國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺數(shù)據(jù)分類編目與特征分析

王卷樂等宋 佳卜 坤王 末,3趙紅偉,3田奮民,4柏永青,3

（1．中國科學院地理科學與資源研究所，資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室，北京 100101；2．中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林長春 130102；3．中國科學院大學，北京 100049；4．中國礦業(yè)大學（北京），北京 100083；5．江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210023）

國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺數(shù)據(jù)分類編目與特征分析

王卷樂1等,5宋 佳1,5卜 坤2王 末1,3趙紅偉1,3田奮民1,4柏永青1,3

（1．中國科學院地理科學與資源研究所，資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室，北京 100101；2．中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林長春 130102；3．中國科學院大學，北京 100049；4．中國礦業(yè)大學（北京），北京 100083；5．江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210023）

數(shù)據(jù)分類編目在數(shù)據(jù)共享平臺管理中發(fā)揮著核心作用。以已建立的“面向共享的地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)分類”為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺1832條數(shù)據(jù)集的實體分類編目，定量分析數(shù)據(jù)共享平臺數(shù)據(jù)資源在分類體系內(nèi)和各分平臺內(nèi)的分布特征，提出潛在的數(shù)據(jù)資源建設(shè)策略建議。研究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分類編目體系已在國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺新版平臺實現(xiàn)在線管理和應用。

國家科技平臺；地球系統(tǒng)；數(shù)據(jù)共享；分類體系；數(shù)據(jù)資源建設(shè)

1 引言

地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺于2002年作為國家科學數(shù)據(jù)共享工程首批試點之一啟動[1],其主要目標是整合集成科研院所、高等院校和科學家個人通過科研活動所產(chǎn)生的研究型科學數(shù)據(jù),服務(wù)于地球系統(tǒng)科學與全球變化等基礎(chǔ)和前沿科學研究[2]。2005年該平臺納入國家科技基礎(chǔ)條件平臺建設(shè),2011年通過國家評議正式成為首批進入運行服務(wù)階段的國家平臺[3]。該平臺采用分布式的共享架構(gòu),包括一個總中心和14個分平臺,即長江三角洲、青藏高原、寒區(qū)旱區(qū)、黃河中下游、黃土高原、東北黑土、南海及其毗鄰海區(qū)(以下簡稱南海)、新疆與中亞、極地等區(qū)域分平臺和湖泊-流域、地質(zhì)與地球物理(以下簡稱地球物理)、空間科學、天文科學、全球變化模擬等學科和綜合分平臺[3]。

地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺中的數(shù)據(jù)資源涉及地球系統(tǒng)的各個圈層、領(lǐng)域、學科和特色區(qū)域,如何科學、有序、長期、可持續(xù)地積累和管理這些數(shù)據(jù)資源是一個關(guān)鍵問題,也是一個難點問題。數(shù)據(jù)分類編目是數(shù)據(jù)共享平臺管理數(shù)據(jù)的重要抓手。本文在該平臺初步建立的“面向共享的地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)分類”[4]基礎(chǔ)上,開展了現(xiàn)有全部數(shù)據(jù)實體的分類編目,實現(xiàn)了全部數(shù)據(jù)的在線分類管理,進而定量分析共享平臺數(shù)據(jù)資源在分類體系內(nèi)和各分平臺內(nèi)的分布特征,提出潛在的數(shù)據(jù)資源建設(shè)方向的建議。

2 平臺數(shù)據(jù)分類編目

2.1 平臺數(shù)據(jù)分類體系

王卷樂等在《面向數(shù)據(jù)共享的地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)分類探討》[5]中提出了地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)的分類體系?；谠摲诸?適當應用優(yōu)化后,形成10個一級類和114個二級類分類體系(表1)。其中,一級類包括:大氣圈、陸地表層、陸地水圈、冰凍圈、自然資源、海洋、極地、固體地球與古環(huán)境、日地空間環(huán)境與天文、遙感數(shù)據(jù)。

