CN107012901A - 清淤管控系统 - Google Patents
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Abstract
一种清淤管控系统,包含一浮台、一输泥管线、一控制机房、一吸取式抽泥泵、一绞刀削泥吸头、一泥沙输送泵、一量测平台及一监控设备。吸取式抽泥泵设置于浮台上并受控制机房控制以吸一泥水。绞刀削泥吸头设置于浮台上并受控制机房控制,且连接吸取式抽泥泵以将压密的底泥搅动成泥水再抽取泥水。泥沙输送泵设置于浮台上并受控制机房控制,使吸取式抽泥泵吸取的泥水导入输泥管线。量测平台具有一储存筒及一由储存筒界定的可供泥水流通地连接输泥管线的容置空间。监控设备对于该泥水进行量测并依据量测结果对进行数据化处理而输出该泥水的一泥沙量测数据。借此,使清淤管控系统可以实现自动化连续抽取水库中的淤泥并可进行数字化监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种清淤管控系统,特别是涉及一种自动化连续抽取河、海、水库或湖泊中的淤泥并进行数字化监控的清淤管控系统。
背景技术
中国台湾水库由于每年台风暴雨不断冲刷,岸边泥沙累积至水库中,导致淤积状况日益严重。然而,一般清淤抽泥采抽至沉淀池方式进行量测,其量测数据常因置放时间有争议,再以机械或人工清淤及挖运淤泥,由于清运作业缓慢,且其量测数据常因置放时间有争议,如何有效监控也十分困难。因此,需要一套能自动化连续抽取水库中的淤泥并进行数字化监控的清淤管控系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决先前技术缺失的清淤管控系统。
本发明的清淤管控系统在一些实施态样中包含一浮台、一输泥管线、一控制机房、一吸取式抽泥泵、一绞刀削泥吸头、一泥沙输送泵、一量测平台及一监控设备。
该浮台漂浮于一水体上并位于一预定位置。该输泥管线位于该浮台上并用以输送该预定位置底下的泥水。该控制机房设置于该浮台上。该吸取式抽泥泵设置于该浮台上并受该控制机房控制以吸取该预定位置附近的一泥水。该绞刀削泥吸头设置于该浮台上并受该控制机房控制,且连接该吸取式抽泥泵,系将压密的底泥搅动成泥水再抽取该泥水。该泥沙输送泵设置于该浮台上并受该控制机房控制,使该吸取式抽泥泵吸取的泥水导入该输泥管线。该量测平台具有一储存筒及一由该储存筒界定的可供该泥水流通地连接该输泥管线的容置空间。该监控设备对于该泥水进行量测并依据量测结果进行数据化处理而输出该泥水的一泥沙量测数据。
在一些实施态样中,该绞刀削泥吸头连接该吸取式抽泥泵并具有数个绞刀、一搅拌器、一过滤器、一导流座及一抽沙叶轮,所述绞刀以动力翻搅底层硬土使成泥浆,然后由该搅拌器搅拌泥沙及水,且配合该过滤器过滤及筛选,再经由该导流座中的该抽沙叶轮收集吸入的泥沙及水。
在一些实施态样中,该吸取式抽泥泵的输泥流速大于该输泥管线内的临界沉降速度。
在一些实施态样中,该清淤管控系统还包括一泵浦模块,该输泥管线具有一高压抽泥管与一排泥管线,该泵浦模块具有一泥沙输送泵、一冲水泵及一抽水泵,该泥沙输送泵用于将该吸取式抽泥泵吸取的泥水导入高压抽泥管及排泥管线,该抽水泵用以抽取清水,该冲水泵则利用清水洗管,该高压抽泥管供泥水流通地连接该量测平台,该排泥管线排出泥水至预定地点存放。
在一些实施态样中,该监控设备包括一电磁流量计、一超音波浓度计、一储存装置、一运算装置及一输出装置。该电磁流量计依据电磁感应侦测该泥水流动时产生的一第一运作信息。该超音波浓度计设置于该储存筒,具有一发送超音波以通过该泥水的发射器,及一接收经过该泥水衰减运作后的回波以产生一第二运作资讯的接收器。该储存装置记录该电磁流量计的量测结果及/或该超音波浓度计的量测结果。该运算装置电性连接该电磁流量计、该超音波浓度计及该储存装置,对该泥水流过的一输送时间加以计时,且依据该泥水流动的磁场变化关系将该第一运作信息换算为一流量值,依据该泥水通过的运作衰减关系将该第二运作信息换算为一浓度值,并借由该输送时间、该流量值及该浓度值换算一泥沙含量值。该输出装置电性连接该运算装置,用以输出该运算装置的运算结果、该电磁流量计的量测结果及/或该超音波浓度计的量测结果。
