孫 超,林 立,楊 麗
(1.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定總站,北京 100122;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院,北京 100083)
旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)方法及實(shí)證研究
孫 超1,林 立1,楊 麗2
(1.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定總站,北京 100122;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院,北京 100083)
為提高旋耕條播機(jī)產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量,更好推廣旋耕條播作業(yè)技術(shù),建立了旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)方法,并進(jìn)行了實(shí)證研究。首先,基于農(nóng)機(jī)適用性評(píng)價(jià)理論,構(gòu)建了旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,明確了評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值和評(píng)價(jià)結(jié)果的計(jì)算方法,通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查明確了各層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值;其次,對(duì)某型號(hào)旋耕條播機(jī)在江蘇、浙江和安徽3個(gè)省的適用性進(jìn)行了實(shí)證研究,采用調(diào)查測(cè)評(píng)法對(duì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目打分,計(jì)算得出該旋耕條播機(jī)的適用度為3.745,適用性評(píng)價(jià)結(jié)論為基本適用;最后,對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析,從提高作業(yè)能力、作業(yè)質(zhì)量和通過(guò)性等角度為加強(qiáng)旋耕條播機(jī)產(chǎn)品適用性、強(qiáng)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和制造質(zhì)量提出建議。
旋耕條播機(jī);適用性評(píng)價(jià);實(shí)證研究
旋耕條播是較為成熟的機(jī)械化種植技術(shù),能夠一次性完成旋耕、施肥和播種作業(yè)。相對(duì)于免耕撒播等傳統(tǒng)播種技術(shù),采用旋耕條播方式播種的小麥能夠提高播種作業(yè)效率,有效縮短播種期,作物根系生長(zhǎng)量、旗葉光合性能、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量等增產(chǎn)指標(biāo)均有顯著增長(zhǎng)[1],每公頃能夠增產(chǎn)450kg、節(jié)種75kg[2],具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
旋耕條播機(jī)是實(shí)現(xiàn)旋耕條播技術(shù)的關(guān)鍵農(nóng)機(jī)具,其主要由機(jī)架和懸掛裝置等結(jié)構(gòu)部件,萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸總成、變速箱總成和傳動(dòng)裝置等傳動(dòng)部件,刀軸總成、種肥箱總成、限深輪和鎮(zhèn)壓輥等工作部件組成,能夠完成旋耕滅茬、碎土、開(kāi)溝、施肥、播種、覆土和鎮(zhèn)壓等復(fù)合作業(yè)[3]。
旋耕條播機(jī)的適用性是制約旋耕、施肥和播種復(fù)合作業(yè)質(zhì)量的決定性因素。通過(guò)旋耕條播機(jī)作業(yè)質(zhì)量跟蹤調(diào)查,當(dāng)土壤條件、地表植被或種子肥料等農(nóng)藝條件超出產(chǎn)品的適用范圍時(shí),機(jī)具可能出現(xiàn)難以入土、播種深度淺、播量異常、前部壅土和耕后地表不平整等問(wèn)題,發(fā)生適用性問(wèn)題,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成產(chǎn)品故障,影響旋耕條播作業(yè)正常進(jìn)行。因此,利用農(nóng)機(jī)適用性評(píng)價(jià)理論,建立旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)方法,對(duì)產(chǎn)品適用性進(jìn)行實(shí)證評(píng)價(jià),并分析了影響產(chǎn)品適用性的因素,不僅能夠科學(xué)評(píng)價(jià)旋耕條播機(jī)的適用性,推動(dòng)用戶(hù)合理選用產(chǎn)品,還能不斷提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造水平,強(qiáng)化旋耕條播技術(shù)的推廣應(yīng)用。
1.1 農(nóng)機(jī)適用性評(píng)價(jià)理論基礎(chǔ)
