区块链导论-课后练习题及答案 第01章 工程导论

第1章工程导论练习与习题参考答案1、如何让独居的老人，在身体不适时，快速通知其子女？（“银发守护”工程）1.1需求分析业务需求：建立一套低成本、高可靠性的监护系统，确保独居老人在突发身体不适时能一键求救，并自动通知子女及社区医疗中心，降低意外死亡率。用户需求：老人端：操作极简（无需解锁屏幕、无需拨号），佩戴舒适，具备跌倒自动检测功能。子女端：实时接收报警信息（位置、状态），支持双向语音通话。隐性需求：设备长续航（免频繁充电）、防误触、断网/断电下的备用通信能力。1.2概要设计系统架构：采用“终端感知+云端处理+多端联动”架构。核心模块：穿戴终端：集成心率传感器、加速度计（跌倒检测）、GPS/北斗定位、4G/NB-IoT通信模块、大音量扬声器。云平台：负责数据解析、异常行为算法判断、消息路由分发。用户端：子女手机APP、社区管理后台。1.3详细设计触发机制：主动触发：设备设有一个醒目的红色物理按键，长按3秒直接发送SOS信号。被动触发：加速度计检测到剧烈撞击后静止（疑似跌倒），且心率异常，系统在30秒内通过语音询问老人，无响应则自动报警。通信协议：采用MQTT协议保证低带宽下的高实时性；若主网络中断，自动切换至短信通道。隐私与安全：数据传输采用AES-256加密，位置信息仅对授权子女可见。1.4人员分工项目经理：统筹进度，对接社区与民政部门。硬件工程师：负责传感器选型、电路设计及低功耗优化。软件工程师：开发嵌入式固件、云平台后端及手机APP。算法工程师：训练跌倒检测与生命体征异常识别模型。测试工程师：进行极端环境测试及老年人usability测试。1.5工程进度第1月：需求调研，完成可行性报告与立项。第2-3月：硬件原型制作，核心算法验证。第4-5月：系统联调，小范围试点（选取50户家庭）。第6月：根据反馈优化，正式部署与维护培训。2、在旅行时，当我们的贵重行李在脱离我们掌控时，如何能实现不间断提醒，以免被遗忘或被偷？（“行囊卫士”工程）2.1需求分析业务需求：解决旅行中贵重行李脱离视线后的监控盲区问题，防止遗忘或被盗。用户需求：旅行者：行李超出设定距离（如10米）立即提醒；行李被非法移动时报警；全球范围内可定位。隐性需求：标签小巧隐蔽、电池续航需覆盖长途旅行、抗干扰能力强。2.2概要设计系统架构：基于蓝牙BLE（近距离）+GPS/蜂窝网络（远距离）的双模定位系统。核心模块：智能标签：附着于行李，含BLE芯片、GPS模块、蜂鸣器。宿主设备：用户手机APP。众包网络：利用其他安装了该APP的用户设备辅助定位（类似AirFind机制）。2.3详细设计距离监测：利用RSSI（接收信号强度指示）实时计算标签与手机距离。当信号弱于阈值（对应约10米），手机震动并发声提醒。分离报警：若连接断开超过30秒，标签自动发出高分贝警报声，并向手机推送“行李已丢失”通知及最后已知坐标。全球追踪：若行李被带离手机范围，标签自动切换至GPS模式，通过内置eSIM上传位置至云端，用户可在地图实时查看。2.4人员分工产品经理：定义场景与用户体验流程。嵌入式开发：实现双模切换逻辑与低功耗管理。移动端开发：开发iOS/Android应用及地图交互界面。结构设计师：设计防水、防震且易于隐藏的标签外壳。2.5工程进度第1月：市场调研，确定技术路线（BLE5.0+NB-IoT）。第2月：原型机开发与APPDemo版完成。第3月：实地场景测试（机场、火车站、酒店）。第4月：产品迭代，量产准备与上市推广。3、我国南方高速公路在冬季常常会出现团雾，影响交通安全，如何让高速公路管理部门及时了解高速公路的大雾状况，以便适时关闭和开放高速公路，或通知驾驶员，减少损失？3.1需求分析业务需求：实时掌握南方高速公路冬季团雾分布，实现自动化管控（限速、封路）与信息推送，减少交通事故。用户需求：管理部门：可视化大屏展示全路段能见度，自动生成管控指令。驾驶员：在进入雾区前收到导航语音提示、路侧情报板警示。隐性需求：设备需适应高湿、低温环境，数据传输零延迟。3.2概要设计系统架构：物联网感知层+边缘计算层+交通指挥云平台。核心模块：感知节点：每隔500米部署激光能见度检测仪、气象站、高清摄像头。边缘网关：本地数据预处理，快速判断是否触发阈值。