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第二章空間數(shù)據(jù)獲取第二章空間數(shù)據(jù)獲取GIS的數(shù)據(jù)源GIS數(shù)據(jù)源的分類空間數(shù)據(jù)采集的任務(wù)數(shù)據(jù)源與相應(yīng)設(shè)備幾何數(shù)據(jù)的采集柵格數(shù)據(jù)編碼采集前的準備屬性數(shù)據(jù)采集柵格數(shù)據(jù)的建立基本概念圖形表示矢量數(shù)據(jù)獲取矢量數(shù)據(jù)組織矢量數(shù)據(jù)編碼矢柵結(jié)構(gòu)選擇矢柵結(jié)構(gòu)比較相互轉(zhuǎn)換算法空間數(shù)據(jù)概述數(shù)據(jù)采集方法矢量數(shù)據(jù)獲取柵格數(shù)據(jù)的獲取空間數(shù)據(jù)是GIS的血液,實際上整個GIS都是圍繞空間數(shù)據(jù)的采集、加工、組織、存儲、分析、可視化這幾個方面展開的空間數(shù)據(jù)的獲取手段、生產(chǎn)工藝、數(shù)據(jù)質(zhì)量都會直接影響到GIS的成本、效率和應(yīng)用潛力數(shù)據(jù)采集方法有野外數(shù)據(jù)采集(平板儀、經(jīng)緯儀、全站儀、GPS等)手工數(shù)據(jù)輸入法(各種調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù))地圖數(shù)字化(手扶跟蹤、掃描數(shù)字化等)攝影測量與遙感其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(公共的數(shù)據(jù)接口與轉(zhuǎn)換標準)

空間數(shù)據(jù)概述GIS數(shù)據(jù)采集的方法是根據(jù)已有的數(shù)據(jù)源形式,現(xiàn)有設(shè)備條件、人和財力狀況來選定本講主要介紹空間數(shù)據(jù)源及其獲取方法、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問題汽油數(shù)據(jù)GIS中數(shù)據(jù)費用比例硬件∶軟件∶數(shù)據(jù)=1∶2∶7

空間數(shù)據(jù)概述空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容空間數(shù)據(jù)的基本特征空間數(shù)據(jù)測量的尺度和精度數(shù)據(jù)來源空間數(shù)據(jù)概述GIS數(shù)據(jù)可以概括為四類數(shù)字線劃圖(DLG,DigitalLineGraph)數(shù)字影像數(shù)據(jù)(DOM,DigitalOrthographMap)數(shù)字高程模型(DEM,DigitalElevationModel)地物的屬性數(shù)據(jù)(AttributeData)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容1)數(shù)字線劃圖(DLG)DLG是現(xiàn)有地形圖上基礎(chǔ)地理要素的矢量數(shù)據(jù)集(用點、線、面坐標來描述地理要素的位置和形狀),且保存地理要素間空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息特點:基于實體的數(shù)據(jù)(對實體抽象的數(shù)據(jù),將實體抽象為點線面)拓撲關(guān)系復(fù)雜用抽象圖形(符號、顏色、寬度)表達空間實體的特性空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容2)影像數(shù)據(jù)(ImageData)包括遙感影像和航空影像,彩色圖或者灰度圖均可特點:基于柵格表示的模型直觀而詳細記錄地表自然現(xiàn)象數(shù)據(jù)源豐富生產(chǎn)效率高

