网络教学系统论文

第一篇：网络教学系统论文

船舶电力系统模拟训练教学系统设计分析

摘要：根据船舶电力系统的设备特性、结构和操作，运用计算机仿真技术，设计了模拟训练教学系统。该系统通过对船舶电力系统的分析，给出了系统软件设计方案，对教学系统的功能组成、软件设计以及解决的关键问题进行了分析和研究。实际使用表明，模拟训练教学系统使学生通过点击计算机键盘和鼠标就可以对船舶电力系统进行操作、训练，可用于船舶电力系统实验教学。

关键词：电力系统;计算机仿真;模拟训练

由于船舶电力系统规模较大、复杂度较高，其运行操作对操作人员的技术水平、业务熟练程度等提出了很高的要求。如何提高船舶电力系统各个岗位人员的操作正确率和熟练度成为一个重要课题。如果使用实装系统进行训练，会受到训练时间、训练地点等方面的限制，很难对船员进行全面的操作训练，特别是如何对故障状态进行处理的训练非常困难，而且会造成一定的设备损耗，因此如果对学生进行船舶电力系统操作训练也是海军工程大学教学的重点内容。

本文借助计算机软件，即用计算机软件描绘出装备的外形、内部结构及操作平台，利用计算机仿真技术模拟船舶电力系统模型，使学生通过点击计算机键盘和鼠标就可以实现船舶电力系统的模拟训练学习。

一、船舶电力系统模拟训练教学系统功能分析

船舶电力系统模拟训练教学系统需要模拟电力系统与船舶其他分系统之间交换必要的信息，实现互联、互通、互操作，使学生在与实艇外观功能一致的装备上训练，学习各项操作和故障处理方法。因此，系统需要从总线上获取数据，具体包括基础数据管理(训练题库、工况库)、训练课程管理(训练场景、工况参数设置)、训练过程管理(训练模式设置、学生名单设置、故障设置、训练过程观测)、评估与打分历史数据查询分析(训练评估、建议)等，同时运行一些必要的控制指令以达到全船训练的目的，这种模拟训练是在实时、逼真的仿真环境下进行的，其主要功能组成如图1、图2所示。

第一，手动方式时，模拟训练教学系统训练学生除了应对机组紧急停机故障进行保护，完成电站运行参数的监测、显示、故障报警和网络通讯，不参与控制和管理;还训练学生对于机组的启、停机、加速、减速及合闸、分断等动作的完成。

第二，半自动方式时，整个电力系统的运行，整个电站的运行，既处于学生的管理控制下，又可以自动完成相关控制功能，达到一种人工管理与自动控制的有机结合;此时，手动方式下的电力系统功能均有效，此外还需要训练学生对机组(停机)故障进行保护和分级卸载功能;机组的启动、停机、加速、减速和发电机断路器合闸/并车、分断、跨接断路器的合闸、分断、并车以及调频调载等功能通过操作按钮进行操作。

第三，自动方式时，电力网络在监控系统控制和管理下始终处于全自动运行状态;此时，半自动方式下的电力监控分系统功能均有效，监控系统除了进行电站运行参数的监测、显示、故障报警和网络通讯以及对机组实施故障保护外，还将实现如下主要控制功能：电网失电自启动、跨接断路器合闸/并车、跨接断路器分断、分级卸载、自动调频调载、自动增/减机、故障换机等功能。

模拟训练教学系统目的在于训练学生熟练掌握对船舶电力系统基本操作，以机组启动为例，要求学生熟悉机组启动的基本过程，以及对启动过程中可能出现的故障的应对，因此教学系统定义“机组启动”的功能是：当按下“启动”按钮时，系统首先检测该机组有无相关故障，其次检测该机组是否为“备车完毕”状态，最后检测相应机旁控制箱操作部位转换开关是否为“遥控”位置。当以上条件全部满足后，系统向该机组发出启动信号，待机组启动成功后收回该启动指令;若发出启动信号后机组三次启动均未成功，系统收回启动指令并发出“启动失败”的声光报警。机组启动的流程图见图3所示。

二、船舶电力系统模拟训练系统软件设计

根据模拟训练教学系统的功能分析，为了能够实时运行仿真模型，实现在线训练系统，系统软件主要分为应用层、服务层和数据库层。模拟训练系统的数据源和受控对象均为仿真模型，仿真模型与真实系统的各种监控设备之间从数据链路层上是相互独立的。

