面异常等信息，可为风暴潮、海啸等灾害的预警提供重要输入数据。三、论述题1.论述海底地震监测技术在海洋地质灾害早期识别中的重要性及其面临的挑战。*重要性：海底地震活动是引发海底滑坡、火山喷发、破坏性海啸等多种海洋地质灾害的主要触发因素或直接过程。因此，海底地震监测技术对于海洋地质灾害的早期识别和预警具有极其重要的意义。*滑坡预警：许多海底滑坡发生在地震活动区域，监测到与滑坡相关的微弱地震信号，可以在滑坡发生前提供宝贵的预警时间，用于人员疏散和重要设施保护。*海啸预警：破坏性海啸通常由海底大规模地震引发。快速、精确地监测到能引发大范围海啸的强震事件，并迅速评估其影响（如断层的垂直位移量），是海啸预警系统（如TsunamiWarningSystems）的核心环节，直接影响预警信息的发布和响应效率。*火山活动监测：对于海底火山活动区，地震监测是判断火山是否进入活动期、活动强度以及潜在喷发风险的关键手段。*提供成因信息：地震数据有助于理解地质灾害发生的地质构造背景和力学机制。*面临的挑战：*监测盲区：现有地震台阵的覆盖范围有限，深海区域尤其存在大量监测空白区。*信号识别与区分：海底环境噪声复杂（生物、船舶、自然地质噪声等），有效区分地震信号与噪声，特别是微弱前兆信号，技术难度大。*定位精度与震源机制解：海底地震定位精度受多种因素影响，获取准确的震源机制解（判断发震构造和断层活动方式）需要复杂的处理和较高的信噪比。*预警时间窗口有限：对于某些类型的灾害（如快速发生的大规模滑坡或强震直接引发的海啸），从监测到预警再到影响发生的时间非常短暂，对监测系统的实时性和响应速度要求极高。*数据处理与模型复杂性：地震数据的处理分析涉及复杂的算法和物理模型，需要专业的技术和人才。*成本高昂：部署和维护海底地震监测设备（如海山地震仪、海底节点）成本非常高。2.论述一套有效的海洋地质灾害监测预警系统应包含哪些主要组成部分及其功能。*一套有效的海洋地质灾害监测预警系统是一个复杂的、集成化的系统，通常包含以下几个主要组成部分及其功能：*监测子系统：这是系统的“感官”，负责实时或准实时地获取海洋地质灾害相关的物理、化学、生物、环境等监测数据。*功能：持续监测目标区域内可能引发或表征地质灾害的参数变化（如地震活动、地壳形变、海水水位、波浪、流速、潮汐、海底地形地貌、岸线变化、气体释放、生物异常等）；确保数据的准确性、可靠性和时效性。*组成：包含各类传感器、监测设备（如地震仪、GPS接收机、全站仪、声学设备、光学设备、水听器、压力传感器、光纤光栅、气象站、卫星遥感载荷等）以及数据采集与传输网络（岸基、船基、水下、卫星通信等）。*数据处理与分析子系统：这是系统的“大脑”，负责对采集到的海量监测数据进行处理、融合、分析，提取有用信息，识别灾害前兆信号。*功能：数据清洗、格式转换、时空对齐、数据融合（多源信息集成）、特征提取、模式识别、建立预测模型（基于物理机理或统计方法）、风险评估、异常事件检测与确认。*组成：包括数据服务器、存储系统、高性能计算平台、数据库、各类数据处理与分析软件（如GIS、遥感图像处理软件、信号处理软件、机器学习/AI算法库）。*预警决策子系统：这是系统的“指挥中心”，根据数据处理分析结果和预设的预警阈值或模型输出，判断灾害风险等级，生成预警信息。*功能：设定和动态调整预警阈值；制定不同预警级别对应的决策流程；生成包含关键信息（时间、地点、灾害类型、影响范围、预警级别、建议措施等）的预警产品。*组成：预警规则库、决策支持模型、预警信息生成模块。*信息发布与通信子系统：这是系统的“口舌”，负责将生成的预警信息及时、准确、有效地传递给相关目标受众。*功能：选择合适的发布渠道（如专用预警平台网站/APP、手机短信、广播、电视、传真、社交媒体、现场警报器等）；确保信息发布的覆盖面和时效性；向用户提供易于理解的预警信息。*组成：预警信息发布平台、通信网络（互联网、移动通信网、卫星通信等）、用户接口。*用户与服务子系统：这是系统的“终端”，为用户提供预警信息查询、历史数据回溯、灾害知识科普、应急咨询等服务。*功能：服务的对象包括政府管理部门（应急、海洋、交通、防务等）、相关企业（港口、航运、油气、旅游等）、科研机构以及公众。