在一些实施态样中,所述的清淤管控系统还包括一率定装置,该率定装置具有一运算主机、一类比/数字转换器、一冷却模块、一金属棒及一搅拌器,该运算主机通过该类比/数字转换器数字化控制冷却模块设定在不同的预定温度,并通过该金属棒传导至一预定浓度的泥水,且该搅拌器搅拌泥水使浓度均匀化,并使泥水保持在预定温度,借此,该率定装置配合该超音波浓度计以不同温度的该泥水建立浓度及回波能量的对应关系以供该监控设备进行运算。
在一些实施态样中,所述的清淤管控系统还包括一全球定位系统侦测器,供该运算装置记录该全球定位系统侦测器对于该预定位置的一坐标信息于该储存装置。
在一些实施态样中,所述的清淤管控系统还包括一取样阀及一电性连接该运算装置的输入设备,该取样阀设置于清淤管控系统以供取得该泥水的一样本,该输入设备用以输入该样本的人工检测结果以供该运算装置与该运算装置的运算结果进行比对,且令该输出装置输出其比对结果。
在一些实施态样中,该运算装置依据一第一预定规则比对该超音波浓度计的量测结果,若依据该第一预定规则比对为不合格,则令该输出装置产生一第一警示信息;该运算装置依据一第二预定规则比对该电磁流量计的量测结果,若依据该第二预定规则比对为不合格,则令该输出装置产生一第二警示信息,该运算装置系于符合该第一预定规则及该第二预定规则的情况下,开始换算该泥沙含量值并以该输出装置输出该泥沙含量值的运算结果。
在一些实施态样中,所述的清淤管控系统还包括一压力计,该压力计侦测该泥水通过该清淤管控系统的一压力侦测结果,供该运算装置利用该压力侦测结果与一预定压力值比对,若比对为超出该预定压力值,则令该输出装置产生一第三警示信息。
本发明至少具有以下功效:采用地毯式的浚渫方式,避免浪费水资源、电力、人力,且可维持最高的抽泥效率及安全。若抽出的泥水含泥率降低,可配合水库底的地形调整抽泥深度与抽泥位置,以免浪费水源。每次抽泥作业开始时,先抽取水库清水进行输泥管线的冲洗后,再渐渐调整抽泥浓度达到规定值后,再进行水库抽泥作业,停止抽泥时则循上述相反程序进行,以避免管中积泥。配合泥沙含量值及GPS定位而适时移动抽泥位置以达最高抽泥成效。使用高压电力设备为动力以减少水污染。抽泥计量及计价方式具独特性,经过运算后可实时监测及产生报表。浓度计及流量计数值配合每二至六小时人工采样比对,可确保其精确度。
附图说明
本发明的其他的特征及功效,将于参照图式的实施方式中清楚地呈现,其中:
图1是本发明清淤管控系统的一实施例的一局部示意图;
图2是图1的俯视示意图;
图3是该实施例具有的一绞刀削泥吸头的示意图;
图4是该实施例控制该绞刀削泥吸头的的流程图;
图5是该实施例的监控设备的一种实施态样的示意图;
图6是该实施例的监控设备的另一种实施态样的示意图;
图7是该实施例执行监控方法的流程图;
图8是该实施例执行监控方法产生的一操作界面的示意图;
图9是该实施例执行监控方法产生的一查询界面的示意图;
图10是该实施例的率定装置的一示意图;
图11是该实施例执行率定方法的流程图;
图12是该实施例执行率定方法所建立的一曲线图。
具体实施方式
参阅图1至图3,本发明的实施例中,清淤管控系统1包含一浮台21、一绞刀削泥吸头22、一吸取式(Suction type)抽泥泵23、一控制机房25、一高压抽泥管241、一排泥管线242、一泵浦模块26、一量测平台3及一监控设备11(如图5)。需说明的是,高压抽泥管241及排泥管线242均属于运送泥水用的输泥管线,监控设备11可以设置在岸上,也可以设置在船型的浮台21上,均属于本发明可应用的范畴。