模拟训练教学系统需要首先建立船舶各种设备的数学模型。由于教学系统的数据源和受控对象均为仿真服务器提供的仿真模型，为了能够实时运行仿真模型，实现在线训练，首先模拟训练教学系统需要具备完成模型计算任务的仿真服务器，负责训练过程所有模型的计算工作。训练人员的操作终端则直接采用平台系统的标准PC机，将训练系统软件嵌入到PC机的监控软件中。另外教学系统还需要设置教练工作站，供教练设置训练任务，监视训练过程使用。

三、关键问题的解决

第一，教学系统中针对实际船舶各种设备的建模研究，系统实现过程中，基于分布式系统的模型运行的实时性是教学系统建模技术中最为关键的一项技术。主要原因在于，由于船舶电力系统的复杂性非常高，导致其仿真模型的复杂性也非常高，因此其仿真模型所需的计算资源极其庞大，普通的计算机计算模型时需要耗费大量的时间，于是仿真模型模拟某一场景的运行时长将远远大于实际设备在某一场景下的运行时长，这将无法满足模拟训练对仿真模型的实时性要求。为了解决这一问题，教学系统在硬件上采用了多内核的CPU组成的仿真服务器，通过多核硬件环境下仿真模型的并行计算方法，实现了分布式环境下的实时调度算法和实时通信协议。

第二，模拟训练教学系统内容以及训练有效性的研究。船舶电力系统结构复杂，其包含多台发电机组、配电板、断路器及负载等设备，教学系统通过对上述设备的分析研究，能够正确显示系统的控制状态、各机组、断路器、负载以及各配电板的位置关系、机组状态、断路器状态以及负载接入状态等。

第三，模拟训练教学系统评估方法。在软件设计过程中，针对教学系统的各项模拟训练操作，系统综合模拟训练数据库知识发现，设计了一套有效的模拟训练评估标准和指标，能够对学生的训练结果进行有效评估，以便于进一步指导训练。

四、教学效果

在虚拟训练闭环中， 设备作为抽象实体存在于信息空间， 学生更易于接受;学生是虚拟训练系统的宿主， 通过虚拟装备的各项参数及各种外在表现认识设备特征。教学系统使学生在训练时能够实时运行仿真模型，模拟真实设备的各种特性和行为，了解并掌握实际设备的操作使用、指挥、维修等技术与技能，其操作界面与实际船舶操作完全一致，使学生有身临其境的感觉。

五、小结

模拟训练教学系统采用计算机仿真技术，根据船舶电力系统结构，构建实船各种设备的数学模型并实时运行仿真模型，将模拟真实设备的各种特性和行为在虚拟系统中动态演示、操作训练，是一种非常有效的训练方式，因此在国内外各种舰载模拟训练系统中被广泛采用。

参考文献：

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[8]刘兴杰，田建设.基于MATLAB的发电机并网动态仿真分析[J].电力科学与工程，2003，(4).

(责任编辑：王意琴)

作者：闫晓玲 王黎明 卜乐平

第二篇：构建医院网络安全系统保障信息系统安全

（凉山州第一人民医院 计算机中心，四川 西昌 615000）

[摘 要] 目的： 医院信息系统平台逐渐成为医院医疗业务的核心支撑平台，须加强医院信息系统安全；方法：通过网络安全的综合设计和实施，采用冗余设备、三层网络架构、统一网管中心控制、虚拟网络划分、核心防火墙及IPS、堡壘机统一管理设备、数据库和网络审计等多种技术，同时结合安全管理制度等；结果：构建较完备的医院网络安全体系，取得了良好的效果结果、结论 ：信息系统安全是系统工程，要从各方面着手，防止短板。

[关键词] 网络系统安全；安全管理；管理制度；木桶原理

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 05. 088

0 引 言

随着新医改的不断深入，作为其重要支柱之一的医院信息系统建设进入了高速发展的快车道，成为医院日常医疗工作和管理工作的基础平台。2013年，我院新建了医院信息系统项目，包括机房建设、网络建设、软件系统建设、硬件建设等部分。医院特点决定医院信息系统必须365*24小时不间断正常运行，网络、系统软硬件的损坏和故障，或者是数据信息泄露，都会医院带来不可估量的损失，影响患者正常就诊，甚至危及医院的生存和发展。因此，构建安全的医院网络系统，保障系统和信息系统安全，是各医院都很关心的问题。

