徐洋洋，林勵(lì)，魏航，3*，鄧少東，陳沁群

(1.廣州中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.廣州中醫(yī)藥大學(xué) 中藥學(xué)院，廣東 廣州 510006；3.華南理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006)

化橘紅色譜指紋圖譜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)△

徐洋洋1，林勵(lì)2，魏航1，3*，鄧少東2，陳沁群1

(1.廣州中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.廣州中醫(yī)藥大學(xué) 中藥學(xué)院，廣東 廣州 510006；3.華南理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006)

目的：建立化橘紅色譜指紋圖譜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對(duì)大量化橘紅色譜指紋圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目共享與異地管理。方法：對(duì)化橘紅色譜指紋圖譜及相關(guān)指紋圖譜管理系統(tǒng)進(jìn)行研究與分析，以項(xiàng)目管理為設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)符合第三范式的數(shù)據(jù)庫，采用B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器)架構(gòu)，運(yùn)用MVC(Model-View-Controller，模型層-視圖層-控制層)模式，建立化橘紅色譜指紋圖譜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。結(jié)果：系統(tǒng)操作簡便清晰、用戶體驗(yàn)良好，解決大量化橘紅色譜指紋圖譜數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢和資源共享等問題。結(jié)論：本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念可推廣到其他中藥指紋圖譜數(shù)據(jù)管理的領(lǐng)域。

化橘紅；色譜指紋圖譜；B/S網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

化橘紅為蕓香科植物化州柚Citrusgrandis‘Tomentosa’或柚Citrusgrandis(L.)Osbeck未成熟或近成熟的干燥外層果皮，具有理氣寬中，燥濕化痰的功能，用于咳嗽痰多，食積傷酒，嘔惡痞悶[1]?；蓁痔禺a(chǎn)于廣東化州，其外果皮密被絨毛，由此制成的橘紅習(xí)稱毛橘紅，是曾列為皇室貢品的道地藥材；光橘紅由柚皮加工而成，藥效明顯劣于化橘紅[2]。市場出售的化橘紅多為摻了柚皮的“橘紅”，由于毛橘紅與光橘紅為種與栽培變種的關(guān)系，二者的加工成品難以識(shí)別。近年來，藥學(xué)研究人員多采用色譜指紋圖譜對(duì)這些已加工成成品的中藥進(jìn)行真?zhèn)舞b別與質(zhì)量評(píng)價(jià)[3]。陳志霞等[4]提出，在研究中采用HPLC指紋圖譜，方法準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好，適用于化橘紅藥材的質(zhì)量控制與鑒定。在化橘紅色譜指紋圖譜研究過程中，產(chǎn)生的大量相關(guān)數(shù)據(jù)信息對(duì)化橘紅中醫(yī)應(yīng)用的傳承積累與發(fā)展具有重大意義，如不建立有效的信息管理手段，必將導(dǎo)致指紋圖譜信息交叉重復(fù)采集，造成數(shù)據(jù)冗余與巨大浪費(fèi)。

鄒純才等[5]開發(fā)出決明子指紋圖譜數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和動(dòng)態(tài)更新，實(shí)踐證明應(yīng)用數(shù)據(jù)庫跟蹤和控制決明子的質(zhì)量有效，并可在其他中藥質(zhì)量控制領(lǐng)域應(yīng)用。于曉輝等[6]以柱狀圖的形式表現(xiàn)出大黃的高效液相色譜指紋圖譜，并將圖譜以及相關(guān)信息存于數(shù)據(jù)管理軟件，為大黃的分析研究與質(zhì)量控制打下基礎(chǔ)。王作軍等[7]利用SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫建立中藥指紋圖譜數(shù)據(jù)庫，開發(fā)出基于.NET的B/S(Brower/Server)架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

受化橘紅色譜指紋圖譜研究現(xiàn)狀及相關(guān)指紋圖譜系統(tǒng)啟發(fā)，本文提出以項(xiàng)目管理為設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)符合第三范式的數(shù)據(jù)庫，采用B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器)架構(gòu)，運(yùn)用MVC(Model-View-Controller，模型層-視圖層-控制層)模式，建立化橘紅色譜指紋圖譜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)對(duì)大量化橘紅色譜指紋圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、有效的管理，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目共享與異地管理，有利于化橘紅指紋圖譜數(shù)據(jù)的積累、藥材的質(zhì)量控制和跟蹤。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與架構(gòu)