空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容3)數(shù)字高程模型(DEM)DEM是在高斯投影平面上規(guī)則格網(wǎng)點或三角網(wǎng)點平面坐標(x,y)及其高程(z)的數(shù)據(jù)集用來表示地表的高程信息空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容4)地物的屬性數(shù)據(jù)對描述空間實體的數(shù)量、質(zhì)量、等級等特征的數(shù)據(jù)包含兩層含義是什么?即它屬于那一類地物實體特征的詳細描述信息,如:公路的描述信息包括公路名稱、等級、寬度、路面材料、車道數(shù)、建設(shè)年代、路面狀況等屬性數(shù)據(jù)往往以表格的形式存在,但可以以可視化方式描述屬性數(shù)據(jù),如道路寬度、顏色可以反映道路的不同等級、餅圖反映不同屬性值之間的比例屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集工作量往往很大,如地籍信息空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容空間數(shù)據(jù)的特征空間特征是GIS所獨有的數(shù)據(jù)類型在地理坐標框架下,刻畫空間對象的位置、形狀和大小等幾何特征表示方法:絕對描述—坐標(直角坐標、經(jīng)緯度)相對描述—空間拓撲關(guān)系(鄰接、連接、方位)專題特征除空間特征、時間特征外的其它特征,如地形坡度、坡向、某地的年降雨量、土壤的酸堿度、土地覆蓋類型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等專題特征用于制作專題圖或?qū)n}信息系統(tǒng)時間特征空間數(shù)據(jù)總是在特定的時間或時間段內(nèi)采集得到或計算得到的當(dāng)數(shù)據(jù)考慮時間特征時就成為時態(tài)數(shù)據(jù),如地籍?dāng)?shù)據(jù)就具有非常明顯的時間特征城鎮(zhèn)規(guī)劃前后的地表信息發(fā)生變化GIS建設(shè)應(yīng)該考慮數(shù)據(jù)更新問題空間數(shù)據(jù)的特征空間對象描述包括兩個方面:定性和定量描述定性描述對空間對象的鑒別、分類和命名主要表現(xiàn)在屬性方面,例如分類代碼(土地利用類型、植被類型等)數(shù)值類型:以一定的數(shù)值作為類型標識,不代表對象量化程度不同應(yīng)用領(lǐng)域的空間對象描述詳細程度不同土地利用類型分類、基礎(chǔ)地理信息代碼的詳細程度隨空間數(shù)據(jù)庫比例尺的不同而異空間數(shù)據(jù)測量的尺度和精度定量描述包括空間對象的圖形、屬性兩個方面圖形:指空間坐標測量的尺度取決于采樣點的取舍和測量坐標的精度比例尺決定空間數(shù)據(jù)的密度、坐標精度或影像數(shù)據(jù)的分辨率,例如公路在大比例尺中看成是面狀地物、坐標精確到厘米在小比例中視為線,坐標精確到分米或米屬性:指屬性項的量化值,如土壤的酸堿度、某職工的工資,統(tǒng)計調(diào)查數(shù)據(jù)空間對象測量尺度和精度的原則計算機輸出的地圖滿足同等比例尺地圖的精度要求空間數(shù)據(jù)測量的尺度和精度數(shù)據(jù)來源1)GIS數(shù)據(jù)來源

(1)基礎(chǔ)制圖數(shù)據(jù):包括地形數(shù)據(jù)和人文景觀數(shù)據(jù)(2)自然資源數(shù)據(jù):描述自然資源性質(zhì)、分布的數(shù)據(jù)(3)調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù):統(tǒng)計部門經(jīng)過調(diào)查分析所得到的各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)(4)數(shù)字高程數(shù)據(jù):關(guān)于地表位置布局的高程測量數(shù)據(jù)(5)法律文檔數(shù)據(jù)(6)已有系統(tǒng)數(shù)據(jù)GIS空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)地圖存儲介質(zhì)、現(xiàn)勢性、投影轉(zhuǎn)換多媒體輔助GIS空間分析和查詢遙感、航空影象和數(shù)據(jù)分辨率、變形規(guī)律、糾正、解譯特征地面測量其它系統(tǒng)的數(shù)字形式數(shù)據(jù)調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)與法律文檔數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)加工后的數(shù)據(jù)非電子數(shù)據(jù)電子數(shù)據(jù)全站儀、GPS數(shù)據(jù)地球物理、地球化學(xué)遙感數(shù)據(jù)地圖專題地圖統(tǒng)計圖表平板測量、工程測量數(shù)據(jù)航空、遙感像片人口普查社會經(jīng)濟調(diào)查各種統(tǒng)計資料已建各種數(shù)據(jù)庫GIS數(shù)據(jù)2)GIS數(shù)據(jù)來源分類

