城市居住區(qū)夜間光侵?jǐn)_問(wèn)題調(diào)查研究
于娟,王立雄,張明宇,宋捷翹,楊笛
(天津大學(xué) 建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300072)
摘要:夜景照明建設(shè)的高速發(fā)展和LED的廣泛應(yīng)用,致使居住區(qū)夜間光侵?jǐn)_問(wèn)題日益嚴(yán)重,但缺乏有效的光侵?jǐn)_防治措施。采用主觀調(diào)查問(wèn)卷與客觀測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)合的方式,調(diào)查了居民對(duì)光侵?jǐn)_的主觀評(píng)價(jià),測(cè)量了光侵?jǐn)_的相關(guān)光參數(shù),將城市居住區(qū)光侵?jǐn)_來(lái)源劃分為4類,分析發(fā)現(xiàn)侵?jǐn)_源亮度、光色、動(dòng)態(tài)形式、發(fā)光時(shí)間段和發(fā)光面積為主要侵?jǐn)_因素,將光侵?jǐn)_劃分為亮度侵?jǐn)_、色光侵?jǐn)_和動(dòng)態(tài)侵?jǐn)_3種類別,并明確了各類別主要侵?jǐn)_因素的參數(shù)范圍。
關(guān)鍵詞:居住區(qū);光侵?jǐn)_;色光侵?jǐn)_;動(dòng)態(tài)侵?jǐn)_;侵?jǐn)_因素
Received:2015-05-13
Foundation item:National Natural Science Foundation of China (No. 51208351)
Author brief:Yu Juan (1987-), PhD candidate, mail research interest:building light environment, (E-mail) 601463949@qq.com.
光侵?jǐn)_(light trespass)是眾所周知對(duì)居民影響較大,且研究難度最大的一類光污染[1-5],北美照明工程協(xié)會(huì)(IESNA)將其定義區(qū)分為兩種類型:來(lái)自相臨地域的非必要照明;在視野內(nèi)有過(guò)高照度的燈光(侵?jǐn)_眩光)。居住區(qū)中的光侵?jǐn)_則來(lái)自于室外透入室內(nèi)的非必要光線,使居住者產(chǎn)生不適、心煩或是降低能見(jiàn)度等現(xiàn)象[6]。近年來(lái),城市夜間光環(huán)境因夜景照明建設(shè)的高速發(fā)展而日趨明亮,LED的廣泛應(yīng)用更產(chǎn)生了彩色、動(dòng)態(tài)光。因此,城市居住區(qū)夜間發(fā)生的光侵?jǐn)_問(wèn)題不僅愈加普遍和嚴(yán)重,更疊加了“色光”和“動(dòng)態(tài)光”因素。
國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)針對(duì)光污染出版的相關(guān)技術(shù)文件[7-8]中,對(duì)防治光侵?jǐn)_提出了相關(guān)建議:劃分了4個(gè)光環(huán)境分區(qū)和2個(gè)時(shí)段(宵禁前后),限制了室外光源朝向居室方向的光強(qiáng)和因其產(chǎn)生的窗口外表面垂直照度。這是現(xiàn)今防治光侵?jǐn)_的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),中國(guó)的現(xiàn)行規(guī)范[9]即是按照“等同采用”原則使用了上述CIE建議。其規(guī)范要求主要針對(duì)由光源亮度引起的窗口垂直面照度、可見(jiàn)光強(qiáng)兩方面,未見(jiàn)針對(duì)包含“色光”和“動(dòng)態(tài)光”光侵?jǐn)_的防治要求。同時(shí),針對(duì)照明中的“色光”與“動(dòng)態(tài)光”的研究,主要集中在以優(yōu)化照明設(shè)計(jì)、美化城市夜景為研究目的的情感偏好層面[10-14],未見(jiàn)涉及居民感受的光侵?jǐn)_防治方面的研究。
