学术交流 | 海洋测绘学科体系研究：总论

冰死铁 · 发表于海洋技术发展 2022-12-20 17:10:22

以下文章来源于溪流之海洋人生，作者申家双等

溪流之海洋人生

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引言

21世纪是海洋世纪，海洋将成为人类生存与发展的新空间、沿海各国经济和社会可持续发展的重要保障、影响国家战略安全的重要因素。海洋测绘作为人们认识海洋、开发海洋、经略海洋的重要手段，因其战略性、前瞻性、基础性等特征愈发突出，越来越受到国内外相关行业与涉海部门的高度关注。

海洋测绘学是支撑开展海洋测绘工作的一门综合性学科，其核心任务是获取海洋空间地理数据，编制海图和航海资料，建立海洋地理信息应用系统，为海洋经济建设、国防建设和科学研究服务。纵观海洋测绘学科技术发展历程，与陆地测绘一样，在经历以模拟化、数字化为目标的初期阶段后，伴随人类社会的进步、科学技术的发展、海洋经济的开发，以及社会信息化进程的加快，海洋信息需求的增长，测绘理论技术的创新，牵动了海洋测绘数据获取手段、信息处理技术、产品供应形态、分发服务模式以及应用保障范畴的深刻变革，同时也引发了海洋测绘学科结构内涵、功能任务、理论技术等多方位的改变，并得到拓展完善，逐步形成了具有鲜明特色的学科体系。现代海洋测绘正朝着信息化智能化融合新阶段转型，服务内容由航海保障、海图服务、数据服务为主向信息服务、知识服务、决策服务方向发展。

本文在梳理海洋测绘学科建设与体系分类基础上，参考《中国大百科》《测绘词典》《测绘学名词》等辞书海洋测绘学科架构设置，结合当前海洋测绘领域理论、技术、方法与装备新发展，归纳了现代海洋测绘学概念与主要研究方向，设计了海洋测绘学科体系架构，分析了海洋测绘各专业构成、术语定义、研究目的意义与研究内容，旨在为了解海洋测绘学科发展概貌、厘清学科内涵外延、把准学科目标任务，促进专业知识学习应用提供理论支持与有益借鉴。

学科特点分析

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学科演进背景

多年来，众多学者为探索海洋测绘的基本理论、研究方法、学科体系、技术体系和应用工程付出了艰辛的努力，并不断将研究成果总结和凝练出来供社会共享，为海洋测绘科学技术的进步发展做出了重要贡献。

海洋测绘学顾名思义是海洋测量学与海图制图学的统称，通常定义为研究以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制理论与方法的学科。早期的海洋测绘学科只有海道测量和海图制图两个学科分支。20世纪80年代后，在海道测量学的基础上，出现了海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋大地测量、海洋遥感测量、海洋工程测量等技术，逐步形成了海洋测量理论技术体系，海洋测量的术语开始被广泛使用。几乎在同时，国内外海图制图技术已全面进入数字化阶段，海图产品也摆脱了以单一纸质海图为主的形式，出现了数字海图和纸质海图并行发展的新局面。

海洋测绘学是一门有着悠久历史并正在飞速发展中的学科。特别是近年来，随着全球导航卫星系统(GNSS)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)以及大数据、云计算、移动互联、智能处理、模拟仿真等技术在海洋测绘领域的深度应用，使海洋测绘突破了传统海道测量的时空局限，为海洋测绘定位控制、感知探测、数据分析、信息应用等理论技术带来了新动能，使海洋测绘步入以GNSS＋RS＋GIS＋Acoustics＋Smart“5S”技术为典型代表的现代海洋测绘新阶段。基于“天基、空基、岸基、海基、潜基”五位一体海洋调查测量平台的建设应用，增强了深远海、极地乃至全球海域实施海洋测量的能力，信息采集将向立体化、综合化、精细化方向发展。

