2025年大学《系统科学与工程》专业题库- 系统科学与工程中的人机协同技术研究

2025年大学《系统科学与工程》专业题库——系统科学与工程中的人机协同技术研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填在题后括号内）1.人机协同系统与传统人机系统的根本区别在于（）。A.机器自动化程度更高B.人类在系统中扮演辅助角色C.强调人机之间的动态信息交互与相互适应D.系统复杂性显著增加2.在人机协同中，实现“共享控制”的关键在于（）。A.人类完全接管控制权B.机器完全自主控制C.人与机器根据情境和各自优势动态分配控制任务D.减少人类干预次数3.以下哪项技术是人机接口（HMI）领域的重要发展方向，旨在提供更直观、自然的交互体验？（）A.传统命令行界面B.虚拟现实（VR）C.键盘和鼠标D.以上都不是4.在复杂人机协同系统中，系统辨识的主要目的是（）。A.设计更美观的人机界面B.确定系统参数及其随时间的变化规律，以便建立更精确的模型C.提高机器的计算速度D.减少系统中的不确定性5.“人因工程”在人机协同技术研究中的作用主要体现在（）。A.设计更强大的机器硬件B.优化人类操作者的生理和心理负荷，提升协同效率和安全性C.增加系统的自动化水平D.研发更智能的代理（Agent）6.以下哪个领域是人机协同技术应用的一个典型代表？（）A.纯粹的理论研究B.独立运行的单人操作系统C.复杂的空中交通管制系统D.自动售货机7.人机协同系统面临的一个核心挑战是（）。A.机器硬件成本过高B.如何建立有效的人机信任机制C.人类操作员技能不足D.系统难以扩展8.脑机接口（BCI）技术在人机协同中的潜在价值在于（）。A.完全取代传统的人机接口B.实现人类意图的直接、快速控制或通信，尤其在传统接口受限的场景C.提高机器的能耗D.使机器能够体验人类的情感9.多模态信息融合在人机协同中的主要目的是（）。A.将多种传感器数据简单叠加B.整合来自视觉、听觉、触觉等多种感官的信息，提供更全面、准确的情境感知C.减少数据传输量D.提高机器的存储能力10.从系统科学与工程角度看，人机协同系统可以被视为一个（）。A.静态的、孤立的子系统B.动态的、开放的复杂巨系统，存在多层次的非线性交互C.简单的、线性的系统D.以机器为中心的系统二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在题后横线上）1.人机协同强调在任务执行过程中，人与机器能够像______一样紧密配合，相互______、相互______。2.______是人机交互（HCI）的核心原则之一，指界面应直观易懂，易于学习和使用。3.在人机协同系统中，______扮演着感知环境、做出决策、执行指令以及与人类和其他系统进行交互的角色。4.系统动力学方法可以用于分析人机协同系统中的______反馈机制及其对系统整体行为的影响。5.人机共融（CognitiveWirelessSensorNetworks）旨在让传感器节点能够______地融入人类活动环境，实现无感知的协同感知。6.当前人机协同技术研究面临的重要伦理挑战之一是如何确保人机之间的______和公平性。7.______是指通过软件与硬件的结合，为操作者提供信息显示和操作控制的接口。8.基于自然语言处理的人机交互技术，旨在实现______的人机对话和理解。9.在空中交通管理中，人机协同技术有助于提高______和运行效率。10.将系统思维应用于人机协同研究，要求我们关注系统的______、______和______特性。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述人机协同系统与自动化系统在控制和决策机制上的主要区别。2.比较并说明增强现实（AR）技术在人机协同与虚拟现实（VR）技术在人机协同应用中的不同特点和优势。3.描述人机协同系统中可能存在的“认知负荷”问题，并简述其主要来源。4.简述在设计人机协同系统时，需要考虑的至少三个关键的设计原则。四、论述题（每题10分，共30分）1.论述人机协同关系中的“信任”问题，分析其形成机制以及在协同过程中的重要作用，并提出至少两种建立和维持人机信任的途径。2.以您熟悉的一个具体领域（如智能制造、自动驾驶、医疗诊断等）为例，论述人机协同技术的应用现状、面临的主要挑战以及未来的发展趋势。3.结合系统科学与工程的理论（如系统建模、系统优化、反馈控制等），论述如何对一个复杂的人机协同系统进行分析和评估，以期为系统改进提供依据。五、案例分析题（10分）（假设背景：在一个高度复杂的深海资源勘探作业中，人类操作员坐在船上通过远程控制中心操作水下机器人执行任务。）