城市居住區(qū)光侵?jǐn)_的現(xiàn)狀對(duì)現(xiàn)行的光侵?jǐn)_防治要求的有效性提出了挑戰(zhàn),對(duì)于中國(guó)城市夜間光侵?jǐn)_的程度判斷和評(píng)價(jià)問(wèn)題應(yīng)運(yùn)而生。針對(duì)中國(guó)城市居住區(qū)光侵?jǐn)_的現(xiàn)狀及其對(duì)居民產(chǎn)生的影響等問(wèn)題,筆者在多個(gè)城市開展了實(shí)地調(diào)研,調(diào)查了居民對(duì)光侵?jǐn)_的主觀感受,測(cè)量了光侵?jǐn)_的相關(guān)參數(shù),依此分析了光侵?jǐn)_的來(lái)源、類型及其侵?jǐn)_因素,明確了各侵?jǐn)_因素的光參數(shù)范圍。
1城市居住區(qū)光侵?jǐn)_問(wèn)題調(diào)查
調(diào)查包括主觀調(diào)查和客觀測(cè)量,主觀調(diào)查針對(duì)居民對(duì)光侵?jǐn)_問(wèn)題的評(píng)價(jià),客觀測(cè)量在主觀調(diào)查基礎(chǔ)上對(duì)光侵?jǐn)_的光參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。
主觀調(diào)查在全國(guó)范圍內(nèi)展開,不設(shè)城市規(guī)模限制。調(diào)查預(yù)篩選出存在光侵?jǐn)_問(wèn)題的居住建筑,采用入戶調(diào)研的方式,對(duì)住戶進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查。問(wèn)卷(見(jiàn)表1~6和表8)設(shè)計(jì)基于前期研究[5,15],以進(jìn)一步了解夜間光侵?jǐn)_對(duì)居民的侵?jǐn)_影響程度、侵?jǐn)_影響的室內(nèi)活動(dòng)類型、侵?jǐn)_因素、侵?jǐn)_來(lái)源、侵?jǐn)_時(shí)間段及居民遮光習(xí)慣,共完成20個(gè)省市的33個(gè)城市或地區(qū)(圖1)的問(wèn)卷調(diào)查,獲得1 017份有效調(diào)查問(wèn)卷。
圖1 開展主觀調(diào)查的33個(gè)城市或地區(qū)分布Fig.1 The 33 cities or regions
客觀測(cè)量選取了5個(gè)城市:北京、天津、上海、武漢和鄭州,其中北京、天津和上海3個(gè)城市均出臺(tái)了關(guān)于城市照明的地方標(biāo)準(zhǔn)[17-19],對(duì)光侵?jǐn)_提出了較為細(xì)致嚴(yán)格的防治要求;武漢和鄭州則為在主觀調(diào)查城市中隨機(jī)選取的省會(huì)城市??陀^測(cè)量的目的是獲取存在光侵?jǐn)_問(wèn)題的居住建筑窗洞口位置的光參數(shù),包括窗口的垂直照度、窗口可見(jiàn)光源的亮度和發(fā)光面積、有色光的主波長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)光的頻率,共計(jì)測(cè)量63個(gè)居住區(qū)的110組數(shù)據(jù),并在天津市針對(duì)引起彩色、動(dòng)態(tài)侵?jǐn)_的主要侵?jǐn)_源“LED動(dòng)態(tài)顯示屏”進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試,獲得了154組數(shù)據(jù)。
2調(diào)查結(jié)果及分析
針對(duì)“影響程度”的調(diào)查結(jié)果如表1所示,31.6%的居民“感覺(jué)受到些影響”,12%的居民認(rèn)為“影響很大”。數(shù)據(jù)表明,光侵?jǐn)_問(wèn)題確實(shí)干擾著城市居民。
表1 “影響程度”調(diào)查問(wèn)卷及統(tǒng)計(jì)結(jié)果
統(tǒng)計(jì)并排列所調(diào)研33個(gè)城市的居民選擇“C感覺(jué)受到些影響”和“D影響很大”選項(xiàng)所占比例之和(見(jiàn)圖2),結(jié)果顯示,光侵?jǐn)_對(duì)居民的影響程度與城市的大小或發(fā)展程度并不相關(guān),各城市均存在光侵?jǐn)_問(wèn)題,光侵?jǐn)_問(wèn)題普遍存在于中國(guó)城市居住區(qū)。