2.2 平臺數(shù)據(jù)編目

為了便于數(shù)據(jù)實體的分類管理,以Web開發(fā)的方式實現(xiàn)了國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺的所有數(shù)據(jù)在線分類管理,且已部署應用于國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺新版平臺[6](www. geodata.cn)中,具體包括數(shù)據(jù)分類定制和數(shù)據(jù)實體分類管理兩部分功能。

數(shù)據(jù)分類定制采用樹形結(jié)構(gòu)，支持在線的數(shù)據(jù)分類添加、修改和刪除操作，如圖1所示。數(shù)據(jù)實體分類管理可對每個數(shù)據(jù)指定其所屬類別，同時可以指定該數(shù)據(jù)的屬性信息。以“2002年福建省1:10萬地形地貌數(shù)據(jù)”為例，可將其賦予“陸地表層”一級類和“地形”二級類。與此同時，可賦予該數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生方式為“考察調(diào)查”，數(shù)據(jù)類型為“柵格”，比例尺為“1:10萬”，空間尺度為“省級尺度”，空間分辨率為“公里級”，時間分辨率為“年”。通過數(shù)據(jù)分類和屬性項綁定，可為用戶在檢索數(shù)據(jù)時提供更多篩選條件，更快速、準確地獲得所需數(shù)據(jù)。

按以上分類體系,對共享平臺全部1832條數(shù)據(jù)(截至2014年4月)進行了分類編目。分類的技術(shù)流程包括兩個步驟,一是組織專業(yè)人員對所有數(shù)據(jù)進行初步分類;二是將分類結(jié)果發(fā)送給該數(shù)據(jù)所對應歸屬的總中心或相關(guān)分平臺,由其審核并修改后,再統(tǒng)一匯總完善。

表1 地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺分類編目體系

圖1 數(shù)據(jù)分類編目定制界面

3 數(shù)據(jù)分類應用分析

3.1 數(shù)據(jù)一級分類總體特征

共享平臺數(shù)據(jù)按一級類的分類匯總情況如表2所示。由表2可見，賦予不同一級類的數(shù)據(jù)集總數(shù)達2878個，多于1832條數(shù)據(jù)集的總數(shù)，這說明存在著某一個數(shù)據(jù)集對應著多個數(shù)據(jù)分類的情況。所屬一級類的數(shù)據(jù)集平均數(shù)為288，這總體反映了國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺的編目體量。在數(shù)據(jù)分類結(jié)果中，占比重最大的是“陸地表層”數(shù)據(jù)，占31.03%，這反映出該平臺當前以陸地表層（地理學）數(shù)據(jù)為主的特征。其次多的是“極地”數(shù)據(jù)，占17.58%，這反映出我國南極考察（30次）、北極考察（6次）數(shù)據(jù)集成內(nèi)容較為豐富、數(shù)據(jù)集條目較多，同時也反映出極地數(shù)據(jù)編目較細（例如，一條航次的某一類要素觀測數(shù)據(jù)被列為一條獨立的數(shù)據(jù)集）。再其次的是“自然資源”和“海洋”分類數(shù)據(jù)，均占10.98%，這反映出海洋數(shù)據(jù)的體量也較大，其原因可能是海洋領(lǐng)域的二級分類范圍較大，幾乎陸地上的所有領(lǐng)域類別在海洋中均有體現(xiàn)。自然資源在該共享平臺中沒有專屬的數(shù)據(jù)分平臺，但也占到了較高的分類比重，這說明一級類別中的許多數(shù)據(jù)資源兼具自然資源的屬性，在一個數(shù)據(jù)允許有多個分類的情況下，有許多專題數(shù)據(jù)都被同時分到自身的專業(yè)類別和自然資源類別中?！按髿馊Α钡臄?shù)據(jù)類目所占比重為8.51%，這一比重與地球系統(tǒng)科學研究熱點的地位是不相稱的，這也反映出當前共享平臺尚未有獨立的“大氣”數(shù)據(jù)分平臺，因此缺少相應的基礎(chǔ)和動態(tài)增長數(shù)據(jù)資源。“固體地球與古環(huán)境”與“日地空間環(huán)境與天文”數(shù)據(jù)所占比重分別為6.22%和4.90%，這反映出其在該共享平臺內(nèi)的資源量較少，這與這兩類數(shù)據(jù)的“大數(shù)據(jù)”特征不相符。其原因：一方面可能是承擔該數(shù)據(jù)資源建設(shè)的分平臺尚未將大量數(shù)據(jù)整合進來，另一方面恰恰是這些數(shù)據(jù)量大而難以整合進來。例如：天文和空間探測數(shù)往往以日均TB的數(shù)據(jù)量增長，如何整合這些以自動巡天觀測為主的數(shù)據(jù)資源則是一個難題?！瓣懙厮Α焙汀氨鶅鋈Α钡臄?shù)據(jù)所占比重為3.13%和1.29%，這反映出有關(guān)湖泊、濕地、冰雪等研究的數(shù)據(jù)較少，有關(guān)寒區(qū)旱區(qū)和湖泊—流域的相關(guān)平臺應進一步增加冰、雪數(shù)據(jù)產(chǎn)品的體量。“遙感數(shù)據(jù)”已占到總體量的5.39%，這與遙感數(shù)據(jù)類別和條目不多、但數(shù)據(jù)量大的特點相一致。