1.1設(shè)計(jì)思想

1.1.1項(xiàng)目合作管理、數(shù)據(jù)共享 根據(jù)化橘紅色譜指紋圖譜的數(shù)據(jù)特點(diǎn)與藥學(xué)研究者的需求分析，本系統(tǒng)以項(xiàng)目為基本管理單位，實(shí)現(xiàn)合作管理，數(shù)據(jù)共享。單機(jī)版的系統(tǒng)只能允許用戶們使用屬于自己的數(shù)據(jù)資料，若與他人進(jìn)行信息共享，只能使用另外的傳輸工具或通訊軟件實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)化的管理系統(tǒng)很好地發(fā)揮圖譜網(wǎng)盤的功能，允許用戶在任何地方以個(gè)人賬戶密碼登陸系統(tǒng)，獲取項(xiàng)目中指紋圖譜的相關(guān)信息。還可以將個(gè)人的數(shù)據(jù)信息與項(xiàng)目成員進(jìn)行共享，方便藥學(xué)研究人員合作研究，真正實(shí)現(xiàn)“一次錄入，多次使用；一方錄入，多方使用”。項(xiàng)目合作管理，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、開放化的同時(shí)又具備安全性。

1.1.2操作簡便、數(shù)據(jù)有效管理 現(xiàn)有的指紋圖譜數(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)雖然能夠存儲(chǔ)和記錄數(shù)據(jù)，可是信息分散，操作頗為繁瑣，界面設(shè)計(jì)及用戶體驗(yàn)有待提高。本系統(tǒng)注重研究藥學(xué)研究人員的功能需求與操作習(xí)慣，重視系統(tǒng)的界面與操作流程等細(xì)節(jié)處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作流程與實(shí)際操作習(xí)慣一致。這一設(shè)計(jì)思想突出體現(xiàn)在“批次信息”、“實(shí)驗(yàn)條件”、“標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜庫”、“藥材圖庫”模塊中。

首先，批次信息和實(shí)驗(yàn)條件在實(shí)驗(yàn)過程中重用率較高，在系統(tǒng)中反復(fù)錄入不僅加重藥學(xué)研究者的工作量，還造成數(shù)據(jù)的冗余。因此，本系統(tǒng)統(tǒng)一管理批次和實(shí)驗(yàn)條件，減輕用戶的工作負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)更有效的數(shù)據(jù)管理。其次，蘇薇薇等[8]提到構(gòu)建中藥指紋圖譜要盡可能設(shè)立對(duì)照，將標(biāo)準(zhǔn)藥材作為對(duì)照品，構(gòu)建該品種的“標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜”。本系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜為索引，設(shè)置“標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜庫”，目的在于方便用戶統(tǒng)一管理、積累不同藥材品種的標(biāo)準(zhǔn)圖譜。同時(shí)，為反映不同批次藥材之間的差異，藥學(xué)研究者在進(jìn)行圖譜樣本采集的時(shí)候，往往會(huì)對(duì)該批次樣本的產(chǎn)地、果樹、果實(shí)的照片同時(shí)進(jìn)行采集?！八幉膱D庫”板塊可以方便查看與管理不同批次的藥材圖片。

1.2系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用MVC(Model-View-Controller，模型層-視圖層-控制層)模式，這是一種把數(shù)據(jù)處理、程序輸入輸出控制以及數(shù)據(jù)表示分離開來的設(shè)計(jì)模式，它描述了不同部分的對(duì)象之間的通信方式，使不同的數(shù)據(jù)模型和方法分離，各部分分工明確，程序結(jié)構(gòu)變得清晰而靈活，易于開發(fā)、維護(hù)和升級(jí)[9]。MVC模式包括3個(gè)部分：Model(模型)、View(視圖)和Controller(控制器)，分別對(duì)應(yīng)于內(nèi)部數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)表示和輸入輸出控制部分，如圖1所示。

