2025年大学《系统科学与工程》专业题库- 人机协同系统在交通运输中的应用

2025年大学《系统科学与工程》专业题库——人机协同系统在交通运输中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题干后的括号内）1.人机协同系统在交通运输中的核心目标之一是（）。A.完全取代人类驾驶员B.提升系统整体效能和安全性C.降低交通系统建设成本D.减少交通管理部门人员2.在系统科学视角下，人机协同系统通常被视为一个复杂的（）。A.线性放大系统B.开放式动态系统C.封闭式静态系统D.简单机械系统3.以下哪项技术通常被视为人机协同系统中的关键信息交互接口？（）A.高速铁路轨道B.车联网（V2X）通信C.汽车发动机控制系统D.油价预测模型4.在人因工程学中，用于评估驾驶舱信息显示系统有效性的常用方法是（）。A.系统动力学仿真B.局部加权回归分析C.知觉组织模型（POEM）D.主成分分析5.自动驾驶汽车在不同驾驶级别（如L2与L4）下，对人机权责分配的基本区别在于（）。A.传感器类型B.计算机算力C.系统成本D.系统承担的风险和决策责任范围6.交通系统中的信息熵增加通常意味着（）。A.交通流量增大B.交通状态更加有序C.交通信息不确定性增大D.交通拥堵程度降低7.以下哪项属于人机协同系统在交通安全领域应用的具体体现？（）A.通过智能信号灯减少车辆等待时间B.自动紧急制动（AEB）系统C.实时路况信息广播D.高速公路收费系统8.系统动力学方法在人机协同交通系统分析中的主要优势在于（）。A.直接进行精确的数学计算B.揭示系统反馈机制和动态行为C.自动生成最优控制策略D.完全模拟驾驶员的生理反应9.设计人机协同系统的交互界面时，优先考虑的原则是（）。A.尽可能复杂，以展示更多功能B.界面美观，符合时尚趋势C.减少驾驶员认知负荷，提高易用性D.使用尽可能多的专业术语10.随着自动驾驶技术的发展，可能对交通运输行业产生的深远影响之一是（）。A.必将完全消除交通事故B.引发大规模失业和社会结构调整C.显著降低所有类型的交通成本D.使交通系统变得更加简单化二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在题干横线上）1.人机协同系统强调在人、机器（或系统）以及它们所处的环境之间实现有效的______、______和______。2.在高级驾驶辅助系统（ADAS）中，车道保持辅助系统（LKA）主要解决的是驾驶过程中______的协同问题。3.系统边界在人机协同系统分析中具有重要意义，它界定了______与______之间的相互作用范围。4.运用系统思维分析交通拥堵问题，需要考虑道路、车辆、驾驶员、交通信号、天气等多种______，以及它们之间的复杂联系。5.人因失误模型，如______和______，为分析人机协同系统中的安全风险提供了理论框架。6.车联网（V2X）技术为人机协同提供了重要的______基础，使得车辆能够与其它车辆、基础设施等进行信息交互。7.评估人机协同系统性能时，常用的指标包括安全性、______、______和用户满意度。8.交通信息与通信系统（TICS）是实现智能交通和有效人机交互的重要______。9.在人机协同系统中，认知负荷管理是一个关键问题，目标是在______和______之间取得平衡。10.对于高度自动化的人机协同系统，伦理问题，如______和______，需要得到认真考量。三、简答题（每小题5分，共20分）1.简述人机协同系统与传统人机系统的根本区别。2.简要说明影响人机交互有效性的主要因素有哪些。3.解释什么是系统动力学，并简述其在分析交通人机协同系统中的应用价值。4.在自动驾驶系统中，如何体现人机权责的动态分配？四、论述题（15分）结合系统科学与工程的理论方法，论述如何构建一个高效、安全的人机协同智能交通系统。请从系统建模、关键技术研发、人因工程考虑、伦理与法规等方面进行阐述。五、方案设计题（25分）假设你正在为一个繁忙的城市主干道设计一套基于人机协同的智能通行管理系统方案。该道路存在早晚高峰严重拥堵、部分路段事故多发等问题。请设计该系统的总体框架，说明系统涉及的关键技术模块及其功能，阐述如何通过人机交互界面辅助驾驶员和交通管理人员决策，并分析该方案可能面临的挑战及应对策略。试卷答案一、选择题1.B2.B3.B4.C5.D6.C7.B8.B9.C10.B二、填空题1.协同对接集成2.车辆路径/轨迹3.人机4.元素5.交接叠加模型（或JSM）错误推论模型（或TEM）6.通信7.效率可靠性8.