基于不同的評(píng)價(jià)角度,目前學(xué)者對(duì)農(nóng)機(jī)適用性的定義主要有3類(lèi):①指在一定的作業(yè)條件下農(nóng)業(yè)機(jī)械性能滿(mǎn)足農(nóng)藝要求的能力[4],其評(píng)價(jià)角度基于技術(shù)指標(biāo)中的農(nóng)藝要求;②指農(nóng)機(jī)產(chǎn)品在當(dāng)?shù)刈匀粭l件、作物品種和農(nóng)作制度條件下,具有保持規(guī)定特性和滿(mǎn)足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的能力[5],其評(píng)價(jià)角度基于技術(shù)指標(biāo)中的作業(yè)能力和作業(yè)質(zhì)量等方面;③指對(duì)某種農(nóng)機(jī)產(chǎn)品及其作業(yè)模式適應(yīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)等指標(biāo)的水平[6],其評(píng)價(jià)角度已經(jīng)從技術(shù)層面擴(kuò)展到宏觀層面。從引導(dǎo)農(nóng)民選用先進(jìn)適用的產(chǎn)品、推廣先進(jìn)適用的作業(yè)技術(shù)角度出發(fā),農(nóng)機(jī)適用性不僅應(yīng)當(dāng)考慮農(nóng)機(jī)產(chǎn)品適應(yīng)農(nóng)藝條件的能力,還應(yīng)重點(diǎn)考慮產(chǎn)品滿(mǎn)足規(guī)定特性和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的能力,對(duì)旋耕條播機(jī)而言,主要指其在作業(yè)能力、作業(yè)質(zhì)量和通過(guò)性3方面的適應(yīng)能力。
常用的農(nóng)機(jī)適用性評(píng)價(jià)方法主要有以下幾類(lèi)[7-8]:①模糊綜合評(píng)判法,利用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和隸屬度函數(shù)確定權(quán)重和判斷矩陣,通過(guò)加權(quán)運(yùn)算確定最終結(jié)果,過(guò)程簡(jiǎn)單、易于操作,但主觀性強(qiáng)、精度不高。②層次分析法(AHP)。通過(guò)構(gòu)造對(duì)比矩陣確定準(zhǔn)則層和方案層權(quán)重,對(duì)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn),客觀性較強(qiáng)。③等級(jí)評(píng)定法。將不同等級(jí)的效果表述用等級(jí)性量化,從而將定性評(píng)價(jià)法和定量評(píng)價(jià)法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。④計(jì)算機(jī)模擬法?;跇?gòu)建農(nóng)機(jī)選型模型,輸入作業(yè)參數(shù),最終得出系統(tǒng)所需的農(nóng)機(jī)具型號(hào)和數(shù)量等信息,其系統(tǒng)開(kāi)發(fā)較為復(fù)雜。層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的多目標(biāo)決策專(zhuān)家分析法[9-10],已應(yīng)用于構(gòu)建用戶(hù)調(diào)查評(píng)價(jià)模型和分析適用性影響因素等農(nóng)機(jī)適用性評(píng)價(jià)過(guò)程[11-13],有助于構(gòu)建科學(xué)規(guī)范的農(nóng)機(jī)適用性評(píng)價(jià)方法。
1.2 建立評(píng)價(jià)體系
評(píng)價(jià)旋耕條播機(jī)適用性首先要確定系統(tǒng)內(nèi)各要素之間的關(guān)系,劃分系統(tǒng)要素的層次結(jié)構(gòu),進(jìn)而建立評(píng)價(jià)體系。根據(jù)農(nóng)機(jī)適用性的定義,以適用性(A)為一級(jí)指標(biāo),以顯著影響適用性的作業(yè)能力、作業(yè)質(zhì)量和通過(guò)性3個(gè)主要評(píng)價(jià)項(xiàng)目[14-15]為二級(jí)指標(biāo)(B),以影響主要評(píng)價(jià)項(xiàng)目的子項(xiàng)目(C)為三級(jí)指標(biāo),建立旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)體系,如表1所示。
表1 旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)體系
1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定
采用層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,其方法主要分為3個(gè)步驟:
1) 構(gòu)造判斷矩陣。以上層相應(yīng)指標(biāo)為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,對(duì)同層指標(biāo)之間進(jìn)行兩兩比較,進(jìn)而確定指標(biāo)之間的相對(duì)重要性。設(shè)Ps為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,S1,S2,S3,…,Sn為評(píng)價(jià)指標(biāo),根據(jù)判斷矩陣標(biāo)度定義對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較判斷,構(gòu)成判斷矩陣E=(eij)n·n,即
判斷矩陣E中的元素eij具有這樣的性質(zhì):eij>0,eji=1/eij,eii=1。
2) 層次單排序。確定同層各指標(biāo)對(duì)上一層次某指標(biāo)的影響程度,并依次排出順序。實(shí)質(zhì)就是根據(jù)判斷矩陣計(jì)算出各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重向量,計(jì)算方法主要有求和法、方根法和特征根法,本文選擇特征根法。
