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2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——地球同步衛(wèi)星觀測(cè)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用考試時(shí)間:______分鐘總分:______分姓名:______一、名詞解釋?zhuān)款}4分,共20分)1.地球同步衛(wèi)星(GSS)2.熱紅外異常3.電磁輻射4.地表形變監(jiān)測(cè)5.地質(zhì)災(zāi)害前兆二、簡(jiǎn)答題(每題6分,共30分)1.簡(jiǎn)述地球同步衛(wèi)星相比其他類(lèi)型衛(wèi)星在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的主要優(yōu)勢(shì)。2.闡述利用衛(wèi)星熱紅外數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害前兆現(xiàn)象的原理。3.簡(jiǎn)要說(shuō)明微波衛(wèi)星遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)(如洪水、冰川)中的應(yīng)用方式。4.列舉至少三種利用衛(wèi)星多光譜/高光譜數(shù)據(jù)識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的物理依據(jù)。5.描述InSAR技術(shù)在監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害體(如滑坡、塌陷)表面形變中的基本工作流程。三、論述題(每題10分,共40分)1.結(jié)合地球物理學(xué)原理,論述地表溫度異常與地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)之間的關(guān)系,并說(shuō)明其在災(zāi)害預(yù)警中的應(yīng)用潛力。2.分析利用地球同步衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要步驟和方法。3.討論當(dāng)前地球同步衛(wèi)星觀測(cè)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中面臨的主要挑戰(zhàn)(如空間分辨率、時(shí)間分辨率、云覆蓋等)及其可能的應(yīng)對(duì)策略。4.試述地球同步衛(wèi)星觀測(cè)與其他地球物理方法(如地震勘探、重力測(cè)量、大地測(cè)量學(xué))在地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)中的協(xié)同作用。四、設(shè)計(jì)題(20分)設(shè)計(jì)一個(gè)利用地球同步衛(wèi)星光學(xué)和熱紅外數(shù)據(jù),結(jié)合氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行山洪災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警的初步方案。請(qǐng)說(shuō)明需要利用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)類(lèi)型、關(guān)鍵監(jiān)測(cè)指標(biāo)、數(shù)據(jù)處理步驟、預(yù)警閾值設(shè)定依據(jù)以及該方案的優(yōu)缺點(diǎn)。試卷答案一、名詞解釋1.地球同步衛(wèi)星(GSS):運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同的衛(wèi)星,其軌道平面位于地球赤道平面,運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致,從地面觀察,衛(wèi)星seeming靜止在赤道上空某一點(diǎn)。主要用于通信、氣象觀測(cè)等,其持續(xù)覆蓋特定區(qū)域的特點(diǎn)使其在災(zāi)害監(jiān)測(cè)中具有優(yōu)勢(shì)。**解析思路:*定義GSS的核心特征:軌道周期、軌道平面(赤道)、運(yùn)行方向、地面視角(靜止)。點(diǎn)明其普遍用途及與災(zāi)害監(jiān)測(cè)相關(guān)的“持續(xù)覆蓋”特性。2.熱紅外異常:指地質(zhì)災(zāi)害體(如滑坡體、潛在的泥石流區(qū)域)或其前兆現(xiàn)象(如活動(dòng)斷裂附近地溫場(chǎng)變化、地下水活動(dòng)變化)導(dǎo)致地表紅外輻射特性(主要表現(xiàn)為地表溫度)與周?chē)^(qū)域相比出現(xiàn)顯著差異的現(xiàn)象。利用衛(wèi)星熱紅外傳感器可探測(cè)這些異常。**解析思路:*解釋“熱紅外”指地表輻射的熱量,“異?!笔桥c其他區(qū)域的區(qū)別,“地質(zhì)災(zāi)害體或前兆現(xiàn)象”是導(dǎo)致異常的原因,“衛(wèi)星熱紅外傳感器”是探測(cè)手段。3.