CN101458832B - Gps海底阀作业监测系统 - Google Patents

Abstract

一种GPS海底阀作业监测系统，包括海底阀、控制海底阀开启作业的电磁气阀、海底阀作业监测器、GPS车载监控终端，GPS远程监控系统。通过电磁气阀进行开关控制安装在罐体底部的海底阀，电磁气阀将海底阀的工作状态输入至海底阀作业监测器，海底阀作业监测器将该电信号发送至GPS车载监控终端，GPS车载监控终端利用卫星定位，通过无线公网直接向监控平台或手机发送海底阀工作状态的监测信息。本发明可远程实时监测多个海底阀作业状态、同时具有监测电路的自检，电源过载保护稳压输出功能，适用于罐车海底阀作业监测，可适用于其它车辆箱门监测，本发明系统实现简单、充分利用GPS监控系统、安全可靠、成本低，应用广泛。

Description

GPS海底阀作业监测系统

技术领域

本发明涉及一种GPS车辆监测系统，尤其涉及一种GPS海底阀作业监测系统，本发明利用海底阀作业监测器、电磁气阀、海底阀和GPS车辆监控系统组成GPS海底阀作业监测系统，实现对海底阀作业实时远程自动监测。

背景技术

在危险品运输安全监控领域，从早期安装行驶纪录仪发展到现已能够实现对车辆速度、位置实时监控的GPS车辆监控系统，今天大家迫切期待解决对货物的泄漏监管问题。底部装卸罐车和使用GPS车辆监控系统是危险品运输车辆发展必然之路，国家环保总局目前已在制定油品运输的国家标准。此标准的制定和执行必将全面推动油罐车由传统的顶部装卸配置向底部装卸配置使用气控海底阀的转变。海底阀的主要功能是为罐体提供通过气动或手动的快速切断隔离，同时在管路系统上提供除API接头外的第二道隔离保护，以增加安全性。海底阀的另一功能是防止管路系统受到事故撞击后，自动将罐体和管路隔离，减少大量泄漏。基于业务管理的需要人们一直追求解决对罐体货物卸放作业的监测，因过去未采用气控海底阀从而无法有效监测罐车货物卸放。

申请(专利)号为90101146.0的专利公开了一种海底阀门驱动装置，主要内容是海底输运管线阀门和它的驱动装置之间通过与阀门壳体刚性连接在一起，带有一根阀轴可以键锁其内的空心轴的装置。空心轴的顶部带有一圈卡爪，用以与通过液压驱动装置的活塞采用机械联动方式驱动的插塞套上相配卡爪啮合，由此经卡爪间咬合的简单耦接和退耦带动阀门的开、关动作。装置的静止部件上附带有插入驱动装置壳体内加工出的窝座内的扭矩反作用凸台。该发明没有提出多海底阀装卸远程实时监测解决方案。

GPS车辆监控系统利用GPS车载监控终端接收GPS卫星信号计算出车辆的位置和速度，通过GPRS/CDMA无线公网将车辆速度、位置等信息传输到监控中心和手机，监控中心/手机是用地理信息(GIS)和数据库等技术实现对车辆监控。目前查到的有关GPS车辆监控的相关专利有：申请号CN200720003481.7的实用新型公开了一种车辆远程卫星定位防盗报警监控系统，卫星定位信息处理模块通过接收天线接收卫星信号，再送至中央数据处理电路；用户遥控指令通过无线遥控收发模块，再送到数据处理电路；GSM通讯模块通过GSM天线接收或发送话音和短消息数据；语音处理电路、车辆工作信息检测单元、车辆控制单元、数据存储单元、中央数据处理单元、蓝牙无线传输模块分别与中央处理器单元相连接。该发明是一种远程卫星定位、GSM网络传送信息、具有蓝牙连接提供车辆导航的防盗报警系统，并支持用户短信查询车辆获得详细的车辆当前工作状态、运行速度以及车辆所在详细的地理位置描述短信，该发明没有提出海底阀装卸远程实时监测解决方案和产品。

