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鑒于建立煤礦應(yīng)急救援評(píng)價(jià)模型的重要性,國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力于煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)的研究。在國(guó)外,首先將應(yīng)急救援管理融入政府職能。美國(guó)是第一個(gè)對(duì)政府應(yīng)急能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的國(guó)家。其評(píng)價(jià)體系由政府、企業(yè)、社區(qū)、家庭協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)的災(zāi)害應(yīng)急能力組成,包括13項(xiàng)管理職能,56個(gè)影響因素,209種屬性以及1014個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。在1989年,澳大利亞應(yīng)急管理總署頒布了《澳大利亞應(yīng)急手冊(cè)系列》,并不斷修改,主要內(nèi)容有應(yīng)急管理原則、應(yīng)急管理方法、應(yīng)急管理落實(shí)、應(yīng)急救援技術(shù)規(guī)范和應(yīng)急救援培訓(xùn)5個(gè)方面。2002年在日本舉行了“地方公共團(tuán)體之地域防災(zāi)能力及危機(jī)管理應(yīng)對(duì)能力評(píng)價(jià)研討會(huì)”,總結(jié)出評(píng)價(jià)指標(biāo),并實(shí)際進(jìn)行評(píng)價(jià),找出了自身發(fā)展中所存在的缺陷。其次,國(guó)外學(xué)者也積極進(jìn)行應(yīng)急能力的學(xué)術(shù)研究。Michaell. Greenberg學(xué)者運(yùn)用問卷調(diào)查的方式,獲得了對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)突發(fā)事件應(yīng)急能力建設(shè)工作的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù),研究得出各州之間存在一定差距。David P.Eisenman等學(xué)者在文中對(duì)洛杉磯州各機(jī)構(gòu)的應(yīng)急能力完備情況進(jìn)行了調(diào)查,結(jié)果表明應(yīng)急能力還待進(jìn)一步提高。DanielWeisdorf學(xué)者指出了應(yīng)急能力建設(shè)的重要性,說(shuō)明了加強(qiáng)應(yīng)急能力建設(shè)的最有效方法就是對(duì)其進(jìn)行評(píng)估,最后歸納出應(yīng)急能力的影響因素。
同樣,國(guó)內(nèi)對(duì)于應(yīng)急救援的研究也在不斷深入中。譚章祿和張長(zhǎng)魯學(xué)者在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上運(yùn)用層次分析法設(shè)定指標(biāo)權(quán)重,并采用可拓優(yōu)度理論確定了應(yīng)急能力物元的經(jīng)典域和節(jié)域,結(jié)合企業(yè)具體實(shí)例對(duì)評(píng)價(jià)物元優(yōu)度進(jìn)行計(jì)算,得出煤礦應(yīng)急能力等級(jí)。岳寧芳學(xué)者依據(jù)近年來(lái)我國(guó)煤礦的安全現(xiàn)狀、重大災(zāi)害的特點(diǎn)、和應(yīng)急能力的內(nèi)涵,提出了由7個(gè)一級(jí)指標(biāo)所構(gòu)成的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并將其應(yīng)用到煤礦實(shí)際評(píng)價(jià)中,奠定了評(píng)價(jià)基礎(chǔ)。韓晉平等學(xué)者根據(jù)煤礦應(yīng)急救援能力的含義,基于煤礦應(yīng)急救援能力影響因素的分析構(gòu)建了指標(biāo)體系,同時(shí)運(yùn)用灰色一模糊綜合評(píng)價(jià)法建立評(píng)價(jià)模型,對(duì)煤礦應(yīng)急救援現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。苗成林等學(xué)者根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行賦權(quán),構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,在此基礎(chǔ)上依據(jù)習(xí)慣領(lǐng)域的特點(diǎn),找出了煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)方法、模型、步驟,并通過(guò)實(shí)證分析找出最強(qiáng)影響因子和最弱影響因子。之后還根據(jù)該結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)方程模型驗(yàn)證了不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)煤礦應(yīng)急救援能力的不同影響程度和方式,據(jù)此提出了煤礦應(yīng)急救援建設(shè)的建議。