浮台21是一钢制船型结构,用以漂浮于一水体4上以进行清淤作业,船型结构的船头至船尾的长度约50公尺。浮台21具有多组锚锭(图未示)可使浮台21定置于水体4中的一预定位置。锚锭能适应水体4的水位涨落状况(如:涨落60公尺)及/或至少能承受一平均最大风速(如:10分钟平均风速60公尺/秒)以避免浮台21倾覆。本实施例中,水体4是位于水库中,其他实施例中也可位于河岸、海岸或湖泊,均属于本发明可应用的范畴。
吸取式抽泥泵23设置于浮台21上以吸取预定位置附近的一泥水。吸取式抽泥泵23的输泥流速大于高压抽泥管241内的临界沉降速度以避免淤泥积存于管中造成爆管。高压抽泥管241经由吸取式抽泥泵23驱动以输送泥水。须说明的是,吸取式抽泥泵23的扬程需满足水库最高水位标高(如:EL.2242公尺)、最低水位标高(如:EL.180公尺)、淤泥面标高(如:EL.165公尺)及高压抽泥管241最高点标高(如:EL.240公尺)的条件抽取淤泥。
控制机房25设置于浮台21上,用以控制吸取式抽泥泵23、绞刀削泥吸头22及泵浦模块26运作。泵浦模块26具有一泥沙输送泵261、一冲水泵262及一抽水泵263,泥沙输送泵261用于将吸取式抽泥泵23吸取的泥水导入高压抽泥管241及排泥管线242,抽水泵263用以抽取清水,冲水泵262则利用清水洗管。高压抽泥管241可供泥水流通地连接量测平台3。排泥管线242排出泥水至预定地点存放。
参阅图3,绞刀削泥吸头22连接吸取式抽泥泵23并具有二绞刀221、222、一搅拌器223、一过滤器224、一导流座225及一抽沙叶轮226。本实施例的双绞刀型的绞刀削泥吸头22的重量为9.6公吨(四绞刀型重量为11.6公吨),绞刀221、222间的距离约2.9公尺。绞刀221、222的动力约75马力用以翻搅底层硬土使成泥浆,然后由搅拌器223搅拌泥沙及水,且配合过滤器224过滤及筛选,再经由导流座225中的抽沙叶轮226收集吸入的泥沙及水。绞刀削泥吸头22更具有一高压冲水泵可协助冲散泥沙,以协助吸收式抽泥泵23顺利抽取泥沙。
参阅图4,控制该绞刀削泥吸头的流程包含下述步骤:开始抽泥前准备作业(步骤S401);运转前清淤管控系统1各项设备检查,添加润滑油品(步骤S402);启动电源(步骤S403);缓降下吸取式抽泥泵23,启动泵浦模块26中冲水泵262、抽水泵263以先抽清水冲洗输泥管线的管内异物及泥沙等杂物(步骤S404)。若是正常运作状态(步骤S405),则吸取式抽泥泵23缓降至泥面15公尺左右,开启高压冲水泵、吸取式抽泥泵23与泥沙输送泵261以抽取泥砂,高压冲水泵(压力12~15公斤/平方公分)协助冲散泥沙,并借由吸取式抽泥泵23与泥沙输送泵261作动以经搅拌器223、过滤器224、导流座225及抽沙叶轮226抽取泥沙进入输泥管路(步骤S406),并配合量测平台3及监控设备11来即时量测、监看抽泥流量、浓度等数值(如图7的监控方法),机动调整深度及位置(步骤S407),继续搭配监控设备11来进行抽泥计量作业(步骤S408)。
若是绞刀削泥吸头22遇到固结底泥(步骤S411);则接续开启绞刀削泥吸头22的绞刀221、222(转速约40~70转/分)协助打散固结底泥(步骤S412)。若是绞刀削泥吸头22遇到障碍(步骤S421);则暂停以排除障碍(步骤S422)。
参阅图5,量测平台3分别连接一流入管29、一流出管27及一排气管28,且流入管29连通如图1的排泥管线242。量测平台3具有一储存筒31、一由储存筒31界定的一可供泥水流通的容置空间32,及一取样阀33。本实施例中,取样阀33设置于清淤管控系统1以供取得泥水的一样本,来进行人工检测以取得人工检测结果。
