賀亞茹

（西安外事學(xué)院 信息與網(wǎng)絡(luò)學(xué)院，陜西 西安710077）

智慧物流動(dòng)態(tài)跟蹤管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賀亞茹

（西安外事學(xué)院 信息與網(wǎng)絡(luò)學(xué)院，陜西 西安710077）

研究智慧物流運(yùn)輸跟蹤管理中涉及到的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)、GPS/GIS定位技術(shù)、傳感器技術(shù)以及條形碼技術(shù)，給出了由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成的系統(tǒng)架構(gòu)，討論了數(shù)據(jù)采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、綜合數(shù)據(jù)分析與查詢跟蹤等功能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)；設(shè)計(jì)了軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，并研究了系統(tǒng)開發(fā)中的核心技術(shù)。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)將使用戶及時(shí)掌握物流動(dòng)態(tài)信息，保證物品運(yùn)輸過程中的質(zhì)量和安全，節(jié)約物流成本。

智慧物流；物聯(lián)網(wǎng)；動(dòng)態(tài)跟蹤；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

“智慧物流”就是將物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，通過以精細(xì)、動(dòng)態(tài)、科學(xué)的控制，實(shí)現(xiàn)物流過程中的智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、實(shí)時(shí)化管理[1]。

目前，在物流行業(yè)已經(jīng)使用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、條形碼技術(shù)等，用戶能夠通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)了解貨物的到站情況，在一定程度上達(dá)到了“智慧物流”，但在物品運(yùn)輸過程中，還需要實(shí)時(shí)查詢和監(jiān)管物品存儲(chǔ)條件、運(yùn)輸路徑，特別是對(duì)于藥品、貴重物品等需要保鮮、保溫、保濕等特殊條件的物資，更需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證物品的質(zhì)量和安全。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID射頻識(shí)別技術(shù)、條形碼技術(shù)、傳感器技術(shù)并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)物流運(yùn)輸過程中的動(dòng)態(tài)跟蹤管理系統(tǒng)，能夠有效解決智慧物流中跟蹤、物品監(jiān)管、信息及時(shí)反饋等問題。

1 智慧物流動(dòng)態(tài)跟蹤管理應(yīng)用技術(shù)

智慧物流動(dòng)態(tài)跟蹤管理系統(tǒng)應(yīng)用到的主要技術(shù)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)、GPS/GIS定位技術(shù)，傳感器技術(shù)、條形碼技術(shù)等。

在智慧物流過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要應(yīng)用在倉儲(chǔ)管理、車輛運(yùn)輸定位、物品識(shí)別等方面[2]。

利用RFID標(biāo)簽唯一標(biāo)識(shí)物品的特點(diǎn)，將物品的各種信息如名稱、規(guī)格、產(chǎn)地、特性等及運(yùn)輸車輛的相關(guān)信息存儲(chǔ)在無源RFID標(biāo)簽芯片和物品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中[3]。在物品運(yùn)輸過程中，通過安裝在收費(fèi)站、碼頭、倉庫門口、港口等地的RFID讀寫設(shè)備，實(shí)時(shí)采集物品信息、狀態(tài)信息、車輛信息、到達(dá)地點(diǎn)信息等，并將這些信息與中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，生成運(yùn)輸動(dòng)態(tài)跟蹤結(jié)果，以便監(jiān)管人員及時(shí)查詢。

在物流運(yùn)輸過程中，運(yùn)輸車輛上安裝GPS接收裝置，地面監(jiān)控中心利用GPS技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛等移動(dòng)目標(biāo)的位置，并根據(jù)道路交通狀況向運(yùn)輸車輛發(fā)出實(shí)時(shí)調(diào)度指令。

GIS以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，為地理研究和地理決策服務(wù)提供多種空間和動(dòng)態(tài)地理信息的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。其基本功能是將表格型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理圖形顯示，然后對(duì)顯示結(jié)果瀏覽、操作和分析[4-5]。