馮珍、郝晶星學(xué)者在組織管理、制度建設(shè)、保障系統(tǒng)、人力資源的基礎(chǔ)上構(gòu)建了煤礦應(yīng)急救援能力的評(píng)估指標(biāo),運(yùn)用模糊決策參數(shù)法規(guī)定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性值,將此方法運(yùn)用于日常評(píng)價(jià)實(shí)踐。王璐等學(xué)者從建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā),以應(yīng)急計(jì)劃能力、應(yīng)急執(zhí)行能力、應(yīng)急檢查能力、應(yīng)急處理能力為基準(zhǔn),建立了具有22個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;使用網(wǎng)絡(luò)層次分析法分析各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相互關(guān)系,最終構(gòu)建了PDCA - CMEC評(píng)價(jià)模型。谷威麗、李新春12]學(xué)者探討了應(yīng)急管理的內(nèi)涵,據(jù)此建立了基于灰色系統(tǒng)理論的煤礦應(yīng)急能力評(píng)價(jià)模型,得出了現(xiàn)有評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的不足,對(duì)煤礦應(yīng)急管理評(píng)價(jià)系統(tǒng)的改進(jìn)具有指導(dǎo)意義。
通過(guò)文獻(xiàn)分析可以得到,對(duì)于煤礦應(yīng)急救援能力的評(píng)價(jià)大部分都采用單一評(píng)價(jià)方法,主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)過(guò)程和評(píng)價(jià)結(jié)果的影響較大,并未徹底依據(jù)樣本數(shù)據(jù)得出評(píng)價(jià)結(jié)果。因此,對(duì)其研究的規(guī)模和深入程度還有待進(jìn)一步提高。本文首先依據(jù)相關(guān)研究成果,構(gòu)建了完整的應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;然后采用熵值法設(shè)定指標(biāo)權(quán)重,在改進(jìn)層次分析法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將指標(biāo)定量化;最后運(yùn)用支持向量機(jī)對(duì)小樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),據(jù)此建立了煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)模型。
1 煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建
1.1 構(gòu)建煤礦應(yīng)急救援能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
全面、客觀、合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是做好煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ),也是構(gòu)建評(píng)價(jià)模型的第一步。本文在國(guó)家安全法規(guī)、文獻(xiàn)研究和實(shí)際調(diào)研的基礎(chǔ)上,總結(jié)出綜合反映煤礦應(yīng)急救援能力的評(píng)價(jià)指標(biāo),其內(nèi)容主要包括預(yù)防危險(xiǎn)能力、應(yīng)急救援準(zhǔn)備能力、實(shí)際救援減災(zāi)能力和善后恢復(fù)能力四方面,具體內(nèi)容見表1。
1.2基于熵值法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重
熵在信息論中被稱為平均信息量,熵是對(duì)不確定信息的一個(gè)度量。不確定信息量越大,不確定性就越小,熵也就越小,反之亦然。根據(jù)熵的概念,可以得出熵值法,以此來(lái)確定權(quán)重系數(shù)。熵值法是根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的觀測(cè)數(shù)據(jù)所提供的信息量來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重的,主要用于突出局部差異,是一個(gè)相對(duì)數(shù)值。
假設(shè)yij(i =1,2,…,n;j=l,2,…,m)為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的樣本數(shù)據(jù):對(duì)于確定的j,yij的差異越大,則該評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象的作用就越大,即該指標(biāo)所包含及傳輸?shù)男畔⒃蕉。信息量的增加表示熵的減少,以下為利用熵值法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的步驟:
1)構(gòu)建決策矩陣,運(yùn)用改進(jìn)層次分析法,通過(guò)專家判斷,得出判斷矩陣U,以此作為決策矩陣。