医院网络安全系统是个系统工程，其符合“木桶原理”，系统的安全程度取决于最短的那块板，我院从硬件、网络、系统、审计监管、防病毒、安全制度等各个方面采取了多种措施，保障了信息系统安全、网络安全。

1 网络系统安全

1.1 链路安全

为避免核心网络系统单点故障，提高网络系统的健壮性、容错性和性能，我院在网络核心层采用了H3C的IRF2（Intelligent Resilient Framework，智能弹性架构）技术， IRF2将两台华三10508核心交换机通过IRF物理端口连接在一起，虚拟化成一台逻辑核心交换设备，集合了两台设备的硬件资源和软件处理能力，实现两台设备的统一简化管理和不间断维护，提高了网络对突发事故的自动容错能力，最大程序降低了网络的失效时间，提高了链路的利用率和转发效率。

在核心层10580交换机与会聚层5800交换机间采用万兆光纤交叉互联，线路间做链路聚合，增加链路带宽、实现链路传输弹性和冗余。同时，核心交换机与会聚层交换机全部配备双电源和双风扇组，双电源分别插两路不同PDU电源插痤，尽量避免单点故障。

1.2 网络层次分明，方便管理

数据中心服务器到所有的桌面终端计算机最多通过三层网络，即核心层、会聚层和接入层，三层网络交换机各师其职，层次分明。核心层是网络的高速交换主干，负责数据转发；汇聚层提供基于策略的连接，是网络接入层和核心层的“中介”，工作站接入核心层前须先做汇聚，实施策略、安全、工作组接入、虚拟局域网（VLAN）之间的路由、源地址或目的地址过滤等多种功能，减轻核心层设备的负荷；接入层提供工作站接入网络功能。同时，我院每栋业务楼都建设了网络设备间，安装了空调和不间断电源，统一管理该楼内所有的会聚层和接入层交换机，保证所有的设备都有良好的运行环境，同时便于管理和维护。

1.3 划分VLAN，提高性能和安全性

医院信息系统服务主要以访问数据库服务器为主，数据纵向访问多，横向少，同时，我院许多楼又都综合了门诊住院医疗系统、医技系统等，我们根据其特点，将网络按楼宇划分为10多个VLAN子网，并将有特殊需求的应用（如财务科账务专网等），单独划分VLAN。通过VLAN划分，控制广播范围，抑制广播风暴，提高了局域网的整体性能和安全性。

1.4 网络核心层安装防火墙板卡与IPS板卡，保证服务器区安全

医院服务器区是医院系统运行核心，一旦被侵入或感染病毒，将影响医院的正常医疗业务，影响病人就诊，我院每日门诊人次3 000多人，住院患者1 600多人，数据库出问题，将造成重大的社会影响和严重后果，故我们在核心层华三10 508交换机上安装了SecBlade FW Enhanced增强型防火墙业务处理板卡和PS插卡，设定了防入侵和攻击的规则，过滤非法数据，防范病毒确保服务器区安全。

1.5 智能网管中心

随着网络应用越来越复杂，网络安全控制、性能优化、运营管理等问题成为困扰用户的难题，并直接决定了医院核心业务能否顺利开展。我们采用了专门的网管系统，通过软件的灵活控制，与相应的硬件设备配合，建立了网络安全控制中心、性能优化中心和运营管理中心。通过网管系统，我们能实时监管网络的运行情况，监管网络的故障和报警，监管和分配网络流量，优化网络性能，使整个网络可管可控。我院网络管理员常用的网管功能有资源管理、拓扑管理和故障（告警/事件）管理等。

网管系统的资源管理可管理网络设备、接口，显示设备的详细信息和接口详细信息和实时性能状态； 拓扑管理可自动发现全网设备的拓扑视图，通过拓扑图能够清晰地看到医院网络的状态，包括运行是否正常、网络带宽、连通等。

故障（告警/事件）管理，是网管系统的核心功能之一，包括设备告警、网管站告警、网络性能监视告警、终端安全异常告警等，告警事件可通过手机短信或E-mail邮件的方式，及时通知管理员，实现远程网络的监控和管理。