利用安裝在物品集裝箱里的溫度傳感器、濕度傳感器可以即時(shí)檢測(cè)物品的溫度、濕度等信息，并通過傳感網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，利用安裝在門口的紅外傳感器檢測(cè)物品的上下貨情況[6]。

條形碼簡稱條碼，是由一組規(guī)則排列條、空及其對(duì)應(yīng)字符組成的標(biāo)記，是現(xiàn)代物流管理的重要技術(shù)手段。在物品信息錄入、出庫信息核對(duì)、到達(dá)簽收、裝車掃描、倉儲(chǔ)位置分配與管理等物品發(fā)出、運(yùn)輸、到達(dá)等整個(gè)運(yùn)輸過程中都能夠跟蹤物品和運(yùn)輸車輛的全部信息，保證物品入庫、出庫、檢驗(yàn)、物流過程的準(zhǔn)確、快速和方便[7]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧物流跟蹤管理系統(tǒng)的主要功能是跟蹤物流車輛運(yùn)輸狀況、位置信息、物品上下貨情況及物品質(zhì)量狀況，要實(shí)現(xiàn)這些功能，必須結(jié)合物品基礎(chǔ)信息，并利用企業(yè)現(xiàn)有ERP功能，設(shè)計(jì)系統(tǒng)化架構(gòu)。

智慧物流動(dòng)態(tài)跟蹤管理系統(tǒng)架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

圖1 智慧物流跟蹤管理系統(tǒng)架構(gòu)

在感知層，系統(tǒng)采用RFID標(biāo)簽、條形碼技術(shù)，采集運(yùn)輸物品信息、車輛信息，并根據(jù)到站信息、中轉(zhuǎn)站信息、收貨人信息等生成跟蹤物品目錄、跟蹤線路圖及跟蹤物品狀態(tài)表。

網(wǎng)絡(luò)層主要由實(shí)現(xiàn)GPS定位信息采集和通信的GMS網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)局域網(wǎng)LAN、車載移動(dòng)設(shè)備（包括主機(jī)、RFID閱讀器、天線）、3G無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成?，F(xiàn)有成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以使用，能夠滿足不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信和傳輸。

應(yīng)用層主要由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、跟蹤數(shù)據(jù)查詢、系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口3個(gè)模塊組成[8]。其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括建立跟蹤物品目錄、車輛射頻卡信息采集及其與物品信息的綁定，以及不同地點(diǎn)安裝的RFID讀卡器信息管理；跟蹤數(shù)據(jù)查詢包括物品跟蹤臺(tái)帳管理、物品狀態(tài)質(zhì)量跟蹤及車輛位置信息查詢；系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口包括用條碼標(biāo)識(shí)的物品編碼數(shù)據(jù)、到站、中轉(zhuǎn)站信息以及運(yùn)輸車輛信息，這些信息是為了在整個(gè)系統(tǒng)中建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理而設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 主要功能設(shè)計(jì)

2.2.1 感知層

1）出庫數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集在整個(gè)物流信息管理系統(tǒng)中起著非常重要的作用，數(shù)據(jù)采集的真實(shí)性、準(zhǔn)確性、有效性決定了智慧物流質(zhì)量的源頭。利用訂貨合同單數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)、商品信息數(shù)據(jù)單，車輛信息、以及車輛司機(jī)等信息，自動(dòng)生成包含收貨人、收貨地址、物品信息、車輛信息、司機(jī)信息、運(yùn)輸路線信息、物品存儲(chǔ)條件信息等的出庫數(shù)據(jù)，綜合管理平臺(tái)發(fā)出指令，工作人員按照指令完成物品分揀和配貨。