2)對(duì)決策矩陣進(jìn)行歸一化處理,運(yùn)用式(1)得到標(biāo)準(zhǔn)矩陣。對(duì)于第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo),第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的特征比重為:
式中,k>0,ei>O。若yij對(duì)于任何j都相等,則pij= l/n,,并且ej= klnn,。
4)計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異系數(shù)。對(duì)于確定的j,yij差異越小,那么e,越大,若yij全部相等,則e=e。ax =1(k=l/lnn,),那么評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比較不起作用;反之,y。差異越大,那么ej越小,評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象的比較作用越大,由此得出差異系數(shù)hj =1 - ej,hj越大,那么該項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于被評(píng)價(jià)對(duì)象的比較作用就越大。
5)通過(guò)式(3)獲得信熵權(quán)重。
6)結(jié)合信熵權(quán)重,利用式(4)的乘數(shù)合成歸一法,得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。
1.3基于支持向量機(jī)評(píng)價(jià)樣本數(shù)據(jù)
煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)是一個(gè)連續(xù)、動(dòng)態(tài)的過(guò)程,其評(píng)價(jià)指標(biāo)之間相互聯(lián)系且相互制約。評(píng)價(jià)目的與評(píng)價(jià)指標(biāo)之間顯示出錯(cuò)綜復(fù)雜的非線性映射關(guān)系,同時(shí)鑒于評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)難收集的特點(diǎn),采用已有的統(tǒng)計(jì)、回歸方法,例如層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià),很難客觀、準(zhǔn)確地進(jìn)行評(píng)價(jià)。支持向量機(jī)是一種新型機(jī)器學(xué)習(xí)方法,能夠很好地解決小樣本、非線性、高維數(shù)問題。
支持向量機(jī)回歸算法的學(xué)習(xí)目的是構(gòu)造一個(gè)合理的回歸估計(jì)函數(shù)f(x),并且要求函數(shù)值與目標(biāo)值的距離低于ε,以及函數(shù)的VC維最小,因而把函數(shù)f(x)(線性或非線性函數(shù))的回歸估計(jì)問題變化為具有線性等式約束條件和線性不等式約束條件的二次規(guī)劃問題,從而得出唯一全局最優(yōu)解。其核心思想是利用“核映射”把輸入的樣本空間映射到高維特征空間,在高維特征空間中通過(guò)線性回歸進(jìn)行非線性處理。運(yùn)用支持向量機(jī)回歸算法進(jìn)行煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)的過(guò)程如下:
1)假設(shè)訓(xùn)練樣本集表示為:
其中,x1∈Rn,yi ∈y=R,i=1,2,…,l,xi是樣本輸入值,y。是樣本輸出值,l是樣本數(shù),n表示輸入樣本維數(shù),在本文中指評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。
2)通過(guò)樣本訓(xùn)練集尋求一個(gè)實(shí)值函數(shù)g(x),使得該函數(shù)的期望風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到最小,用y=g(x)函數(shù)來(lái)推斷出任一輸入的x所對(duì)應(yīng)的y值。因此需要選擇合適的損失函數(shù)。利用ε一不敏感函數(shù)的思想,設(shè)定合理的ε、懲罰參數(shù)C、松弛變量ζ。
3)對(duì)于非線性問題,支持向量機(jī)回歸算法引入核函數(shù),把樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到合理的高維特征空間。回歸問題實(shí)際上是相似問題,而非線性變換Φ利用內(nèi)積表示了這種相似性。所以,依據(jù)核函數(shù)原理和Mercer定理,采用內(nèi)積構(gòu)造核函數(shù),見式(5):
4)實(shí)際評(píng)價(jià)中,在選定核函數(shù)后,非線性回歸問題轉(zhuǎn)化成的對(duì)偶問題為:
5)最后,構(gòu)造非線性回歸問題的決策函數(shù)(7)式,將函數(shù)值作為評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià):
2實(shí)證分析
以安徽省淮南礦業(yè)集團(tuán)下屬某煤礦為研究對(duì)象,鑒于煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)難收集的特點(diǎn),基于所收集到的小樣本數(shù)據(jù),運(yùn)用基于熵值法和支持向量機(jī)的評(píng)價(jià)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2.1 樣本數(shù)據(jù)的選取
