CN103218637A - 基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统，包括：测量设备，用于对植物的维度信息进行测量，并将测量结果自动转换为电子信号，将转换后的电子信号发送到中央处理单元；标签读写设备，用于对植物上的标签进行读取，将读取的标签传送到中央处理单元；中央处理单元，从测量设备接收测量数据并对接收的数据进行处理，从标签读写设备接收植物的标签编号，将处理后的测量数据与接收到的标签编号建立对应关系，将对应后的数据传送到云平台。利用本发明的方案，可通过人工操作完成每株植物的测量，测量后可自动实现数据和标签的链接以及云端的存储。本发明也可实现全自动测量存储方案，能够实现数据的自动测量、传输和存储。

Description

基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统

技术领域

本发明属于计算机技术、电子信息技术领域，具体涉及一种物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统及方法。

背景技术

物联网，顾名思义，就是“物物相连的互联网”，主要指的是通过RFID、条码、GPS等信息传感设备，把物品和互联网相连，进行信息交换和通信，实现对物品的智能化识别、定位、跟踪和管理。

云计算是指将计算、存储、软件、信息等作为服务而不是产品提供给终端用户。对于终端用户而言，不需要知道云平台的物理位置和具体配置。通常而言，终端用户通常只需要浏览器即可访问云平台的各种资源，享受云平台提供的服务。

随着信息和通信技术的发展，农业也从传统农业向数字农业转变，而进一步随着物联网、云计算等智能技术的发展，这些技术和农业的结合就促进了“智能农业”的产生和发展。

智能农业的发展有些现实需求。比如，对于经济苗木而言，其特征数据如胸径等对其经济价值至关重要。现有方式主要是人工测量，然后再将数据录入电脑。在经济苗木数量众多的时候(如上百万棵)，录入过程非常枯燥，并且容易出现敲入错误等。而随着经济的发展，经济苗木越来越重要。这就促进了本发明的产生。

发明内容

本发明欲解决的问题就是植物特征数据的测量以及快速存储和传播等问题。

根据本发明的一个方面，提出了一种基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统，该系统包括：测量设备，用于对植物的维度信息进行测量，并将测量结果自动转换为电子信号，将转换后的电子信号发送到中央处理单元；标签读写设备，用于对植物上的标签进行读取，将读取的标签传送到中央处理单元；中央处理单元，从测量设备接收测量数据并对接收的数据进行处理，从标签读写设备接收植物的标签编号，将处理后的测量数据与接收到的标签编号建立对应关系，将对应后的数据传送到云平台。

根据本发明的另一方面，提出了一种基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储方法，该方法包括步骤：通过测量设备对植物的维度信息进行测量，并将测量结果自动转换为电子信号后传送到中央处理单元；标签读写设备对植物上的标签进行读取，将读取的标签传送到中央处理单元；中央处理单元从测量设备接收测量数据并对接收的数据进行处理，从标签读写设备接收植物的标签编号，将处理后的测量数据与接收到的标签编号建立对应关系，将对应后的数据传送到云平台。

利用本发明的方案，可通过人工操作完成每株植物的测量，测量后可自动实现数据和标签的链接以及云端的存储。本发明也可实现全自动测量存储方案，能够实现数据的自动测量、传输和存储。

本发明使用物联网技术，给植物配备RFID或者条码等标签，在对植物特征数据进行测量时，数据一方面存入到标签中，一方面传输到云平台上，云平台能够对数据进行分析和处理，提供查询、统计等服务功能。

本发明能够使得测量数据和植物能够方便、有效地对应起来，将原本手动输入的过程变成自动化传输，具有实时性、准确性等特点，在植物很多工作很枯燥的情况下的能够提高工作效率、减少人为出错，对于提升对大量经济作物的数据管理水平有重要意义。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统结构图；

图2是图1所示的基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统的工作流程图；

图3是根据本发明另一实施例的在单株测量情况下的基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统的结构图；