水上水下一体化移动测量系统、机载双频激光测量系统、多波束测深系统、海洋重力仪、海洋磁力仪、声学底质探测仪、声速剖面仪、北斗高精度海洋定位终端、水下综合定位系统等大批具有自主知识产权海洋测绘装备的研制生产，加速了海洋测绘装备国产化进程。一系列海洋测绘数据分析处理软件的研发应用，显著提高了数据处理效率和成果质量精度，信息处理将向标准化、并行化、智能化方向发展。建立了数据库驱动的一体化海图生产体系，具备数字海图、纸质海图、航海书表、航海通告等产品数字化生产能力，符合国际标准的电子海图系统研制工作取得重大进展，产品生产将增量化、定制化、国际化方向发展。数字海洋系统的建设及海洋地理信息共享平台的开发，实现了海量、多源、异构海洋环境数据的集成与共享，信息应用将向可视化、网络化、社会化方向发展，海洋测绘学已发展成为高度集成现代科技广泛服务国民经济与国防建设之所需、最富现代气息而饱含高新科技的一门学科。

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学科内涵特点

现代的海洋测绘学，应当理解为关于海洋、江河、湖泊、毗邻陆地区域与地理空间分布有关的各种几何、物理、人文及其随时间变化信息采集、处理、分析、管理、表达、更新、发布和应用理论与技术的综合性学科。其基本目标是揭示海洋及其毗邻陆地各种地理要素的空间分布、相互联系及其变化规律，为地球与海洋形状确定、地壳与板块运动研究、海洋与地震监测预报等科学任务，以及海上交通运输、海洋权益维护、海洋经济开发、海洋工程建设、海洋环境保护、海洋军事活动等实用任务提供海洋基础地理信息保障与服务。

按照上述海洋测绘学科的概念定义与目标定位，海洋测绘在作业环境、理论技术、研究内容、方法手段等方面与陆地测绘相比，概括起来具有以下特点：①作业环境的动态性。受海风、海流、海浪、海洋潮汐等海洋气象和海洋水文等环境因素影响，大多为动态测量，难以重复观测。②探测对象的非通视性。通常人眼无法通视海底，难以应用光学摄影等手段探测海底信息；常用的声波等探测手段，在探测信息的系统性完整性还难以与陆地测量相比。③技术手段的多样性。可利用天基(卫星等)、空基(飞机、飞艇等)、岸基(车载、单兵与固定站等)、海基(舰船、舰艇等)、潜基(潜艇、潜器、潜标与海底等)立体化海洋测量探测平台技术探测多元海洋地理信息。④测量内容的综合性。海洋测量涵盖水深地形、地貌、底质、碍航物、重磁、水文等多种观测要素，需要多种仪器设备配合施测。⑤测绘对象的扩展性。海洋测绘对象内容和覆盖范围逐步由近海浅水区域向大洋深海区域发展；测绘精度与可靠性比以往要求更高；成果应用从服务航行安全要求为主，发展到获取多种专题信息并建立各类海洋信息模型，由二维静态向多维动态转变。⑥成果表达的独特性。海图产品在投影、表示方式、综合原则、比例尺、分幅编号、图廓整饰等方面与陆图存在明显差异，海图不仅要突出海部要素的表示，同时又要表示与航行安全相关的陆部和水文等要素。⑦测绘产品的现势性。为保证舰船安全航行，需要定期对海图进行航海通告改正，并配套编制出版航路指南、航标表等航海书表，与海图配合使用。⑧海洋测绘的国际性。全球海域精细海洋测绘信息的感知获取正向国际(或组织)合作的方向发展；测绘标准与成果应用也从满足国内局地化向国际社会化开放共享的方向发展。

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学科研究重点

按照学科建设的目标任务，现代海洋测绘学通常围绕以下几个方面开展深入研究：①海洋测量基准。高精度、连续、动态海洋大地、重力、磁力等测量基准建立、维持与应用，建立陆海统一的海洋(含海岸、海岛礁与海底)大地控制网，构建海域重力异常数值模型，精化海洋大地水准面，创建海面地形、平均海面和深度基准面模型，探索海陆无缝垂直基准的实现途径。②海洋定位。研究海岸、海面、水下等动态测量平台高精度无线电定位、卫星定位及长基线、短基线、超短基线声学定位等。③海洋探测。声纳、激光、可见光、雷达等测量与成像技术应用，高分辨率海岸地形、海底地形底质、海洋重力磁力等要素测量，探测数据与图像精细化处理。④海洋测绘产品制作。海图等测绘系列产品设计和制作，海洋测绘信息化生产体系构建，数字海图、电子航海图技术与产品高性能按需快速服务，海洋测绘产品国际标准化、国家标准化。⑤海洋地理信息工程。海洋测绘数据库建设，多用途海洋地理信息系统研制、海洋测绘信息网络化服务。⑥海洋测绘装备。星载、机载、船载、车载和水下有人/无人探测平台、设备、测量系统及数据处理软件研制，海洋测绘数据管理、产品制作分发与信息应用服务等软硬件系统。