监控设备11包括一电磁流量计111、一超音波浓度计112、一储存装置113、一运算装置114、一输出装置115及一输入设备116。监控设备11对于泥水进行量测并依据量测结果进行数据化处理而输出泥水的一泥沙含量。
电磁流量计111可设置于流入管29或流出管27上,依据电磁感应侦测泥水流动时产生的一第一运作信息。超音波浓度计112设置于储存筒31,具有一发送超音波以通过泥水的发射器112a,及一接收经过泥水衰减运作后的回波以产生一第二运作信息的接收器112b。
储存装置113记录电磁流量计111的量测结果及/或超音波浓度计112的量测结果。本实施例中,清淤管控系统1还包括一全球定位系统侦测器(图未示),供运算装置114记录全球定位系统侦测器对于预定位置的一坐标信息于储存装置113。
运算装置114电性连接电磁流量计111、超音波浓度计112及储存装置113,对泥水流过的一输送时间加以计时,且依据泥水流动的磁场变化关系将第一运作信息换算为一流量值,依据泥水通过的运作衰减关系将第二运作信息换算为一浓度值,并借由输送时间、流量值及浓度值换算一泥沙含量值。
输出装置115于本实施例是一显示器,用以输出运算装置114的运算结果、电磁流量计111的量测结果及/或超音波浓度计112的量测结果。其他实施例可以是一打印装置,或其他可呈现信息的装置。
输入设备116用以输入样本的人工检测结果以供运算装置114与运算装置114的运算结果进行比对,且令输出装置115输出其比对结果。例如:采用比重瓶检测,并建立『比重瓶检验纪录表』,以将人工浓度检测值与系统的浓度平均值进行比对并计算误差量是否符合标准,如正负5%范围内为符合标准,超过正负5%则为不符合标准。
参阅图6,不同于图5的是超音波浓度计112’是一种管路型浓度计,其亦属于本发明的一种实施态样。
参阅图7,配合图5,运算装置114收到超音波浓度计112的量测结果(步骤S101),依据一第一预定规则(如:大于或等于200000ppm)比对超音波浓度计112的量测结果,以判断是否符合第一预定规则(步骤S102),若依据第一预定规则比对为不合格,则令输出装置115产生警示(步骤S107),如图8所示的操作界面51中的作业状态中的浓度字段,若合格以绿色表示,若不合格以红色表示。当看到警示时,操作者排除异常况状(步骤S108),如机动调整抽泥深度、抽泥位置后继续抽泥计量作业。
运算装置114收到电磁流量计111的量测结果(步骤S103),依据一第二预定规则(如:大于或等于0.2立方米/秒)比对电磁流量计111的量测结果,以判断是否符合第二预定规则(步骤S104),若依据第二预定规则比对为不合格,则令输出装置115产生警示(步骤S107),如图8所示的操作界面51中的作业状态中的流量字段,若合格以绿色表示,若不合格以红色表示。
清淤管控系统1还包括一压力计(图未示),压力计侦测泥水通过清淤管控系统1的一压力侦测结果(步骤S105),供运算装置114利用压力侦测结果与一第三预定规则(如:预定压力值0.3公斤力/平方公分)比对,以判断是否符合第三预定规则(步骤S106),若依据第三预定规则比对为不合格,则令输出装置115产生警示(步骤S107),如图8所示的操作界面51中的作业状态中的压力字段,若合格以绿色表示,若不合格以红色表示。
参阅图8,操作界面51的各数值说明如下。人工校正系数:该系数用来调整计算泥沙浓度(ppm),目前所代表的偏移值,其公式为:系统记录的ppm(加、减、乘、除)人工校正系数=实际显示的ppm值,且默认值为(乘)1。总时间:每日开始作业后的总累积操作时数(含排除异状暂停监测的时间),于每日操作期间,若途中计算机或系统程序重新启动,系统会去抓取当日已运行的总操作时数来当基准点,并于后续操作时继续累积总时数。累计有效工作时间:公式为总时间–异常总时间=累计有效工作时间。当日有效平均浓度:公式为(当日总时数累积浓度-当日异常时数累积浓度)/当日有效时间=当日有效时间平均浓度。