技术支撑9.系统自动化程度用户控制程度10.责任归属隐私保护三、简答题1.解析思路：区分是“人主导，机辅助”还是“机主导，人监控/干预”。传统人机系统中，机器往往是执行人类指令的工具，人通常是主要决策者和控制者。而在人机协同系统中，机器具备一定的自主决策或执行能力，人机之间存在更平等、更紧密的交互与配合，系统整体性能是优化目标，人机都是重要子系统。答案要点：传统人机系统侧重人控制机器，机器是执行工具；人机协同系统强调人机交互、相互补充、共同决策，机器具备一定自主性，目标是实现系统整体最优，人机角色更平等。2.解析思路：从人因工程和人机交互角度思考影响沟通和协作的因素。主要包括信息呈现方式（清晰度、准确性、及时性）、交互方式（便捷性、灵活性）、系统性能（可靠性、响应速度）、环境因素（物理、社交）、用户自身因素（技能、疲劳度、经验）以及任务特性等。答案要点：主要因素包括：信息呈现的清晰度与准确性、交互界面的便捷性与直观性、系统响应的及时性与可靠性、物理及社交环境因素、用户的技能与经验水平、认知负荷大小、任务复杂度等。3.解析思路：解释系统动力学的核心概念（反馈回路、时间延迟、存量流量图）及其分析方法。强调其适用于分析复杂、动态、具有反馈特征的系统（如交通系统）。说明其价值在于揭示系统行为模式（如振荡、累积）、理解非线性关系、评估政策干预效果。答案要点：系统动力学是基于反馈回路和因果关系建模的分析方法。它通过存量（如车辆数）和流量（如车速）关系图来模拟系统随时间的变化。其价值在于能揭示交通系统中普遍存在的反馈机制（如拥堵的放大效应），分析系统对干扰的响应和长期行为，为制定有效的交通管理策略提供依据。4.解析思路：根据自动驾驶等级（L0-L4）理解人机权责分配的演变。L0-L2，人主要负责驾驶，系统提供辅助；L3，在特定条件下人负责驾驶，系统监控并随时接管；L4，在指定区域和条件下系统负责所有驾驶任务，人负责监控和应急；L5，系统在所有条件下负责驾驶。强调“动态分配”体现在系统根据自身状态、环境变化和预设规则，与人（如果需要参与）进行权责的切换与协调。答案要点：人机权责分配随自动驾驶等级变化。L0-L2人主导，系统辅助；L3系统主导，人监控/随时接管；L4系统在特定条件下全权负责，人监控/应急；L5系统全条件负责。动态分配体现在系统根据状况自动调整控制权，并在必要时与人类用户或管理者交互，确保安全运行。四、论述题解析思路：要求全面、系统地回答问题，体现系统科学与工程的理论视角。*系统建模：应用系统动力学、排队论、仿真建模等方法，构建包含人、车、路、环境、管理策略等要素的复杂系统模型，分析系统结构、行为模式和对干预的响应。*关键技术研发：论述需要哪些技术支撑人机协同（如高精度地图、传感器融合、决策算法、V2X通信、人机交互界面等），并强调这些技术需要从系统整体效能和安全性角度进行协同研发与集成。*人因工程考虑：强调设计必须以人为中心，考虑驾驶员/乘客的认知负荷、心理需求、操作习惯，设计直观、高效、容错性强的人机交互界面，确保信息有效传递，提升用户体验和系统整体安全性。*伦理与法规：探讨自动驾驶带来的责任认定、数据隐私保护、公平性、就业冲击等伦理和社会问题，强调需要建立健全相应的法律法规和伦理规范框架，对人机协同系统的开发、部署和应用进行引导和约束。五、方案设计题解析思路：*总体框架：描绘系统层级结构，如感知层（传感器网络）、网络层（V2X通信）、决策层（协同优化算法）、执行层（信号控制、信息发布）和应用层（驾驶员辅助系统、管理平台）。明确各层级功能和接口。*关键技术模块：*交通流状态感知：利用摄像头、雷达、地磁线圈、车联网数据等多源信息，实时监测车流密度、速度、排队长度等。*人机协同决策：开发基于强化学习、强化博弈等算法的协同优化模型，综合考虑交通流、行人需求、特殊车辆需求、预测拥堵等，动态优化信号配时、车道分配、匝道控制等。*智能信息交互：通过可变信息标志（VMS）、手机APP、车载终端等，向驾驶员提供实时的前方路况、信号预测、危险预警等信息，辅助其决策和驾驶。*交通管理平台：为管理人员提供可视化监控界面，支持远程调整策略、应急事件处理、数据分析与决策支持。*人机交互界面：*面向驾驶员：设计简洁明了的车载显示界面，突出关键信息（如车速、与前车距离、信号灯状态预测、危险提示），采用易于理解的语言和图形符号，减少认知负荷，提供个性化设置选项。*面向管理人员：开发直观的Web或移动端管理平台，展示路口/路段实时状态、历史数据、模型预测结果，提供策略调整工具，支持远程监控和应急指挥。*挑战与应对：*技术挑战：传感器精度、V2