学科体系构建

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相关学科分析

海洋测绘学作为测绘科学技术学科在海洋领域的延伸，与大地测量学、摄影测量学、地图制图学、工程测量学、地理学等有着一脉的传承，又因其研究范围与对象受海洋动态环境影响及作业条件局限，决定了其理论、技术与方法具有较强的独特性、综合性与复杂性，并与物理学(水声学、光学、电磁学等)、海洋学(海洋地球物理学、海洋物理学、潮汐学)、航海学、水文学、地质学、天文学以及遥感技术、电子技术、信息技术、海洋工程技术、交通运输工程技术等有着密切关联与学科交叉集成。随着现代科学技术的发展，对海洋研究的逐步深入，海洋测绘学在侧重服务航海安全保证为主要目的日臻完善的基础上，拓展了与地球科学(海洋科学)、环境科学、信息科学、计算机科学、军事学的渗透应用以及地球空间信息科学融合研究，正处于构建智慧海洋的关键期以及加快建设海洋强国的攻坚期。

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现用体系梳理

按照国家标准GB/T 13745－2009《学科分类与代码》中相关分类标准，目前将学科分类定义到一、二、三级，共设62个一级学科、676个二级学科、2382个三级学科。用三位数代码代表一级学科，五位数代码为二级学科，七位数代码为三级学科(专业)。海洋测绘学科(代码为42050)隶属测绘科学技术一级学科(代码为420)，与大地测量技术(代码42010)、摄影测量与遥感技术(代码42020)、地图制图技术(代码42030)、工程测量技术(代码42040)、测绘仪器(代码42060)5个二级分支学科共同构成测绘科学技术学科。

而对于海洋测绘学科，从学科研究对象、内容、理论、技术、方法等维度来看，海洋测绘学科是测绘科学技术学科在海洋领域的拓展应用，同时兼具海洋学科的特点，并与其他多个学科深度融合相互影响。按照国家标准的学科分类，测绘科学技术学科及海洋测绘学科的体系架构见图1。

图1 学科体系架构示意图(国标分类)

从图1可以看出，海洋测绘二级学科下的海洋大地测量(代码4205010)、海道测量(代码4205035)、海洋工程测量(4205045)、海图制图(4205050)等三级学科，其研究内容、理论技术与上一级设置的大地测量技术(代码42010)、摄影测量与遥感技术(代码42020)、地图制图技术(代码42030)、工程测量技术(代码42040)4个二级学科相互重叠，并几乎完全涵盖上一级学科的全部内容。此外，在地球科学一级学科(代码170)设置了大地测量学二级学科(代码17035)、地图学(代码17040)以及海洋科学(代码17060)，与目前的测绘科学技术一级学科下设置的学科分类之间存在交叉现象与叠置问题，需要对其进行调整优化。

在教育部2018年颁布的《学位授予和人才培养学科目录》中，将测绘学科与技术学科(代码为0816)列为一级学科，下设了大地测量学与测量工程(代码为081601)、摄影测量与遥感(代码为081602)、地图制图学与地理信息工程(代码为081603)3个二级学科，也只是将海洋测量学科内容归入大地测量学与测量工程(代码081601)中，未将海洋测绘学科其他内容进行列类明确。另外，按照中国图书分类法编制的《测绘学专业分类表》(第二版)中，将测绘学分为一般性问题(类号P20)、普通测量学、地形测量学(类号P21)、大地测量学(类号P22)、摄影测量学与测绘遥感(类号P23)、测绘仪器(类号P24)、专业测绘与工程测量(类号P25)、地籍学(类号P27)、地图制图学(类号P29)8个类目，虽然加强了海洋测绘学科的相关内容，如在大地测量学(类号P22)中设置海洋测量学(类号P229)类目，新增“岛礁与海岸带测量”1个三级类目以及“海洋测量基准”等7个四级类目，但在海洋测绘学科体系的完整性以及类目架构的科学性等方面尚待优化。

