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大地测量论文

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大地测量论文

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测绘学研究测定和推算地面几何位置、地球形状及地球重力场,据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布,编制各种比例尺的地图的理论和技术的学科。测绘学的发展在世界上古史时代,就有利用测绘学智丽尼罗河泛滥后农田边界整理的传说。公元前7世纪,管仲在其所著《管子》一书中已收集了早期的地图27幅。公元前5世界至3世纪,我国已有利用磁石制成最早的指南工具“司南”的记载。公元前130年,西汉初期便有了《地形图》和《驻军图》,为目前所发现我国最早的地图。学科分支摄影测量学 普通测量学 大地测量学 工程测量学 地物波谱学 遥感技术 海洋测绘 地图学 研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场,据此测量地球表面自然形状和人工设施的几何分布,并结合某些社会信息和自然信息的地理分布,编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术学科。又称测量学。它包括测量和制图两项主要内容。测绘学在经济建设和国防建设中有广泛的应用。在城乡建设规划、国土资 源利用、环境保护等工作中,必须进行土地测量和测绘各种地图,供规划和管理使用。在地质勘探、矿产开发、水利、交通等建设中,必须进行控制测量、矿山测量、路线测量和绘制地形图,供地质普查和各种建筑物设计施工用。在军事上需要军用地图,供行军、作战用,还要有精确的地心坐标和地球重力场数据,以确保远程武器精确命中目标。发展简史 测绘学有着悠久的历史。古代的测绘技术起源于水利和农业。古埃及尼罗河每年洪水泛滥后,需要重新划定土地界线,开始有测量工作。公元前21世纪,中国夏禹治水就使用简单测量工具测量距离和高低。公元前3世纪,亚历山大的埃拉托斯特尼采用在两地观测日影的办法,首次推算出地球子午圈的周长,也是测量地球大小的弧度测量方法的初始形式。724年中国唐代的南宫说等人在张遂(一行)的指导下,在今河南滑县至上蔡实测了约300千米的子午弧长。并在滑县、开封、扶沟、上蔡测量同一时刻的日影长度,推算纬度1°的子午弧长,这是世界上第一次弧度实测。1617年荷兰的W斯涅耳首创三角测量法进行弧度测量,克服了在地面上直接量测弧长的困难。1687年英国I牛顿根据力学理论,提出地球是两极略扁的椭球体。1690年荷兰C惠更斯也提出地球是两极略扁的扁球体。后为法国在南美洲和北欧进行的弧度测量所证明。结束了历时半个世纪的有关地球形状的争论。1743年法国AC克莱罗发表《地球形状理论》,奠定了用物理方法研究地球形状的理论基础。1849年英国Sir GG斯托克斯提出利用地面重力的测量结果研究大地水准面形状的理论。1945年苏联MS英洛坚斯基创立了研究地球自然表面形状的理论,并提出“似大地水准面”的概念。测绘学是技术性学科,它的形成和发展在很大程度上依赖测量方法和仪器工具的创造和改革。17世纪以前,人们使用简单的工具,如绳尺、木杆尺等进行测量,以量测距离为主。17世纪初发明了望远镜。1617年创立的三角测量法,开始了角度测量。1730年英国的西森制成第一架经纬仪,促进了三角测量的发展。1794年德国的CF高斯发明了最小二乘法,直到1809年才发表。1806年法国的A-M勒让德也提出了同样的观测数据处理方法。1859年法国的A洛斯达首创摄影测量方法。20世纪初,由于航空技术发展,出现了自动连续航空摄影机,可以将航摄像片在立体测图仪上加工成地形图,促进了航空摄影测量的发展。20世纪50年代起,测绘技术朝着电子化和自动化发展。1948年起各种电磁波测距仪出现,克服了量距的困难,使导线测量得到重视和应用 。