本系統(tǒng)采用較為典型的MVC模式實(shí)現(xiàn)形式，即JSP(JavaServerPages)+servlet+JavaBeans的實(shí)現(xiàn)形式。JavaBeans構(gòu)成了模型層，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)的具體應(yīng)用邏輯和功能。servlet處于控制層位置，負(fù)責(zé)控制邏輯功能，包括對(duì)輸入數(shù)據(jù)的檢查和轉(zhuǎn)換，通過JavaBeans訪問數(shù)據(jù)庫。JSP作為視圖層，主要負(fù)責(zé)信息的收集與顯示。吳晨清等[10]提到，這種MVC模式與只使用JSP和JavaBeans的模式相比，更徹底地分離了應(yīng)用處理與頁面生成的工作，讓servlet完成處理流程的控制，讓JSP負(fù)責(zé)網(wǎng)頁生成。本系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)交互復(fù)雜，使用該模式更具優(yōu)勢。

圖1 JSP(Java Server Pages)+servlet+JavaBeans體系結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)的使用者主要分為兩種角色：普通用戶及管理員。普通用戶可以登錄系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)信息添加、圖譜文件上傳等操作。管理員負(fù)責(zé)維護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與資源，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。根據(jù)兩者使用情況的不同，系統(tǒng)功能的模塊亦有所區(qū)別。

2.1普通用戶

普通用戶所登錄的系統(tǒng)功能模塊主要分為項(xiàng)目管理模塊、標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫模塊和藥材圖庫模塊，如圖2所示。

圖2 化橘紅色譜指紋圖譜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能模塊

2.1.1項(xiàng)目管理模塊 項(xiàng)目分為“我的項(xiàng)目”和“與我共享的項(xiàng)目”兩類。前者是用戶自己創(chuàng)建的項(xiàng)目，后者是用戶參與由其他用戶創(chuàng)建的項(xiàng)目。項(xiàng)目包含五大基本模塊，分別是“項(xiàng)目基本信息”、“項(xiàng)目成員”、“中藥信息”、“實(shí)驗(yàn)信息”和“圖譜數(shù)據(jù)”。用戶可以在“項(xiàng)目成員”中添加其他注冊(cè)用戶為自己的項(xiàng)目成員，與其共享自己的所有項(xiàng)目信息?！绊?xiàng)目基本信息”、“中藥信息”、“實(shí)驗(yàn)信息”3個(gè)模塊可以管理項(xiàng)目、中藥、實(shí)驗(yàn)的基本信息，包括添加、查詢、修改、刪除4個(gè)功能。在“中藥信息”模塊擬根據(jù)“中藥資源分類與代碼”國家標(biāo)準(zhǔn)，建立數(shù)據(jù)字典，方便藥材信息錄入與查詢。

圖譜數(shù)據(jù)是系統(tǒng)最核心的管理對(duì)象。上傳圖譜文件的時(shí)候需要選擇實(shí)驗(yàn)信息和中藥信息，還需要判斷其是否為標(biāo)準(zhǔn)圖譜。本系統(tǒng)允許用戶上傳的圖譜文件類型為AIA。AIA文件為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入輸出格式(*.cdf)，可以存儲(chǔ)大規(guī)模甚至不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)文件格式符合美國分析儀器學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，且從不同儀器廠商數(shù)據(jù)工作站生成的AIA文件數(shù)據(jù)格式基本相同，具有通用性。一個(gè)中藥指紋圖譜的AIA文件中包含了指紋圖譜的全譜數(shù)據(jù)和峰組數(shù)據(jù)等大量信息，有利于對(duì)圖譜數(shù)據(jù)作進(jìn)一步分析。每個(gè)圖譜擁有一個(gè)信息報(bào)表，可以全面查看關(guān)于該圖譜的中藥、實(shí)驗(yàn)信息和圖譜圖像。“圖譜數(shù)據(jù)”模塊還支持圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換并導(dǎo)出，可導(dǎo)出的文件類型包括圖譜數(shù)據(jù)Excel文件和全譜圖像jpg文件。