3.2 數(shù)據(jù)二級分類特征

將各一級類數(shù)據(jù)展現(xiàn)在其二級類層次上,可更清楚地反映出共享平臺數(shù)據(jù)資源的類別分布特點。具體分布情況如圖2所示。

在大氣圈數(shù)據(jù)中，占比最多的是氣象、大氣成分、溫度、降水、氣溶膠和溫室氣體數(shù)據(jù)，相應的日照、蒸發(fā)、氣壓、輻射等數(shù)據(jù)較為缺乏，甚至有些數(shù)據(jù)類別沒有任何數(shù)據(jù)。陸地表層數(shù)據(jù)的二級類目數(shù)據(jù)分布較為均衡，各門類均有數(shù)據(jù)，占優(yōu)的數(shù)據(jù)包括生態(tài)系統(tǒng)、土壤、基礎(chǔ)地理、土地利用/覆蓋、人口與社會經(jīng)濟等，這與其當前的主要用戶需求特點是相符的。而較少的數(shù)據(jù)類目為沙漠、濕地、地貌等專題數(shù)據(jù)。陸地水圈數(shù)據(jù)中相對較多的是水文、地表水和水環(huán)境數(shù)據(jù)，而水循環(huán)、水利工程等較少。冰凍圈數(shù)據(jù)中以冰川數(shù)據(jù)為主，其他數(shù)據(jù)較少。在自然資源數(shù)據(jù)中，以生物資源、土地資源、水資源、農(nóng)業(yè)資源和氣候資源為主體，而涉及礦產(chǎn)、藥物、旅游、能源、可再生資源等數(shù)據(jù)較少。海洋數(shù)據(jù)的二級類目分布較不均衡，海洋生態(tài)、氣象、生物等數(shù)據(jù)較多，而海洋物理、水產(chǎn)、沉積、過程、海岸帶等數(shù)據(jù)非常少。極地數(shù)據(jù)的分布也存在不均衡性。極地海洋、地球物理、大氣等數(shù)據(jù)較多，而極地生物、環(huán)境、地質(zhì)、工程、天文等數(shù)據(jù)明顯較少。在固體地球與古環(huán)境數(shù)據(jù)中，地磁數(shù)和陸地記錄數(shù)據(jù)居多，地質(zhì)領(lǐng)域有關(guān)地震、重力、巖石/礦物等數(shù)據(jù)較少，古環(huán)境領(lǐng)域的海洋/湖泊、冰芯等記錄也較少。日地空間環(huán)境與天文數(shù)據(jù)中天文探測和空間環(huán)境觀測數(shù)據(jù)較多，而其他專題數(shù)據(jù)較少，如涉及災害性空間天氣事件、空間目標及空間碎片、空間環(huán)境效應、全波段天文學等數(shù)據(jù)。在遙感數(shù)據(jù)中主要以反演數(shù)據(jù)產(chǎn)品和航天衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)為主，其他地基遙感、航空遙感和主動雷達遙感等數(shù)據(jù)較少。

