CN107392531B - 一种城市轨道交通车辆基地检修物流仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及城市轨道交通车辆基地检修物流仿真系统及方法，具体涉及装载有仿真软体的计算机，车辆基地监控系统，车辆在线监测系统；计算机包括处理装置；处理装置包括：车辆基地布局网络生成模块、车辆检修任务处理模块、物流作业任务处理模块和作业任务耦合协同模块。按照本发明实现的仿真系统及仿真方法，方便车辆基地执行相应的任务，并且重点针对同时具有物流作业和车辆检修作业的任务，通过对上述两类的作业任务进行耦合协同减少任务冲突，提高车辆基地运转效率，并将仿真软体与车辆基地监控系统和车辆在线检修系统进行联合，提供更加精确的仿真结果来实时指导车辆基地的作业。

Description

一种城市轨道交通车辆基地检修物流仿真系统及方法

技术领域

本发明属于城市轨道交通辆基地物流仿真领域，特别是涉及一种城市轨道交通车辆基地检修物流仿真系统及方法。

背景技术

城市轨道交通车辆基地是保障城市轨道交通安全运行的总后勤部，主要承担着轨道交通车辆的停放、运用管理、整备保养、检修等工作，作业种类繁多，任务量大，基地内部物流情况复杂。车辆基地按照相应的功能需求进行建筑布局，基地内物品的运输频繁，而在轨道交通车辆进行整备检修作业时，相应的库房、入口及道路等设施会被占用，使得运输中断，影响物流作业效率，严重的可能造成安全事故，同时，零件设备调配不及时也会导致车辆整备检修作业推迟延后，对车辆整备检计划造成影响。

目前，还未见专门针对车辆基地的物流仿真手段，而实际作业过程中物流作业与车辆整备检修作业相互独立，采用人工实时进行调度，经常出现物流作业与车辆作业冲突的情况，使得物流作业等待时间长，导致物品调配不及时、车辆整备检修作业推迟延后，影响整个车辆基地的运转效率，因此迫切的需要一种针对城市轨道交通车辆基地物流的仿真方法，实现车辆基地内部车辆整备检修作业与物流作业的耦合仿真，减少冲突，为车辆基地内的物流环节提供决策支持，提高作业效率。

其中，申请号为200410096296.8（申请人为株式会社日立制作所）的专利，公开了车辆基地场内调车计划作成装置、方法和程序，其中涉及不依赖于车辆基地的布局结构和编组数而能够高效率地作成场内调车计划的车辆基本场内吊车计划作成装置，其中，车辆基地布局网络作成装置用编号线路和行进线路定义信息作成车辆基地布局信息；调车序列初始化装置对每个编组根据车辆基地布局网络把从作业内容和作业间的编号线路经由顺序将调车作业图编成组的元数据即调车序列初始化；调车作业图选择和时刻决定装置从调车序列中选择调车作业图并作成对计划对象的全部编组一总进行决定执行时刻的处理的场内调车计划的暂定解；调车序列变更装置用车辆基地布局网格变更调车序列，以便消除包含在所得到的暂定解内的编号线路、行进线路的争道。在上述所公开的技术方案中，主要是提供不依赖于车辆基地的布局结构和编组数而能高效率地作成场内调车计划的技术方案，其并未考虑物流作业与车辆整备检修作业冲突的耦合计算问题，并且上述技术方案中涉及到了调车的作业顺序图，但是上述的顺序图仅仅只对应于下行转送、牵引、留置等本身涉及车辆调动的操作，其作业形式简单，调车的逻辑和方法所涉及的情景也相对简单。

另外，专利申请号为201610088194.4（专利申请人为山东科技大学）的中国专利申请公开了一种物流园区内物流作业耦合仿真方法，主要达到的目标是为获得物流园区内主要交通路段与单元化功能区内物流作业的耦合，本发明解决了当前物流园区缺少有效仿真方法的问题，研究了交通系统和作业流程中的瓶颈，减少了管理成本，提高了物流园区的管理效率，并且以局部货物流动来研究各设备的利用率等，但是上述技术的应用背景主要是在物流领域对交通和作业流程的问题的权衡，与车辆基地的情况并不相同，车辆基地除了有物流的情况之外，还存在有各类运营、维修、维护等各类操作，所需要考虑的情景更为复杂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，为了解决城市轨道交通车辆基地实际生产过程中物流作业与车辆整备检修作业冲突的问题，提高作业效率，本发明提供一种有效的城市轨道交通车辆基地物流仿真系统及仿真方法。