圖2 所調(diào)研城市的居民選擇C、D兩選項(xiàng)所占比例之和(按數(shù)值從小到大排列)Fig.2 The sum of the proportion of C and D options chosen by residents of the cities surveyed
光侵?jǐn)_影響的室內(nèi)活動(dòng)類型調(diào)查結(jié)果中(見(jiàn)表2),69.5%的居民認(rèn)為“睡眠休息”最受影響,31.1%的居民認(rèn)為最影響“學(xué)習(xí)工作”,27.2%的居民認(rèn)為最影響“休閑娛樂(lè)”。數(shù)據(jù)說(shuō)明,光侵?jǐn)_問(wèn)題不僅影響著居民“睡眠休息”,還影響著“學(xué)習(xí)工作”和“休閑娛樂(lè)”等室內(nèi)日?;顒?dòng)。光侵?jǐn)_對(duì)居民多項(xiàng)室內(nèi)活動(dòng)均產(chǎn)生干擾影響,再次說(shuō)明了光侵?jǐn)_的影響程度之深,問(wèn)題之嚴(yán)重。
表2 “影響的室內(nèi)活動(dòng)類型”調(diào)查問(wèn)卷及統(tǒng)計(jì)結(jié)果
表3為對(duì)“侵?jǐn)_時(shí)間段”的調(diào)查結(jié)果,29.1%的居民選擇“21:00—23:00”,28.6%居民選擇“天黑之后一直存在”,選擇“21:00之前”和“23:00之后”分別占19.6%和19.2%。各選項(xiàng)所占比例接近,這表明光侵?jǐn)_對(duì)居民產(chǎn)生的干擾影響是持續(xù)存在的。
表3 “侵?jǐn)_時(shí)間段”調(diào)查問(wèn)卷及統(tǒng)計(jì)結(jié)果
調(diào)查還統(tǒng)計(jì)了居民的“遮光習(xí)慣”,如表4所示。大部分居民習(xí)慣使用窗簾遮光,認(rèn)為窗簾能有效避免窗外光影響,但存在20.6%的居民不習(xí)慣使用窗簾遮光(大多是因窗簾阻礙室內(nèi)通風(fēng)),30.7%的居民認(rèn)為窗簾不能避免窗外光影響。
表4 “遮光習(xí)慣”調(diào)查問(wèn)卷及統(tǒng)計(jì)結(jié)果
圖3為客觀測(cè)量所得的窗口外表面垂直照度數(shù)據(jù)(測(cè)量時(shí)間在23:00之前),最大值為39.9 lx,平均值為6.5 lx,僅4例超出現(xiàn)行規(guī)范要求值25 lx[9],即調(diào)研案例的窗口外表面垂直照度大部分滿足目前規(guī)范要求。
圖3 窗口外表面垂直照度數(shù)據(jù)(110組)Fig.3 The value of the vertical illuminance of the outer surface of the window (110
對(duì)應(yīng)于這5個(gè)城市的主觀調(diào)查結(jié)果中(圖2),居民選擇C、D兩選項(xiàng)所占比例之和最小值為天津的39.3%。這表明,現(xiàn)行規(guī)范控制下的光侵?jǐn)_仍對(duì)居民產(chǎn)生著干擾影響,現(xiàn)行規(guī)范未能有效防治光侵?jǐn)_。究其原因,一方面,CIE標(biāo)準(zhǔn)采納的是德國(guó)、澳大利亞等國(guó)家的建議數(shù)值,是以他們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù),并非依據(jù)中國(guó)城市居民的感受;另一方面,調(diào)查發(fā)現(xiàn),因LED新光源的使用,光侵?jǐn)_的干擾因素增加了“色光”和“動(dòng)態(tài)”因素,新因素的疊加降低了居民對(duì)光侵?jǐn)_的包容度。因此,現(xiàn)行規(guī)范已不適用于城市居住區(qū)的光侵?jǐn)_現(xiàn)狀,亟需開展基于居民主觀評(píng)價(jià)的光侵?jǐn)_影響研究,以制定完備有效的光侵?jǐn)_防治措施。
針對(duì)“侵?jǐn)_來(lái)源”的調(diào)查,所列選項(xiàng)“路燈”、“動(dòng)態(tài)顯示屏”、“相鄰或自身樓宇裝飾照明”所占比例均在35%以上,“公交站和商業(yè)類牌匾”也占28.4%,各選項(xiàng)所占比例接近,反映出城市居住區(qū)的侵?jǐn)_光源多樣共存的特點(diǎn),見(jiàn)表5。
表5 “侵?jǐn)_來(lái)源”調(diào)查問(wèn)卷及統(tǒng)計(jì)結(jié)果