大约与此同时,电子计算机问世,加快了测量计算速度,改变了测绘仪器和方法,出现了解析测图仪,促进了解析测图技术的发展。1957年第一颗人造地球卫星发射成功后,在测绘学中开辟了卫星大地测量和航天摄影测量新领域。随后发展起来的甚长干涉测量技术、惯性测量技术,使测绘学增添了新的测量手段。学科分支测绘学主要研究对象是地球及其表面形态。在发展过程中形成大地测量学、普通测量学、摄影测量学、工程测量学、海洋测绘和地图制图学等分支学科。大地测量学 研究和测定地球的形状、大小和地球重力场,以及地面点的几何位置的理论和方法。普通测量学 研究地球表面局部区域内控制测量和地形图测绘的理论和方法。局部区域是指在该区域内进行测绘时,可以不顾及地球曲率,把它当作平面处理,而不影响测图精度。摄影测量学 研究利用摄影机或其他传感器采集被测物体的图像信息,经过加工处理和分析,以确定被测物体的形状、大小和位置,并判断其性质的理论和方法。测绘大面积的地表形态,主要用航空摄影测量。工程测量学 研究工程建设中设计、施工和管理各阶段测量工作的理论、技术和方法。为工程建设提供精确的测量数据和大比例尺地图,保障工程选址合理,按设计施工和进行有效管理。海洋测绘 研究对海洋水体和海底进行测量与制图的理论和技术。为舰船航行安全、海洋工程建设提供保障。地图制图学 研究地图及其编制的理论和方法。地图绘制 地图出现于上古时代,那时人类从事生产和军事活动产生了对地图的需要。考古工作者曾挖到公元前25世纪至前3世纪画在或刻在陶片、 铜板或其他材料上的地图。据文字记载,中国春秋战国时期地图已用于地政、军事和墓葬等方面。公元前3世纪亚历山大学者埃拉托斯特尼最先在地图上绘制经纬线。168 年,中国西汉绘制在帛上的地图(1973年湖南省长沙马王堆汉墓出土),已注意到比例尺和方位。150年古希腊的C托勒密所著《地理学指南》一书 ,提出了地图投影法。265年,中国西晋的裴秀总结出制图六体的制图原则,从此地图制图有了标准,奠定了中国古代制图的理论基础。17世纪起,西方一些国家用三角测量法进行大地测量,根据实地测量结果绘制国家规模的地形图,这些地形图有准确的方位、比例尺和较高的精度。中国清康熙四十七年至五十七年(1708~1718)完成的《皇舆全图》,是中国历史上首次以实地测量结果绘制的地形图。20世纪初兴起的航空摄影测量方法,加上照相平板彩色胶印技术的应用,促进了地图制图的发展。20世纪60年代以后,地图制图正向计算机辅助制图方向发展。

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地形测量论文

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土方计算方法在实际的土方开挖过程中,常常需要根据土方的量来选择适合的开挖工具,所以土方量的初步估计显重要。下面就土方的测量和计算做简单的介绍。一、凸凹土方的计算对于土方凸凹的,我们不可能用微积分来计算,但是我们可以采用微积分的一些思想方法来计算,采用分割,求和的方式。用石灰线画出所需要挖方的区域,如果用石灰线划出一米宽的网格线,然后再测出每个网格点所需挖深的深度。如果以底面为参考平面,则深度即为高度,高度的求和就是所需挖方的土方量。选择一个最高点作为基点,然后打桩定点,设该点的高度为 ,也就是挖肯的深度,标杆定于基点,用水平仪测出每个网格点看基点标杆的高度,记作 ,在每一个网格里标出 。实质上 是该网格点与最高点的高度差。h0 H1 H2 H3 H4H5 H6 H7 H8 H9H10 H11 H13 H14 H15H16 H17 H18 H19 H20H21 H22 H23 H24 … 网格标高 总的土方量为所有的高度求和,如果打网格的长宽为A和B,则土方量为: (1)用V表示土方量,其中A和B表示网格的长宽。但在一般情况下A和B的值选择为1米。则上面的公式改写为: (2)其中H0为所选的基点网格的高度,需要注意的是Hi实际上是高度差,H0的值显然是0。 