AW=λmaxW
式中λmax—E的最大特征根;
W—λmax的正規(guī)化特征向量,W的分量Wi就是相應(yīng)指標(biāo)單排序的權(quán)重值。
3) 一致性檢驗(yàn)。對(duì)層次單排序進(jìn)行一致性檢驗(yàn),計(jì)算一致性結(jié)果為CI,則
顯然,λmax-n越小,CI越小,矩陣的一致性越好,CI=0時(shí)矩陣具有完全一致性。為了檢驗(yàn)判斷矩陣是否具有滿(mǎn)意的一致性,要將一致性結(jié)果CI和平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI進(jìn)行比較,比值稱(chēng)為判斷矩陣的一致性比例,記作CR,則
當(dāng)CR<0.1時(shí),判斷矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn);當(dāng)CR≥0.1時(shí),判斷矩陣沒(méi)有通過(guò)一致性檢驗(yàn),調(diào)整矩陣重新檢驗(yàn)。
根據(jù)層次分析法建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定方法,按照合理性、邏輯性、明確性、非誘導(dǎo)性和結(jié)果便于整理分析的原則,設(shè)計(jì)了《旋耕播種機(jī)適用性評(píng)價(jià)指標(biāo)專(zhuān)家咨詢(xún)表》,旨在對(duì)同層指標(biāo)之間的重要性進(jìn)行兩兩比較,確定各指標(biāo)權(quán)重值。在旋耕條播機(jī)行業(yè)領(lǐng)域內(nèi),在不同地區(qū)選擇產(chǎn)品鑒定、設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制等方面的15名專(zhuān)家進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查,在調(diào)查前詳細(xì)介紹權(quán)重確定方法,盡可能獲得各指標(biāo)真實(shí)的權(quán)重值。根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果,使用Yaahp分析軟件,采用加權(quán)幾何平均進(jìn)行判斷矩陣集結(jié),對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和匯總,得出各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值,如表2所示。
表2 旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值
1.4 評(píng)價(jià)結(jié)果的計(jì)算
在農(nóng)機(jī)適用性評(píng)價(jià)過(guò)程中,可以采用試驗(yàn)測(cè)評(píng)法、跟蹤測(cè)評(píng)法或調(diào)查測(cè)評(píng)法得出各評(píng)價(jià)項(xiàng)目(Cij)的評(píng)價(jià)分值,計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)(Bi)的評(píng)價(jià)分值,并以適用度作為最終評(píng)價(jià)結(jié)果,實(shí)現(xiàn)對(duì)適用性的量化評(píng)價(jià)[16]。評(píng)價(jià)指標(biāo)(Bi)的評(píng)價(jià)分值計(jì)算公式為
式中Ei—評(píng)價(jià)指標(biāo)(Bi)的評(píng)價(jià)分值;
m—評(píng)價(jià)指標(biāo)Bi的項(xiàng)目Cij的個(gè)數(shù);
Eij—評(píng)價(jià)項(xiàng)目(Cij)的評(píng)價(jià)分值;
Sij——評(píng)價(jià)項(xiàng)目(Cij)的權(quán)重系數(shù)。
單一區(qū)域內(nèi)適用度的計(jì)算公式為
式中Ep—某一區(qū)域內(nèi)樣機(jī)的適用性評(píng)價(jià)分值,即適用度;
n—評(píng)價(jià)指標(biāo)Bi的個(gè)數(shù);
Ei—評(píng)價(jià)指標(biāo)(Bi)的評(píng)價(jià)分值;
Si—評(píng)價(jià)指標(biāo)(Bi)的權(quán)重系數(shù)。
多個(gè)區(qū)域內(nèi)適用度的計(jì)算公式為
式中Ez—多個(gè)區(qū)域內(nèi)樣機(jī)的適用性評(píng)價(jià)分值,即適用度;
Ep—區(qū)域p內(nèi)樣機(jī)的適用性評(píng)價(jià)分值;
N—區(qū)域數(shù)量。
2.1 評(píng)價(jià)機(jī)具及區(qū)域
選擇市面上應(yīng)用較廣的某型號(hào)旋耕條播機(jī)進(jìn)行適用性評(píng)價(jià)實(shí)證研究,該產(chǎn)品配套功率為55.2~62.5kW,旋耕部分為中間齒輪傳動(dòng),播種施肥部分為鎮(zhèn)壓輥鏈傳動(dòng),排種和排肥器型式均為外槽輪式,播種和施肥開(kāi)溝器均采用圓盤(pán)式,采用種下施肥方式,播種和施肥工作行數(shù)均為14行,工作幅寬為200cm。
為全面系統(tǒng)地評(píng)價(jià)該產(chǎn)品的適用性,在產(chǎn)品的主要使用區(qū)域內(nèi)選擇江蘇省、浙江省和安徽省作為評(píng)價(jià)區(qū)域進(jìn)行適用性評(píng)價(jià)。
2.2 評(píng)價(jià)方法