電磁輻射:物體因其內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)或其他原因(如電子躍遷)而向外發(fā)射的電磁波能量。地表物體溫度與其發(fā)射的電磁波波長(zhǎng)和強(qiáng)度相關(guān),這是衛(wèi)星遙感(包括熱紅外和微波)的基礎(chǔ)物理原理。**解析思路:*給出電磁輻射的基本定義,強(qiáng)調(diào)其與物體溫度的關(guān)系,點(diǎn)明這是遙感技術(shù)(包括題目涉及的衛(wèi)星觀測(cè))利用的物理基礎(chǔ)。4.地表形變監(jiān)測(cè):利用各種測(cè)量技術(shù)手段,獲取地球表面(特別是地表)在時(shí)間上的幾何形狀和位置變化信息的過(guò)程。地質(zhì)災(zāi)害(如滑坡、地面沉降、火山脹落)常伴隨著地表形變,衛(wèi)星遙感技術(shù)(如InSAR、雷達(dá)測(cè)高)是重要的形變監(jiān)測(cè)手段。**解析思路:*定義“地表形變監(jiān)測(cè)”,說(shuō)明其目的(獲取位置變化信息),關(guān)聯(lián)地質(zhì)災(zāi)害(常伴隨形變),點(diǎn)出衛(wèi)星技術(shù)的作用。5.地質(zhì)災(zāi)害前兆:指在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之前,由于地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)、應(yīng)力狀態(tài)變化、地下水環(huán)境改變等原因,在地表或地下介質(zhì)中出現(xiàn)的物理、化學(xué)、水文、地質(zhì)力學(xué)等異常現(xiàn)象。這些前兆現(xiàn)象可以通過(guò)遙感等手段進(jìn)行監(jiān)測(cè)。**解析思路:*定義“前兆”,說(shuō)明其產(chǎn)生原因(內(nèi)在機(jī)理),列舉異常現(xiàn)象類(lèi)型(物理、化學(xué)等),點(diǎn)出監(jiān)測(cè)手段(如遙感)。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述地球同步衛(wèi)星相比其他類(lèi)型衛(wèi)星在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的主要優(yōu)勢(shì)。*答:主要優(yōu)勢(shì)在于其相對(duì)于目標(biāo)區(qū)域“靜止”的觀測(cè)視角,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)該區(qū)域近乎連續(xù)的監(jiān)測(cè),有利于捕捉災(zāi)害前兆的動(dòng)態(tài)變化和快速響應(yīng)災(zāi)情;覆蓋范圍廣,可同時(shí)監(jiān)測(cè)大片區(qū)域;數(shù)據(jù)獲取相對(duì)穩(wěn)定,受發(fā)射窗口限制較小。**解析思路:*從“靜止”視角帶來(lái)的連續(xù)性監(jiān)測(cè)、快速響應(yīng)能力入手;從覆蓋范圍和獲取穩(wěn)定性角度對(duì)比。核心是突出GSS的“持續(xù)性”和“覆蓋性”優(yōu)勢(shì)。2.闡述利用衛(wèi)星熱紅外數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害前兆現(xiàn)象的原理。*答:原理基于地表物體溫度與其發(fā)射的電磁波(紅外線)強(qiáng)度和波長(zhǎng)有關(guān)。地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)(如滑坡體內(nèi)部應(yīng)力變化、地下水活動(dòng)增強(qiáng)、植被破壞)會(huì)引起地表溫度異常升高或降低。地球同步衛(wèi)星攜帶的熱紅外傳感器可探測(cè)到這些微小的溫度變化,從而識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域或監(jiān)測(cè)災(zāi)害活動(dòng)狀態(tài)。**解析思路:*鏈接物理原理(溫度-紅外輻射);具體說(shuō)明地質(zhì)災(zāi)害如何改變地表溫度(內(nèi)部應(yīng)力、水、植被);說(shuō)明衛(wèi)星傳感器的作用(探測(cè)溫度變化)。3.簡(jiǎn)要說(shuō)明微波衛(wèi)星遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)(如洪水、冰川)中的應(yīng)用方式。*答:微波衛(wèi)星(如雷達(dá))能穿透云霧全天候工作。在洪水監(jiān)測(cè)中,可利用雷達(dá)高度計(jì)測(cè)量水汽位高度或合成孔徑雷達(dá)(SAR)獲取洪水淹沒(méi)范圍影像。在冰川監(jiān)測(cè)中,可利用SAR影像監(jiān)測(cè)冰川表面形變、冰川運(yùn)動(dòng)速度、雪蓋范圍變化,也可利用微波輻射計(jì)測(cè)量冰川表面溫度評(píng)估消融情況。**解析思路:*點(diǎn)明微波特性(穿透云霧、全天候);分別針對(duì)洪水和冰川列舉具體應(yīng)用:洪水(測(cè)高、成像)、冰川(形變、運(yùn)動(dòng)、雪蓋、溫度)。