图4是根据本发明另一实施例的在多株测量情况下的基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统的结构图；

图5是图3所示的基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统的工作流程图；

图6是图4所示的所示的基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例子，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提出了一种基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统。在该系统中，实现了测量工具和标签的链接，测量得到的数据能够快速、自动地存储到标签中，另一方面需要将这些测量数据通过无线或者有线网络传输到云服务器上，并且实现自动管理。

图1为根据本发明一实施例提出的基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统的结构图。参照图1，该系统包括测量设备101、中央处理单元102、标签读写设备103、标签104、云平台105及终端用户106。

测量设备101，用于对植物的维度信息进行测量，如长度等，在不同的情况下要有不同的量程要求，并且该测量设备能够将测量结果自动转换为电子信号，将转换后的电子信号发送到中央处理单元102。本发明的测量量不限于长度，对于任何测量只要能转化为电信号即可。该测量设备可以使用现有的数显游标卡尺，其通常为手持设备。

中央处理单元102与测量设备101之间通过USB、WIFI等有线或无线方式进行连接，从测量设备101接收测量数据，并对接收的数据进行处理，例如求平均等，并从标签读写设备103接收植物ID，将处理后的测量数据与该ID建立对应关系后传送到云平台，也可以传送到标签读写设备102，由标签读写设备102将数据写入到标签中。中央处理单元102可以是单独的设备，也可以与标签读写设备103集成在一起。

标签读写设备103可以是RFID读写设备，其一方面能够从安装到植物的标签104中读取数据，例如植物的ID或条形码，也可以将从中央处理单元102接收的数据写入到所述标签104中。

标签104，标签可以是RFID，也可以是条码等。标签104中存储有对应植物的ID，如果是RFID，还可以存储该植物的测量数据。

云平台105，用于从中央处理单元102接收数据，并提供存储、查询和分析功能。

终端用户106，用于访问云平台，以远端了解存储在云平台105中的植物测量数据。

中央处理单元102与测量设备101、标签读写设备103之间的通信方式可以是有线方式，也可以是无线方式，例如3G、GPRS、WIFI。

图2为图1所示的基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统的工作流程图，参照图2，该流程包括以下步骤：

步骤201：中央处理单元102和测量设备101、标签读写设备103、云平台104之间建立连接。各个设备之间的连接可以是有线方式也可以是无线方式，无线方式可以是3G、GPRS、WIFI等等。

步骤202：使用测量设备101对植物进行测量，得到测量数据。该测量过程可通过人工操作来完成，使用例如游标卡尺，植物的直径等信息，并且通过该测量设备101将测量所得到的数据转换成电子信号。

步骤203：通过测量设备101与中央处理单元102之间建立的通讯连接，将该测量数据传输到中央处理单元102，并且进行存储。如果需要对一个量进行多次测量，那么重复202，203步骤。

中央处理单元102可以是单独的设备，也可以是集成到手持的标签读写设备103中，在集成的情况下，标签读写设备103与测量设备102之间通过USB或者串口或者蓝牙进行连接。测量设备101每次测得一个数据，则通过手持的标签读写设备103上的确认按钮将该数据和树木上的标签对应起来。如果标签是RFID并且有存储功能，可以把数据同时写到RFID中。

步骤204：在中央处理单元102上对测得的数据进行处理，如取平均值等。

步骤205：标签读取设备103从安装到植物上的标签读取植物ID。该标签可以是条码，也可以是RFID，如果是RFID，则该标签中不仅存储有植物的ID，还存储有该植物的相关数据。在每一植株上都安装一个标签。

步骤206：将步骤4处理后的数据和步骤5读取到的RFID在中央处理单元102中建立起对应关系。

步骤207：通过中央处理单元102将处理数据、RFID号码以及当前测量发生的时间、地点等传输于云平台上。

步骤208：将测量数据、测量时间等通过中央处理单元102调用标签读写设备103写入到RFID中。该步骤可选。因为该对应关系已经存在于云平台上。但是如果在RFID也存在的话可以彼此备份。