數(shù)據(jù)來源地圖地面測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料航空、遙感數(shù)字數(shù)據(jù)多媒體數(shù)字化儀掃描儀攝影測量鍵盤空間數(shù)據(jù)庫編輯處理數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)內(nèi)容與相應(yīng)設(shè)備1)平板儀(經(jīng)緯儀)測量

野外數(shù)據(jù)采集如右圖所示,設(shè)在地面上有A、O、B三點,在O點安置一塊圖板,并使其水平,平板上鋪上一張圖紙,在紙上繪出o點,使o點與地面O點處于同一鉛垂線上。設(shè)想通過OA、OB兩方向各作豎直面,該兩豎直面與圖板的交線oa′與ob′的水平角就表示了地面直線OA、OB的水平角。如再測得OA、OB的水平距離,并按測圖的比例尺,分別在oa′、ob′上截取a、b兩點,則圖上a、b、o三點構(gòu)成的圖形與地面A、B、O三點所構(gòu)成的圖形為對應(yīng)各邊相平行的相似圖形。這便是平板儀測圖的原理。2)全站儀測量是電子經(jīng)緯儀和測距儀的集成,得到數(shù)字形式的方位角、距離或三維坐標作業(yè)靈活、精度高作業(yè)形式全站儀+與電子手簿:野外采集數(shù)據(jù)點、繪草圖,室內(nèi)進行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、圖形編輯電子平板:是平板儀的電子形式,野外即測即所得,可以及時了解測繪的正確與否

野外數(shù)據(jù)采集3)GPS測量GPS的基本概念全球定位系統(tǒng)(GPS),有美國海軍于1973年開始實施,并于20世紀90年代開始使用由三部分組成:空間部分、控制部分和用戶部分空間部分:包括衛(wèi)星和在佛羅里達州Canaeral海岬攜載衛(wèi)星升空的德而塔火箭;衛(wèi)星系統(tǒng)24顆衛(wèi)星組成,高度為20183KM,分布在6個軌道面上,軌道面之間的夾角為60度,并且與赤道面的交角為55度,以保證可以覆蓋極地地區(qū)GPS衛(wèi)星群

野外數(shù)據(jù)采集控制部分:包括位于科羅拉多州科羅拉多泉的獵鷹空軍基地的主控制站,和位于獵鷹空軍基地、太平洋上的夏威夷、阿松森島、印度洋上的DiegoGarcia環(huán)礁、以及在南太平洋上的夸賈林環(huán)礁的監(jiān)測站網(wǎng),這些站網(wǎng)的任務(wù)是監(jiān)測GPS衛(wèi)星。控制部分預(yù)報每顆GPS衛(wèi)星軌道和原子鐘的工作狀態(tài),并上行到GPS衛(wèi)星,再傳輸?shù)接脩舻腉PS接收機用戶部分:包括軍事人員和民間用戶接收GPS信號的設(shè)備

GPS的特點具有全天候、高精度和自動測量的特點;可以在全球任何地方和任何天氣條件下,為使用者提供位置、速度、以及時間的準確信息GPS的主要用途包括陸地應(yīng)用:車輛導(dǎo)航、大氣物理觀測、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、市政規(guī)劃控制與地形測繪等海洋應(yīng)用:遠洋船航線設(shè)定與監(jiān)測、船只實時調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海平面升降監(jiān)測等航空航天應(yīng)用:飛機導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護探測等地圖數(shù)字化特點:簡單、效率高,但精度低地圖數(shù)字化掃描矢量化手扶跟蹤數(shù)字化{地圖數(shù)字化確定數(shù)字化路線地圖定向1)手扶蹤數(shù)字化手扶跟蹤數(shù)字化方法使用的儀器是數(shù)字化儀關(guān)鍵是圖板定向:建立圖板上地圖的圖廓點(控制點)坐標(x,y)與相應(yīng)點大地坐標(X,Y)的對應(yīng)關(guān)系數(shù)字化儀的工作方式有:點方式、流方式兩種點方式:按一下鍵,就將十字絲交點的坐標送入計算機;流方式:按特定的時間間隔或距離間隔,連續(xù)向計算機發(fā)送十字絲交點的坐標手扶跟蹤數(shù)字化缺點:幾何精度較低、速度較慢,且勞動強度大、易疲勞