1.6 医院内网、外网间隔离和访问通道

医院内部的网络分为医院办公外网（用于日常办公，可上互联网）和业务内网，为保证医院内部网络业务系统安全，防止非法入侵、病毒攻击等医院业务网与互联网必须物理隔离，同时，因医院内部众多软件厂商、服务器厂商、网络设备、安全厂商，需要远程维护内网设备，业务网和互联网之间须有个能访问的通道，我们采用了SSL VPN+网闸+堡垒机的方式实现了远程安全登录和物理隔离。

（1）在医院外网防火墙和医院内网防火墙之间安装了网神SecSIS 3600网闸，利用其“数据摆渡”的工作方式，开放须访问的端口，实现物理隔离。

（2）遠程用户通过SSL VPN接入到医院外网。利用SSL 的私密性、确认性、可靠性、易用性特性，在远程用户和我院外网间建立起专用的VPN加密隧道。在SSL VPN中，将用户的登录设定为自动跳转到堡垒机，通过堡垒机再访问相关的设备和电脑，实现远程访问有监管有记录有审计，可管可控。

2 服务器和存储备份安全

系统服务器双机备份常用的是采用双机冷备份或通过心跳线热备份的方式实现。我院结合自身设备特点，采用了赛门特克Veritas Cluster Server技术，在IBM刀片机上建了一个N+1 VCS集群，即多台服务器对应一台备份机，当其中一台出现问题，都会自动切换到备机，实时快速，同时节约了备份机。两套IBM DS5020存储阵列（一台在主机房、一台在备份机房）通过光纤直连，采用remote mirror远程镜像备份技术，将主机房存储的实时数据复制到备份存储系统，提供于业务连续性和灾难恢复的复制功能。

3 保证操作系统安全

操作系统是软件系统基础，保证其安全是必须的。我们对服务器进行了主机加固，关闭了不必要的服务，安装了赛门铁克防火墙、赛门铁克网络版杀毒软件，莱恩塞克内网安全管理系统等来保证内网服务器和工作站操作系统安全。其中内网管理系统控制和监管了移动介质的使用，屏蔽了未经授权的移动介质接入网络，避免了医院数据的外泄及感染病毒，同时，还能对内网中每一个计算机进行远程的桌面管理、资产管理、配置管理和系统管理等。

4 核心设备配置修改和访问安全

服务器在注册表中关闭了远程访问功能， 网络交换机都关闭了TELNET功能，关闭命令： undo telnet server enable通过网络堡垒机可视化的web管理界面统一配置和管理所有服务器和交换机，利用堡垒机可控制、可审计、可记录、可追溯的特性，保证对服务器和交换机的安全管理，避免配置和修改服务器、交换机时不慎造成故障。

5 数据库和网络安全审计系统

为了保障网络和数据不受来自外部和内部用户的入侵和破坏，我院通过旁挂模式接入了数据库和网络安全审计系统，实时收集和监控网络、数据库中的系统状态、安全事件、活动，以便集中报警、记录、分析、处理，实现“事前评估—事中监控—事后审计”，对数据库和网络中的操作和更改进行追溯和还原。

6 健全安全管理制度，加强执行

建立了严格的规范的规章制度，规范网络管理、维护人员的各种行为，保障网络安全。如建立了“中心机房管理制度”“机房设备操作制度”“机房出入制度”“设备巡查制度”“工作站操作制度”等。

我们规定网管人员每天必须查看智能网管系统、堡垒机、数据库审计、网络审计、中心服务器、杀毒软件等的日志，做好记录。通过日志，及时发现网络和设备故障隐患，发现非法入侵和使用，不正确的配置和修改。

7 结 语

随着医院信息化建设的不断深入和扩大，信息系统的安全性日益重要，但医院信息系统的安全保障是个系统工作，只有采用多种技术和措施，才能保障。我院从网络安全、设备安全、操作系统安全，系统配置安全，安全审计管理等方面加强保护，健全安全管理制度，切实落实和执行，取得了良好的效果。下一步，我们将逐步建立数据级、应用级的灾备中心，进一步保障医院业务系统的连续可用性及数据安全性。