步骤209：在云平台中对测得的数据进行加工和分析，以提供服务。

通过本发明的上述方法，在对大规模的植物进行测量的时候，由于消除了手动输入过程，那么就消除了人为出错，能够提高工作效率。

由于对于植物有RFID标识，那么在不同次、不同人测量时，能够简单、快捷地建立起不同次测量和同一株植物的对应关系。而之前在使用人工测量的时候，不同次、不同人的测量难以和被测量植物建立对应关系。

通过本发明，任何终端用户在任何时间、任何地点都可以通过访问云平台，来获得有关植物的信息。该信息可以是某单棵植物的具体信息，也可以是经过加工处理的统计信息。

上面描述的系统在对植物进行测量时，需要人工手持测量设备进行测量。根据本发明的另一方面，还提供了一种基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统。在该系统中，在数据获取并且和标签建立起联系之后，例如通过按钮操作自动将此测量数据、测量该数据的时间以及植物标签标号通过无线方式传输到云平台上。该系统能够实现数据的自动测量、传输和存储，其中测量分为单株植物测量、多株植物同时测量两种情况。

对于单株测量，本发明的关键在于测量设备自动触发，完成测量以及将数据传入中央处理单元，在数据传输时，要解决数据同步问题，并且使数据自动传入云端存储。

图3所示的是在单株测量情况下该系统的结构框图，图4所示的是在多株测量情况下该系统的结构框图。参照图3，该系统包括：

测量设备301，该设备安装在植物上，用于测量植物茎长和枝干直径等数据，并可将测量数据转换为电信号。该设备可以使用现有设备，例如一种植物半径测量仪，此设备带有张力传感器，使用时直接固定在植物测量位置上，可以直接得到待测植物的直径等数据。

测量设备控制单元302，其安装在植物上，与测量设备301有线连接，测量设备控制单元302比如一个单片机系统。该测量设备控制单元302按设定的时间控制测量设备自动测量和发送数据，具有时钟功能。测量控制单元302利用其时间控制功能，如单片机晶振，设定在每天某一固定时间或每隔一段时间，按照测量控制单元302程序中的测量设备顺序表，依次向植物上的各个测量设备发送信号，触发测量设备对植物进行测量，得到测量数据。

中央处理单元303，与测量设备301、标签读写设备304、云平台305之间建立通信连接，从测量设备301接收测量数据，并对接收的数据进行处理，例如求平均。该中央处理单元303将处理后的数据和从标签读写设备304中接收的植物ID进行对应，将对应的数据传送到云平台306中，也可将该数据传送到标签读写设备304中，通过标签读写设备304将该接收的数据写入到植物标签中。中央处理单元304优选地安装到植物上，也可安装到靠近植物的地方，但需要能够从测量设备101接收到数据。

标签读写设备304可以是RFID读写设备，其一方面能够从安装到植物的标签中读取数据，例如植物的ID或条形码，也可以将从中央处理单元303接收的数据写入到所述标签中。标签读写设备304优选地安装到植物上，也可安装到靠近植物的地方，但需要能够与测量设备101进行数据收发并能够从植物标签中读写数据。

标签305可以是RFID，也可以是条码等。标签304中存储有对应植物的ID，如果是RFID，还可以存储该植物的测量数据。

云平台306，用于从中央处理单元303接收数据，并提供存储、查询和分析功能。

中央处理单元303与测量设备301、标签读写设备304之间的通信方式可以是有线方式，也可以是无线方式，例如3G、GPRS、WIFI。

对于多株测量的情况下，系统结构如图4所示，需要在每一植株都安装有测量设备301和测量设备控制单元302，多个植株共享一个中央处理单元303和一个标签读写设备304，因为标签读写设备304有一定的覆盖范围，例如30米或50米，或其他范围。