已公开发表GPS车辆监控相关标准有：AQ3003-2005行业标准危险化学品汽车运输安全监控系统通用规范，标准对危险化学品汽车运输安全监控系统的组成及结构、功能及性能、系统运行环境和系统测试方法等内容做出了规定。系统应能实现实时监控危险化学品运输车辆，具有车辆定位信息查询、安全状态监测、路线和区域控制、信息指挥调度、告警响应处理、车辆优化管理等功能，系统能实时采集状态信息以及状态信息的变化事件，如速度、方向、告警信息等；还可以处理车载终端上报的多种传感器信息数据。AQ3004-2005行业标准危险化学品汽车运输安全监控车载终端标准对用于危险化学品汽车运输安全监控车载终端的技术要求做出了规定，终端可以实现实时监控危险化学品运输车辆。监控车载终端具有碰撞报警、区域监控、路线监控、定位信息采集和地理栅栏等功能。安全监控车载终端具有无线通信自动报警功能，当告警事件发生时，除向运营控制中心自动报警外，还可向多个指定人员的手机报警。标准没有涉及海底阀装卸远程实时监测解决方案和产品。

目前已装海底阀和GPS车辆监控系统都是独立运行的，人们无法实现对海底阀实时自动远程监控。现只能通过人工方法进行电话沟通，检查确认在某一时刻的海底阀开启作业情况。现有方法存在漏报、误报非全程监测管理的问题，无法满足管理需要。

另外，被窃和泄漏是成品油运输安全迫切急需解决的问题，需要对海底阀开启全过程自动实时远程监测。利用GPS海底阀作业监测器采集各电磁气阀状态，间接监测海底阀，通过GPS车辆监控系统结合组成自动实时远程GPS海底阀作业监测系统技术方案，实现对海底阀作业实时远程自动监测各罐海底阀开启/关闭作业状态，并实时将监测到的情况通过GPS车载终向监控中心和手机报告，以实现对罐车和海底阀作业运输实时自动全程跟踪管理，实时掌握罐车卸货的时间和地点，报告卸货时间和地点。对有效防止中途卸、洒等违规行为，最大程度的减少经济损失，提高了罐车运行的安全和企业经济效益。通过对海底阀作业监测彻底解决对罐车货物实时远程跟踪监控问题。

国内外对罐车海底阀作业目前没有有效的运程实时全程监测的解决方案。尚未见到有关GPS海底阀作业监测系统的发明专利公开或有关文献的发表；在国外也未曾见到有对海底阀自动实时作业监测发明专利公开或有关文献问世。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种GPS海底阀作业监测系统，本发明通过对电磁气阀监测海底阀的工作状态，并将该工作状态转换成GPS车载监控终端可识别的信号实现对海底阀工作状态的监测，本发明能够对任何一个车载海底阀的工作状态进行监控，具有对海底阀作业监测、防盗、防泄漏功能，并能够给GPS车载监控终端提供稳定的直流24伏工作实现简单、充分利用GPS监控系统、安全可靠、成本低，应用广泛。

本发明的技术解决方案：GPS海底阀作业监测系统，包括至少一个海底阀、控制海底阀的电磁气阀、海底阀作业监测器、GPS车载监控终端、远程监控系统，通过电磁气阀开关控制安装在罐体底部的海底阀，电磁气阀将海底阀的工作状态转换成电信号输入至海底阀作业监测器，海底阀作业监测器将该电信号转换成GPS车载监控终端可识别的信号，利用GPS车载监控终端接收GPS卫星信号计算出车辆的位置和速度，通过GPRS/CDMA无线公网将海底阀作业状态、车辆速度、位置等信息传输到监控中心和手机，监控中心/手机是用地理信息(GIS)和数据库等技术实现对海底阀作业位置的实时运程自动监测。

所述的电磁气阀为单向电磁气阀，电磁气阀的气路部分的进气口和出气口分别接气罐(气坛子)和海底阀，电磁气阀的电路部分串联接在车载控制开关电路上，其正极接控制开关，负极接地。

所述的海底阀作业监测器包括稳压电路1、稳压电路2、稳压电路3、逻辑单元和信号发生电路。稳压电路1的输入端接车载电源正极，输出端接GPS车载监控终端，为GPS车载终端提供24V稳压电源。稳压电路2将稳压电路1的输出电压进一步降压后为逻辑单元和信号发生电路提供工作电源。稳压电路3的输入端连接在电磁气阀控制开关后与电磁气阀并联，用于接收电磁气阀控制电路的工作电压并将该工作电压进行降压稳压后通过逻辑单元转换成一个二进制数字信号，该数字信号通过信号发生电路输出至GPS车载监控终端进行海底阀工作状态的监测。

