李 靜，劉海硯，楊瑞杰，郭文月，楊明遠(yuǎn)

(信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001)

基于論文中高頻關(guān)鍵詞的GIS領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的可視化分析

李 靜，劉海硯，楊瑞杰，郭文月，楊明遠(yuǎn)

(信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001)

文中對(duì)國(guó)內(nèi)GIS領(lǐng)域研究發(fā)展和研究熱點(diǎn)進(jìn)行可視化分析。利用詞頻統(tǒng)計(jì)和共詞分析方法，并結(jié)合SPSS統(tǒng)計(jì)分析工具，以六大測(cè)繪期刊2006—2015年學(xué)術(shù)論文為數(shù)據(jù)源，分析GIS領(lǐng)域發(fā)文規(guī)律、高頻關(guān)鍵詞在時(shí)間維度上的分布規(guī)律和聚類特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)近五年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)GIS領(lǐng)域研究在發(fā)文數(shù)量上呈逐年下降趨勢(shì)，且近10年間GIS領(lǐng)域主要關(guān)注WebGIS相關(guān)應(yīng)用、地理信息服務(wù)、地圖制圖與可視化、數(shù)字城市建設(shè)及空間關(guān)系相關(guān)理論技術(shù)5個(gè)方面的研究，從一定程度上揭示GIS領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r。

GIS;關(guān)鍵詞;研究熱點(diǎn);共詞分析;可視化

學(xué)術(shù)論文是用來(lái)進(jìn)行學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究和描述學(xué)術(shù)研究成果，既是探討問(wèn)題進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的一種手段，又是描述學(xué)術(shù)研究成果進(jìn)行學(xué)術(shù)交流的一種工具。對(duì)學(xué)術(shù)研究而言，相關(guān)文獻(xiàn)的梳理、綜述和分析研究，是學(xué)者從事個(gè)人研究的基礎(chǔ)。學(xué)術(shù)論文在很大程度上傳播和推廣了科學(xué)家們的研究理論與成果，促進(jìn)研究者之間的交流，推動(dòng)科技進(jìn)步與發(fā)展。與此同時(shí)，關(guān)鍵詞是學(xué)術(shù)論文所具備的獨(dú)特要素，也是將學(xué)術(shù)論文與其他類型文本區(qū)別的重要特征之一。關(guān)鍵詞是學(xué)術(shù)論文中承載各類學(xué)術(shù)概念的最小單位，而通過(guò)對(duì)學(xué)術(shù)論文高頻關(guān)鍵詞的分析，可以發(fā)現(xiàn)并把握科技發(fā)展的動(dòng)態(tài)，為研究人員提供參考依據(jù)。

目前，我國(guó)學(xué)術(shù)論文的發(fā)文量逐年遞增，每年出版數(shù)百萬(wàn)篇學(xué)術(shù)論文。截止2013年，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)指出，我國(guó)的科技期刊已達(dá)到4 944種。CNKI收錄的測(cè)繪類學(xué)術(shù)論文，至今已有118 654篇，而僅2015年收錄的就達(dá)8 150余篇。

就當(dāng)前地理信息系統(tǒng)(Geographic Imformation System，GIS)方向來(lái)講，對(duì)于數(shù)量多、研究?jī)?nèi)容種類多的學(xué)術(shù)論文，缺乏有效的、合理的、直觀的方法對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的梳理，缺乏對(duì)GIS領(lǐng)域研究熱點(diǎn)、研究發(fā)展等問(wèn)題的定量研究。如何更高效、更直觀地了解GIS學(xué)科的發(fā)展歷史及發(fā)展動(dòng)態(tài)，已成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

本研究從文本數(shù)據(jù)分析角度出發(fā)，結(jié)合文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法以及可視化分析相關(guān)理論，以期刊論文為數(shù)據(jù)源，計(jì)算出高頻關(guān)鍵詞，通過(guò)對(duì)高頻關(guān)鍵詞的可視化分析，完成從單一指標(biāo)、概略估計(jì)的數(shù)據(jù)分析，向綜合指標(biāo)、精確量化、可視圖形交互分析的轉(zhuǎn)變，從而解決對(duì)GIS領(lǐng)域研究熱點(diǎn)從定性到定量的表述，客觀地完成對(duì)GIS方向研究的知識(shí)梳理以及其發(fā)展規(guī)律的探索。