在进行测量过程中，测量设备控制单元302向测量设备301发送测量触发信号时，其同时向中央处理单元303发送正在测量的植株的ID，标签读写设备304是连续扫描其覆盖范围内的植株的ID，并将接收到的ID发送到中央处理单元303，中央处理单元303比较从测量设备控制单元302接收的ID和从标签读写设备304接收的ID，当比较一致时，将该ID与接收的测量数据建立对应关系，并将建立对应的数据上传到云平台，如果植株的标签具有存储功能，则同时将数据通过标签读写设备304写入到标签中。测量设备控制单元302应储存有系统事先分配好的该植物的RFID芯片的对应编号，也可以称为标签编号，该编号可以是RFID号码，也可以是与RFID号码相对应的一简化编号。。

在该系统中，各个设备之间可通过无线方式连接，例如Zigbee、GPRS、WIFI、3G。

图5所示是单株测量时系统的工作流程图，参照图5，该流程包括步骤：

步骤501：中央处理单元303和测量设备301、标签读写设备304、云平台305之间建立连接，测量设备301、测量设备控制单元302被安装在植株上，标签读写设备304和中央处理单元303可以安装在植株上，也可以安装在靠近植株的地方。

步骤502：利用测量控制单元302的时间控制功能，如单片机晶振，设定在每天某一固定时间或每隔一段时间，按照测量控制单元302程序中的测量设备顺序表，依次向植物上的各个测量设备发送信号，触发测量设备301对植物进行测量，得到测量数据。

步骤503：在步骤502进行的同时，正在工作的测量设备301向中央处理单元303发出通讯请求，中央处理单元303进行应答，实现数据同步，做好数据传输准备。当测量结束后，通过通讯模块将该测量数据传输到中央处理单元303，并且进行存储。一个数据发送完成后，检查是否还有测量设备未发送数据，若有，那么重复502，503步骤。

步骤504：在中央处理单元303上对测得的数据进行处理，如取平均值等。

步骤505：标签读写设备304对被测量植物的RFID进行读取，传送给中央处理单元303。

步骤506：中央处理单元303将处理后的数据和读取到的RFID建立起对应关系。

步骤507：中央处理单元303将数据、RFID号码以及当前测量发生的时间、地点等传输于云平台上。

步骤508：将测量数据、测量时间等通过中央处理单元调用RFID读写设备写入到RFID中。该步骤可选。因为该对应关系已经存在于云平台上。但是如果在RFID也存在的话可以彼此备份。

步骤509：在云平台中对测得的数据进行加工和分析，以提供服务。

该系统可实现无人控制的测量数据自动采集、上传、存储，无需人工操作。

使用该系统，在进行单株植物测量时，为每株植物安装一套数据测量设备以及一套测量设备控制单元，并配备一个固定的RFID读写设备，植物上设备与RFID读写设备之间使用无线技术如zigbee、wifi等连接。设置一固定时间，如每天上午8时及下午5时两次，由测量设备控制单元302向测量设备发出信号，触发每株植物上的这套测量设备进行植物各个数据的测量，并将数据上传给管理该植物所在区域的中央处理单元。

在进行多株植物测量时，触发方式为数据与RFID序列号取得对应并存储后，由中央处理单元303自动将其存储入云平台上。对于多株植物的测量，关键问题是如何在大地内完成所有植物数据的自动测量以及存储，保证数据不重不漏。另外一个问题是如何保证测量设备和RFID标签的自动对应和链接问题。在多株植物测量中，每株植物均应安装测量设备301和测量设备控制单元302。测量设备控制单元302应储存有系统事先分配好的该植物的RFID芯片的对应编号。将标签读写设备304分别固定安装，以管理某一区域内的植物，标签读写设备304的读取距离可到达1000米以上，这里可以充分利用这一距离，使一台手持机负责较大范围的植物管理。在多株测量的情况下，中央处理单元能够根据植物的RFID芯片的对应编号搜寻植物对应RFID芯片的功能。测量设备控制单元302为同一RFID读写设备管理的每株植物设定不同时间控制该植物上测量设备自动测量和发送数据。