所述的稳压电路1采用LM2576-HVT-ADJ型稳压芯片型号，输入电压为直流0到60V，输出直流24V。

所述的稳压电路2采用LM2575S-5.0型稳压芯片，输入电压为直流0V到40V，输出电压直流为5V。

本系统发明的工作原理是：本发明利用电磁气阀控制海底阀利用对电磁气阀供电电压的监测来监测海底阀的工作状态，通过海底阀作业监测器监测各电磁气阀的供电电压状态并将其转换成GPS车载监控终端能够识别的高低电平数字信号给GPS车载终端，GPS车载监控终端将监测器输入的状态

本发明与现有技术相比的优点在于：现有海底阀控制系统和车辆监控系统是相互独立运行的，人们无法实现对海底阀远程实时自动监控。现只能通过人工方法进行电话沟通，检查确认在某一时刻的海底阀开启作业情况。现有方法存在漏报、误报非全程监测管理的问题，无法实现对车辆海底阀自动远程实时自动监控管理需求。本发明利用现有的海底阀和GPS车辆监控系统，在海底阀和GPS车载监控终端之间加装电磁气阀、海底阀监测器，解决了罐车多个海底阀实时远程作业监测问题，解决了海底阀远程自动监测的数据采集、信息传输和信息存储显示报警等技术问题。通过将海底阀作业监测器的各输入端分别接在各电磁气阀控制开关后与电磁气阀电路并联，利用门阵列逻辑电路将海底阀的工作状态转换成一个二进制数字信号输出给信号发生器，并由该信号发生器传输至GPS车载监控终端的低电平信号输入端，GPS车载监控终端将其收到的不同状态结合车辆的位置、速度信息通过GSM/CDMA公网向监控中心发送相关信息，利用GPS车辆监控系统/手机完成海底阀作业自动实时远程监测。本发明的海底阀监测器适合各种电磁气阀控制的海底阀监测，并可拓展到其它监测，其与符合AQ3004-2005标准的GPS车载终端完全兼容，也能与多数现有GPS车载终端兼容，加装安全简便，并对GPS车载终端设备提供直流稳压24伏电源，起到电源过载保护作用，具有自检报告，一旦电路破坏自动报告，针对国内货车电路设计，适用各种货运车辆，本发明系统实现简单、充分利用GPS监控系统、安全可靠、成本低，应用广泛。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明中车载部分电、气路结构原理图；

图3为本发明中GPS海底阀监测器电路结构原理图；

图4为本发明中GPS海底阀监测器稳压电路3与逻辑单元原理图；

图5为本发明中GPS海底阀监测器信号发生电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，包括4个由气罐、电磁气阀、气控海底阀、气管组成的串联气动控制路；由GPS海底阀作业监测器构成的电磁气阀控制和信号采集电路；由GPS车载监控终端、监控中心、手机组成的GPS远程监控系统，图1中用电磁气阀控制海底阀，利用GPS海底阀作业监测器监测4个电磁气阀电路供电电压状态间接监测对应连接的海底阀开启作业状态，并且通过海底阀作业监测器将该状态信息转换成GPS车载监控终端能够识别的高低电平数字信号给GPS车载终端，电磁气阀将海底阀的工作状态转换成电信号，通过GPS监控中心设置GPS车载监控终端监测方式、手机号码和报告内容，GPS车载监控终端将监测器输入的状态信息结合其得到的位置等信息通过GPRS/CDMA公网发送GPS监控中心和监控者手机，通过GPS监控软件/手机实现海底阀作业的远程实时自动监控。通过GPS车载监控终端监控应用管理软件在电子地图上实时查询或历史回放显示海底阀作业状态的时间和地点，也可通过报表形式查询、统计海底阀在选定时间段内的作业状态和持续状态的时间，行驶里程，也可用手机短信等方式实时监测由GPS车载终端发来的海底阀开启的信息。