2）運(yùn)輸過程中物品動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集

在商品運(yùn)輸過程中，需要采集上下貨信息以及跟蹤物品狀態(tài)信息。上下貨信息采集可以利用安裝在車門處的一對(duì)紅外傳感器，當(dāng)需要上下貨而打開車門時(shí)，啟動(dòng)車門處的固定天線，對(duì)進(jìn)出車門的貨物進(jìn)行掃描，即可采集到上下貨詳細(xì)信息；當(dāng)關(guān)閉車門時(shí)，啟動(dòng)另外3個(gè)天線，對(duì)車廂中的貨物進(jìn)行掃描，用于運(yùn)輸途中的監(jiān)控[9]。利用安裝在車廂內(nèi)的傳感器，可以及時(shí)采集物品的溫度、濕度等狀態(tài)數(shù)據(jù)。

3）運(yùn)輸車輛位置信息采集

感知層的物流跟蹤管理軟件可以基于Google開發(fā)，利用Google Maps API接口與Google地圖服務(wù)器通信，即可取得實(shí)時(shí)地理信息，同時(shí)，將車輛的GPS位置標(biāo)于地圖上，即可取得車輛的位置信息[10]。

2.2.2 應(yīng)用層

1）跟蹤數(shù)據(jù)查詢

由應(yīng)用層的跟蹤物品目錄、車輛射頻卡管理、地點(diǎn)射頻卡管理等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和物品編碼數(shù)據(jù)、到站、中轉(zhuǎn)站信息、運(yùn)輸車輛信息等系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，結(jié)合上述感知層采集的到的物品出庫數(shù)據(jù)、運(yùn)輸過程中物品動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、運(yùn)輸車輛位置信息，可以建立物品跟蹤臺(tái)賬、跟蹤物品上下貨，及時(shí)掌握物品到站信息、貨主收貨信息、物品狀況信息以及車輛位置信息，并生成物品運(yùn)輸結(jié)果圖表。

2）物品狀態(tài)監(jiān)控

在車輛運(yùn)輸過程，利用安裝在運(yùn)輸車廂內(nèi)的溫度傳感器、濕度傳感器等，實(shí)施采集物品溫度、濕度等數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)不滿足存儲(chǔ)條件時(shí)，控制裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)溫、濕度，以達(dá)到保質(zhì)要求，同時(shí)，利用車載移動(dòng)設(shè)備將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再利用互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，與數(shù)據(jù)庫物品基本信息相關(guān)聯(lián)后，即可及時(shí)查詢運(yùn)輸物品的動(dòng)態(tài)信息。這些信息也可通過移動(dòng)端軟件發(fā)送到司機(jī)及相關(guān)人員的客戶端，以便及時(shí)查詢。一旦出現(xiàn)故障，如空調(diào)損壞，溫度不能達(dá)到需求時(shí)，也可人工干預(yù)。

3）綜合信息統(tǒng)計(jì)、分析和報(bào)送

綜合信息統(tǒng)計(jì)和分析功能，可以利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用層具體要求，設(shè)計(jì)需要的用戶視圖來實(shí)現(xiàn)。由于本系統(tǒng)涉及到的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，除利用視圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)外，還可以考慮利用存儲(chǔ)過程來實(shí)現(xiàn)具體功能，這樣可以提高模塊的利用率，也可提高軟件開發(fā)的效率。至于信息報(bào)送功能，應(yīng)盡可能考慮移動(dòng)化，按照權(quán)限將信息直接發(fā)送到用戶的移動(dòng)設(shè)備上，這樣，管理人員可以隨時(shí)跟蹤物品運(yùn)輸狀況，全方位掌握運(yùn)輸流程。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