4.列舉至少三種利用衛(wèi)星多光譜/高光譜數(shù)據(jù)識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的物理依據(jù)。*答:物理依據(jù)包括:①地表物質(zhì)對(duì)不同波段的電磁波反射率差異(區(qū)分巖性、土壤、植被、水體等);②地表覆蓋類(lèi)型與抗蝕性、穩(wěn)定性相關(guān)(如裸露巖石區(qū)易發(fā)生落石,植被破壞區(qū)易發(fā)生滑坡);③地下水出露或植被水分狀況指示巖土體含水率,影響穩(wěn)定性。**解析思路:*圍繞“物理依據(jù)”展開(kāi);從“物質(zhì)-反射率”角度;從“覆蓋類(lèi)型-穩(wěn)定性”角度;從“水分狀況-穩(wěn)定性”角度列舉,確保是物理基礎(chǔ)。5.描述InSAR技術(shù)在監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害體(如滑坡、塌陷)表面形變中的基本工作流程。*答:基本流程為:①獲取至少兩景覆蓋目標(biāo)區(qū)域的同源、同模式、多時(shí)相的合成孔徑雷達(dá)(SAR)影像;②對(duì)兩景影像進(jìn)行配準(zhǔn);③采用差分干涉處理技術(shù)(DInSAR)計(jì)算影像間的相位差;④通過(guò)相位解纏或結(jié)合高程信息(如數(shù)字高程模型)得到地表形變場(chǎng)(位移幅度和方向);⑤分析形變場(chǎng)結(jié)果,識(shí)別異常區(qū)域,評(píng)估形變特征。**解析思路:*按照InSAR技術(shù)操作步驟分解:獲取影像、配準(zhǔn)、差分干涉計(jì)算相位、相位處理得形變、分析結(jié)果。強(qiáng)調(diào)核心是利用多時(shí)相影像的相位信息來(lái)探測(cè)形變。三、論述題1.結(jié)合地球物理學(xué)原理,論述地表溫度異常與地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)之間的關(guān)系,并說(shuō)明其在災(zāi)害預(yù)警中的應(yīng)用潛力。*答:地表溫度異常與地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)密切相關(guān)。從地球物理學(xué)原理看,地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)常涉及地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化、地下水滲流/釋放、巖土體物理化學(xué)性質(zhì)改變等,這些過(guò)程會(huì)顯著影響地表熱平衡。例如,滑坡體內(nèi)部摩擦生熱、地下水活動(dòng)增強(qiáng)導(dǎo)致土壤濕度增加改變熱傳導(dǎo)和蒸發(fā)散熱、植被破壞減少蒸騰冷卻效應(yīng)等,均可導(dǎo)致地表溫度異常。通過(guò)地球同步衛(wèi)星熱紅外遙感,可實(shí)時(shí)、大范圍監(jiān)測(cè)這些溫度異常,識(shí)別應(yīng)力集中區(qū)、地下水活動(dòng)變化區(qū)等潛在不穩(wěn)定因素,為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供重要信息。其潛力在于能夠提供大范圍、近乎實(shí)時(shí)的前兆信息,彌補(bǔ)地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度低的不足,實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警。**解析思路:*先建立“溫度異?!迸c“地質(zhì)災(zāi)害”的關(guān)聯(lián);再?gòu)摹暗厍蛭锢韺W(xué)原理”解釋這種關(guān)聯(lián)的物理機(jī)制(應(yīng)力、水、植被等);最后闡述其在“災(zāi)害預(yù)警”中的價(jià)值(實(shí)時(shí)、大范圍、早期)和優(yōu)勢(shì)(彌補(bǔ)地面監(jiān)測(cè)不足)。2.分析利用地球同步衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要步驟和方法。*答:利用地球同步衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要包括以下步驟和方法:①數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理:獲取目標(biāo)區(qū)域的多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)(如光學(xué)、熱紅外、高光譜、微波),進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正等預(yù)處理;②險(xiǎn)情識(shí)別與參數(shù)提取:利用不同類(lèi)型數(shù)據(jù)提取反映地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、孕災(zāi)環(huán)境(如地形、地質(zhì)構(gòu)造