发布系统：可变情报板（VMS）、路侧广播、导航APP接口。3.3详细设计监测逻辑：当能见度低于200米时，系统自动标记为“团雾区域”。联动控制：一级响应（能见度<500m）：情报板显示“前方有雾，减速慢行”，限速80。二级响应（能见度<200m）：开启雾灯带，限速40，禁止超车。三级响应（能见度<50m）：自动关闭入口匝道，情报板显示“道路封闭”，并通过北斗短报文向附近车辆发送强制避让信息。数据融合：结合视频监控AI分析，二次确认团雾真实性，避免误报。3.4人员分工土木/交通工程师：规划设备安装点位，评估对交通流影响。物联网工程师：负责传感器组网与数据传输稳定性。AI算法工程师：开发图像识别雾浓度算法。系统集成师：对接交警指挥系统与导航服务商。3.5工程进度第1-2月：路段勘察，选址与可行性分析。第3-5月：硬件安装与网络铺设。第6月：系统联调与模拟演练。第7月：试运行，冬季正式投入使用。4、在老旧小区，由于建设年代较早，规划时未充分考虑汽车保有量的增长，导致停车位严重不足。居民停车困难，常常出现车辆乱停乱放，堵塞消防通道等问题。请思考如何增加停车位数量，改善停车秩序。4.1需求分析业务需求：在不增加占地面积的前提下，通过空间换时间/空间，大幅增加停车位，规范停车秩序，打通消防通道。用户需求：居民：停车便捷，费用合理，不影响采光与噪音。物业/消防：车辆停放有序，消防通道全天候畅通。隐性需求：施工周期短，对居民生活干扰小，结构安全。4.2概要设计技术方案：采用“简易升降类”或“垂直循环类”机械式立体停车设备。利用小区边角地、废弃绿地或现有平面车位上方空间。管理系统：智能车牌识别+APP预约+自动计费。4.3详细设计结构设计：选用钢结构装配式建筑，基础浅埋，减少土建工程量。顶部加装太阳能板供电。存取车流程：用户APP预约->到达车位->刷卡/扫码->载车板自动升降/旋转->车辆存入。安全机制：配备光电检测、急停按钮、防坠落装置，确保人车安全。消防协同：系统设计预留消防通道宽度，且设备具备“紧急疏散模式”，可在火灾时快速移开车辆。4.4人员分工结构工程师：负责地质勘测与车库结构安全性计算。机械工程师：设计升降传动机构。电气工程师：设计控制系统与安全电路。社区协调员：负责居民意见征集、公示与矛盾调解（关键角色）。4.5工程进度第1月：民意调查，方案公示，取得三分之二业主同意。第2月：施工图设计与审批。第3-4月：工厂预制构件，现场基础施工（错峰作业）。第5月：设备安装调试，验收交付。5、每到雨季，许多城市都会出现严重的内涝现象。大量雨水迅速积聚，导致道路积水、交通瘫痪，甚至对居民的生命财产安全造成威胁。现有排水系统难以应对短时强降雨，请思考如何设计一套全新的城市排水与雨水管理方案，有效解决城市内涝问题。5.1需求分析业务需求：解决城市内涝，提升排水系统应对短时强降雨的能力，实现雨水资源化利用。用户需求：市民：道路不积水，出行安全，生活环境改善。市政部门：实时监控管网状态，科学调度排涝泵站。隐性需求：系统具备自清洁能力，防止堵塞，生态友好。5.2概要设计核心理念：“渗、滞、蓄、净、用、排”六字方针（海绵城市）。系统组成：源头减排设施（透水铺装、绿色屋顶）+过程控制设施（雨水花园、调蓄池）+末端治理设施（智能泵站、深层隧道）。5.3详细设计智能监测网：在关键管网节点部署液位计、流量计、水质传感器。决策支持系统：结合气象预报，提前预排调蓄池水位。暴雨期间，根据各片区积水情况，动态调整泵站启停与阀门开度，实现流域级联合调度。基础设施改造：将传统水泥路面改为透水混凝土；建设地下深层雨水调蓄隧道，高峰期蓄水，低谷期排放或用于绿化灌溉。5.4人员分工水利/给排水工程师：水文计算与管网水力模型构建。城市规划师：统筹土地利用与绿色基础设施布局。软件工程师：开发SCADA系统与数字孪生仿真平台。环境工程师：评估雨水净化与生态影响。5.5工程进度第1-3月：城市内涝风险普查，总体方案设计。第4-12月：分期实施，优先改造重涝点（透水路面、调蓄池）。第13-15月：智能监控系统全线联网与调试。第16月：汛期实战检验与优化。6、随着电商行业的飞速发展，快递包裹数量激增，产生了大量的快递包装垃圾。