如图2所示，将4个单向电磁气阀的气路部分分别串接在气罐(气坛子)和海底阀气路管中，其进气口通过气管接气罐(气坛子)，出气口通过气管接于气动海底阀；4个电磁气阀的电路部分分别串联接入控制开关电路上，其中正极分别接在控制开关后，负极接地，通过与电磁气阀并联监测电磁气阀电路电压状态从而监测气动海底阀的开启与关闭；将GPS海底阀作业监测器的地线接在车辆电源负极(地端)上，正极电源输入线通过3A保险接入车辆电源的正极；将4根信号输入线分别加接电磁气阀控制开关后与电磁气阀形成并联接入；通过GPS海底阀作业监测器分别采集电磁气阀开关电路电压状态间接监测海底阀开启信息；将GPS海底阀作业监测器信号输出线接入GPS车载终端低电平数字信号输入端，给GPS车载终端输入海底阀监测信号，GPS海底阀作业监测器电源输出线接GPS车载终端为其提供直流稳压24伏稳压电源，GPS车载电源输入端负极接地；GPS海底阀作业监测器自动检测与电磁气阀的连接电路，如任何一路出现断路，将给GPS车载终端海底阀开启信号。遇GPS海底阀作业监测器电源断路或电压异常时，GPS车载监控终端将向监控中心报告电源故障；防止人为破坏GPS海底阀作业监测器监测线路失效。

本发明的监测系统的具体工作过程为：将监测系统的各线路(电路、气路、信号路)接电，接气时在控制开关都关闭的情况下，各海底阀处于关闭状态，GPS车载终端得到关闭信号，并将信号发给各监控中心/手机；当接通任意一个电磁气阀控制开关时，电磁气阀供电后电磁气阀打开，将电磁气阀与海底阀气路接通海底阀门打开，海底阀监测器线路采集到电磁气阀的工作电压，将其转换成数字信号输出到GPS车载终端，使用GPS远程监控中心设置监测手机号码和报告内容，由GPS车载终端将开启信号送给监控中心和手机，通过GPS车载监控终端监控应用管理软件的电子地图上实时查询或历史回放显示海底阀作业状态的时间和地点，也可通过报表形式查询统计海底阀在选定时间段内的作业状态和持续状态的时间，行驶里程。实现手机短信方式实时监测由GPS车载终端发来的海底阀开启的信息。本发明所有电磁气阀和对接的海底阀均为常闭型，当电磁气阀接电后，连接海底阀和气罐(气坛子)的气阀被打开，使气控海底阀阀门处于打开状态。GPS海底阀监测器处于长期供电状态，同时给GPS车载终端提供直流24伏稳压电源，监控中心始终处于监控状态。

如图3所示，GPS海底阀作业监测器由稳压电路1，稳压电路2，稳压电路3、逻辑单元和信号发生电路五个模块组成。其中稳压电路1输入直流电压范围0到60V，并通过TVS和自恢复保险丝使其具有80V以下的负载浪涌保护，和过流保护，能够有效适应相对恶劣的油罐车车载工作电压环境，并为GPS车载终端提供24V的稳压电源，解决了市场上部分GPS车载终端不适应车载电源环境的状况，保证了整个系统的稳定运行。稳压电路2将稳压电路1输入的24V电压进一步降到5V，为监测器内的逻辑单元模块、信号发生模块提供稳定的工作电压。当电磁气阀开启时，通过电磁气阀开启信息输入信号线传入GPS海底阀监测器的电压为24V，但当工作环境不稳定时，有可能在5V至45V之间不定，无法直接输入逻辑单元模块进行分析判断，稳压电路3解决了此问题，将电磁气阀开启产生的输入电信号转换成5V的低电压稳定信号并输入到逻辑单元。逻辑单元用于检测和分析稳压电路3传来的电磁气阀开启信号，当电磁气阀控制开关关闭时，对应的GPS海底阀作业监测器信号电路电压为零；当电磁阀控制开关打开时，GPS海底阀作业监测器对应的海底阀作业监测器信号电路电压为车辆电源电压。当有电磁气阀开启时，逻辑单元将输入的信号电路电压通过门阵列逻辑电路运算转换成一个二进制数字信号控制其信号发生电路的继电器，该继电器的一端接地，另一端作为GPS海底阀作业监测器信号输出端接在GPS车载终端低电平信号输入端上，由于继电器的隔离作用保证了GPS车载终端和GPS海底阀监测器的安全可靠和防信号干扰。同时逻辑单元还具有对多路电磁气阀开启信息输入信号线线路的自检测功能，当其中任何一路受到人为破坏，或出现自身故障时，逻辑单元模块都能够检测到，并且同样视为电磁气阀被打开，然后通过信号发生电路向GPS车载终端发送与电磁气阀开启信号相同的数字电信号，保证了整个监测系统的可靠性和安全性。当GPS海底阀监测系统无电源供电时，信号发生模块始终处于向GPS车载终端发送报警信号的状态，使GPS海底阀作业监测器在无任何供电的情况下能够向GPS车载终端发送报警信号，起到了自动监测电源线，地线线路状况的作用，进一步有效地防止因人为破坏或线路自身故障导致的整个监测系统的瘫痪和失效。GPS海底阀作业监测器配有三个不同颜色的信号指示灯，红色指示灯点亮表示电源供电正常，绿色指示灯点亮表示海底阀作业监测器与电磁气阀之间的线路工作正常，黄色指示灯点亮表示电磁气阀开关开启。从而指明了电磁阀控制系统及海底阀作业监测系统线路的状态，为监测人员，安装人员，维修人员提供了便利。