、降雨、植被覆蓋、地下水)和致災(zāi)因子(如溫度異常、含水率變化)的關(guān)鍵參數(shù);③風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建:基于多源數(shù)據(jù)提取的參數(shù),結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),采用適宜的模型(如信息量模型、邏輯回歸模型、機(jī)器學(xué)習(xí)模型)進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、易發(fā)性評(píng)價(jià)和脆弱性評(píng)價(jià);④風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)與制圖:綜合危險(xiǎn)性、脆弱性結(jié)果,評(píng)估不同區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),制作風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖;⑤成果更新與應(yīng)用:根據(jù)新獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新,為災(zāi)害防治決策提供依據(jù)。**解析思路:*按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)流程展開(kāi):數(shù)據(jù)獲取處理->參數(shù)提取->模型構(gòu)建->綜合評(píng)價(jià)制圖->更新應(yīng)用。強(qiáng)調(diào)利用“多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)”和“多參數(shù)”進(jìn)行綜合評(píng)估。3.討論當(dāng)前地球同步衛(wèi)星觀測(cè)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中面臨的主要挑戰(zhàn)(如空間分辨率、時(shí)間分辨率、云覆蓋等)及其可能的應(yīng)對(duì)策略。*答:主要挑戰(zhàn)包括:①空間分辨率限制:目前地球同步衛(wèi)星分辨率相對(duì)較低,難以精細(xì)刻畫(huà)小型或局部地質(zhì)災(zāi)害體;②時(shí)間分辨率限制:雖然GSS持續(xù)觀測(cè),但獲取高時(shí)間頻率(如每天多次)的同一區(qū)域數(shù)據(jù)仍受重訪周期和數(shù)據(jù)處理能力限制;③云覆蓋遮擋:對(duì)于依賴光學(xué)和熱紅外數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè),云雨天氣嚴(yán)重影響觀測(cè)質(zhì)量和覆蓋范圍;④數(shù)據(jù)處理與分析復(fù)雜性:多源、多時(shí)相數(shù)據(jù)的處理、融合與分析需要復(fù)雜的算法和專(zhuān)業(yè)知識(shí),數(shù)據(jù)處理能力成為瓶頸;⑤傳感器類(lèi)型與能力局限:部分GSS傳感器對(duì)特定地質(zhì)災(zāi)害前兆信息的敏感度不足。應(yīng)對(duì)策略可能包括:發(fā)展更高空間分辨率的靜止軌道衛(wèi)星或結(jié)合高空間分辨率動(dòng)軌衛(wèi)星數(shù)據(jù);優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法,提高時(shí)間序列分析能力;發(fā)展針對(duì)云覆蓋的替代監(jiān)測(cè)手段(如利用微波數(shù)據(jù)、雷達(dá)干涉等);加強(qiáng)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建設(shè)和智能化分析技術(shù)(如AI);開(kāi)展跨學(xué)科合作,融合多源信息。**解析思路:*清晰列出主要挑戰(zhàn)(空間、時(shí)間、云、處理、傳感器);針對(duì)每個(gè)挑戰(zhàn)提出可能的應(yīng)對(duì)策略,體現(xiàn)解決方案的思路。4.試述地球同步衛(wèi)星觀測(cè)與其他地球物理方法(如地震勘探、重力測(cè)量、大地測(cè)量學(xué))在地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)中的協(xié)同作用。*答:地球同步衛(wèi)星觀測(cè)與其他地球物理方法在地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)中具有協(xié)同作用,能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、信息融合,提升監(jiān)測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性。地球同步衛(wèi)星提供大范圍、動(dòng)態(tài)、近實(shí)時(shí)的地表信息(如溫度、植被、形變、洪水等),但缺乏深部結(jié)構(gòu)信息。