2)掃描數(shù)字化掃描數(shù)字化方法使用的儀器是掃描儀,它的作用是:將紙質(zhì)地圖轉(zhuǎn)換成數(shù)字柵格圖象關(guān)鍵是圖形定向:原理與手扶跟蹤數(shù)字化相同特點是:自動化程度較高、精度受掃描儀分辨率的限制、勞動強度小工作流程:掃描數(shù)字化基本步驟:紙質(zhì)地圖,掃描轉(zhuǎn)化,拼接子圖塊,幾何校正,屏幕跟蹤矢量化,矢量圖合成接邊,矢量圖編輯,存入空間數(shù)據(jù)庫。

屏幕跟蹤矢量化流程:準備掃描圖像柵格圖像配準新建數(shù)字化圖層屏幕跟蹤矢量化地圖選擇投影和單位輸入控制點編輯控制點3)數(shù)字化編輯處理任務(wù):改正數(shù)字化過程中的錯誤或誤差維護采集對象拓撲關(guān)系的一致性(包括邏輯、幾何)進行圖幅接邊數(shù)字化誤差常見誤差類型圖幅接邊誤差由于航空圖像和衛(wèi)星圖像的原始數(shù)據(jù)存在著一定的幾何變形,這種幾何變形是由各種各樣的系統(tǒng)誤差和非系統(tǒng)誤差引起的,諸如相機和傳感器的旋轉(zhuǎn)、地形的起伏、地球的曲率、掃描誤差和量測誤差等。如果在沒有經(jīng)過校正處理的圖像上直接進行量測,所獲取的空間信息是不可靠的,其用途是非常有限的。數(shù)字攝影測量處理是對遙感圖像進行校正的基本方法攝影測量攝影測量1)攝影測量學(xué)(Photogrammetry)

概念:對研究的對象進行攝影,根據(jù)所獲得的構(gòu)像信息,從幾何方面和物理方面加以分析研究,從而對所攝對象的本質(zhì)提供各種資料的一門學(xué)科研究內(nèi)容獲取被研究物體的影像單張或多張像片處理的理論、方法、設(shè)備和技術(shù)如何用圖形、圖像或數(shù)字形式將所測得的成果表示出來任務(wù)測制各種比例尺的地形圖建立地形數(shù)據(jù)庫,為各種GIS提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1)遙感(Remote

Sensing)的定義從廣義上說,泛指一切無接觸的遠距離探測,包括對電磁場、力場、機械波(聲波、地震波)等的探測從狹義上說,遙感是借助對電磁波敏感的儀器

,從遠處(不與探測目標相接觸)記錄目標物對電磁波的輻射、反射、散射等信息,通過分析,揭示出目標物的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)

遙感圖像2)遙感分類根據(jù)運載工具不同,遙感可分為:航天遙感、航空遙感、近地遙感、地面遙感根據(jù)輻射源不同,遙感方式又可分為:主動式和被動式遙感按電磁波的波譜范圍,遙感可分為:紫外遙感、可見光遙感、紅外遙感、微波遙感、多譜段遙感按應(yīng)用領(lǐng)域或?qū)n},遙感還可分為:環(huán)境遙感、大氣遙感、資源遙感、海洋遙感、地質(zhì)遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感等航空、航天遙感示意圖