根據(jù)評(píng)價(jià)模型所建立的指標(biāo)體系,對(duì)淮南礦業(yè)集團(tuán)下屬該煤礦以往某一時(shí)段的應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)資料進(jìn)行篩選和處理,整理得出表2,列為樣本數(shù)據(jù)。表中各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)得分是以百分制為基準(zhǔn),對(duì)該煤礦在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)于各項(xiàng)指標(biāo)的建設(shè)和實(shí)施情況所進(jìn)行的評(píng)分。
2.2熵值法權(quán)重計(jì)算
由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度不同,首先采用Delphi法,由學(xué)術(shù)專家、煤礦管理者、企業(yè)安全管理者、一線礦工、社會(huì)人士、政府主管等各方面人員組成討論小組,經(jīng)過(guò)三輪討論、打分,將其匯總結(jié)果作為初始決策矩陣。打分依據(jù)為:若評(píng)價(jià)指標(biāo)Ra與Rb同樣重要,用1表示;若評(píng)價(jià)指標(biāo)Ra比Rb重要,用2表示,若評(píng)價(jià)指標(biāo)Ra沒有Rb重要,用0表示。利用改進(jìn)層次分析法進(jìn)行計(jì)算,得出判斷矩陣和初始權(quán)重,有效地避免了一致性檢驗(yàn)的要求。見表3。
然后依據(jù)熵值法的求解步驟,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,計(jì)算出指標(biāo)的特征比重、信息熵值,最后得出信熵權(quán)重。采用乘數(shù)合成歸一法,得出各一級(jí)指標(biāo)的最終權(quán)重vj,計(jì)算結(jié)果見表4。
2.3支持向量機(jī)回歸分析
首先進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,運(yùn)用熵值法求得的指標(biāo)權(quán)重分別為0. 0361、0.1978、0.4062、0.3598,結(jié)合收集的樣本數(shù)據(jù),經(jīng)加權(quán)計(jì)算后求得各樣本的總評(píng)分;然后將所有樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化,數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表5。
接著,依據(jù)支持向量機(jī)的訓(xùn)練要求將樣本數(shù)據(jù)隨機(jī)分為三部分,分別為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)和檢驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)。將表中的1~4號(hào)樣本數(shù)據(jù)作為建模的訓(xùn)練樣本子集,5~7號(hào)樣本數(shù)據(jù)作為優(yōu)化模型的實(shí)驗(yàn)樣本子集,8~10號(hào)作為檢驗(yàn)?zāi)P偷臋z驗(yàn)樣本子集。
在回歸模擬中,其泛化能力的主要影響因素為徑向基核函數(shù)參數(shù)a和懲罰參數(shù)C,徑向基核函數(shù)參數(shù)a可以隱含地改變映射函數(shù),進(jìn)而調(diào)整各個(gè)樣本數(shù)據(jù)在高維特征空間上分布的復(fù)雜程度:懲罰參數(shù)C的作用是可以在一定的空間中變化學(xué)習(xí)機(jī)的置信范圍及經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)的比例:因此,本文采用調(diào)整步長(zhǎng)網(wǎng)格搜索的方法,通過(guò)回歸計(jì)算所得的絕對(duì)差和相關(guān)系數(shù),來(lái)確定最佳參數(shù)組合。首先設(shè)定一組(a,C)的取值范圍和兩個(gè)參數(shù)的搜索步長(zhǎng),這樣在a和C的坐標(biāo)系下就形成了一個(gè)二維網(wǎng)格,即對(duì)兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行了限制,通過(guò)進(jìn)一步縮小取值范圍和重復(fù)計(jì)算,最終確定出最佳參數(shù)的取值,即:a =2,C=1。
然后將a和C值帶入支持向量機(jī)回歸算法進(jìn)行計(jì)算,得出回歸預(yù)測(cè)結(jié)果見表6。運(yùn)用最優(yōu)模型對(duì)檢驗(yàn)文件進(jìn)行回歸計(jì)算的絕對(duì)差為0. 0053,相關(guān)系數(shù)為0. 99985?梢,運(yùn)用支持向量機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)具有較高的準(zhǔn)確率。