计价折数:一、当日有效平均浓度>20万ppm,计价折数为100%。二、20万ppm>当日有效平均浓度≧15万ppm,计价折数为90%。三、15万ppm>当日有效平均浓度≧10万ppm,计价折数为60%。四、当日有效平均浓度<10万ppm,计价折数为0%。
瞬时干土重:显示当前一分钟所累积的干土重量(包含有效时间和无效时间)。累计干土重:显示当日运转至目前,所累积的干土重(包含有效时间和无效时间)。计价干土重:公式为有效时间干土重*计价折数=计价干土重。每分钟抽水体积:显示当前一分钟的抽水体积(包含有效时间和无效时间)。当日总抽水体积:显示当日总抽水体积(包含有效时间和无效时间)。
运算装置114系于符合第一预定规则、第二预定规则、第三预定规则,且判断是否发生其他异常状况?(步骤S110)若为无异常情况下,开始换算泥沙含量值并以输出装置115输出泥沙含量值的运算结果(步骤S111),如图9所示的查询界面52可供查询、观看及打印各种报表。若有发生其他异常状况,暂停监测状态(步骤109)后执行排除异常状况(S108)。
参阅图10,清淤管控系统1还包括一率定装置6,率定装置6配合如图4的超音波浓度计112的发射器112a及接收器112b以不同温度的泥水建立浓度及回波能量的对应关系以供监控设备11进行运算。
率定装置6具有一运算主机60、一类比/数字转换器61、一冷却模块621、一金属棒623及一搅拌器63。运算主机60可通过类比/数字转换器61数字化控制冷却模块621设定在不同的预定温度,并通过金属棒623传导至预定浓度的泥水,且搅拌器63搅拌泥水使浓度均匀化,并使其保持在预定温度,然后通过超音波浓度计112的发射器112a及接收器112b的量测结果通过类比/数字转换器61传回运算主机60。
参阅图11,使用率定装置6对超音波浓度计112的率定程序包括:加热干燥泥水样本(步骤S201),决定泥水的浓度范围及区间(步骤S202),量测泥水样本中的泥沙及水的重量(步骤S203),搅拌泥水(步骤S204),并量测温度(步骤S205),借此,于运算主机60建立如图12对应不同温度、回波能量及浓度的关联,以储存于监控设备11的储存装置113,让运算单元依此来计算泥沙含量,让监控设备11精确计算泥沙含量。
综上所述,本发明的清淤管控系统1具有下列技术及功效,故确实能达成本发明目的。
一、采用地毯式的浚渫方式,避免浪费水资源、电力、人力,且可维持最高的抽泥效率及安全。
二、若抽出的泥水含泥率降低,可配合水库底的地形调整抽泥深度与抽泥位置,以免浪费水源。
三、每次抽泥作业开始时,先抽取水库清水进行输泥管线的冲洗后,再渐渐调整抽泥浓度达到规定值后,再进行水库抽泥作业,停止抽泥时则循上述相反程序进行,以避免管中积泥。
四、配合泥沙含量值及GPS定位而适时移动抽泥位置以达最高抽泥成效。
五、使用高压电力设备,减少水污染。
六、抽泥计量及计价方式具独特性,经过运算后可实时监测及产生报表。
七、浓度计及流量计数值配合每二至六小时人工采样比对,可确保其精确度。
Claims (10)
1.一种清淤管控系统,包含一浮台,该浮台漂浮于一水体上并位于一预定位置,其特征在于:所述的清淤管控系统还包含:
一输泥管线,位于该浮台上并用以输送该预定位置底下的泥水;
一控制机房,设置于该浮台上;
一吸取式抽泥泵,设置于该浮台上并受该控制机房控制以吸取该预定位置附近的一泥水;
—绞刀削泥吸头,设置于该浮台上并受该控制机房控制,且连接该吸取式抽泥泵,将压密的底泥搅动成泥水再抽取该泥水;
一泥沙输送泵,设置于该浮台上并受该控制机房控制,使该吸取式抽泥泵吸取的泥水导入该输泥管线;