3)遙感技術(shù)系統(tǒng)由遙感平臺、遙感器、信息傳輸接收裝置以及數(shù)字或圖像處理設(shè)備等及其技術(shù)組成4)遙感技術(shù)優(yōu)勢①視域廣闊,監(jiān)測范圍最大可覆蓋整個地球②可瞬時成像、實時傳輸、快速處理,有助于迅速獲取信息和實施動態(tài)監(jiān)測③遙感影像形象逼真,信息豐富,可進行定性、定量分析和量測④可利用不同目標物對不同波段電磁波的穿透或反射特性來認識目標物⑤加寬了人眼所能觀測的光譜范圍,從可見光到紫外和紅外波段多光譜衛(wèi)星傳感器獲得的全球天然彩色圖像5)遙感數(shù)據(jù)類型(主要)目前,已有美國、法國、日本、硬度等國發(fā)射了陸地衛(wèi)星,我過已發(fā)射了國土資源普查衛(wèi)星、與巴西合作美國陸地衛(wèi)星(Landsat),1972.7.23、1975.1.22、1978.3.5簡稱Landsat-1、2、3號MSS多光譜掃描儀分辨率79*79、周期18天Landsat-4(1982)、5(1984),專題制圖儀(TM)、分辨率30*30、周期16天美國諾阿氣象衛(wèi)星的甚高分辨率輻射儀法國SPORT衛(wèi)星數(shù)據(jù),SPORT-1(1986)、SPORT-2(1990)SPORT-3(1993)、SPORT-4(1998),高分辨率可見光傳感器(HRV),分辨率10*10(全色)、20*20(分色綠、紅、紅外)、周期26天,同一地區(qū)的成像周期為(3.7-2.4天),SPORT-5(分辨率為5M、10M)日本地球資源衛(wèi)星(JERS),JERS-1(1992),合成孔徑雷達(SAR)、分辨率18M印度遙感衛(wèi)星(IRS),IRS-1A(1988),IRS(1991),周期22天歐洲遙感衛(wèi)星(ERS)數(shù)據(jù),

ERS-1(1991),7種傳感器,其中合成孔徑雷達用于土地利用/土地覆蓋調(diào)查,ERS-2(1995)美國商用通訊衛(wèi)星QUICKBIRD(快鳥)(2001.10),分辨率達0.61M衛(wèi)星傳感器空間分辨率重訪周期主要用處美國陸地衛(wèi)星LandsatTM30m熱紅外120m16天水深、水色、葉綠素、植物長勢、土壤和植物水分、云及地表溫度、巖石類型美國氣象衛(wèi)星NOVAA-AVHRR1.1km0.5天植物、云、冰雪、大氣及地表溫度法國SPOT衛(wèi)星SPOT-HRV可見光10m紅外20m26局部2-3天水色、植被狀況、植物長勢、制圖美國QiuckBird全色1-0.61m多光譜4-2.5m94.4分制圖、農(nóng)業(yè)、城市規(guī)劃、氣象、軍事歐洲遙感衛(wèi)星ERS-SAR25m用于土地利用/土地覆蓋調(diào)查……………………光譜分辨率:是指成像的波段范圍,分得愈細,波段愈多,光譜分辨率愈高空間分辨率:是指圖像像素所代表得相應(yīng)地面范圍的大小,空間分辨率愈高,像素所代表的范圍愈小。輻射分辨率:是指傳感器能分辨的目標反射或輻射的電磁輻射強度的最小變化量。時間分辨率:是指同一地點進行遙感采樣的時間間隔,即采樣的時間頻率,也稱重訪周期。北京故宮_SPOT_2.5m北京故宮_QuickBird_0.6mLasVegas,1992LasVegas,1972LasVegas,1986衛(wèi)星—航天遙感航空遙感地面遙感探測器——航宇遙感屬性數(shù)據(jù)也稱為統(tǒng)計數(shù)據(jù)或?qū)n}數(shù)據(jù),是對目標空間特征以外的目標特性的描述,包括:目標類型:地物類型定義目標具體說明與描述:宗地信息屬性數(shù)據(jù)獲取方式:資料的調(diào)查與收集整理,數(shù)據(jù)分為:社會環(huán)境數(shù)據(jù):城市人口、交通自然資源數(shù)據(jù):地形、水系、基礎(chǔ)地質(zhì)資源與能源數(shù)據(jù):土地資源、生物資源、礦產(chǎn)資源屬性類型:字符串、數(shù)字、圖片、錄象、聲音、文本等屬性數(shù)據(jù)一般用鍵盤輸入,輸入方式:即時輸入事后輸入:

一次性輸入屬性表,然后建立圖形與屬性之間的關(guān)系屬性數(shù)據(jù)獲取由于數(shù)據(jù)生產(chǎn)可由專門從事數(shù)據(jù)生產(chǎn)的部門、私營企業(yè)和民間組織來完成,空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換也可作為空間數(shù)據(jù)獲取手段之一空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的內(nèi)容空間定位信息、空間關(guān)系、屬性信息由于各種軟件對空間數(shù)據(jù)組織方法存在差異,所以轉(zhuǎn)換時會存在信息丟失拓撲關(guān)系信息:是否支持拓撲關(guān)系屬性信息:一般都能轉(zhuǎn)換投影信息:類型是否支持或自定義類型第三節(jié)空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法數(shù)據(jù)交換文件GISAGISAGISBGISB內(nèi)部文件外部文件外部文件內(nèi)部文件

GISAGISB數(shù)據(jù)交換標準同構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫OpenGIS(API函數(shù))第四節(jié)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量1)數(shù)據(jù)質(zhì)量概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量是指地理數(shù)據(jù)正確反映現(xiàn)實世界空間對象的精度、一致性、完整性、現(xiàn)勢性以及適應(yīng)性的能力數(shù)據(jù)質(zhì)量信息數(shù)據(jù)采集日期(現(xiàn)勢性)位置精度(幾何精度)分類精度(屬性精度)完整性(是否缺少數(shù)據(jù)?)數(shù)據(jù)采集與編碼方法(直接影響數(shù)據(jù)質(zhì)量)2)數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本特征準確度:測量值與其實際真值的接近程度精度:對象表達的詳細程度,包括定位精度、屬性精度、空間分辨力AB(1)AB(2)BA(3)A的準確度低于B,但A的精度高于B(1)、(2)中A、B準確度一致,但A的精度高于B2)數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本特征(續(xù))不確定性:當(dāng)某種現(xiàn)象不能精確測定時,其值無法知道,其誤差也就無法確定,這時就用不確定性代替誤差,一般采取對同一現(xiàn)象進行多次觀測并求標準差來表示相容性:兩個來源數(shù)據(jù)在同一應(yīng)用中的難易程度土地利用圖拼接時,邊緣處地物類型和幾何位置應(yīng)該相容不同比例尺可造成數(shù)據(jù)的不相容,如一種圖上有,而另一種圖上被忽略一致性:同一現(xiàn)象或同類現(xiàn)象表達的一致程度,包括位置不一致:河流,行政邊界在不同的圖上形狀不同邏輯不一致:道路不能穿越房子、等高線不能交叉2)數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本特征(續(xù))完整性:指數(shù)據(jù)的完整性,包括分層的完整性、分類的完整性、內(nèi)容完整性(不缺少數(shù)據(jù))可得性:獲得或使用數(shù)據(jù)的容易程度現(xiàn)勢性:數(shù)據(jù)反映客觀現(xiàn)象目前狀況的程度,對許多類型的地理信息來說,時間是一個嚴格的因素,如人口統(tǒng)計信息、土地利用類型信息適用性:數(shù)據(jù)質(zhì)量的適用性主要取決于所使用數(shù)據(jù)的內(nèi)容與質(zhì)量、用戶的財力、獲得數(shù)據(jù)的易容程序等上述這些數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本特征決定了數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞。3)數(shù)據(jù)誤差或不確定性來源數(shù)據(jù)的誤差大小即數(shù)據(jù)的不準確程度是一個

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