物流動(dòng)態(tài)管理軟件不僅要考慮如何有效利用物聯(lián)網(wǎng)中間件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與管理功能，還要與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)（如ERP系統(tǒng)）集成，獲取客戶訂單和貨物等信息。同時(shí)還要有很好的擴(kuò)展性，為今后與其它系統(tǒng)的集成留下接口[11]。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮企業(yè)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫及本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、GIS數(shù)據(jù)庫組成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；將現(xiàn)有ERP系統(tǒng)、Google Maps服務(wù)器、GPS模塊、3G網(wǎng)絡(luò)模塊、RFID閱讀器模塊等集成為統(tǒng)一的設(shè)施層；在此基礎(chǔ)上，通過GMS、3G無線網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)局域網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)層；以Google Maps API、GPS數(shù)據(jù)、RFID數(shù)據(jù)、以及復(fù)雜事件處理程序、客戶訂單等組成系統(tǒng)中間件，最后實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的各種功能。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)需要處理大量的數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量高低直接影響系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和開發(fā)效率。根據(jù)圖2可知，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括GIS數(shù)據(jù)庫，含有GPS模塊、3G模塊、RFID標(biāo)簽閱讀器的模塊數(shù)據(jù)庫，和企業(yè)現(xiàn)有ERP數(shù)據(jù)庫。其中企業(yè)現(xiàn)有ERP數(shù)據(jù)庫主要存儲(chǔ)物品目錄信息、生產(chǎn)過程信息有等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的不同產(chǎn)品、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)計(jì)劃以及ERP系統(tǒng)的功能確定。

這里主要討論其他兩個(gè)數(shù)據(jù)庫的主要結(jié)構(gòu)。

3.2.1 GIS數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

GIS數(shù)據(jù)庫主要存儲(chǔ)車輛位置信息，涉及到用戶、單位、司機(jī)、車輛、地標(biāo)五個(gè)實(shí)體，需要設(shè)計(jì)5個(gè)關(guān)系模式，其中，用戶和單位要有共同屬性，司機(jī)和車輛有共同屬性，車輛和地標(biāo)有共同屬性，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的連接查詢。用戶、單位、司機(jī)、車輛關(guān)系模式比較簡單，關(guān)鍵是地標(biāo)關(guān)系模式中存儲(chǔ)的信息應(yīng)包括序號(hào)、類型（點(diǎn)、區(qū)域、禁區(qū)）、名稱、最小經(jīng)度、最小緯度、最大經(jīng)度、最大緯度備注等屬性[12-13]。該關(guān)系模式與Google Maps API中的地圖數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)后即可直接得到車輛所在的省界、縣、公路、地物的具體位置。

3.2.2 模塊數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

1）上述GIS數(shù)據(jù)庫已經(jīng)保存了車輛位置信息，在GPS模塊數(shù)據(jù)庫中，還應(yīng)設(shè)計(jì)通信、報(bào)警、調(diào)度3個(gè)關(guān)系模式，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程中的動(dòng)態(tài)監(jiān)控功能。其中通信關(guān)系模式保存通信記錄，包含通信記錄ID、起始位、包長度、協(xié)議號(hào)、信息內(nèi)容、信息序列號(hào)、錯(cuò)誤校驗(yàn)、停止位等屬性；報(bào)警關(guān)系模式包含報(bào)警編號(hào)、車輛ID、預(yù)警日期、預(yù)警時(shí)間、預(yù)警類型、通信記錄ID等屬性，而調(diào)度關(guān)系模式包含調(diào)度編號(hào)、車輛ID、通信記錄ID、調(diào)度類型、調(diào)度日期、調(diào)度時(shí)間、調(diào)度用戶ID、調(diào)度內(nèi)容、調(diào)度結(jié)果等屬性[14]。

2）利用3G通信模塊可以傳遞從傳感器采集到的物品信息，因此3G模塊數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)主要存儲(chǔ)物品狀態(tài)信息，涉及到物品、狀態(tài)、上下貨、收貨人等實(shí)體。物品關(guān)系模式保存物品編碼信息，這里必須有能唯一標(biāo)識(shí)該物品的屬性，用物品電子標(biāo)簽ID即可；狀態(tài)關(guān)系模式存儲(chǔ)物品溫度、濕度、顏色等信息（具體取決于物品保質(zhì)量要求）。上下貨關(guān)系模式存儲(chǔ)物品編碼電子標(biāo)簽ID、上下貨時(shí)間、地點(diǎn)信息，其中地點(diǎn)信息與車輛位置信息要關(guān)聯(lián)；收貨人關(guān)系模式存儲(chǔ)收貨人編碼、物品電子標(biāo)簽ID、收貨時(shí)間、物品狀態(tài)等信息。