調(diào)查發(fā)現(xiàn),相同屬性光源產(chǎn)生的光侵?jǐn)_的侵?jǐn)_因素相同,可依據(jù)光源的發(fā)光面積或體積、有無(wú)顏色、動(dòng)/靜態(tài)等屬性將侵?jǐn)_源分類[15]??陀^測(cè)量中記錄了14種侵?jǐn)_光源,如表6所示,分別屬于點(diǎn)光源類、靜態(tài)面光源類、動(dòng)態(tài)面光源類和大體量光源類。
表6 侵?jǐn)_光源分類
2.2.1點(diǎn)光源類指靜態(tài)的功能性照明,發(fā)光面積較小,但亮度普遍較高,測(cè)量所得數(shù)據(jù)中大于1 000 cd/m2的占58.1%,最大值81 010 cd/m2,來(lái)源于路燈,無(wú)或少見(jiàn)彩色光。來(lái)自點(diǎn)光源類光侵?jǐn)_的侵?jǐn)_因素主要為其亮度。
2.2.2 面光源類多為裝飾性廣告照明,分為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩類。靜態(tài)面光源的亮度相對(duì)較低,測(cè)量數(shù)據(jù)中僅一例公交站牌因燈具裸露達(dá)到31 138 cd/m2(公交站牌的其余數(shù)據(jù)中的最大值為69.3 cd/m2),因其裝飾性而常見(jiàn)彩色,故來(lái)源于靜態(tài)面光源光侵?jǐn)_的主要侵?jǐn)_因素應(yīng)包括亮度和光色。動(dòng)態(tài)面光源類多由LED光源組成,色彩和動(dòng)態(tài)形式多樣,故而動(dòng)態(tài)面光源產(chǎn)生的光侵?jǐn)_的侵?jǐn)_因素相較復(fù)雜,包括亮度、色光和動(dòng)態(tài)形式。測(cè)量數(shù)據(jù)中“LED動(dòng)態(tài)顯示屏”可達(dá)的最高亮度為4 252 cd/m2,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他兩類動(dòng)態(tài)面光源。因此,“LED動(dòng)態(tài)顯示屏”是產(chǎn)生包含色光和動(dòng)態(tài)因素光侵?jǐn)_的主要來(lái)源。
2.2.3 大體量光源類大體量光源特指建筑(構(gòu)筑物)裝飾照明,由多組照明設(shè)施組成,照明突顯出建筑(構(gòu)筑物)的整體體量,故將其視為大體量光源,即將建筑(構(gòu)筑物)整體體量的面積視為侵?jǐn)_源的發(fā)光面積,故而發(fā)光面積也是此類光源產(chǎn)生光侵?jǐn)_的主要侵?jǐn)_因素。此類光源動(dòng)/靜態(tài)均常見(jiàn),故侵?jǐn)_因素也包括亮度、色光和動(dòng)態(tài)形式。
另外,侵?jǐn)_源的實(shí)際發(fā)光面積并不代表居民對(duì)侵?jǐn)_源發(fā)光面積大小的實(shí)際感受,取居民視野(以現(xiàn)場(chǎng)特定視角拍攝的圖像替代)中的侵?jǐn)_源發(fā)光面積與窗口面積的比值(Sl/w)來(lái)表征窗口可見(jiàn)的光侵?jǐn)_源的發(fā)光面積的比例大小。調(diào)研所得各城市Sl/w數(shù)據(jù)見(jiàn)表7,天津、鄭州存在滿窗光侵?jǐn)_,即Sl/w為1,均來(lái)源于臨近窗口的建筑裝飾照明;測(cè)得的可引起居民受干擾感受的最小Sl/w為1/328,來(lái)源于上海某遠(yuǎn)離窗口的高層建筑頂部的LED動(dòng)態(tài)顯示屏。
表7 侵?jǐn)_源發(fā)光面積與窗口面積比Sl/w
如表8所示,在對(duì)“侵?jǐn)_因素”的調(diào)查數(shù)據(jù)中,44.3%的居民最介意“太亮了”、40%的居民介意“有閃動(dòng)”、37.6%的居民最介意“休息之后還亮著”,介意“光色變化”和“討厭光的顏色”的居民所占比例為39.6%。數(shù)據(jù)表明,居民最介意的光侵?jǐn)_的侵?jǐn)_因素不僅包括亮度及侵?jǐn)_源發(fā)光時(shí)間段,還包括“光色”和“動(dòng)態(tài)形式”這兩類新的光侵?jǐn)_因素。
表8 “侵?jǐn)_因素”調(diào)查問(wèn)卷及統(tǒng)計(jì)結(jié)果