表2 地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺數(shù)據(jù)集按一級分類編目統(tǒng)計表

圖2 地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺數(shù)據(jù)在二級類目上的分布

3.3 二級類數(shù)據(jù)的學科和區(qū)域分布特征

不同類別數(shù)據(jù)分別歸屬在總中心或不同的分平臺中（圖3）。大氣圈數(shù)據(jù)主要集中在全球變化分平臺和極地分平臺。陸地表層數(shù)據(jù)突出集中于總中心。陸地水圈數(shù)據(jù)主要集中在總中心和湖泊分平臺。冰凍圈數(shù)據(jù)主要集中在寒區(qū)旱區(qū)分平臺和總中心，而極地分平臺所占的比重并不高。自然資源數(shù)據(jù)主要集中在總中心。海洋數(shù)據(jù)主要集中在極地分平臺和南海及其毗鄰海區(qū)分平臺，相比之下南海及其毗鄰海區(qū)分平臺的體量較小。極地數(shù)據(jù)主要集中在極地分平臺。固體地球與古環(huán)境數(shù)據(jù)則依存在總中心和極地、空間和地質(zhì)與地球物理分平臺。這是因為古環(huán)境沒有分平臺，其數(shù)據(jù)直接存儲在總中心中。日地空間環(huán)境與天文數(shù)據(jù)主要集中在空間、天文、極地和地質(zhì)與地球物理分平臺。遙感數(shù)據(jù)主要集中在全球變化、極地、寒區(qū)旱區(qū)等大尺度研究領(lǐng)域的分平臺。

3.4 學科和區(qū)域數(shù)據(jù)分平臺的數(shù)據(jù)分類特征

在圖4中，以總中心及各學科和區(qū)域數(shù)據(jù)分平臺為對象，顯示了數(shù)據(jù)資源在各科目中的分布特點。在總中心數(shù)據(jù)中，以陸地表層和自然資源數(shù)據(jù)為主，兼顧部分古環(huán)境數(shù)據(jù)，這與總中心依托中科院地理資源所、以陸地表層和自然資源數(shù)據(jù)為主的特色相吻合。長江三角洲分平臺以區(qū)域的陸地表層和自然資源數(shù)據(jù)為主。青藏高原分平臺以區(qū)域陸地表層、大氣、固體地球等數(shù)據(jù)為主。寒區(qū)旱區(qū)分平臺以區(qū)域陸地表層和遙感數(shù)據(jù)為主，反映了其在本區(qū)域最敏感的水、冰等陸地水圈和冰凍圈數(shù)據(jù)尚有提升空間。黃河中下游分平臺以區(qū)域陸地表層數(shù)據(jù)為主，也同樣反映了其在黃河流域的水文水資源數(shù)據(jù)方面的欠缺。黃土高原分平臺以區(qū)域陸地表層數(shù)為主。東北分平臺以區(qū)域陸地表層和自然資源數(shù)據(jù)為主。南海及其毗鄰海區(qū)分平臺以海洋數(shù)據(jù)為主。新疆與中亞分平臺以區(qū)域陸地表層、遙感影像和自然資源數(shù)據(jù)為主。極地分平臺以極地和海洋數(shù)據(jù)為主。湖泊-流域分平臺以區(qū)域陸地表層和自然資源數(shù)據(jù)為主，但其在陸地水圈的數(shù)據(jù)相對較少。地質(zhì)與地球物理分平臺以固體地球和日地空間環(huán)境數(shù)據(jù)為主?？臻g科學分平臺以日地空間環(huán)境與天文數(shù)據(jù)為主。天文科學分平臺以天文數(shù)據(jù)為主。全球變化分中心則以大氣層和遙感數(shù)據(jù)為主。從以上數(shù)據(jù)資源分布情況可以看到，各分平臺的定位與其數(shù)據(jù)資源的布局基本合理，但部分平臺在本學科或本區(qū)域特色數(shù)據(jù)資源內(nèi)容上有缺失，存在提升的空間。

