湖北2025自考[時空信息工程]時空數(shù)據(jù)挖掘案例題專練一、案例分析題（每題20分，共2題）案例背景：湖北省近年來大力推進智慧城市建設，尤其在交通管理、環(huán)境保護和應急管理領域應用時空數(shù)據(jù)挖掘技術。某市交通管理部門收集了過去一年內全市范圍內車輛行駛軌跡、道路擁堵指數(shù)、交通事故記錄以及實時氣象數(shù)據(jù)，旨在通過時空數(shù)據(jù)挖掘技術優(yōu)化交通信號燈配時、預測擁堵路段及預防交通事故。數(shù)據(jù)涵蓋全市2000余個監(jiān)控點，每5分鐘記錄一次車輛軌跡，同時包含天氣狀況（晴、雨、霧等）、道路類型（主干道、次干道、支路）等信息。第1題（20分）：假設你作為時空數(shù)據(jù)挖掘工程師，需要分析該市某主干道（如“解放大道”）的時空數(shù)據(jù)，以優(yōu)化交通信號燈配時方案。請回答以下問題：（1）設計一個時空數(shù)據(jù)挖掘模型，用于識別該主干道上的擁堵模式（如擁堵起止時間、擁堵長度、擁堵頻率）。說明模型選擇理由及關鍵步驟。（2）結合天氣與道路類型信息，分析不同天氣條件下?lián)矶履Ｊ降牟町?，并提出針對性的信號燈配時調整建議。（3）若需預測未來30分鐘內該路段的擁堵風險，簡述如何利用歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)構建預測模型，并說明模型評估指標。第2題（20分）：某市環(huán)保部門收集了2024年1月至10月的空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)（PM2.5、PM10、SO2、NO2等指標）、工業(yè)排放數(shù)據(jù)（水泥廠、鋼鐵廠等排放量）、氣象數(shù)據(jù)（風速、濕度）及交通流量數(shù)據(jù)，旨在探究時空因素對空氣質量的影響。請回答以下問題：（1）設計一個時空數(shù)據(jù)挖掘方法，分析工業(yè)排放與交通流量對PM2.5濃度時空分布的影響，并識別高污染區(qū)域及高污染時段。（2）結合氣象數(shù)據(jù)，解釋風速與濕度如何影響污染物的擴散，并舉例說明在何種氣象條件下應加強空氣質量預警。（3）若需為該市制定工業(yè)排放管控方案提供數(shù)據(jù)支持，簡述如何利用時空聚類與關聯(lián)規(guī)則挖掘技術，并說明結果如何應用于實際決策。二、簡答題（每題10分，共4題）第1題（10分）：簡述時空數(shù)據(jù)挖掘在湖北省應急管理中的應用場景，并舉例說明如何利用時空聚類技術進行災害預警。第2題（10分）：解釋時空數(shù)據(jù)挖掘中的“時空關聯(lián)規(guī)則”，并舉例說明其在分析湖北省鄉(xiāng)村旅游熱度中的應用。第3題（10分）：描述時空數(shù)據(jù)挖掘中常用的距離度量方法（如歐氏距離、曼哈頓距離），并說明在湖北省交通數(shù)據(jù)分析中如何選擇合適的距離度量。第4題（10分）：簡述時空數(shù)據(jù)挖掘中的“時空異常檢測”方法，并舉例說明其在湖北省疫情傳播監(jiān)測中的應用。三、論述題（20分，共1題）第1題（20分）：結合湖北省地理特征（如山區(qū)、平原分布）與行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀（如農業(yè)、制造業(yè)），論述時空數(shù)據(jù)挖掘技術如何助力湖北省產業(yè)布局優(yōu)化。請從數(shù)據(jù)采集、模型構建、結果分析三個層面展開論述。答案與解析一、案例分析題（每題20分，共2題）第1題答案（20分）：（1）模型設計：采用“時空聚類+趨勢分析”模型。-選擇理由：時空聚類（如DBSCAN）能有效識別擁堵路段的時空聚集性，趨勢分析可揭示擁堵模式的周期性規(guī)律。-關鍵步驟：1.數(shù)據(jù)預處理：清洗異常值，將車輛軌跡數(shù)據(jù)轉換為經緯度+時間格式；2.時空聚類：以5分鐘為時間窗口，對車輛密度進行DBSCAN聚類，識別擁堵區(qū)域；3.趨勢分析：利用滑動窗口統(tǒng)計擁堵起止時間與持續(xù)時間，結合天氣數(shù)據(jù)關聯(lián)分析。（2）信號燈配時調整建議：-晴天：主干道擁堵集中在早晚高峰，可縮短非高峰時段綠燈時間；-雨天：瀝青路濕滑導致剎車距離延長，需減少綠燈時長并增加黃燈時間；-霧天：能見度低時，全路段信號燈改為“綠燈-黃燈-紅燈”循環(huán)，降低車速。（3）預測模型構建：-方法：采用LSTM+時空注意力網絡，輸入歷史軌跡數(shù)據(jù)與實時氣象數(shù)據(jù)；-評估指標：RMSE（均方根誤差）、MAE（平均絕對誤差）。第2題答案（20分）：（1）時空數(shù)據(jù)分析方法：-方法：采用時空格蘭杰因果檢驗與時空自回歸模型（STAR）；-關鍵步驟：1.數(shù)據(jù)預處理：對工業(yè)排放與交通流量數(shù)據(jù)進行時空差分；2.格蘭杰因果檢驗：驗證排放量是否影響PM2.5；3.STAR模型：擬合PM2.5時空分布，識別高污染區(qū)域（如工業(yè)區(qū)周邊）。（2）氣象影響解釋：-風速影響：大風速加速污染物擴散，PM2.5濃度下降；-濕度影響：高濕度導致顆粒物吸水增重沉降，PM2.5濃度上升；-預警案例：濕度＞85%且風速＜1m/s時，PM2.5易超標，需發(fā)布健康防護建議。（3）工業(yè)排放管控方案：-方法：利用時空DBSCAN聚類識別污染熱點，結合關聯(lián)規(guī)則挖掘（如“水泥廠排放→PM2.5超標”）提出管控建議；-應用：對熱點區(qū)域實施錯峰生產，對關聯(lián)性強的企業(yè)聯(lián)合監(jiān)管。二、簡答題（每題10分，共4題）第1題答案（10分）：應用場景：洪澇災害預警。方法：利用高分辨率遙感影像與氣象數(shù)據(jù)，通過時空聚類識別暴雨區(qū)域，結合歷史洪水數(shù)據(jù)預測淹沒范圍。第2題答案（10分）：時空關聯(lián)規(guī)則：例如，“夏季→山區(qū)→民宿入住率上升”。在鄉(xiāng)村旅游分析中，可挖掘季節(jié)性與地域性關聯(lián)，指導資源分配。第3題答案（10分）：-歐氏距離適用于平面道路分析；-曼哈頓距離適用于網格化交通路網；-湖北省山區(qū)路段建議使用曼哈頓距離。第4題答案（10分）：時空異常檢測：例如，通過手機信令數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)某社區(qū)感染人數(shù)激增，結合時空擴散模型預測傳播路徑，為防疫決策提供依據(jù)。三、論述題（20分，共1題）第1題答案（20分）：-數(shù)據(jù)采集：利用北斗定位系統(tǒng)采集工業(yè)物流數(shù)據(jù)，結合遙感影像監(jiān)測農