3）RFID標(biāo)簽閱讀器讀寫物品信息，其電子標(biāo)簽ID是識(shí)別物品和車輛的唯一編號(hào)，對(duì)物品、車輛電子標(biāo)簽進(jìn)行EPC編碼，其中車輛編碼見參考文獻(xiàn)[15-16]，物品電子標(biāo)簽編碼如3所示。

圖3 物品電子標(biāo)簽編碼

在數(shù)據(jù)庫中，物品關(guān)系模式中電子標(biāo)簽ID是主碼，其他關(guān)系模式中電子標(biāo)簽ID是外碼，這樣就建立了不同關(guān)系模式之間的關(guān)聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)鏈接查詢。車輛信息存儲(chǔ)也同理。

3.3 系統(tǒng)軟件開發(fā)

系統(tǒng)軟件開發(fā)應(yīng)考慮以下核心技術(shù)的應(yīng)用：

1）最好采用Java語言，基于J2EE技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)開發(fā)；

2）采用B/S/S多層體系設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；

3）數(shù)據(jù)庫最好采用Oracle10g或以上版本，以實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)量檢索功能；

4）利用SMS和GPRS的通信方式完成數(shù)據(jù)交換，進(jìn)行信息資源整合；

5）采用對(duì)象組件技術(shù)完成系統(tǒng)的快速開發(fā)和功能實(shí)現(xiàn)；

6）在Web層，采用Struts框架與Spring進(jìn)行系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)頁面控制；

7）利用 JavaBean完成對(duì)中間件 GPS Web Services、RFID Web Services、 復(fù)雜數(shù)據(jù)處 理 Web Services、客戶訂單Web Services的調(diào)用；

8）利用Hibernate技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的高效訪問。

4 結(jié)束語

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)[17-18]、GPS/GIS定位技術(shù)、傳感器技術(shù)、條形碼技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)智慧物流動(dòng)態(tài)跟蹤管理，及時(shí)掌握運(yùn)輸過程中車輛運(yùn)輸路徑、到達(dá)位置、物品上下貨、物品狀態(tài)等信息，使客戶及時(shí)了解所訂購商品的達(dá)到信息，物流經(jīng)營者及時(shí)掌握物流狀況，保證物品質(zhì)量與運(yùn)輸安全，節(jié)約物流成本。本文研究了智慧物流動(dòng)態(tài)跟蹤管理中相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用及系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)開發(fā)等問題，對(duì)具體實(shí)現(xiàn)方法如運(yùn)輸車輛中傳感器的選型和安裝，GMS網(wǎng)絡(luò)、3G無線網(wǎng)、企業(yè)局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信問題，還有系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)等問題未能涉及，應(yīng)進(jìn)一步深入研究。

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Design of wisdom logistics dynamic tracking management system

HE Ya-ru
（School of Information and Network，Xi'an International University，Xi’an 710077，China）

Study wisdom logistics tracking management involved in the internet of things technology，RFID technology，GPS/GIS positioning technology，sensor technology and barcode technology，is given by the perception layer，network layer，application layer system architecture，discusses the data acquisition，dynamic monitoring，comprehensive data analysis and the realization of the function such as query tracking technology；designs the software system hierarchical structure，database structure，and studies the core technology in the system development.The implementation of this system will allow users to grasp the status of logistics dynamic information，to ensure the quality and safety of the transport process，save the cost of logistics.

wisdom logistics；Internet of things；transportation tracking；system；design

TN929.5

：A

：1674－6236（2017）13-0079-04

2017-01-11稿件編號(hào)：201701086

賀亞茹（1963—），女，陜西藍(lán)田人，碩士，副教授。研究方向：計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。