上面的方法直观易理解,但是在实际的计算过程中误差较大,如果要准确度高一点的,就要求网格密集到很小。但是实际施工过程工作量大。所以要寻求一个更为简便的施工方案,如果选择一个最深的点来代替表面平均深度,则: (3)当然,这种方法会造成计算的误差过大,所以可采用扩大A和B的方法来测量,减少画线次数,则应该在(3)加上网格因子A和B,则(3)式改写为: (4) 其中n为网格数目,其实在(1)中已经暗含这个用法了。如果AB的值不是每次的选择都等距,那么上面的公式应修改为: (5)如果改用另一种方案,用边长为Ai的正三角形代替,那么(5)改写为: (6) 同样的道理,用圆来代替正三角,则: (7)但是要注意的是,此时圆域的空隙需要修正,为了保证π参数的存在,那么放弃用补足的方法来求解,而采用极限求和的方法。 显然,在极限补足是,小圆的值应该极限到无穷小,而又因为捆绑在每个大圆上的值应该附带的小圆的面积值应该和大圆有的半径Ai有关,且附带值为切点个数乘以三分之一圆族面积的值。则对应的公式应该改写为 (8)Aij 的取值是第Ai的值所对应的取值,所以可由简单计算得到,且极限值是Ai的一个函数,显然这里可以得到一个准确度较高的值,但是运用的时候并不方便,因为这又要运用平面几何的性质,这势必会带来大量的运算,所以应该再次学习运用正方形补足的方法,如果这样这个方程又再次回到起点,但是j可以用近似值来代替,后面只要加一个修正值,则上面的公式可改写为: (9)但是 的确定困难,但是 的值与每一个AI的值一一对应,所以,在测量A的值的时就显得重要,采用简便的方法来计算就很重要。 测量A的时候,可以在所挖土方的表面选择一些特殊点,以点带面来处理。只要测出各点的H值,然后在测出各点的距离,距离的半值就是H的值, 的值可以近似的取Hi/10来的值来代替,那么上面的公式又可以改写为: (10) 显然,用上面的方法,由于有 的引入,所以测量的值的准确度会提高。二、面积的测量 在测量土地的面积的时候,如果采用网格法,计算的简单,直观,所以用这种网格法是一种很简单的有效方法。01 1 0 10 1 1 1 10 1 1 1 10 1 1 1 00 0 0 0 0只要用割补法,不足半个的记为0,超过半个的记为1,计算出总的格数,则面积就可以计算出来: (11) 其中A和B表示网格的长宽,n表示网格数。 如果采用这种方法来计算,会显得有繁琐,如果采用平面几何的方法,会使得测量的值准确度提高。(12) 显然,第二种方法只是适用于平面的土地,但是第一种方法适用曲面的土地,所以在计算曲面土地的时候要选择第一种方法。三、挡土墙土方计算 挡土墙的方量计算在现实施工过程中,测量的施工员常用的方法是用平均数方法,用上底加下底乘以高的平均数,实质上是上底与下底的平均值,但是,实际的挡土墙并不是标准的梯形,所以为提高准确度,有必要提出准确度高一点的方法。当然计算的方法是简单的几何处理。对于一般的挡土墙的截面图不是一个标准的梯形时,如图: 挡土墙的面积应该包含以上各个参数,面积为: (13)用上面的公式来计算挡土墙的土方量的时候还要知道挡土墙的长度: (14)但是在实际的挡土墙并非是严格的断面的平移,而是相似平移的结果,所以应该分段求和,则上面的公式应该修正为: (15)显而易见的是,上面公式的计算也不够准确,如果每一段的S值不想等,则应该将上面的公式重新修正为: (16)考虑到S是H的函数,令 ,又令x=D,当D的分段为无穷的时候,土方量应该改为: (17)此时的H和x的值是分割的,如果再一次测量中,有无穷多个的H值,那么,H的变化值应该是连续变化的,那么可以用一个连续的函数来拟合H为x的函数,即为: (18)对于H的函数,可以用测量点的D值,即x的量值来拟合。假设H(x)是一泰勒多项式: (19)如果在测量的时候,有n个x值和n个H值,则有: (20)显然,有n个这样的方程,即为: (21)上式也可以改写为:XA=H(22)其中X、A、H为对应量的矩阵。