4 討論與結(jié)論

本文在“面向數(shù)據(jù)共享的地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)分類”的基礎(chǔ)上，對國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺的1832條數(shù)據(jù)集資源（截至2014年4月）進行了分類編目，分析了數(shù)據(jù)資源在分類體系結(jié)構(gòu)和分平臺中的布局，初步形成以下認知。

（1）從數(shù)據(jù)資源的一級類型分布特征來看，陸地表層數(shù)據(jù)占3成，為第一方陣；極地數(shù)據(jù)、自然資源和海洋數(shù)據(jù)為第二方陣，幾乎占數(shù)據(jù)資源4成；大氣數(shù)據(jù)、固體地球與古環(huán)境、日地空間環(huán)境與天文、陸地水圈和冰凍圈等數(shù)據(jù)占了其他數(shù)據(jù)的3成。以上布局揭示出“大氣圈”的數(shù)據(jù)類目占比較低，這與其地球系統(tǒng)科學研究熱點的地位是不相稱的，未來可以考慮建立獨立的“大氣”數(shù)據(jù)分平臺。固體地球數(shù)據(jù)占比不高，這與其具有的地學“大數(shù)據(jù)”特征不相符合，這說明需要進一步加強固體地球（地球物理）數(shù)據(jù)分平臺建設(shè)?！瓣懙厮Α焙汀氨鶅鋈Α钡臄?shù)據(jù)占比最低，這說明需加強寒區(qū)旱區(qū)、湖泊—流域等相關(guān)分平臺中的水文、水資源、冰、雪數(shù)據(jù)產(chǎn)品等建設(shè)。

圖3 不同類目數(shù)據(jù)在共享平臺體系中的分布

圖4 學科和區(qū)域數(shù)據(jù)分平臺的數(shù)據(jù)分類分布圖

（2）從數(shù)據(jù)資源的二級類型分布特征來看，陸地表層數(shù)據(jù)資源的布局相對均衡，這體現(xiàn)了共享平臺依托單位的整體優(yōu)勢。在大氣圈、海洋、陸地水圈與冰凍圈、固體地球與古環(huán)境、日地空間環(huán)境與天文、自然資源等都存在著數(shù)據(jù)資源類型布局不均衡，甚至存在部分二級分類體系空白的問題。這表明共享平臺中的數(shù)據(jù)資源體系在地球系統(tǒng)科學的分類框架上仍顯不足，需要根據(jù)各分類特點，加強數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟建設(shè)，促進數(shù)據(jù)資源的綜合和協(xié)調(diào)發(fā)展。