2.1.2藥材圖庫模塊 本系統(tǒng)在“批次信息”模塊，允許用戶上傳該批次樣本的產(chǎn)地、果樹、果實(shí)照片?！八幉膱D庫”是批次圖片的拓展模塊，在此模塊中，用戶可以通過選擇屬于自己的或是其他用戶共享的藥材批次，查看對(duì)應(yīng)的中藥圖片?！八幉膱D庫”模塊的設(shè)置有利于藥材溯源，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量跟蹤、控制。

2.1.3標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫模塊 在對(duì)圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究之前，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)允許用戶在上傳圖譜數(shù)據(jù)的時(shí)候，確定“標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜”。以此為索引，系統(tǒng)設(shè)置的“標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜庫”模塊可以查詢所有屬于該用戶，或者與該用戶共享的標(biāo)準(zhǔn)圖譜；也可以選擇特定中藥，特定類型的標(biāo)準(zhǔn)圖譜。“標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫”為圖譜分析、質(zhì)量鑒別提供了標(biāo)準(zhǔn)參照。

2.2管理者

管理者的系統(tǒng)板塊包括“用戶管理”和“文件管理”?！坝脩艄芾怼笔菍?duì)所有系統(tǒng)用戶的賬號(hào)進(jìn)行管理，包括啟用賬號(hào)、停用賬號(hào)和刪除賬號(hào)?！拔募芾怼彼芾淼南到y(tǒng)文件包括圖譜數(shù)據(jù)CDF文件、圖譜數(shù)據(jù)Excel文件、圖譜圖像jpg文件、一些臨時(shí)文件、壓縮文件等。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1視圖層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

客戶端采用瀏覽器，以網(wǎng)頁形式訪問系統(tǒng)，不需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行其他專業(yè)配置，操作十分簡單。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)格樸素，以貼近自然的綠色與黃色為主，更突顯中藥特色。從界面來看，各個(gè)板塊的設(shè)計(jì)清晰，功能明確；風(fēng)格統(tǒng)一，便于藥學(xué)研究人員熟悉流程。系統(tǒng)頁面設(shè)計(jì)圖見圖3。

圖3 系統(tǒng)頁面設(shè)計(jì)圖

頁面設(shè)計(jì)主要采用HTML(HypertextMarkupLanguage，超文本鏈接標(biāo)示語言)、CSS(CascadingStyleSheet，級(jí)聯(lián)樣式表)、JS(JavaScript，客戶端腳本語言)等前端開發(fā)語言來編寫JSP頁面，使得前臺(tái)代碼簡潔，易于修改。進(jìn)一步采用jQuery(一個(gè)兼容多瀏覽器的javascript框架)和AJAX(AsynchronousJavaScriptandXML，異步JavaScript和XML)技術(shù)，使得頁面元素呈現(xiàn)更為豐富，功能更多樣化，響應(yīng)更及時(shí)。

3.2控制層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

控制層的邏輯流程功能主要通過servlet來實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)編寫的servlet從作用來分，主要包括數(shù)據(jù)管理、文件操作和過濾器3類。涉及數(shù)據(jù)管理的servlet能將底層數(shù)據(jù)交互與高層邏輯分開，更加專注于數(shù)據(jù)訪問代碼。如專門負(fù)責(zé)項(xiàng)目數(shù)據(jù)處理的servlet——ProjectServlet.java。當(dāng)用戶在前臺(tái)點(diǎn)擊“確定”(新增項(xiàng)目)按鈕之后，后臺(tái)通過調(diào)用ProjectServlet.java里面的addProject( )方法，就可以進(jìn)行從前臺(tái)頁面到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫間的交互，實(shí)現(xiàn)新項(xiàng)目記錄的添加。文件操作類的servlet則主要涉及文件的數(shù)據(jù)獲取、類型轉(zhuǎn)換及上傳下載功能，包括了Download.java和Upload.java等。過濾器是一類特殊的servlet，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶提交到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)過濾，如字符類型、編碼的過濾。不難看出，運(yùn)用了servlet之后的代碼邏輯更分明，效率也會(huì)相對(duì)地提升。