图6为在多株测量情况下系统的工作流程图。参照图6，该系统包括步骤：

步骤601：建立测量设备301、测量设备控制单元302、中央处理单元303、标签读写设备304、云平台305的连接，安装标签读写设备304、测量设备301、测量设备控制单元302，对植物按一定规则进行编号，该编号可以是植物上RFID芯片的RFID号码，也可以是与该RFID号码相对应的一简化号码，并建立起植物测量设备控制单元302和该植物上RFID芯片间一一对应的联系，将相应编号储存于测量控制单元302中。

步骤602：利用测量控制单元302的时间控制功能，如单片机晶振，设定在每天某一固定时间或每隔一段时间，按照模块程序中的测量设备顺序表，依次向植物上的各个测量设备发送信号，触发测量设备对植物进行测量，得到测量数据。设置测量时间时，应保证同一区域内只有一株植物正在向中央处理单元发送数据，防止植物间数据冲突。

步骤603：在步骤602进行的同时，正在工作的测量设备301向中央处理单元303发出通讯请求，中央处理单元303进行应答，实现数据同步，做好数据传输准备。当测量结束后，通过通讯模块将该测量数据传输到中央处理单元302，并且进行存储。一个数据发送完成后，检查是否还有测量设备未发送数据，若有，那么重复602，603步骤。

步骤604：在中央处理单元303上对测得的数据进行处理，如取平均值等。

步骤605：在最后一个测量设备301发送完数据后，测量设备控制单元302将该植物的编号通过通讯模块发送给标签读写设备304。

步骤606：标签读写设备根据编号确定芯片，对被测量植物的RFID进行读取，并传送到中央处理单元。

在步骤605和606确定之前发送的一系列数据属于哪株植物并读取该植物的RFID标签。标签读写设备在读取多个标签的模式下，采用的方式是连续的循环扫描，例如读取十个标签，ID为000到009，那么读写设备会持续扫描这十个号码，也就是000到009这十个数字会循环出现在读写设备屏幕上。步骤605是这样，例如现在003号码的植物发送完了全部数据，那么最后测量设备控制单元就将003这个数字也发送到读写设备上，那么读写设备在循环读取这十个号码时进行对比，当对比到003时就停止扫描，并将读取模式变为读取单个芯片，进行数据传送。步骤607：中央处理单元将数据、RFID号码以及当前测量发生的时间、地点等传输于云平台上。

步骤608：将测量数据、测量时间等通过中央处理单元303调用标签读写设备304写入到RFID中。

步骤609：在云平台中对测得的数据进行加工和分析，以提供服务。

步骤610：一株植物发送数据完毕，中央处理单元303等待下一株植物的发送请求信号。

该方法能够实现大田内多株植物的无人控制的测量数据自动采集、上传、存储，极大地节省了人力。

在该系统中，使用一个安装好的标签读写设备(可以集成中央处理单元303)负责一定数量的植物，例如50株；由每株测量设备控制单元302设置固定的时间触发信号控制测量设备301测量植物产生数据，并上传给中央处理单元303。

不同植物测量时间具有一定的间隔，这一间隔大于每株植物测量上传数据所需时间，若每测完一株植物的所有数据需十分钟，则可设计间隔为二十分钟以上。

综上，仍以一个标签读写设备控制50株植物为例，可设置第一株植物的开始测量时间为上午8:00，第二株植物为8:30，…以此类推，每株植物与标签读写设备通信时间大约为十分钟(此处仅是举例的方式，实际的时间可能仅需要几十秒到一分钟)左右，间隔内剩余时间供标签读写设备完成数据存储、处理、上传等其他工作，第一株植物的相关工作全部完成后进入等待状态，到8:30再进入第二株的测量。