作者：苟文强

第三篇：通信网络系统中PLC控制系统的应用

摘要：从校园无线局域网目前所反映出的问题得知，校园无线局域网未来发展的方向为“根据无线网络自身的技术特性和人们在管理和意识上的疏忽，来提高其安全性”。在未来的发展中，校园无线局域网必将更加普及，而有线网络将逐渐退居二线，作为辅助方式，这是大势所趋。网络化、分布式、高速、高效以及高科可靠性是PLC通信网络未来发展的一个方向，现场设备级朝着现场总线标准方向发展，工控管理级朝着051发向发展，控制级网络自身不断完善并取得进步，同时在这个过程中着力靠近现场总线，从而形成开放化、标准化的通信网络。

关键词：PLC;控制系统;通信网络

PLC 网络常用的通信方法。现阶段，PLC 在各个领域中获得了非常广泛的应用，其相关研究也更加深入和具体，这在极大程度上推动了 PLC 的应用和发展。PLC 网络通信方式大体可以分为并行通信和串行通信两类，前者具体是指多处理器间的相互通信，多发生在 PLC 的内部，而本文重点分析后者即 PLC 网络的串行通信方式。根据PLC 网络的实际功能，可将其分为控制网和通信网两种类型，其中控制网一般只负责开关量的传送，即 on/off。该网络形式的特点是传输的数据量相对较少。通信网又被称为数据高速公路，其与一般的局域网较为类似，既可以传输开关量，也可以传输数字量，传输的数据量相对较大。PLC，即可编程控制器的英文缩写，它是一种将微机技术、通信技术以及自动化技术进行综合运用的常用的工业上的控制装置。一般比较常见的包括日本生产的三菱、欧姆龙等，我们本国生产的主要有永宏、汇川和台达等，其中很多是以日系三菱为参照生产的，而且编程几乎都属于按顺序编程，欧系中则主要有施耐德和西门子等。随着我国工业自动化的不断快速发展，PLC在工业控制领域中应用范围越来越广，涉及到的应用面也越来越多。针对目前主要使用的S7-300、OMRON等通信网络，参照其特点、性能， 本文将结合目前我国工业领域当中PLC应用的现实情况对PLC进行探究分析。

一、PLC控制系统

(一)控制好PLC的基本要点

PLC实现控制的基本点主要有两个，一个是可靠物理实现，另一个是输入以及输出信息的信息交换。输入输出信息的交换的前提是运行程序运行，这个程序是存储在内存中的。这个程序也分两种，一种是PLC的生产厂家自行提供的原始系统，另一种则属于自助开发的应用程序。通常，系统程序有两个优点，首先，可以为用户提供一个可靠的运行平台;其次，可以很好的保障PLC用户自行编辑的程序顺利运行，并对程序运行是产生的信号与信息进行及时处理。

可靠物理实现对于输入(INPUT)与输出(OUTPUT)电路依赖性很强。在PLC进行输入电路的时候，首先是进行输入信号的滤波处理，将高频率的干扰过滤掉;第二步是依靠继电器或者光耦元件连接起来，在PLC内部和计算机的电路执行光隔离。关于输出电路，一定需要注意的是输出电路必须扩大多倍的输出功率，其主要目的是把接触器、继电器或者其他的工业控制元器件很好的带动起来。

(二)PLC运行过程中的控制过程

在PLC的实际应用过程中其主要的控制步骤一般有6个，包括输入刷新、运行用户程序、输出刷新、再输入刷新、再运行用户程序以及再输出刷新。在这个过程中，系统会不断反复进行循环运行，并且在这个运行的过程中系统会对程序作公共处理，公共处理包括了对循环的时间进行监控，通信处理和外设服务等。

(三)PLC运行过程中的控制方式

PLC的不同决定着其控制方式上也千差万别，当前PLC的控制方式根据PLC的不同主要分为4种，首先是开关量的逻辑控制，其次是运动控制，再有是模拟量控制，还有是过程控制，这4种就是当前主要的PLC控制方式。