采用調(diào)查測(cè)評(píng)法對(duì)旋耕條播機(jī)適用性進(jìn)行實(shí)證評(píng)價(jià),具體發(fā)方法為:根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷,在3個(gè)省各選5名使用該產(chǎn)品一個(gè)作業(yè)季節(jié)以上的用戶(hù)進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查,評(píng)價(jià)項(xiàng)目(Cij)的得分按照用戶(hù)評(píng)價(jià)為“好、較好、一般、較差、差”的5級(jí)分檔結(jié)果,依次賦值“5分、4分、3分、2分、1分”。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和有關(guān)計(jì)算方法得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)(Bi)的評(píng)價(jià)分值,最終得到產(chǎn)品在3個(gè)省的適用度(E)。不同適用度對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。
表3 適用度與評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系
Table 3 The relationship between applicability index and the result of applicability assessment
適用度E評(píng)價(jià)結(jié)果適用度E評(píng)價(jià)結(jié)果E<3不適用3≤E≤4基本適用E>4適用
根據(jù)用戶(hù)打分結(jié)果得出各省區(qū)域內(nèi)適用性評(píng)價(jià)結(jié)果,再將3個(gè)省的結(jié)果進(jìn)行匯總計(jì)算,得出該型號(hào)旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體分值,如表4所示。最終計(jì)算得出適用度為3.745,則該型號(hào)旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)結(jié)果為“基本適用”。
3.1 作業(yè)能力
作業(yè)能力對(duì)旋耕條播機(jī)適用性的影響大。在作業(yè)能力包含的因素中,旋耕條播機(jī)對(duì)土壤質(zhì)地、土壤含水率和前茬作物根茬的適用情況是制約其適用性的最關(guān)鍵因素,這些因素直接影響旋耕作業(yè),同時(shí)間接制約施肥和播種作業(yè)的進(jìn)行。旋耕條播機(jī)刀軸在拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的驅(qū)動(dòng)下對(duì)土壤進(jìn)行旋耕作業(yè),若土壤質(zhì)地為黏土且含水率較高,則土壤黏性大、易發(fā)生板結(jié);如果根植于土壤表層的前茬作物根茬粗壯且分布密集,將極大影響旋耕作業(yè)的進(jìn)行,出現(xiàn)機(jī)器難以下地的情況,影響后續(xù)施肥和播種作業(yè)的進(jìn)行。此外,旋耕條播機(jī)受作物品種、種子含水率和植被覆蓋量影響較大,而肥料類(lèi)型對(duì)旋耕條播機(jī)適用性影響弱,這反映了目前旋耕條播機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)能夠適應(yīng)常見(jiàn)物料特性的肥料,而地表植被覆蓋量在不大的情況下,對(duì)旋耕條播作業(yè)效果影響小。
3.2 作業(yè)質(zhì)量
作業(yè)質(zhì)量對(duì)旋耕條播機(jī)適用性的影響最大。在作業(yè)質(zhì)量包含的因素中,耕深、耕深穩(wěn)定性和田間播種均勻性情況是制約旋耕條播機(jī)適用性的最關(guān)鍵因素。耕深及其穩(wěn)定性情況體現(xiàn)了旋耕條播機(jī)克服土壤、前茬作物根茬和地表植被的阻力達(dá)到旋耕作業(yè)農(nóng)藝要求的能力,當(dāng)耕深及其穩(wěn)定性滿(mǎn)足農(nóng)藝要求時(shí),施肥和播種作業(yè)的進(jìn)行有了良好的先決條件。田間播種均勻性在所有播種相關(guān)的質(zhì)量指標(biāo)中重要性最高,反映了條播作業(yè)的本質(zhì)要求,即實(shí)現(xiàn)小麥種子的連續(xù)流動(dòng)下播,實(shí)現(xiàn)分布均勻的種子條帶,也間接表明當(dāng)前旋耕條播機(jī)對(duì)種子破損、覆土深度和種肥間距的技術(shù)要求已基本滿(mǎn)足,施肥和排種單體對(duì)各行及總排量一致性的技術(shù)要求能夠基本實(shí)現(xiàn)。值得注意的是,作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率對(duì)作業(yè)質(zhì)量存在一定影響,反映經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)受到重視,作為一種節(jié)本增效的農(nóng)業(yè)種植技術(shù),旋耕條播對(duì)縮短播種期至關(guān)重要,更高的作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率是旋耕條播機(jī)適用性強(qiáng)的重要表現(xiàn)。
表4 旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)指標(biāo)分值
3.3 通過(guò)性