这些包装大多为一次性使用，材质复杂，回收难度大，对环境造成了沉重负担。请思考如何设计一种创新的快递包装解决方案，既能满足快递运输需求，又能显著减少包装垃圾的产生，实现环保与经济的平衡。6.1需求分析业务需求：减少一次性包装垃圾，降低物流长期成本，满足环保法规要求。用户需求：消费者：拆包方便，归还便捷（无需额外跑腿），隐私保护。电商/物流：包装耐用、成本低、流转效率高。隐性需求：包装标准化，适应自动化分拣线。6.2概要设计产品形态：可折叠、模块化、带智能锁扣的PP（聚丙烯）材质共享周转箱。运营模式：租赁代替购买，建立逆向物流回收体系。6.3详细设计结构设计：箱体采用蜂窝状结构增强抗压性，无胶带设计，使用卡扣或磁吸锁闭。折叠后体积缩小70%以节省回收运输成本。智能追踪：每个箱子植入RFID芯片或二维码，全生命周期追踪。回收流程：用户签收后，一键预约快递员上门取回空箱（随下一单带走）或投入社区智能回收柜。回收箱返回分拣中心，经清洗消毒后再次投放。激励机制：用户归还箱子获得积分或优惠券。6.4人员分工材料工程师：研发高强度、耐老化、可回收的新型材料。工业设计师：优化折叠结构与人体工学。运营经理：设计逆向物流网络与清洗消毒标准。软件开发：开发包装资产管理与用户激励系统。6.5工程进度第1-2月：材料测试与原型箱设计。第3月：与头部电商平台合作，在小范围（如某大学城）试点。第4-5月：建立清洗中心与回收网点，优化运营SOP。第6月起：逐步扩大覆盖城市与品类。7、随着城市化进程的加速，机动车保有量急剧上升，城市停车难问题日益凸显，成为制约城市交通发展和居民生活质量提升的一大瓶颈。尤其在商业区、办公区及居住密集区域，停车位供不应求的现象尤为严重，不仅加剧了交通拥堵，还导致了环境污染和能源浪费。然而由于大量私家车在上班时段都外出，单位车位在下班时都空出，导致大量停车位在特定时段（如工作时间或夜间）处于闲置状态，请设计一种解决方案，合理利用这些闲置的车位解决城市停车难的问题。（错时停车）平台7.1需求分析业务需求：盘活闲置车位资源（办公区夜间、居住区白天），缓解停车难，减少因寻找车位产生的无效交通流。用户需求：车主：能找到附近便宜且安全的空闲车位，进出流畅。车位主（单位/小区）：闲置时段变现，管理有序，不影响自身使用。隐性需求：信用保障，保险理赔机制，无感支付。7.2概要设计平台架构：基于LBS的共享停车云平台，连接各类停车场道闸系统。核心功能：车位发布、在线预订、智能导航、无感支付、信用评价。7.3详细设计潮汐匹配算法：分析历史数据，精准预测各区域车位闲置时段，动态定价（闲时低价）。接入方案：新建/改造停车场：直接API对接道闸系统。老旧停车场：加装智能相机或地磁感应，配合手持PDA管理。安全与保险：引入保险公司，为共享期间的车辆剐蹭、财物丢失提供专项保险；建立黑白名单制度。权限控制：设置电子围栏，非授权时段外来车辆无法进入或自动计费高昂占位费。7.4人员分工系统架构师：设计高并发交易系统。商务拓展（BD）：谈判写字楼、小区物业入驻平台。法务专员：起草共享停车协议，规避法律风险。运维团队：处理设备故障与用户投诉。7.5工程进度第1月：平台开发，首批试点区域（如CBD与周边老小区）签约。第2月：硬件改造（道闸升级），系统联调。第3月：上线运营，开展推广活动。第4-6月：根据数据优化算法，扩展至全城。8、随着经济的发展，社会临时用工需求大，但由于用工关系不明确，临时工与雇主之间常因工资支付、工时、工作条件等问题产生纠纷，如何面对临时用工需求不稳定；劳动合同不规范，劳务纠纷频发的现状，提出一个科学的工程解决方案。8.1需求分析业务需求：规范临时用工市场，明确劳资关系，保障工资支付，减少纠纷，提升匹配效率。用户需求：临时工：工作真实可靠，工资按时到账，权益有保障。雇主：快速找到合适人手，用工记录可查，规避法律风险。隐性需求：电子合同法律效力，资金监管，信用评价体系。8.2概要设计平台性质：基于区块链技术的灵活用工SaaS平台。核心机制：电子签约+资金存管+完工确认+自动分账。8.3详细设计实名认证与资质审核：对接公安与工商数据库，确保双方身份真实。智能合约电子合同：工种、工时、单价、结算方式上链存证，不可篡改。一旦完工确认（GPS打卡+照片/视频验收），智能合约自动触发