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学科体系设计

在现代测绘科学技术发展层面，传统的测绘学正向近代地理空间信息学演变，已形成为一门利用航天、航空、地面、海洋、水下平台获取地球及其外层空间目标物的形状、大小、空间位置、属性及其相互关联的学科，使人们能够快速、实时和连续不断地获取有关地球及其外层空间环境的大量几何与物理信息，因此测绘科学技术学科研究范围与研究内容较传统学科内涵大为扩展。

通过梳理分析国家标准GB/T 13745－2009《学科分类与代码》相关测绘科学技术学科内容，结合现代测绘科学技术发展目标与任务拓展需求，突出体系设计前瞻性、融合性与专业性原则，对测绘科学技术学科布局与知识体系基于测量对象(或空间范围)进行重新进行设计：①将测绘科学技术一级学科划分为陆地测绘、海洋测绘、深空(或称宇宙)测绘(包括月球、火星等星体及宇宙空间)、测绘科学技术其他学科4个二级学科；②把测绘仪器纳入陆地、海洋、深空(宇宙)测绘二级学科下面，设置为三级学科；③在陆地测绘、海洋测绘、深空(宇宙)测绘3个二级学科下设置大地测量技术、摄影测量与遥感技术、地图制图技术、工程测量技术等三级学科。

按照上述思路，在参考《中国大百科》《测绘词典》《测绘学名词》等辞书测绘学科条目设置内容基础上，充分考虑海洋测绘学科内涵定义以及外延拓展，对现有海洋测绘学科结构内容进行增删调整：①将海洋声速测量(代码4205030)、海底地形测量(代码4205040)纳入海道测量(代码4205035)专业中；②增加海洋遥感测量、海洋专题测量、海洋测绘仪器3个专业；③将海图制图(代码4205050)更名为海图制图与海洋地理信息工程；④由于目前海道测量专业学科(代码4205035)中包含海洋水文观测专业，而海洋跃层测量(代码4205025)是海洋水文观测学科的一个研究方向，因此删除海洋跃层测量学科。

鉴于海洋测绘学为二级学科，考虑到下设的三级学科应充分体现专业特点，并便于对专业方向赋予特定代码，因此本文未按传统分类把海洋测绘学细分为海洋测量学与海图制图学，而是统一将海洋大地测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海道测量、海洋工程测量、海洋专题测量、海洋遥感测量、海图制图与海洋地理信息工程列为海洋测绘学科下属的三级专业。另外，考虑到海洋测绘学科研究范畴包含军事海洋测绘相关内容，故本文未专门设置军事海洋测绘相关学科专业。

经过上述优化调整，设计了海洋测绘二级学科的体系框架，并在沿用原国标分类代码的基础上，对下设的三级专业分支代码重新编排，构建的学科体系框架见图2。

图2 海洋测绘学科体系框架示意图(本文设计)

重新设计的海洋测绘学科(代码为42050)，由海洋大地测量(代码为4205010)、海洋重力测量(代码为4205015)、海洋磁力测量(代码为4205020)、海道测量(代码为4205025)、海洋工程测量(代码为4205030)、海洋专题测量(代码为4205035)、海洋遥感测量(代码为4205040)、海图制图与海洋地理信息工程(代码为4205050)、海洋测绘仪器(代码为4205060)、海洋测绘其他学科(代码为4205099)10个三级专业，其下分别包含多个技术研究方向。

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学科专业方向

如前所述，海洋测量学是海洋测绘学的重要组成。通常海洋测量学的定义是：对海洋和江河湖泊及其毗邻陆地地理空间要素的几何性质和物理性质进行准确测定和描述的综合性学科。其任务是测量有关水域的地理空间几何与物理要素，进行海区资料调查，为编制海图、编写航路指南和海洋科学研究提供基础资料。海洋测量学由海洋大地测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海道测量、海洋工程测量、海洋专题测量、海洋遥感测量等专业(技术群)构成。