二、PLC通信网络

(一)全局 I/O 通信

该通信方式归属于串行通信的范畴，常被用于带有连接存储区的 PLC 之间的通信，该方式的基本通信原理如图 1 所示。

在图 1 中，编号相同的发送与接收区域的容量大小完全相等，所占用的地址段也相同，其中只有一个区域为发送区，而其他区域全部都是接收区。全局 I/O 采用广播通信方式，即由PLC1 将位于 1#发送区内的数据信息经由 PLC 网络广播出去，然后由 PLC2 和 PLC3 将该数据信息接收下来，并存储在各自 的接收区域当中。同理，由 PLC2 广播出来的数据信息，则由PLC1 和 PLC3 负责接收和存储。由于在全局网络中各个 PLC链接区的大小都相同，加之所占用的地址段也一致，所以，当其中某一台 PLC 对自己所在的链接区进行访问时，便相当于访问了其他 PLC 的链接区，该过程实质上是 PLC 之间交换数据的过程。在全局网络中，链接区的划分是以 PLC 的 I/O 区为基础，通过等值化通信转换成为网络内所有 PLC 的共享区域。该通信方式可用读写指令对链接区内的数据信息进行读写，其特点是简单、快速和方便。

(二)控制级网络

控制级网络不同于工控管理级网络的不同点在两个地方，控制级网络有着两个特别鲜明的特点，一是控制级网络的运用范围是生产设备的控制，主要对生产过程的状态监测、监视和控制。二是对于安全性、实时性以及可靠性的要求非常高，数据量的传输一般不大。具体以欧系的SINECL1为例子，虽然SINECL1的拓扑结构为总线型，可是他的主要功能却是PLC之间的互连。连接设备有PLC，并以双绞线为连接介质，节点只要仅仅的31，速率为9.6kbPs。控制的距离只有50km左右。控制级网络一般所具有的特点是，通信的速率相对更高，网络传播范围更加广泛，结构比较灵活，介质简单、扩展性更好。

(三)工控管理级网络

为了是企业的管理需求的到充分满足，工控管理级网络一般提供高速、大容量并且实时准确的数据交换，与企业各个管理部门之间相互连接，同时为企业的MIS提供最基础的数据，按照上层决策实施控制系统的优化工作。还是以欧系西门子的SINECL1作为例子进行分析，SINECL1的最主要的功能是PLC及其和上位机见的相互连接。连接的设备主要是PLC与PC，并以光纤、同轴电缆作为连接介质，节点为1024，速率为10Mbps。控制的距离一般有两种情况，光纤和同轴电缆，光纤的控制距离是4600m，同轴电缆的控制距离是1500m，与控制级网络结构一样，同为总线型拓扑型结构。工控管理级网络在发展上的特点主要有标准化、开放性、高速性、光纤介质、拓扑结构的灵活以及WEB技术支持。

(四)现场设备级网络

在现场设备级网络当中，一定要应用到现场总线。简单来讲，现场总线是通信网络，它是一种囊括了通信技术、计算机技术、控制技术以及仪表技术高度集成起来的串行、双向、多站并且全数字化的通信网络。现场总线是当今控制系统中的一个发展趋势，其功能是PLC和现场设备相互之间的连接，目前工业领域中运用非常广泛的现场总线当属欧系西门子的PROFIBUS以及A-B厂家的DEVICENET ，这两种现场总线运用率要高于其他现场总线(图2)。

三、結语

综上所述，网络化、分布式、高速、高效以及高科可靠性是PLC未来发展的一个方向，与此同时，PLC通信网络也走在标准化、开放化的道路上。现场设备级朝着现场总线标准方向发展，工控管理级朝着051发向发展，控制级网络自身不断完善并取得进步，同时在这个过程中着力靠近现场总线，从而形成开放化、标准化的通信网络。

现阶段，我国的PLC技术虽然有一定的成就，但是发展水平仍然落后于西方发达国家，这种局面要得到改善就必须坚持树立开放系统的设计理念，严格按照国际标准，把通信网络技术结合实际融入到PLC技术当中。另外，牢牢把握PLC通信网络技术目前发展的潮流，不断加强现场总线技术以及企业级的开发投入。计算机网络技术的飞速发展带动了PLC控制系统通信网络的飞速发展，所以，未来性能更高的网络技术和总线一定会不断出现，当前现有的网络技术也将不断提高、改进。

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[4]陶权.谢彤.基于PLC的过程控制实验装置温度模糊PID控制[J].自动化技术与应用，2010(10).

作者：张治峰