地震勘探能探測(cè)地下結(jié)構(gòu)、斷層活動(dòng)、體波速度變化等深部信息,為理解地質(zhì)災(zāi)害根源提供依據(jù)。重力測(cè)量可探測(cè)地下密度異常(如空腔、含水層、礦體),反映地下介質(zhì)分布和穩(wěn)定性變化。大地測(cè)量學(xué)(如GPS、水準(zhǔn)、InSAR)可精確測(cè)量地表形變和位移。通過(guò)將衛(wèi)星觀測(cè)獲得的地表現(xiàn)象、前兆信息與地震、重力、大地測(cè)量揭示的地下結(jié)構(gòu)、介質(zhì)變化和形變信息相結(jié)合,可以更全面地認(rèn)識(shí)地質(zhì)災(zāi)害孕育、發(fā)生發(fā)展的全過(guò)程,建立從深部到地表的觀測(cè)體系,提高災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的可靠性和有效性。例如,衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)域可用地震或重力方法進(jìn)行深部探查,大地測(cè)量驗(yàn)證形變特征。**解析思路:*強(qiáng)調(diào)“綜合監(jiān)測(cè)”和“協(xié)同作用”;先分別說(shuō)明各方法的優(yōu)勢(shì)和局限性;再重點(diǎn)闡述如何通過(guò)“信息互補(bǔ)”和“融合”實(shí)現(xiàn)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”;給出具體的協(xié)同應(yīng)用示例。四、設(shè)計(jì)題設(shè)計(jì)一個(gè)利用地球同步衛(wèi)星光學(xué)和熱紅外數(shù)據(jù),結(jié)合氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行山洪災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警的初步方案。請(qǐng)說(shuō)明需要利用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)類(lèi)型、關(guān)鍵監(jiān)測(cè)指標(biāo)、數(shù)據(jù)處理步驟、預(yù)警閾值設(shè)定依據(jù)以及該方案的優(yōu)缺點(diǎn)。答:初步方案如下:1.所需衛(wèi)星數(shù)據(jù)類(lèi)型:*地球同步光學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù):獲取目標(biāo)區(qū)域高分辨率(優(yōu)于10米)的可見(jiàn)光和近紅外影像,用于監(jiān)測(cè)降雨分布、地表覆蓋(植被、裸土、道路、建筑物)變化、河流洪水淹沒(méi)范圍。*地球同步熱紅外衛(wèi)星數(shù)據(jù):獲取目標(biāo)區(qū)域的中分辨率(如幾公里級(jí))熱紅外影像,用于監(jiān)測(cè)地表溫度異常,識(shí)別融雪、融冰區(qū)域(春季山洪重要水源),評(píng)估地表濕度和蒸散發(fā)狀況。*地球同步微波衛(wèi)星數(shù)據(jù)(如輻射計(jì)):獲取目標(biāo)區(qū)域微波輻射數(shù)據(jù),用于監(jiān)測(cè)土壤濕度、植被含水量,輔助判斷地表易澇性。*氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù):獲取區(qū)域降雨量、降雨強(qiáng)度、降水預(yù)報(bào)、風(fēng)速風(fēng)向、云量等氣象信息。2.關(guān)鍵監(jiān)測(cè)指標(biāo):*實(shí)時(shí)降雨量/強(qiáng)度:利用光學(xué)衛(wèi)星估算降雨落區(qū),結(jié)合氣象數(shù)據(jù)獲取降雨量級(jí)和時(shí)空分布。*地表溫度異常:利用熱紅外衛(wèi)星識(shí)別融雪/融冰、地表過(guò)濕、城市熱島等異常熱點(diǎn),評(píng)估其對(duì)降雨入滲和產(chǎn)流的影響。*地表覆蓋變化:利用光學(xué)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)流域內(nèi)植被破壞、裸地?cái)U(kuò)展、建筑物侵占等可能增加匯流或改變產(chǎn)流特性的變化。*河流水位/淹沒(méi)范圍:利用光學(xué)衛(wèi)星或雷達(dá)衛(wèi)星(若有)監(jiān)測(cè)河道水位上漲、洪水漫溢范圍。*土壤/植被含水量:利用微波輻射計(jì)數(shù)據(jù)輔助評(píng)估流域下墊面吸水能力。3.數(shù)據(jù)處理步驟:*數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理:定時(shí)獲取上述衛(wèi)星數(shù)據(jù),進(jìn)行輻射校正、大氣校正(光學(xué))、幾何精校正、數(shù)據(jù)融合等。*降雨估測(cè):根據(jù)光學(xué)衛(wèi)星影像(如亮溫、紋理特征)結(jié)合氣象降雨數(shù)據(jù),利用算法估算監(jiān)測(cè)區(qū)域的
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