1、海洋大地测量

建立海洋测量平面和高程基准体系与维持框架，研究海底、海面空间形态及其时空变化规律与物理机制理论与技术。主要内容包括建立海洋大地控制网，实施控制测量(建立海洋测量平面与高程控制、加密海控点)，海洋(海岸、水面、水下)高精度定位，测定平均海面、海面地形和海洋大地水准面等，为海洋测量定位、舰船精确导航、海洋划界、海洋工程设计与施工提供控制基础，并为研究地球物理和地球形状提供各种数据。

2、海洋重力测量

测定海域重力加速度值理论与技术，为研究地球形状和地球内部构造、探查海洋矿产资源、保障航天和战略武器发射等提供海洋重力场资料。海洋重力测量主要有海底重力测量、船载海洋重力测量、航空海洋重力测量与卫星海洋重力测量4种方法。

3、海洋磁力测量

利用磁力仪测定海洋表面及其附近空间地磁场强度和方向理论与技术。以海底岩石和沉积物的磁性差异为依据，通过观测研究海域地磁场强度的空间分布和变化规律，可探明区域地质特征，为寻找海底铁磁性矿物、石油、天然气等矿产资源，探明水下沉船、海底管道电缆等目标特征，舰艇安全航行和正确使用水中武器提供地磁背景场信息。海洋磁力测量主要有海底磁力测量、船载海洋磁力测量、航空海洋磁力测量与卫星海洋磁力测量4种方法。

4、海道测量

以测定地球水体、水底及其邻近陆地的几何与物理信息为主要目的测量调查理论和技术，用于编制航海图、发布航海参考资料，提供水域基础地理信息。主要服务于船舶航行安全和海上军事活动，并为国家经济发展、国防建设和科学研究等提供水域和相邻陆域地理和物理基础信息。国际海道测量组织(IHO)将海道测量定义为测量和描述海洋及沿岸地带地貌特征的应用科学分支，主要用于导航及其他海洋目的或活动，如海上活动、海洋研究、环境保护及预报服务等。按照测量区域通常分为港湾测量、沿岸测量、近海测量、远海测量、以及内陆水域的江河湖泊测量、港口航道测量等。主要测量内容包括水位观测、海岸地形测量、海底地形测量(包含水深测量和海底地貌测量)、海底底质测量、助航标志测定、航行障碍物探测(扫海测量)、海洋水文观测、海洋声速测量、海区资料调查等。

5、海洋工程测量

海洋工程建设勘察设计、施工建造和运行管理阶段的测量理论与技术。为海洋工程建设提供精确的数据和地形图，保障工程选址正确，按设计要求施工，并进行有效的管理和维护。主要包括勘察测量、施工测量、变形观测等。按区域可分为海岸工程测量、近岸工程测量和深海工程测量等；按类型可分为海港工程测量、海底构筑物测量、海底施工测量、海洋场址测量、海底路由测量、海底管线测量、水下目标探测、疏浚工程测量、吹填工程测量、施工定位测量、水下基槽施工测量、水工变形测量、跨海桥梁测量与泥沙测量等。

6、海洋专题测量

针对国民经济建设或国防建设某一专项工程需求开展海洋测量调查理论与技术。为利用、开发、保护海洋与维护海洋主权等提供基础支撑。主要包括领海基点测量、海洋划界测量、海域使用测量、兵要地志调查与海籍测量等内容。

7、海洋遥感测量

远距离感知与测量海洋(与海岸)目标物质形状、大小、位置、性质及相互关系理论与技术。通过声、光、电、磁等探测仪器，获取海岸、水体、海底等目标对电磁波、声波的辐射或反射信号，处理并转换为可识别的数据、图形或图像，从而揭示所探测对象的性质及变化规律，用于地形(海岸地形、海面地形、海底地形)、海面和水下物体目标等要素探测。根据遥感搭载平台不同可分为航天遥感、航空遥感、海岸(地面)遥感、海面遥感与水下遥感等；根据技术性质可分为可见光遥感、多光谱遥感、高光谱遥感、红外遥感、微波遥感、海洋声波遥感与激光遥感等。