很显然,X是范德蒙行列式(Vandermonde),则: (23)利用拉格朗日(Lagrange)插值法,可以得到: (24)对于有N段的挡土墙,综合(24)和(17)的到: (25)四、锥形土方的计算 锥形土方的计算,就是用锥形的体积公式计算,但是,土方并不是规则的时候,土方的计算就显得有些困难,但是,这样几何体可以借助锥形体积公式来计算。 其土方量为: (26) 当所测量的土方有多个极大的最高点的时候,可以用底面积成高的三分之一计算。底面积的计算依然引用土方面积计算的第二种方法。而在每一个三角行内选择一个最高点Hi。 土方量为: (27)在对于非标准锥形的土方时,比如比较大的小山,或者沙堆时,显然用(26)式的计算会带来比较大的误差,所以,应该寻求准确度高的算法,一个方案是在山体上用石灰线打网格,仿照凸凹土方的计算方法计算,在隔一定距离Ai的线上,测第i条线上各出其高度Hj,然后运用利用拉格朗日(Lagrange)插值法进行曲线拟合,可以得到各Ai对应的曲线,然后积分求和,可得土方量。其对应的土方量就为Ai线上土方的和,得: (28) 其中的i表示第i条Ai的拟合曲线,j、k都代表在第i条曲线上测得的高度值,可表示为Hij或者Hik,Xi代表第i条曲线上的变分。 如果令在断面的纵向为Yz方向,则可以将(28)改写为: (29)五、双线插值法对土方的高的测量的时候,有时需要确定一个点的高度值,这样的问题可以转化为知道四个点的三个坐标值求其中一点的高度值。俯视图可以如下图表示。(30) 这里的Si显然是x、y的函数,所以,在后很多的数据地膜的点之后,利用双线插值发求出高程,则可以积分求和得到土方量: (31)六、棱台型几何体的土方 和锥体不同的是,棱台的型的土方常常是填方,所以这里单独提出,当然这里采用的方法是棱台的体积公式,并没有特别的,但是可以简化计算。(32)那么总土方量为: (33) 为了免除开方计算可以简化为: (34)六、坐标法求面积 坐标法面积的处理,不同于三角面积求和,这里单独以坐标发求面积为一个独立的方法。 在测量的一个不规则多变形的时候,先定一个坐标点为基点,则可以在坐标平面内把多变行画出来,用三角行的面积公式求和,既可以得到其面积表达式。 第i个三角形的面积为: (35)则总面积为: (36) 需要注意的是 。七、线性内插值法求高程 在知道一批坐标的数据的时候,要求一个确定点P(x,y)的标高的时候,因为总可以找到P点投影在O-XY内位于一个确定的三角行内,则可以用则可以选择这个三角行所在的空间平面来近似代替,求出这三个点所在的平面方程,带入P的坐标,就可以求出P点所对应的高程。 设A1A2A3三点所在平面的方程为: (37)将A1A2A3点的坐标值带入得: (38)令: (39) (40) (41)则(38)式可写为: (42) 解(42)式得: (43) 带入P点的横纵坐标值,既得到zP的值: (44) 八、加权平均数求高程 在已经知道的一个数据集合里,要求一点P的高程,运用线性内插值法求高程的方法并不是适用于大面积和准确度要求高的高程求解,为了提高准确度,可以选用加权平均数发求高程。 以P点为圆心,选择半径为R的一个圆域内的N个点,ZP的高都与N各点有关系,也就是N点的变化趋势决定了P点的高程,这时可以引入一个权值 来表征各点的决定程度。 一般说来, 的值表征i点对P的作用,由经验知道,i点越远,作用效果越小,那么可以把 看作i与P点的距离的函数,令距离为 。为了表征 与 的关系,可以看作 是 的负指数函数。 (45)那么: (46) 则Zp的值为: (47) K的值可以根据实际要求选择,可以是1~2之间的任意实数,K值的大小表示距离决定的大小,K越大决定性越小,也就是说,如果表面比较平缓,K值可以取一个较大的值,如果表面的变化大,则应该取一个接近1的值。土方的计算方法不一而足,还有很多好的方法,这里不再介绍。

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大地测量学论文2000字