同時(shí),運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)層次分析法及SD( Super De-cisions超級(jí)決策)軟件的煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)結(jié)果與本模型的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,ANP法是基于AHP法所提出的一種對(duì)于非獨(dú)立階層次結(jié)構(gòu)的決策方法,不僅能夠?qū)?fù)雜問題系統(tǒng)化,而且可以充分考慮到相鄰層級(jí)及同一層級(jí)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的影響關(guān)系。通過(guò)綜合分析所得出的指標(biāo)權(quán)重,對(duì)合理地評(píng)價(jià)煤礦應(yīng)急救援能力具有十分重要的意義。SD軟件主要用于ANP問題的求解,能夠更便捷地計(jì)算出評(píng)價(jià)結(jié)果。具體評(píng)價(jià)過(guò)程如下:首先根據(jù)上文建立的煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建出ANP結(jié)構(gòu)模型,確定出控制層、網(wǎng)絡(luò)層和元素組,并在SD軟件中建模。對(duì)于各個(gè)指標(biāo),依據(jù)與其存在依存反饋關(guān)系的指標(biāo)在元素組內(nèi)的重要性進(jìn)行兩兩比較,得出表3中的各項(xiàng)數(shù)據(jù),并將其輸入SD軟件,然后經(jīng)計(jì)算得出各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重,各項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重分別為0. 05097、0.17595、0.47619、0.28879。
最后采用加權(quán)方法計(jì)算出ANP模型的評(píng)價(jià)結(jié)果,其絕對(duì)差為0. 0131,相關(guān)系數(shù)為0.99947。經(jīng)比較得出,基于熵值法和支持向量機(jī)的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際更為接近。
3結(jié)語(yǔ)
本文構(gòu)建了一種基于熵值法和支持向量機(jī)的煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)模型,并將其用于實(shí)際評(píng)價(jià)研究中,結(jié)果表明:
1)基于國(guó)家安全法規(guī)、文獻(xiàn)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所建立的煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,較為完整地呈現(xiàn)了煤礦應(yīng)急救援工作的各個(gè)階段所需具備和評(píng)價(jià)的能力,保證了評(píng)價(jià)指標(biāo)的全面性、系統(tǒng)性、可行性和實(shí)用性,為更好地進(jìn)行煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。
2)熵值法是依據(jù)數(shù)據(jù)所提供的信息來(lái)確定權(quán)重系數(shù),在專家評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上利用熵值法對(duì)其進(jìn)行客觀賦權(quán),將定性方法與定量方法相結(jié)合,進(jìn)一步提高了權(quán)重系數(shù)的準(zhǔn)確性,客觀地反映了數(shù)據(jù)所提供的信息量。
3)支持向量機(jī)回歸算法的決策函數(shù)是根據(jù)少數(shù)支持向量所決定的,計(jì)算的復(fù)雜程度取決于支持向量的數(shù)目,在某種程度上避免了維數(shù)災(zāi);同時(shí)能使我們迅速抓住關(guān)鍵樣本,具有較好的魯棒性。正是鑒于支持向量機(jī)的這個(gè)特點(diǎn),采用該方法對(duì)煤礦應(yīng)急救援能力的小樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià),保證了評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性。通過(guò)實(shí)證分析驗(yàn)證,該模型得出的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際一致,證明該模型便捷、有效。
4 摘要:
為增強(qiáng)煤礦應(yīng)急救援能力,提高評(píng)價(jià)的精度,彌補(bǔ)單一評(píng)價(jià)方法的缺陷,構(gòu)建了基于熵值法和支持向量機(jī)的煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)模型。根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)所提供的信息量,運(yùn)用熵值法設(shè)定指標(biāo)權(quán)重,進(jìn)一步將指標(biāo)權(quán)重定量化、客觀化;同時(shí)鑒于煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)難收集、影響因素復(fù)雜多變的狀況,結(jié)合具有處理非線性、小樣本數(shù)據(jù)問題的支持向量機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià),保證了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。實(shí)證分析表明,該模型的評(píng)價(jià)結(jié)果與煤礦實(shí)際應(yīng)急救援能力非常接近,可用于實(shí)際的煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)。