GPS海底阀监测器全部采用LM257X开关型稳压芯片。其中，稳压电路1中的稳压芯片型号为LM2576-HVT-ADJ，输入电压为直流0到60V，输出直流24V，用于为GPS车载终端提供直流24V稳压电源。稳压电路2中的稳压芯片型号为LM2575S-5.0，输入直流0到40V，输出直流5V，为逻辑单元模块和信号发生模块提供工作电压。稳压电路3中的稳压芯片型号也为LM2575S-5.0，用于将电磁气阀开启时通过电磁气阀开启信息监测信号线输入的车辆电源工作电压(24V)且不稳定电压转换成直流5V稳定电压信号，并输入到逻辑单元中。判断电磁气阀开启状态和线路连接状态有关的部分为稳压电路3和逻辑单元模块。

如图4所示，多路电磁气阀开启信息输入信号线通过4个反接二极管与或门U1、U3相连，U1、U3的输出作为或门U2的输入，或门U2的输出作为与非门U4的全部输入和U5的其中一个输入，4根电磁气阀监测信号线分别经二极管接在稳压电路的输入端，稳压电路的输出作为与非门U6的全部输入，与非门U6的输出作为U5的另一个输入。U4的输出作为整个逻辑单元的信号输出。当监控系统电源及各线路连接正常且无电磁气阀开启时，或门U1，U3的各输入引脚处于低电平接地状态，稳压电路3输入也为低电平，经后续逻辑门阵列判断后使得LED1熄灭，表示无电磁气阀开启，LED2点亮，表示线路连接正常，并且使逻辑单元输出为高电平，通过驱动电路将继电器常闭开关打开，接GPS车载终端的信号线经其内部上拉电阻拉至高电平。当有电磁气阀开启时，稳压电路3输入电压为高电平，或门U1、U3输入端由于有反接二极管的存在，使得U1、U3各输入引脚中至少一个输入引脚等效为断路，由于或门具有输入引脚断路同样视为输入为高电平的特性，U1、U3其中一个或门的输出电压会变为高电平，经后续逻辑门阵列判断后使得LED1点亮，表示有电磁气阀开启，LED2保持点亮状态，表示线路连接正常，并且使逻辑单元输出电压变为低电平。当电磁气阀关闭，有监测信号线受到破坏时，稳压电路3输入电压为低电平，或门U1，U3中至少一个输入引脚由原来接地状态变为断路状态，使其相应或门的输出变为高电平，经后续逻辑判断后，使得LED2熄灭，表示线路异常，LED1熄灭表示无电磁气阀开启，并且使逻辑单元输出电压变为低电平。

具体的逻辑单元状态判断结果见下表：

 

电磁气阀开启状态	线路状态	信号输出	LED1阀门状态	LED2线路状态
					关	良好	高电平	灭	亮
开	良好	低电平	亮	亮
					关	异常	低电平	灭	灭
开	异常	低电平	亮	灭