通過(guò)性對(duì)旋耕條播機(jī)適用性存在一定影響。通過(guò)性包含滑移率和堵塞情況,二者對(duì)旋耕條播機(jī)適用性的影響相當(dāng)。當(dāng)?shù)乇頋駶?rùn)、植被覆蓋量大、拖拉機(jī)動(dòng)力輸出不足或作業(yè)速度過(guò)快時(shí),旋耕條播機(jī)易出現(xiàn)滑移率高的現(xiàn)象;而當(dāng)土壤松軟或植被覆蓋量大時(shí),旋耕條播機(jī)的旋耕部分容易發(fā)生堵塞,這些都直接影響施肥和播種作業(yè)正常進(jìn)行,限制旋耕條播機(jī)適用性的發(fā)揮。
1) 根據(jù)農(nóng)機(jī)適用性評(píng)價(jià)理論,利用層次分析法建立了旋耕條播機(jī)適用性評(píng)價(jià)體系,明確了評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重和評(píng)價(jià)結(jié)果的計(jì)算方法。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查確定了各層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值,構(gòu)建了農(nóng)機(jī)適用性評(píng)價(jià)的一般方法。
2) 通過(guò)實(shí)證研究,對(duì)某型號(hào)旋耕條播機(jī)適用性進(jìn)行評(píng)價(jià),利用調(diào)查測(cè)評(píng)法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分,計(jì)算適用度并得出評(píng)價(jià)結(jié)果,證明提出的方法能夠科學(xué)規(guī)范地進(jìn)行農(nóng)機(jī)適用性評(píng)價(jià)。
3) 對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的分析表明:旋耕條播機(jī)在作業(yè)能力上應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)保證對(duì)不同土壤質(zhì)地、土壤含水率和前茬作物根茬的適應(yīng)能力,在作業(yè)質(zhì)量上重點(diǎn)滿(mǎn)足耕深、耕深穩(wěn)定性和田間播種均勻性等關(guān)鍵指標(biāo),在通過(guò)性上要盡量降低滑移率并確保不發(fā)生堵塞。
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The Evaluation Method and Empirical Research of the Applicability of Rotary Tillage Drill
Sun Chao1, Lin Li1, Yang Li2
(1.China Agricultural Machinery Testing Centre, Beijing 100122, China; 2.College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)
In order to improve the technical quality of rotary tillage drill and develop the role of gytrolilling and row seeding technique, the study established the method of evaluating the applicability of rotary tillage drill and conducted empirical research. Firstly, based on the theory of agricultural machinery applicability, the evaluation index system of applicability assessment was built, the method of calculating the weight of different evaluation indexes and evaluation result was established, the weight of different evaluation indexes were calculated by questionnaire. Secondly, empirical research on a certain type rotary tillage drill was studied among Jiangsu, Zhejiang and Anhui province, the value of evaluation items were obtained by survey, the applicability index of rotary tillage drill was 3.745, and the result of applicability assessment of the rotary tillage drill was basic applicable. At last, suggestions of improving the work capacity and quality as well as the passing ability of rotary tillage drill were put forward in order to strengthen the level of design capability and manufacturing quality of rotary tillage drill.
rotary tillage drill; applicability; empirical research
2016-12-02
公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(200903038)
孫 超(1988-),男,山東青島人,碩士研究生,(E-mail) tukao@163.com。
S223.2
A
1003-188X(2018)02-0040-06