一量测平台,具有一储存筒及一由该储存筒界定的可供该泥水流通地连接该输泥管线的容置空间;及
一监控设备,对于该泥水进行量测并依据量测结果进行数据化处理而输出该泥水的一泥沙量测数据。
2.根据权利要求1所述的清淤管控系统,其特征在于:该绞刀削泥吸头连接该吸取式抽泥泵并具有数个绞刀、一搅拌器、一过滤器、一导流座及一抽沙叶轮,所述绞刀以动力翻搅底层硬土使成泥浆,然后由该搅拌器搅拌泥沙及水,且配合该过滤器过滤及筛选,再经由该导流座中的该抽沙叶轮收集吸入的泥沙及水。
3.根据权利要求1所述的清淤管控系统,其特征在于:该吸取式抽泥泵的输泥流速大于该输泥管线内的临界沉降速度。
4.根据权利要求1所述的清淤管控系统,其特征在于:该清淤管控系统还包括一泵浦模块,该输泥管线具有一高压抽泥管与一排泥管线,该泵浦模块具有该泥沙输送泵、一冲水泵及一抽水泵,该泥沙输送泵用于将该吸取式抽泥泵吸取的泥水导入该高压抽泥管及该排泥管线,该抽水泵用以抽取清水,该冲水泵则利用清水洗管,该高压抽泥管供泥水流通地连接该量测平台,该排泥管线排出泥水至预定地点存放。
5.根据权利要求1所述的清淤管控系统,其特征在于:还包括一率定装置,该率定装置具有一运算主机、一类比/数字转换器、一冷却模块、一金属棒及一搅拌器,该运算主机通过该类比/数字转换器数字化控制冷却模块设定在不同的预定温度,并通过该金属棒传导至一预定浓度的泥水,且该搅拌器搅拌泥水使浓度均匀化,并使泥水保持在预定温度,借此,该率定装置配合一超音波浓度计建立对应不同温度、回波能量及浓度的关联,以提供该监控设备计算该泥沙含量的运用。
6.根据权利要求1至5中的任一权利要求所述的清淤管控系统,其特征在于:该监控设备包括:
一电磁流量计,依据电磁感应侦测该泥水流动时产生的一第一运作信息;
该超音波浓度计,具有一发送超音波以通过该泥水的发射器,及一接收经过该泥水衰减运作后的回波以产生一第二运作资讯的接收器;
一储存装置,记录该电磁流量计的量测结果及/或该超音波浓度计的量测结果;
一运算装置,电性连接该电磁流量计、该超音波浓度计及该储存装置,对该泥水流过的一输送时间加以计时,且依据该泥水流动的磁场变化关系将该第一运作信息换算为一流量值,依据该泥水通过的运作衰减关系将该第二运作信息换算为一浓度值,并借由该输送时间、该流量值及该浓度值换算一泥沙含量值;及
一输出装置,电性连接该运算装置,用以输出该运算装置的运算结果、该电磁流量计的量测结果及/或该超音波浓度计的量测结果。
7.根据权利要求6所述的清淤管控系统,其特征在于:还包括一全球定位系统侦测器,供该运算装置记录该全球定位系统侦测器对于该预定位置的一坐标信息于该储存装置。
8.根据权利要求6所述的清淤管控系统,其特征在于:还包括一取样阀及一电性连接该运算装置的输入设备,该取样阀设置于清淤管控系统以供取得该泥水的一样本,该输入设备用以输入该样本的人工检测结果以供该运算装置与该运算装置的运算结果进行比对,且令该输出装置输出其比对结果。
9.根据权利要求6所述的清淤管控系统,其特征在于:该运算装置依据一第一预定规则比对该超音波浓度计的量测结果,若依据该第一预定规则比对为不合格,则令该输出装置产生一第一警示信息;该运算装置依据一第二预定规则比对该电磁流量计的量测结果,若依据该第二预定规则比对为不合格,则令该输出装置产生一第二警示信息,该运算装置系于符合该第一预定规则及该第二预定规则的情况下,开始换算该泥沙含量值并以该输出装置输出该泥沙含量值的运算结果。
10.根据权利要求6所述的清淤管控系统,其特征在于:还包括一压力计,该压力计侦测该泥水通过该清淤管控系统的一压力侦测结果,供该运算装置利用该压力侦测结果与一预定压力值比对,若比对为超出该预定压力值,则令该输出装置产生一第三警示信息。
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