1 主要研究方法及數(shù)據(jù)處理

1.1 研究方法

本研究采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)中詞頻統(tǒng)計(jì)和共詞分析方法對(duì)GIS領(lǐng)域研究?jī)?nèi)容進(jìn)行定量表述，并主要通過(guò)標(biāo)簽云方法、組合式統(tǒng)計(jì)圖表以及樹(shù)狀圖對(duì)詞匯級(jí)文本數(shù)據(jù)和關(guān)聯(lián)關(guān)系型數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化。

1.1.1 文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)原理為本文中所進(jìn)行知識(shí)梳理和科學(xué)研究提供理論基礎(chǔ)[1]。所謂文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)，即用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，定量地分析一切知識(shí)載體的交叉科學(xué)。它是集數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、文獻(xiàn)學(xué)為一體，注重量化的綜合性知識(shí)體系。其計(jì)量對(duì)象主要是：文獻(xiàn)量(各種出版物，尤以期刊論文和引文居多)、作者數(shù) (個(gè)人集體或團(tuán)體)、詞匯數(shù)(各種文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)，其中以敘詞居多)，文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)最本質(zhì)的特征在于其輸出的是“量”。其中，本研究所采用的詞頻分析和共詞分析法是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法。

1)詞頻分析法[2]是利用能夠揭示或表達(dá)文獻(xiàn)核心內(nèi)容的關(guān)鍵主題詞在某一研究領(lǐng)域文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻次高低來(lái)確定該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)和發(fā)展動(dòng)向的文獻(xiàn)計(jì)量方法。

2)共詞分析方法[4]最早在20世紀(jì)70年代中后期由法國(guó)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)家提出。其主要原理是通過(guò)兩兩主題詞同時(shí)出現(xiàn)在一篇文章中的次數(shù)的多少，來(lái)衡量主題詞間的親疏程度和關(guān)聯(lián)關(guān)系。本研究通過(guò)計(jì)算兩兩高頻關(guān)鍵詞之間的共現(xiàn)次數(shù)，構(gòu)造共現(xiàn)矩陣，進(jìn)行聚類分析，從而反映在多層次聚類下的知識(shí)單元在空間和時(shí)間分布上的演進(jìn)關(guān)系和研究熱點(diǎn)等問(wèn)題。

1.1.2 可視化方法

本文通過(guò)對(duì)研究中所出現(xiàn)的不同類型的數(shù)據(jù)，選用適當(dāng)、準(zhǔn)確的可視化方式，以便能夠合理、直觀地展示數(shù)據(jù)和揭示數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的信息和規(guī)律。研究中主要涉及兩種類型數(shù)據(jù)：詞匯級(jí)文本數(shù)據(jù)和關(guān)聯(lián)關(guān)系型數(shù)據(jù)，主要可視化方式包括：樹(shù)狀圖以及各種統(tǒng)計(jì)圖表。

1.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.1 數(shù)據(jù)源

本研究以CNKI為主要的檢索平臺(tái)，收集了《測(cè)繪學(xué)報(bào)》《武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)》《測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)》《測(cè)繪通報(bào)》《測(cè)繪科學(xué)》《測(cè)繪工程》6大核心期刊2006—2015年共10年的14 725篇科技論文。

1.2.2 數(shù)據(jù)篩選

由于本研究主要關(guān)注GIS方向的研究熱點(diǎn)，而研究中的數(shù)據(jù)源主要以測(cè)繪期刊為主，涵蓋整個(gè)測(cè)繪領(lǐng)域的研究方向，如：GIS、大地測(cè)量、遙感、航空攝影測(cè)量等。因此，需要將涉及GIS方向的論文從中提取出來(lái)。

本研究以《國(guó)家自然科學(xué)基金地理學(xué)學(xué)科方向分類與關(guān)鍵詞(2012試用版)》中，地理信息系統(tǒng)(D0107)類別中涉及的514個(gè)關(guān)鍵詞作為提取依據(jù)。把該514個(gè)關(guān)鍵詞作為分類特征詞，將收集的期刊論文關(guān)鍵詞中包含有1個(gè)或1個(gè)以上分類特征詞的論文提取出來(lái)，作為研究對(duì)象。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)篩選后，共提取出4 029篇關(guān)于GIS領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文。