測(cè)試中測(cè)量了表征光色的色光主波長(zhǎng)及對(duì)應(yīng)的亮度值,記錄了典型動(dòng)態(tài)形式的變化頻率。
2.3.1色光主波長(zhǎng)及對(duì)應(yīng)亮度測(cè)量不包括路燈等功能照明常使用的暖黃光和白光,僅測(cè)量具有顯著色彩的侵?jǐn)_光源,大致分為兩類:1)LED類,由RGB(紅綠藍(lán))單色及其混合組成的彩光;2)帶彩色外罩(如商業(yè)廣告燈箱等)的光源產(chǎn)生的彩光。測(cè)量位置為窗口外表面(垂直面)。
如圖4所示,包含色光侵?jǐn)_因素的光侵?jǐn)_亮度范圍可達(dá)4 252 cd/m2,出現(xiàn)在綠光光譜范圍內(nèi)。綠光、黃光、紅光光譜范圍內(nèi)亮度值較高,橙光、藍(lán)靛光、紫光光譜范圍內(nèi)亮度值相對(duì)較小。統(tǒng)計(jì)顯示所測(cè)得的各光譜范圍內(nèi)最高亮度均來(lái)自于LED動(dòng)態(tài)顯示屏。
圖4 色光主波長(zhǎng)及對(duì)應(yīng)亮度Fig.4 Dominant wavelength of the intrusive light source and its
2.3.2典型動(dòng)態(tài)形式的變化頻率參考已有的動(dòng)態(tài)照明研究[11],通過(guò)定義動(dòng)態(tài)種類和標(biāo)定動(dòng)態(tài)變化頻率可分類、簡(jiǎn)化并量化動(dòng)態(tài)光??陀^測(cè)試中共記錄了五類典型的動(dòng)態(tài)形式,包括顏色改變、閃爍、滑動(dòng)(sliding)、延長(zhǎng)(extending)和跳躍(skip)。通過(guò)目測(cè)特定時(shí)間段內(nèi)可識(shí)別的變化次數(shù)得到侵?jǐn)_源的動(dòng)態(tài)頻率,如表9所示。
表9 五類典型的動(dòng)態(tài)侵?jǐn)_形式
3城市居住區(qū)光侵?jǐn)_特點(diǎn)
中國(guó)城市居住區(qū)光侵?jǐn)_的特點(diǎn),如圖5所示。
圖5 中國(guó)城市居住區(qū)光侵?jǐn)_特點(diǎn)(侵?jǐn)_形式、因素和來(lái)源的關(guān)系圖)Fig.5 The characteristics of light trespass for urban residential area in
按侵?jǐn)_來(lái)源可分為點(diǎn)光源侵?jǐn)_、靜態(tài)面光源侵?jǐn)_、動(dòng)態(tài)面光源侵?jǐn)_、大體量光源侵?jǐn)_四類,不同的侵?jǐn)_來(lái)源形成的侵?jǐn)_因素不同。
1)點(diǎn)光源的侵?jǐn)_因素包括亮度、發(fā)光時(shí)間段、發(fā)光面積三類。
2)靜態(tài)面光源的侵?jǐn)_因素包括亮度、光色、發(fā)光時(shí)間段、發(fā)光面積四類。
3)動(dòng)態(tài)面光源和大體量光源的侵?jǐn)_因素包括亮度、光色、動(dòng)態(tài)形式、發(fā)光時(shí)間段、發(fā)光面積5類。
城市居住區(qū)光侵?jǐn)_的侵?jǐn)_因素包括侵?jǐn)_源的亮度、光色、動(dòng)態(tài)形式、發(fā)光時(shí)間段和發(fā)光面積5項(xiàng)。
發(fā)光時(shí)間段和發(fā)光面積是侵?jǐn)_光源的固有屬性,故為光侵?jǐn)_的固有因素。除此之外,將僅含有亮度因素的光侵?jǐn)_形式定義為“亮度侵?jǐn)_”,在亮度侵?jǐn)_基礎(chǔ)上疊加了光色因素的光侵?jǐn)_形式定義為“色光侵?jǐn)_”,包含動(dòng)態(tài)形式的亮度侵?jǐn)_或色光侵?jǐn)_被定義為“動(dòng)態(tài)侵?jǐn)_”。亮度侵?jǐn)_、色光侵?jǐn)_、動(dòng)態(tài)侵?jǐn)_為城市居住區(qū)光侵?jǐn)_的三大侵?jǐn)_形式。
去除極端(最大)測(cè)量值,表征三大侵?jǐn)_形式主要侵?jǐn)_因素的參數(shù)數(shù)值范圍見(jiàn)表10。
表10 三大侵?jǐn)_形式主要侵?jǐn)_因素的參數(shù)范圍
4結(jié)論