请分析该场景下人机协同系统的主要构成要素、交互模式以及可能存在的风险点。如果要求提升该人机协同系统的效率和安全性，可以引入哪些关键的人机协同技术或策略？试卷答案一、选择题1.C2.C3.B4.B5.B6.C7.B8.B9.B10.B二、填空题1.团队，补充，适应2.易用性（或Intuitiveness）3.代理（Agent）/智能体（Agent）4.物理或信息5.无感知（或Passive）6.透明（或Transparency）7.人机接口（HMI）8.自然（或Natural）9.情景意识（或SituationalAwareness）10.整体性，关联性，动态性三、简答题1.解析思路：区分自动化系统的控制权归属和决策机制。自动化系统通常由预设程序或算法主导决策和控制，人类主要是监督者或设定者。人机协同系统则强调人在控制权和决策中的核心或动态主导地位，机器作为辅助，其决策和行动往往需要人类的确认、干预或基于人类意图的推断，系统内部存在动态的权责分配和交互反馈。2.解析思路：对比AR和VR在人机协同中的侧重和应用特点。AR将虚拟信息叠加到现实世界中，优势在于保持对现实环境的感知，适用于需要实时交互和情境参考的场景（如维修指导、远程协作）。VR构建完全虚拟的环境，优势在于提供沉浸式体验和高度可控的模拟，适用于训练、设计评估和隔离危险环境的场景。核心在于理解两者对现实世界感知程度的不同以及由此带来的应用差异。3.解析思路：解释认知负荷的概念及其来源。认知负荷指人类完成一项任务时，大脑需要付出的心理努力程度。在人机协同中，主要来源包括：①高度复杂的任务本身要求；②不清晰或过载的信息呈现（HMI设计问题）；③人机交互界面的不匹配或困难；④需要频繁进行注意力和决策切换；⑤系统响应延迟或行为不可预测导致的精神紧张。4.解析思路：列举并解释人机协同系统设计的关键原则。至少包括：①透明性原则：系统应向人提供必要的信息，使其了解系统状态、意图和可能的行动后果；②协调性原则：系统设计应促进人机间的有效沟通与协作，避免冲突；③适应性原则：系统应能适应不同用户、不同任务情境的变化；④安全性原则：系统设计必须将安全放在首位，有可靠的保护机制；⑤易用性原则：交互界面应直观、高效、低认知负荷。四、论述题1.解析思路：阐述人机信任的定义、重要性及形成机制。信任是人对机器在特定情境下能够可靠、符合预期地行动的信念。其重要性在于降低认知负荷、减少干预、提升系统整体性能和安全性。形成机制涉及机器的可靠性、一致性、可预测性、透明度、学习用户偏好能力以及人机交互过程中的经验积累和沟通反馈。提出建立和维持信任的途径时，可从增强系统可靠性（如故障诊断、容错设计）、提高系统透明度（如解释AI决策）、实现个性化适应性（学习用户习惯）、建立有效的沟通与反馈机制、设定清晰的预期等方面入手。2.解析思路：选择一个具体领域，结合实例分析人机协同的应用、挑战和趋势。例如，在智能制造中，应用体现在机器人与工人的协同作业、AGV的自主导航与调度等；挑战可能包括如何实现柔性协同、保障人机安全距离、处理异常情况、提升工人接受度等；趋势可能涉及更智能的机器人（具备更强的感知和决策能力）、更自然的人机交互方式（如语音、手势）、更深入的人因工程考虑、人机一体化系统的整体优化等。论述需具体、有深度，体现对领域和人机协同的理解。3.解析思路：结合系统科学与工程理论分析复杂人机协同系统。首先，将系统视为一个开放的复杂巨系统，包含人、机器、环境、任务等多个子系统，强调子系统间的相互作用和反馈。运用系统建模方法（如Agent模型、系统动力学模型）来刻画各要素的行为和关系。利用系统思维分析系统的整体性、关联性、动态性和层次性。运用反馈控制理论分析人机间的控制交互和系统调节机制。通过系统优化理论评估系统性能（如效率、安全性、舒适度），识别瓶颈和短板。最终目标是基于系统分析结果，提出改进系统设计、运行或管理的策略，提升人机协同的整体效能。五、案例分析题解析思路：①系统构成要素与交互模式：构成要素包括：人类操作员（拥有经验、决策能力）、远程控制中心（HMI、监控设备）、水下机器人（执行机构、传感器）、通信链路、深海环境。交互模式主要是操作员通过HMI向机器人发送指令，监控机器人状态和任务进展，机器人将感知到的环境信息通过通信链路回传给操作员，操作员根据信息进行决策并调整指令，形成闭环的人机协同。可能还涉及多操作员协作或人-机-环境三者间的复杂互动。②风险点：主要风险点包括：通信延迟和中断导致的信息不同步；水下环境的复杂性和不确定性对机器人感知和决策的干扰；操作员在高负荷、长时间作业下的疲劳和认知失误；人机交互界面信息过载或关键信息缺失；机器人故障或行为异常导致的安全事故；协同