2 分析結(jié)果及可視化

2.1 發(fā)文量分析

表1是將6類測(cè)繪期刊2006—2015年間發(fā)文數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括六類期刊每年總的發(fā)文數(shù)量、每年涉及GIS方向的發(fā)文數(shù)量以及GIS方向的發(fā)文數(shù)量占總的發(fā)文數(shù)量的百分比。從中可以看出：①GIS方向每年的發(fā)文量平均在402.9篇，其中最大值為2010年的466篇，最小值為2015年319篇；②GIS方向每年的發(fā)文數(shù)量占總的發(fā)文數(shù)量的百分比平均為27.95%，其中最大值為2007年的36%，最小值為2014年的20.95%。由此可以反映出，涉及GIS相關(guān)方面的研究在測(cè)繪領(lǐng)域范圍內(nèi)，占到多于1/4的比重，說(shuō)明GIS對(duì)于整個(gè)測(cè)繪領(lǐng)域來(lái)講，占據(jù)著較為重要的地位。

表1 發(fā)文量統(tǒng)計(jì)

圖1是將表1中的內(nèi)容以條形圖和折線圖結(jié)合的形式可視化出來(lái)，以便更直觀的展現(xiàn)和更深層的理解表1中的數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱含的信息。圖1中，條形代表GIS方向的發(fā)文數(shù)量，折線代表GIS方向的發(fā)文數(shù)量占總的發(fā)文數(shù)量的百分比。從圖中可以看出：①?gòu)陌l(fā)文數(shù)量上看，在2006—2010年間，GIS方向的發(fā)文數(shù)量整體呈上升趨勢(shì)，但在2010—2015年間，發(fā)文量逐年減少；②從GIS方向的發(fā)文數(shù)量占總的發(fā)文數(shù)量的百分比上來(lái)看，自2007—2015年，GIS方向發(fā)文數(shù)量所占的百分比呈逐年下降的趨勢(shì)；③發(fā)文數(shù)量與百分比，并不成正比例關(guān)系，即該方向的發(fā)文數(shù)量上的增多，并不能說(shuō)明對(duì)該方向上的研究增多。

圖1 發(fā)文量統(tǒng)計(jì)圖

2.2 高頻關(guān)鍵詞分析

本研究根據(jù)期刊論文數(shù)據(jù)特有的關(guān)鍵詞要素，以年為單位，采用武漢大學(xué)開(kāi)發(fā)的ROST詞頻統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行詞頻分析，從而反映研究?jī)?nèi)容時(shí)間分布上的演進(jìn)關(guān)系和研究熱點(diǎn)等問(wèn)題。主要進(jìn)行兩個(gè)方面的研究：①在時(shí)間層次上，探索高頻關(guān)鍵詞分布特征；②在非時(shí)間層次上，即整個(gè)研究時(shí)間段上，分析高頻關(guān)鍵詞間的共詞關(guān)系，從而完成對(duì)高頻關(guān)鍵詞的聚類。

2.2.1 高頻關(guān)鍵詞的時(shí)間分布特征

通過(guò)以年為時(shí)間單位，對(duì)每年的關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并剔除無(wú)用詞后，得出表2所示的結(jié)果。表2是將2006—2015年，每年詞頻排名在前10位的關(guān)鍵詞進(jìn)行羅列。

表2 排名前10位的高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)表(2006—2015年)

表3將表2中所出現(xiàn)的關(guān)鍵詞再次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。從表3中可以看出，在這10年間，出現(xiàn)頻次最大值為10，有且只有一個(gè)關(guān)鍵詞，即“空間分析”；頻次最小值為1，共有14個(gè)關(guān)鍵詞。

表3 關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次統(tǒng)計(jì)表(2006—2015年)

附：頻次指的是排名前10位關(guān)鍵詞在2006—2015年間所出現(xiàn)的次數(shù)

研究中，考慮到在時(shí)間上的連續(xù)性這一重要特征，故將在表1中連續(xù)出現(xiàn)5次以上的關(guān)鍵詞通過(guò)圖2的方式可視化表示出來(lái)。從圖2中可以較為明顯的看出：①“空間分析”這一關(guān)鍵詞跨越了整個(gè)研究時(shí)間段，從一定程度上表明，空間分析是GIS領(lǐng)域研究中的核心內(nèi)容，是GIS區(qū)別于一般的信息系統(tǒng)、CAD或者電子地圖系統(tǒng)的主要標(biāo)志之一。②在時(shí)間段2009—2015年中，關(guān)鍵詞“可視化”連續(xù)出現(xiàn)6次，且所處的排名均比較靠前，從一定程度上可以看出，近年來(lái)，在GIS研究中可視化的地位居高不減，研究人員開(kāi)始更加注重對(duì)圖形的表達(dá)，逐漸從單一的數(shù)據(jù)形式，邁入視覺(jué)化的思考模式。③在研究時(shí)間段前5年，即2006—2010年，關(guān)鍵詞“空間數(shù)據(jù)”連續(xù)出現(xiàn)5次，且排名處于遞減的狀態(tài)?？臻g數(shù)據(jù)一直是整個(gè)GIS領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)，在研究時(shí)間段的前5年中，空間數(shù)據(jù)的獲取、結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)、處理等問(wèn)題一直是GIS研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。④在研究時(shí)間段的后5年，即2011—2015年間，關(guān)鍵詞“制圖綜合”連續(xù)出現(xiàn)，成為近些年來(lái)GIS研究領(lǐng)域持續(xù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。⑤在研究時(shí)間段中期，即2009—2013年間，“電子地圖”連續(xù)出現(xiàn)，說(shuō)明在該時(shí)間段內(nèi)，GIS方向上，電子地圖成為該時(shí)期持續(xù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