如图5所示，信号发生电路由电阻R和电容C1组成的延时电路、三极管Q1、Q2组成驱动电路和继电器K三部分组成，与GPS车载终端相连的信号线连接在继电器K的常闭开关一端，继电器K的另一端接地，当车载电源或海底阀监测器的电源供电系统故障时，继电器线圈上无驱动电压，常闭开关处于闭合状态，使信号线接地，向GPS车载终端发送低电平信号；当车载电源和海底阀监测器的电源供电系统正常，但电磁气阀开启信息输入信号线线路故障或有电磁气阀开启时，由于逻辑单元输出电压为低电平，继电器线圈也无驱动电压，信号线接地，发出信号为低电平。当全部线路连接正常，且无电磁气阀开启时，逻辑单元输出高电平，通过驱动电路驱动继电器线圈，使其常闭开关打开，信号线由GPS车载终端内部的上拉电阻拉至3.5V，使之处于高电平状态。当信号发生电路的输出为低电平时，GPS车载终端认为电磁气阀开启、线路故障或电源供电异常。同时，由于车载环境的恶劣，电容、电阻和三极管组成了2秒钟的延时系统，以防止因线路短暂虚接、短接及静电干扰等因素导致的监测器错误报警。

在本发明的基础上还可以做进一步的改进，可适用于罐车多海底阀作业监测，同样适用于其它车辆多箱体门的作业监测。本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (8)

1.GPS海底阀作业监测系统，其特征在于：包括至少一个海底阀、一个控制海底阀的电磁气阀、海底阀作业监测器、GPS车载监控终端、远程监控系统，通过电磁气阀开关控制安装在罐体底部的海底阀，电磁气阀将海底阀的工作状态转换成电信号输入至海底阀作业监测器，海底阀作业监测器将该电信号转换成GPS车载监控终端可识别的信号，由GPS车载监控终端利用卫星定位，通过无线公网直接向远程监控系统发送海底阀工作状态的监测信息。

2.根据权利要求1所述的GPS海底阀作业监测系统，其特征在于：所述的电磁气阀为单向电磁气阀，电磁气阀的气路部分的进气口和出气口分别接气罐和海底阀，电磁气阀的电路部分串联接在车载控制开关电路上，其正极接控制开关，负极接地。

3.根据权利要求1或2所述的GPS海底阀作业监测系统，其特征在于：所述的海底阀作业监测器包括稳压电路1、稳压电路2、稳压电路3、逻辑单元和信号发生电路，稳压电路1的输入端接车载电源正极，输出端接GPS车载监控终端，为GPS车载终端提供24V稳压电源，稳压电路2将稳压电路1的输出电压进一步降压后为逻辑单元和信号发生电路提供工作电源，稳压电路3的输入端连接在电磁气阀控制开关后与电磁气阀并联，用于接收电磁气阀控制电路的工作电压并将该工作电压进行降压稳压后通过逻辑单元转换成一个二进制数字信号，该数字信号通过信号发生电路输出至GPS车载监控终端进行海底阀工作状态的监测。

4.根据权利要求3所述的GPS海底阀作业监测系统，其特征在于：所述的稳压电路1采用LM2576-HVT-ADJ型稳压芯片型号，输入电压为直流0到60V，输出直流24V。

5.根据权利要求3所述的GPS海底阀作业监测系统，其特征在于：所述稳压电路3包括8个二极管，三个或门U1、U3、U2和一个稳压芯片，4路电磁气阀信息通过4个反接二极管与或门U1、U3相连，通过4个二极管接在稳压电路的输入端，或门U1、U3的输出作为或门U2的输入，或门U2的输出和稳压电路的输出作为逻辑单元的输入。

6.根据权利要求3所述的GPS海底阀作业监测系统，其特征在于：所述的稳压电路2和稳压电路3采用LM2575S-5.0型稳压芯片，输入电压直流为0V到40V，输出电压直流为5V。

7.根据权利要求3所述的GPS海底阀作业监测系统，其特征在于：所述的逻辑单元由74LSXX系列芯片组成的逻辑门阵列，用于对电磁气阀开启信号及线路状态的判断、检测和信号转换。

8.根据权利要求3所述的GPS海底阀作业监测系统，其特征在于：所述信号发生电路由电阻R和电容C1组成的延时电路、三极管Q1、Q2组成驱动电路和继电器K三部分构成。

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