3.3模型層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

模型層是數(shù)據(jù)應(yīng)用邏輯及功能的實(shí)現(xiàn)。我們將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和對(duì)其的相關(guān)操作，利用JavaBeans轉(zhuǎn)換為代碼能夠識(shí)別的對(duì)象，再協(xié)同DAO(DataAccessObjects數(shù)據(jù)訪問對(duì)象)實(shí)現(xiàn)底層的數(shù)據(jù)訪問邏輯。無論是視圖層還是控制層，都需要用到JavaBeans進(jìn)行數(shù)據(jù)間的交互操作。如Project.java這個(gè)JavaBeans，它設(shè)置了關(guān)于項(xiàng)目的成員變量，并編寫了對(duì)變量進(jìn)行操作的方法。這使系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)方式更為簡潔和方便。

4 系統(tǒng)的應(yīng)用

本系統(tǒng)由廣州中醫(yī)藥大學(xué)化橘紅研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)，自2011年開始在化橘紅色譜指紋圖譜實(shí)驗(yàn)室成員中展開了應(yīng)用測試。將來自化州市綠色生命有限公司GAP種植基地、廣州中醫(yī)藥大學(xué)以及藥房采購的28個(gè)批次，包括大茶嶺、鳳尾、陸福等8個(gè)種類的化橘紅，共85個(gè)圖譜數(shù)據(jù)cdf文件導(dǎo)入系統(tǒng)，進(jìn)行統(tǒng)一管理。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人創(chuàng)建項(xiàng)目，將項(xiàng)目成員加入其中。只要在有網(wǎng)絡(luò)的情況下，各位成員可以在不同的地方登錄系統(tǒng)查看該項(xiàng)目的中藥、圖譜等信息，十分方便。通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)圖譜的數(shù)據(jù)Excel文件和全譜圖像jpg文件，讓用戶從不同的途徑查看圖譜。

5 結(jié)論

化橘紅色譜指紋圖譜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以項(xiàng)目管理為設(shè)計(jì)理念，操作簡單，大大提高指紋圖譜數(shù)據(jù)管理的有效性。標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫、中藥圖庫等特色功能模塊進(jìn)一步滿足用戶的功能需求；網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)圖譜網(wǎng)盤功能，不同指紋圖譜文件類型轉(zhuǎn)換的展示、輸出等優(yōu)化設(shè)計(jì)更符合現(xiàn)代藥學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況。本文通過對(duì)化橘紅指紋圖譜數(shù)據(jù)的規(guī)范化、網(wǎng)絡(luò)化管理，為化橘紅的品種鑒別、質(zhì)量控制和栽培等的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為中藥指紋圖譜的數(shù)據(jù)管理提供一種新的設(shè)計(jì)思路。

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DesignandImplementationofNetworkDataManagementSystemforCitriGrandisExocarpiumFingerprints

XU Yangyang1，LIN Li2，WEI Hang1，3*，DENG Shaodong2，CHEN Qinqun1

(1.School of Medical Information Engineering，Guangzhou 510006，China；2.School of Chinese Materia Medica，Guangzhou University of Chinese Medicine，Guangzhou 510006，China3.School of Computer Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510006，China)

Objective：The paper established a network data management system for chromatographic fingerprints of Citri Grandis Exocarpium，providing scientific digital management，project sharing and remote operation.Methods：The chromatographic fingerprints of Citri Grandis Exocarpium and related management system of fingerprints were studied in this work，and a network data management system for chromatographic fingerprints of Citri Grandis Exocarpium was built based on the design concept of project management.This paper described the design concept，function modules，implementation and application examples of the system in detail.Results：With simple operation and good user experience，the system effectively solves problems about storage，query and resource sharing of numerous chromatographic fingerprint data of Citri Grandis Exocarpium.Conclusion：The design concept of the system can be applied in data management for other fingerprints of Traditional Chinese Medicine.

Citri Grandis Exocarpium；Chromatographic fingerprints；B/S network applications；Data management system

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAI01B02)；國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201310572018)；廣東省自然基金項(xiàng)目(S2012010008123)

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魏航，女，講師，研究方向：數(shù)理統(tǒng)計(jì)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用；E-mail：crwei@gzucm.edu.cn

10.13313/j.issn.1673-4890.2014.10.007

2014-03-06)