圖2 連續(xù)出現(xiàn)5次以上的高頻關(guān)鍵詞在時(shí)間維上的分布圖

2.2.2 高頻關(guān)鍵詞的共詞分析

本研究對(duì)2006—2015年間4 206篇關(guān)于GIS領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文中的15 319個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并剔除了無(wú)用詞。根據(jù)計(jì)算得到平均每篇論文的關(guān)鍵詞約為3.64個(gè)。關(guān)鍵詞詞頻最大值為116，且有且只有一個(gè)；詞頻最小值為1，共有5 879個(gè)關(guān)鍵詞。

研究將詞頻大小排名前20位的關(guān)鍵詞作為高頻詞，即表4所示關(guān)鍵詞，進(jìn)行共詞分析。

通過(guò)對(duì)表4中所示的關(guān)鍵詞進(jìn)行兩兩共現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)，得到20×20的共詞矩陣。表5所示的為部分關(guān)鍵詞共詞矩陣。再將共詞矩陣通過(guò)計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)，轉(zhuǎn)換為相似性矩陣。最后再通過(guò)SPSS軟件對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)聚類，結(jié)果如圖3(a)所示。

表4 排名前20位的關(guān)鍵詞

表5 高頻關(guān)鍵詞共詞矩陣(局部)|

圖3 高頻詞聚類樹(shù)狀圖

考慮到層次關(guān)系，以及關(guān)鍵詞數(shù)量上的均衡等因素，本研究將20個(gè)高頻詞聚類后劃分為5類，如圖3(b)所示。根據(jù)每一類中所包含的關(guān)鍵詞并結(jié)合包含該類關(guān)鍵詞的論文的研究?jī)?nèi)容，總結(jié)出5個(gè)方面的研究熱點(diǎn)，分別是：

第1類，基于WebGIS應(yīng)用的相關(guān)研究。該類包含5個(gè)高頻關(guān)鍵詞，即“空間數(shù)據(jù)庫(kù)”、“WebGIS”、“空間分析”、“空間數(shù)據(jù)”和“時(shí)空數(shù)據(jù)模型”。結(jié)合原始論文數(shù)據(jù)，可以看出，該類主要研究?jī)?nèi)容是指在WebGIS開(kāi)發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中，空間數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建、空間分析以及時(shí)空演變關(guān)系分析等方面的研究。

第2類，基于地理信息服務(wù)的相關(guān)研究。該類包含4個(gè)高頻關(guān)鍵詞，即“地理信息服務(wù)”、“本體”、“遙感”和“移動(dòng)GIS”[4]。地理本體是表達(dá)地理概念以及地理概念之間關(guān)系的有效手段,包含本體屬性、一般關(guān)系和空間關(guān)系等語(yǔ)義信息,是實(shí)現(xiàn)地理信息共享和提供智能地理信息服務(wù)的一個(gè)研究重點(diǎn)。遙感技術(shù)為地理信息共享和服務(wù)提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持和分析方法。隨著GPS技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,以及智能手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備的普及,移動(dòng)GIS作為實(shí)現(xiàn)地理信息服務(wù)的一種重要方式也受到越來(lái)越多的關(guān)注。

第3類，地圖制圖與可視化方法研究。該類包含4個(gè)關(guān)鍵詞，即“可視化”、“數(shù)據(jù)庫(kù)”、“制圖綜合”和“數(shù)字高程模型”。制圖綜合一直是地圖制圖方向的研究重點(diǎn)，而數(shù)字高程模型作為一種空間數(shù)據(jù)模型在三維可視化、等高線綜合等方面都有著較好的應(yīng)用。通過(guò)結(jié)合原始論文數(shù)據(jù)，可以看出，該類研究?jī)?nèi)容具體包括：空間數(shù)據(jù)的多尺度表達(dá)方法、空間數(shù)據(jù)可視化方法、數(shù)字高程模型應(yīng)用等方面研究。