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一,地质作用的定义 引起地壳组成物质,地壳构造,地表形态等不断的变化和形成的作用,通称地质作用 二,地质作用的分类 地质作用的自然力是地质营力。力是能的表现,按照能的来源不同,地质作用可分为外力作用和内力作用. 1,外力作用按照方式不同分为风化作用,包括物理作用、化学作用和生物作用。剥蚀作用,包括机械风化作用,化学风化作用,搬运作用,包括机械搬运和化学搬运作用两类.沉积作用,包括机械,化学,生物三类. 2,内力作用, 它们既发生于地表,也发生于地球内部。有的强烈急促,如地震;有的微弱缓慢,如风化作用。地球的地表现状是地质作用对地球表面长期改造的结果。第一节 地球科学的研究对象和研究内容 人类生活在地球上,衣食住行等一切活动都离不开地球。如人们要靠山 川大地获取生活资料以维持生命,要从地球中开采矿物资源制造生产和生活 工具,要了解地球上的自然地理和气候条件以便发展生产,要与地球上发生 的各种自然灾害作斗争。因而,人类在长期的实践中逐步加深了对地球的认 识,并且逐渐形成了一门以地球为研究对象的科学——地球科学 (geoscience)。 地球科学简称地学,是数学、物理学、化学、天文学、地学、生物学六 大基础自然科学之一。地球科学以地球为研究对象,包括环绕地球周围的气 体(大气圈)、地球表面的水体(水圈)、地球表面形态和固体地球本身。 至于地球表面的生物体(生物圈),由于其研究内容广、分支学科较多、且 研究方法具有特殊性,因而已独立成一门专门的基础自然科学——生物学。 但生物的起源与演化、生物体与生存的地球环境之间的关系也属于地球科学 的研究范畴。 地球科学是一门理论性和应用性都很强的科学。它不仅承担着揭示自然 界奥秘与规律的科学使命,同时也为生活在地球上的人类如何利用、适应和 改造自然提供科学的方法论。随着生产和科学技术的发展,地球科学的研究 内容和领域也不断地深入和扩展,逐渐形成了日臻完善的由多学科组成的综 合性学科体系。地球科学目前主要包括地质学、地球物理学、地理学、气象 学、水文学、海洋学、土壤学、环境地学等学科。其中,地质学(geology) 由于其研究领域广博、分支学科较多,并且以研究地球的本质特征为目的, 因而成为地球科学的主要组成部分,以至于人们有时把地质学和地球科学作 为同义语使用,其实两者的含义是有差别的,它们具有包容关系。随着科学 的发展,地球科学还会不断地诞生新的学科和出现一些边缘学科。 地理学(geography)主要研究地球表面的各种地形、地理环境及其结构、 分布和演变规律,并涉及到自然和社会两个领域之间的相互关系。地理学一 般可分为自然地理学和人文地理学两大组成部分。自然地理学是研究自然地 形、地理环境的结构及发生、发展规律的学科,主要包括普通自然地理学、 区域自然地理学、地志学等。人文地理学是研究人和社会与自然地形、地理 之间的相互关系的学科,主要包括政治地理学、社会地理学、人口与聚落地 理学、经济地理学、历史地理学等。 气象学(meteorology)以地球周围的大气圈为研究对象,主要研究大气 的各种物理性质、物理现象及其变化规律。其研究内容也很广泛,包括许多 分支学科和应用学科。主要的分支学科有大气物理学、天气学、气候学、高 空气象学、动力气象学等,主要的应用学科有卫星气象学、无线电气象学、 航空气象学、海洋气象学、农业气象学、林业气象学等。其目的在于揭示大 气中的各种物理现象和物理过程的发生、发展本质,从而掌握并应用它为人 类生活和国家经济建设服务。 水文学(hydrology)和海洋学(oceanography)以地球表面分布的水体 为研究对象。水文学主要研究地球上江河、湖沼、冰川、地下水以及海洋等 各种水体的数量、质量、运动变化与分布规律,以及它们与地理环境、生态 系统和人类社会之间的相互影响与相互联系。海洋学是以海洋作为一个独立 体进行研究的,它实际上是从地球科学的其它几个分支学科中独立出来的, 这是由于海洋在现代地球科学、人类生存环境和未来社会发展中的地位越来 越重要的缘故。海洋学是研究海洋中发生的各种现象和规律及其相互关系的 各门学科的总称,根据研究内容不同可分为海洋物理学、海洋水文学、海洋 化学、海洋生物学、海洋气象学和海洋地质学等。 