中國(guó)城市居住區(qū)的光侵?jǐn)_來(lái)源于點(diǎn)、靜/動(dòng)態(tài)面和大體量四類侵?jǐn)_源,包括亮度、光色、動(dòng)態(tài)形式、發(fā)光時(shí)間段和發(fā)光面積五類侵?jǐn)_因素,可分為亮度侵?jǐn)_、色光侵?jǐn)_和動(dòng)態(tài)侵?jǐn)_三大侵?jǐn)_形式。理清侵?jǐn)_形式、因素和來(lái)源之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,即掌握了城市居住區(qū)光侵?jǐn)_的特點(diǎn),是明晰光侵?jǐn)_的影響機(jī)理及研究不同類型侵?jǐn)_與居民主觀反映之間關(guān)系的重要基礎(chǔ)。筆者對(duì)中國(guó)城市居住區(qū)的光侵?jǐn)_進(jìn)行主觀調(diào)查和實(shí)地測(cè)量,為進(jìn)一步研究獲取光侵?jǐn)_的光度限制指標(biāo)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為完善中國(guó)光侵?jǐn)_的相關(guān)研究提供了基礎(chǔ)。
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(編輯胡英奎)
Zhang Mingyu (corresponding author), PhD, associate professor, (E-mail) zmy0526@163.com.
Survey of light trespass for urban residential area
Yu Juan, Wang Lixiong, Zhang Mingyu, Song Jieqiao, Yang Di
(Tianjin Key Laboratory of Architectural Physics and Environmental Technology,
Tianjin University, Tianjin 30072, P. R. China)
Abstract:The rapid development of city lighting and the population of LED have brought us excessive artificial outdoor light. Now there is no effective limitation for it. Based on subjective survey and objective measurement, we got the residents’subjective evaluation and the optical parameter of the light trespass, and identified 4 trespass sources, 5 classic factors(brightness, color, dynamic mode, light-emitting time and area) and 3 major trespass types (brightness trespass, colored trespass, dynamic trespass)of light trespass. And the parameter range was given to the main trespass factors of the 3 types light trespass.
Key words:residential area; light trespass; colored trespass; dynamic trespass; trespass factors
通信作者張明宇(),博士,副教授,(E-mail)zmy0526@163.com。
作者簡(jiǎn)介:于娟(1987-),女,博士生,主要從事建筑光環(huán)境研究,(E-mail)601463949@qq.com。
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(51208351)
收稿日期:2015-05-13
中圖分類號(hào):TU113.6
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1674-4764(2015)06-0114-06
doi:10.11835/j.issn.1674-4764.2015.06.015