提供用户管理、权限控制、信息查询、报表生成、科普教育等功能。*组成：用户管理平台、数据库接口、Web/移动应用界面。*系统管理与维护子系统：这是系统的“管家”，负责整个监测预警系统的日常运行管理、维护保障和持续改进。*功能：系统配置管理、设备维护调度、数据质量监控、模型更新与验证、安全防护、性能评估、用户培训。*组成：管理工作台、维护工具、日志与审计系统。*系统协同：各子系统需要紧密协同工作，形成数据流、信息流和决策流的闭环，才能发挥整体效能。3.试分析物联网（IoT）技术如何推动海洋地质灾害监测预警体系的智能化发展。*物联网（IoT）技术通过其感知、连接、智能处理的特点，为海洋地质灾害监测预警体系的智能化发展注入了强大动力。*提升感知能力与覆盖范围：*大量低成本节点部署：IoT技术使得大量低成本、低功耗的传感器节点（如加速度计、温度/压力传感器、GPS模块、微型摄像头等）可以被广泛、密集地部署在海洋环境中（如附着在海底、海岸线、浮标上），形成覆盖更广、密度更高的监测网络，弥补传统监测手段的不足。*多样化感知：可以集成更多类型的传感器，实现对海洋环境参数（水温、盐度、浊度、溶解氧等）、海底微地震、微小形变、生物活动等多种信息的实时、连续感知。*实现万物互联与数据融合：*设备互联：通过各种通信技术（如水声调制解调器、低功耗广域网LPWAN、卫星通信、有线光纤等）将海量的监测设备连接起来，实现设备间的协同工作。*数据汇聚与融合：IoT平台能够汇聚来自不同设备、不同位置、不同类型的数据，为多源数据融合分析提供了基础，提升信息获取的全面性和准确性。*增强智能分析与预测能力：*边缘计算：在靠近数据源的设备端或区域（如浮标、岸基网关）部署边缘计算能力，可以对原始数据进行初步处理、特征提取和异常检测，减少传输到云端的数据量，提高响应速度。*云端大数据与AI：海量数据汇聚到云端后，可以运用大数据分析和人工智能（AI）技术（如机器学习、深度学习模型），对复杂、高维度的监测数据进行深度挖掘，识别隐藏的灾害前兆模式，提高灾害识别的准确性和预测的提前量。*自适应阈值与模型优化：基于持续积累的数据和AI分析结果，系统可以动态调整预警阈值，优化预测模型，使其更符合实际。*优化系统运行与维护：*远程监控与管理：IoT技术支持对监测设备进行远程状态监控、故障诊断、参数调整和固件升级，降低了运维成本和人力投入。*智能调度：基于设备状态和监测需求，可以智能调度能源供应（如太阳能供电优化）、维护资源等。*推动服务化与集成化发展：*集成化平台：基于IoT的监测数据可以更容易地集成到更广泛的海洋信息服务平台中，为城市管理、资源开发、交通运输、防灾减灾等提供综合信息服务。*按需服务：通过智能化的数据分析和处理，可以为不同用户提供定制化的预警信息和服务。*总结：IoT技术通过其广泛的感知能力、强大的连接性、便捷的数据传输以及与边缘计算、云计算、大数据、AI等技术的深度融合，极大地提升了海洋地质灾害监测预警系统的实时性、覆盖范围、智能化水平、自动化程度和综合服务能力，是推动该领域向智能化转型的重要技术引擎。4.从安全防范的角度，论述海洋地质灾害监测预警信息在应急响应和灾后评估中的作用。*海洋地质灾害监测预警信息是整个安全防范体系中至关重要的一环，在应急响应和灾后评估两个关键阶段都发挥着不可或缺的作用。*在应急响应阶段的作用：*提供决策依据，支持快速响应：及时、准确的预警信息是启动应急响应程序的首要依据。它能让应急管理部门和相关单位了解灾害发生的可能性、时间、地点和潜在影响，从而快速做出决策，启动应急预案，调动应急资源（人员、物资、设备），进行有效的先期处置。*明确风险区域，指导人员疏散与避险：预警信息（特别是包含影响范围预测的）能够明确告知受威胁区域，为制定科学合理的疏散路线、组织人员撤离、引导公众避险提供关键信息，最大限度地减少人员伤亡。*保障重点目标与设施安全：针对可能受灾害影响的港口、航道、海上平台、油气田、海岸工程、重要基础设施等，预警信息可用于指导其采取特定的防护措施（如加固结构、关闭设备、转移人员物资），降低直接经济损失。*协调跨部门、跨