8、海图制图与海洋地理信息工程

研究海图编制、出版、更新以及海洋空间地理信息存储、处理、分析、管理及应用的理论、方法和技术。根据不同应用需要，研究如何利用海上实测成果和其他制图资料制作各种海图产品、建立相应的海洋地理信息应用系统，以数字、图形和图像方式，科学、抽象、概括地反映海洋及其毗邻陆地各种地理要素的空间分布、相互联系、空间关系及其动态变化，为海上交通运输、海洋资源开发、海洋工程建设、海上军事活动和海洋科学研究等提供海洋地理信息。研究内容主要包括：①海图学总论。研究海图特点、功能用途、内容形式，海图分类，海图符号系统和内容表示方法，数字制图理论方法，制图综合原理，海图资料分析、评价和利用，海图生产管理、使用和更新，以及海底地名学与海图学史等。②海图数学基础。主要研究海图投影概念，各种投影原理和变形特性，投影选择和变换，海图比例尺、坐标系、基准面等。③海图编制。设计与制作海图出版原图的技术。包括海图编辑设计、制图综合、数据转绘、海图符号和色彩设计、海底地貌立体表示等。④海图集设计。按某种主题统一设计一定数量海图系统汇编的技术。包括主题内容选择、表达，以及排版和装帧等内容。⑤海图出版。研究海图绘制、制版、印刷、装帧以及数字海图加密、封装、分发等全过程的理论和工艺技术。⑥海图更新。根据海区最新资料修正海图内容的技术。目的是保持海图的现势性，客观反映海区情况。⑦海图应用。研究海图分析、评价、阅读方法，海图量算等。⑧海洋地理信息工程。包括实现海洋地理时空数据获取、清洗、组织、挖掘、分析、查询、仿真等功能，建立各种数字模型和专题数据库，研制海洋地理信息系统及虚拟地理环境等产品，开展海洋地理信息标准化、可视化、网络化、智能化服务等。

9、海洋测绘仪器

海洋测绘业务专用的载体、设备、器材和软件系统的统称。应用于实施海洋、内陆水域和沿岸陆地测量，海图与航海资料编制、印刷复制和分发，应急测绘保障的各项活动。通常由海洋测量设备、海图制图设备和测量设备载体三部分组成。①海洋测量设备主要包括定位设备、地形、地貌、底质、重磁等各种地理要素探测设备，验潮仪、声速仪、涌浪滤波补偿器等辅助测量设备以及相关的软件系统。②海图制图设备主要包括制图资料处理、海图编制作业、海图制印等设备系统。③测量设备载体包括海洋测量船(艇)、无人测量船、测量飞机、无人机、水下潜器以及岸基测量平台等。

结束语

现代科学技术的发展加速了海洋测绘学科的变革，海洋强国战略的实施推动了海洋测绘学科的进步。现代海洋测绘学科朝着体系结构完整性、理论技术先进性、内容方向广泛性、应用服务社会性等方向发展。本文在系统梳理与研究分析当前测绘学科分类问题基础上，提出了基于测绘对象的学科分类思路，按照学科相关性与专业性特点对测绘学科进行了优化，设计了海洋测绘学科体系架构，并根据海洋测绘学科体系分别对各专业概念内涵与研究重点进行归纳总结，全面展示了海洋测绘学科方向与研究重点，可为海洋测绘学科建设发展提供支撑，并可为专业机构从事学科分类研究与标准制定提供借鉴，为各类高校人才培养学科设置与分类管理提供参考。

本文下一步将陆续按照海洋测量学、海图制图与海洋地理信息工程、海洋测绘仪器3个专业分支，分别对各分支学科体系与相关知识要点予以展开描述，希望对加强海洋测绘学科建设、提升海洋测绘科技素养以及推动海洋测绘事业发展有所帮助。

原标题：《学术交流 | 海洋测绘学科体系研究：总论》

学术交流 | 海洋测绘学科体系研究：总论

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