土壤学(soil science)以地球表面发育的土壤层为研究对象。主要研 究土壤的物质组成、结构、类型、分布和形成发展过程。根据具体研究内容 和应用领域的不同,土壤学也有一些分支学科,如土壤生物学、土壤地理学、 土壤气候学、土壤物理学、土壤化学、土壤地质学等。 地球物理学(geophysics)是应用物理学的方法研究地球的一门学科, 是近代发展起来的地球科学与物理学相结合的一门重要边缘学科。广义的地 球物理学的研究对象包括固体地球及其表部的水体和周围的大气圈。但由于 水体和大气圈的研究都已建立起相应的独立学科,所以一般所称的地球物理 学是狭义的,其主要研究对象是固体地球,因而也可称之为固体地球物理学。 地球物理学重点研究固体地球的各种物理性质、物理现象及其发生与发展过 程、地球的内部构造与组成、地球的起源与演化等。其主要分支学科有地震 学、地磁学、重力学、地热学、地电学、大地测量学、大地构造物理学和应 用地球物理学等。其中,应用地球物理学主要是研究地球物理勘探方法及其 在地球资源的勘探与开发、地球环境的监测与保护等方面的应用。 地质学(geology)研究的主体对象也是固体地球,当前主要是研究固体 地球的表层——地壳或岩石圈。地壳或岩石圈的厚度一般为几十到二百公里 左右,与地球的半径(6371km)相比只是一个很薄的表壳。这一薄壳之所以 成为地质学当前研究的主要对象,一方面是出于实际需要,因为这一层与人 类的生活、生产及生存都直接相关;另一方面是受现时人类能力的限制。人 们可以直接观测和研究地球表层,但现阶段人类尚无能力对地下深处进行直 接研究。钻井取样是目前人们获取地球较深部物质进行直接研究的唯一途 径,但由于受当前技术水平的限制,钻井所能达到的深度是有限的。目前世 界上最深的钻井(5km)位于俄罗斯西北部的科拉半岛,这一深度尚不足 该区大陆地壳厚度的二分之一。可以相信,随着科学技术的发展,地质学研 究的对象将不断向地球的深部(如地幔、地核)扩展。 地质学的研究内容主要包括固体地球(重点是地壳或岩石圈)的物质组 成、内部构造和形成演化历史。按其研究内容和任务的不同,地质学的主要 分支学科可简举如下: (1)研究地球的物质组成方面的学科,如结晶学、矿物学、岩石学等; (2)研究地球的内部构造方面的学科,如构造地质学、构造物理学、区 域构造学、地球动力学等; (3)研究地球的形成演化方面的学科,如古生物学、地层学、地史学、 古地理学、地貌及第四纪地质学等; (4)研究地质学的应用方面的学科,可分为两个方面:其一是研究地下 资源方面的分科,如矿床学、石油地质学、煤田地质学、水文地质学等;其 二是研究地质与人类生活环境及灾害防护方面的分科,如工程地质学、环境 地质学、地震地质学等。 此外,人们为了更好地研究上述地质学的各个方面,不断地吸收和借鉴 其它一些学科的先进理论、方法和技术,用以促进和深化地质学的各项研究, 于是逐渐形成了一系列的边缘学科,如数学地质、地球化学、同位素地质学、 天文地质学、海洋地质学、遥感地质学及实验地质学等,这些边缘学科在现 代地质学各领域的研究中发挥着极其重要的作用。 近几十年来,由于世界各国工业、农业、军事、航天、交通等产业的飞 速发展,其结果给地球的自然环境带来了巨大的影响。这种影响有些是直接 的(如污染问题)、有些是间接的(如气候变化),它已经严重地影响到地 球的自然生态和人类的生存与发展,因而受到科学工作者和全人类的广泛关 注。这一问题与地球科学和环境科学关系密切,于是在地球科学中逐渐形成 了一门与环境科学相结合的边缘学科,即环境地学。环境地学主要研究地球 自然环境的组成、结构、形成、演变以及环境的破坏、污染、防止、保护、 改良与评价等。根据地球科学中各学科所研究的侧重点不同,又可分为环境 地质学、环境地理学、环境气象学、环境水文学、环境海洋学、环境土壤学 等。

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