（3）從各數(shù)據(jù)資源分布于總中心或不同的分平臺特點來看，每一數(shù)據(jù)分類體系應該主要突出集中在某一平臺中，如果分散在多個平臺中，則暗示其重點不夠突出，或應考慮新建一些分平臺。例如，大氣圈數(shù)據(jù)分布于總中心、全球變化與極地分平臺，顯示出大氣數(shù)據(jù)的需求強烈，可以考慮未來新增大氣分平臺的建設(shè)；陸地水圈數(shù)據(jù)分散于總中心與湖泊—流域分平臺、黃土分平臺，說明本應以此數(shù)據(jù)為重點的寒區(qū)旱區(qū)數(shù)據(jù)分中心需要加強；海洋數(shù)據(jù)集中在南海和極地分平臺，但南海的占比較低，反映出需要加強海洋分平臺建設(shè)；固體地球與古環(huán)境數(shù)據(jù)主要分布于總中心，這反映出在我國地學界占有較高學科地位的古環(huán)境數(shù)據(jù)缺乏獨立的位置，應該考慮建立獨立的“古環(huán)境”數(shù)據(jù)分平臺。

以上討論表明，數(shù)據(jù)分類編目是數(shù)據(jù)共享平臺的核心管理任務(wù)，只有具有完整的數(shù)據(jù)分類信息，才便于數(shù)據(jù)的組織、管理和服務(wù)。本文結(jié)合國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺分類編目，分析了當前該平臺的數(shù)據(jù)資源體系架構(gòu)及其在不同類別上的分布特征，提出了相應的數(shù)據(jù)資源建設(shè)策略建議。本文的分析也反映出在當前全球數(shù)字對象標識（DOI）[7]和我國科技資源標識快速發(fā)展及應用的背景下，及時加強科技平臺的分類編目和資源標識，對于促進科學數(shù)據(jù)資源的全生命周期[8]管理與開放共享具有重要意義。

致謝：感謝國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺總中心和各分平臺及相關(guān)專家對數(shù)據(jù)資源分類的反饋和建議。感謝孫九林、林海、黃鼎成等專家對本文的指導。

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Data Classification Cataloguing and Feature Analysis of National Data Sharing Platform of Earth System Science

Wang Juanle1,5, Song Jia1,5, Bu Kun2, Wang Mo1,3, Zhao Hongwei1,3,Tian Fenmin1,4, Bai Yongqing1,3
(1.State Key Lab of Resources and Environmental Information System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101; 2. Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun, 130102; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049; 4. China University of Mining & Technology (Beijing), Beijing 100083; 5. Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023)

Data classification plays core role in the data management of data sharing platform. Based on the built“Data Sharing Oriented Earth System Science Data Classification System”, totally, 1832 data entities are classifiedand coded in National Data Sharing Platform of Earth System Science (DSPESS). Data sets distribution features are quantificationall analyzed respectively from the view of classification system and data center system. Some potential data resources development suggestions are proposed based on the analysis. This classification and management system has been applied in the updated online website of DSPESS (http://www.geodata.cn/).

Science &Technology Platform of China, Earth System, data sharing, classification system, data resource development

P9

A

10.3772/j.issn.1674-1544.2015.06.012

王卷樂*（1976-），男，博士，中國科學院地理科學與資源研究所研究員，研究方向：資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)集成與共享標準研究；宋佳（1980-），男，博士，中國科學院地理科學與資源研究所助理研究員，研究方向：地理本體和語義搜索；卜坤（1980-），男，博士，中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所高級工程師，研究方向：遙感與GIS應用研究；王末（1987-），男，中國科學院地理科學與資源研究所博士研究生，研究方向：空間數(shù)據(jù)挖掘；趙紅偉（1987-），女，中國科學院地理科學與資源研究所博士研究生，研究方向：地理空間大數(shù)據(jù)挖掘；田奮民（1993-），男，中國礦業(yè)大學（北京）碩士研究生，研究方向：科學數(shù)據(jù)分類與可視化平臺開發(fā)；柏永青（1992-），男，中國科學院地理科學與資源研究所碩士研究生，研究方向：格網(wǎng)化資源環(huán)境數(shù)據(jù)管理。

國家科技基礎(chǔ)條件平臺：地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺；中國科學院信息化專項項目“資源學科領(lǐng)域基礎(chǔ)科學數(shù)據(jù)整合與集成應用”（XXH12504-1-01）。

2015年10月25日。