实现第二个关键技术的一种方式是在测量设备控制单元中存储一个与该植物RFID标签对应的编号，例如将这50株植物编按二进制规则进行编号，每一个编号对应固定的RFID标签。当所有数据传送结束后，测量控制单元发送该编号到中央控制模块，通过编号找到并读取相应标签，并把标签RFID序列号与测量数据整合为一组数据存储起来。若RFID具有存储功能，可同时把数据存入RFID标签中。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储系统，该系统包括：

测量设备，用于对植物的维度信息进行测量，并将测量结果自动转换为电子信号，将转换后的电子信号发送到中央处理单元；

标签读写设备，用于对植物上的标签进行读取，将读取的标签传送到中央处理单元；

中央处理单元，从测量设备接收测量数据并对接收的数据进行处理，从标签读写设备接收植物的标签编号，将处理后的测量数据与接收到的标签编号建立对应关系，将对应后的数据传送到云平台。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述标签读写设备与中央处理单元之间通过有线或无线方式进行通信或者被集成到同一个手持设备中。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测量设备为手持数显游标卡尺。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：测量设备控制单元，其与测量设备有线连接，具有时钟功能，其按设定的时间控制测量设备自动测量和发送数据。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述测量设备控制单元302设定在每天某一固定时间或每隔一段时间，按照预先设置的测量设备顺序表，依次向植物上的各个测量设备发送信号，触发测量设备对植物进行测量，得到测量数据。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统用于单株植物测量，所述标签、测量设备和测量设备控制单元被固定到植株上，所述标签读写设备和中央处理单元被安装到植株上或者植株附近。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统用于多株植物测量，所述标签、测量设备和测量设备控制单元被固定到植株上，多个植株共享一个中央处理单元和一个标签读写设备。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，测量设备控制单元向测量设备发送测量触发信号时，其同时向中央处理单元发送正在测量的植株的标签编号，标签读写设备是连续扫描其覆盖范围内的植株的标签编号，并将接收到的标签编号发送到中央处理单元，中央处理单元比较从测量设备控制单元接收的标签编号和从标签读写设备接收的标签编号，当比较一致时，将该标签编号与接收的测量数据建立对应关系，并将建立对应的数据上传到云平台。

9.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其特征在于，所述标签是具有存储功能的RFID，中央处理单元将传送到云平台的数据传送到标签读写设备，通过标签读写设备将该数据写入到RFID中。

10.一种基于物联网和云平台的植物特征数据测量和存储方法，该方法包括步骤：

通过测量设备对植物的维度信息进行测量，并将测量结果自动转换为电子信号后传送到中央处理单元；

标签读写设备对植物上的标签进行读取，将读取的标签传送到中央处理单元；

中央处理单元从测量设备接收测量数据并对接收的数据进行处理，从标签读写设备接收植物的标签编号，将处理后的测量数据与接收到的标签编号建立对应关系，将对应后的数据传送到云平台。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述标签读写设备与中央处理单元之间通过有线或无线方式进行通信或者被集成到同一个手持设备中。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括步骤：

测量设备控制单元按照预先设定的时间以及预先设置的测量设备顺序表，依次向植物上的各个测量设备发送信号，触发测量设备对植物进行测量，得到测量数据。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法用于单株植物测量，所述标签、测量设备和测量设备控制单元被固定到植株上，所述标签读写设备和中央处理单元被安装到植株上或者植株附近。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述系统用于多株植物测量，所述标签、测量设备和测量设备控制单元被固定到植株上，多个植株共享一个中央处理单元和一个标签读写设备。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，测量设备控制单元向测量设备发送测量触发信号时，其同时向中央处理单元发送正在测量的植株的标签编号，标签读写设备是连续扫描其覆盖范围内的植株的标签编号，并将接收到的标签编号发送到中央处理单元，中央处理单元比较从测量设备控制单元接收的标签编号和从标签读写设备接收的标签编号，当比较一致时，将该标签编号与接收的测量数据建立对应关系，并将建立对应的数据上传到云平台。

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