第4類，數(shù)字城市建設(shè)的相關(guān)研究。該類包含5個(gè)高頻關(guān)鍵詞，即“地理信息”、“數(shù)字城市”、“電子地圖”、“三維可視化”和“三維GIS”，具體包括地理信息獲取、電子地圖制作、三維可視化方法等在數(shù)字城市建設(shè)方面的應(yīng)用。

第5類，空間關(guān)系相關(guān)理論研究。包含“拓?fù)潢P(guān)系”和“空間關(guān)系”兩個(gè)高頻關(guān)鍵詞?？臻g關(guān)系是空間物體之間由空間物體的幾何特性(位置、形狀)所決定的關(guān)系,包括距離關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系、方向關(guān)系和相似關(guān)系,是空間信息科學(xué)的理論基礎(chǔ)之一,一直是空間信息科學(xué)理論研究的重點(diǎn)。結(jié)合原始論文數(shù)據(jù)，可以看出，該類主要研究?jī)?nèi)容是指對(duì)拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)方法、空間關(guān)系相似度計(jì)算及模型化表達(dá)方式的理論研究。

3 結(jié) 論

本研究以2006—2015年10年間6種測(cè)繪期刊中的學(xué)術(shù)論文為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)論文關(guān)鍵詞的詞頻統(tǒng)計(jì)分析和共詞分析，發(fā)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)GIS領(lǐng)域一些主要的研究?jī)?nèi)容和研究規(guī)律。通過(guò)對(duì)高頻關(guān)鍵詞的相關(guān)統(tǒng)計(jì)和可視化分析，可以得出以下結(jié)論：

1)對(duì)于整個(gè)測(cè)繪領(lǐng)域來(lái)講，GIS方面的相關(guān)研究始終處于一個(gè)相對(duì)重要的地位。但近幾年對(duì)于GIS方面的相關(guān)研究呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。

2)從GIS領(lǐng)域研究熱點(diǎn)在時(shí)間緯度上的分布特征可以看出，在研究時(shí)間段的前中后期，研究側(cè)重點(diǎn)分別從基礎(chǔ)的“空間數(shù)據(jù)”相關(guān)研究，過(guò)渡到應(yīng)用型的 “電子地圖”相關(guān)研究，再到“制圖綜合”技術(shù)方法的相關(guān)研究。在此期間，空間分析作為GIS區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的重要特征，一直是GIS領(lǐng)域研究中的核心內(nèi)容。

3)通過(guò)分析，GIS領(lǐng)域近10年在研究上的主要內(nèi)容，概括為5個(gè)方面，即：WebGIS相關(guān)應(yīng)用、地理信息服務(wù)、地圖制圖與可視化、數(shù)字城市建設(shè)及空間關(guān)系相關(guān)理論技術(shù)。

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[責(zé)任編輯：張德福]

Visual analysis of hot spots in the field of GIS based on high frequency keywords in the paper

LI Jing,LIU Haiyan,YANG Ruijie,GUO Wenyue,YANG Mingyuan

(School of Geography Space Information, Information Engineering University, Zhengzhou 450001，China)

The paper tries to analyze the development and hot spots of the field of GIS in China. Using the analysis method of frequency statistics and co-word, combining with the SPSS statistical analysis tools, and taking academic papers from Chinese surveying and mapping journals from 2006 to 2015 as the data source, this paper analyzes the number of papers, high frequency keywords in the dimension of time distribution and clustering characteristics. The recent years papers in the field of GIS have been issued with the downward trend. The field of GIS is mainly concerned with five aspects: WebGIS applications, geographic information services, mapping and visualization, digital city construction, and the related theories of spatial relationship. This research reveals the hot spots and the development of the GIS field to a certain degree.

GIS；keyword；research hotspot；co-word analysis；visualization

2017-01-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41501446)

李 靜(1990-)，女，碩士研究生.

著錄：李靜，劉海硯，楊瑞杰，等.基于論文中高頻關(guān)鍵詞的GIS領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的可視化分析[J].測(cè)繪工程，2017，26(8)：71-76.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.08.015

P208

A

1006-7949(2017)08-0071-06