为实现上述目的，按照本发明，提供一种城市轨道交通车辆基地检修物流仿真系统，其特征在于，该仿真系统包括：

装载有仿真软体的计算机，所述计算机与车辆基地监控系统和车辆在线监测系统进行通信，并且在仿真软体中预留有采集所述车辆基地监控系统和车辆在线监测系统数据的接口；

所述计算机包括处理装置、存储装置，所述车辆基地监控系统和车辆在线监测系统的数据通过网络分发到所述处理装置，存储装置用于存储用于仿真的导入和/或输入数据及仿真中间生成数据：

所述处理装置包括：

车辆基地布局网络生成模块，用于依据用户导入和/或输入来生成所述车辆基地的布局信息；

车辆检修任务处理模块，用于处理导入和/或输入的检修计划及车辆在线监测系统的数据生成车辆检修任务，并将检修任务分解；

物流作业任务处理模块，用于处理接收的车辆检修信息生成物流作业任务，并将物流作业任务分解；

作业任务耦合协同模块，用于对分解后车辆检修任务和物流作业任务进行耦合协同。

进一步地，所述车辆在线监测系统反馈予所述计算机的数据包括车辆的临时故障的检修需求。

进一步地，所述车辆基地监控系统实时监控并反馈所述车辆基地的状态信息，所述状态信息包括道路、出口、入口、岔口、车辆维修区域及物流作业区域的信息。

进一步地，所述车辆物流作业采用分级管理形式，将一个主任务下分布的多个子任务模块化及设定相应模块的任务时间。

进一步地，所述作业任务耦合协同模块在存在任务冲突的情况选择下述两种方式中的一种执行:

方式一：进行物流作业任务路径优化，对优化后的物流作业任务与所述车辆检修任务重新进行耦合协同；

方式二：按照所述物流作业任务优先级高于检修作业任务执行耦合协同。

进一步地，所述计算机还包括输入装置、输出装置所述输入装置与所述仿真软体交互操作的装置，实现信息的输入，输出装置用于显示输出打印仿真的结果，并且展示仿真过程中的中间数据。

本发明还公开了一种城市轨道交通车辆基地检修物流仿真方法，其特征在于，所述物流仿真方法包括如下步骤：

接收导入和/或输入的所述车辆基地数据，从其中提取出道路、出口、入口、岔口、车辆维修区域及物流作业区域信息；并且对上述数据进行相应状态的赋值定义，为空闲状态、工作状态两种状态；

访问车辆基地监控系统与车辆在线监测系统，提取当前所述车辆基地的实时状态信息，对上述道路、出口、入口、岔口、车辆维修区域及物流作业区域信息进行更新生成更新数据；

接收导入和/或输入的计划检修表，以一定周期实时接收所述更新数据，对临时出现的状态对所述计划检修表执行更新；

依据所述计划检修表安排物流作业，所述物流作业为运输相应的为执行所述计划检修表对应的备件作业，实现备品备件的辆份化；

将所述物流作业与所述计划检修表执行耦合协同，以一定周期接收所述更新数据，对所述耦合协同结果进行更新输出仿真结果。

进一步地，所述车辆基地的实时状态信息包括车辆的临时故障的检修需求，以及执行所述车辆物流作业的实时状态。

进一步地，所述车辆物流作业采用分级管理形式，将一个主任务下分布的多个子任务模块化及设定相应模块的任务时间。

进一步地，所述作业任务耦合协同模块在存在任务冲突的情况选择下述两种方式中的一种执行:

方式一：进行物流作业任务路径优化，对优化后的物流作业任务与所述车辆检修任务重新进行耦合协同；

方式二：按照所述物流作业任务优先级高于检修作业任务执行耦合协同。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明实现方便车辆基地执行相应的任务，并且重点针对同时具有物流作业和车辆检修作业的任务，通过对作业任务进行耦合协同减少任务冲突，提高车辆基地运转效率，并将仿真软体与车辆基地监控系统和车辆在线检修系统进行联合，提供更加精确的仿真结果来实时指导车辆基地的作业。

并且在实际执行仿真的过程中，多次且在恰当的处理周期中接收车辆在线监测系统和车辆基地监测系统传送的数据执行更新，并且能够依据上述实时情况和仿真结合的情况下进行反馈训练，在仿真软体中形成车辆基地的预判模型，不管是对物流作业还是车辆检修作业的任务分解时间进行准确的分配，从而进一步提高仿真精度，并且能够使得仿真数据具有较强的实际环境操作的指导意义。

附图说明

图1为按照本发明实现的车辆基地的物流仿真系统的模块组成结构示意图；

图2为按照本发明实现的车辆基地的仿真要素模块组成结构示意图；

图3为按照本发明实现的车辆基地仿真方法的流程结构示意图；

图4为按照本发明实现的车辆基地的物流仿真流程中的车辆整备检修作业分解示意图；

图5为按照本发明实现的车辆基地的物流仿真流程中的物流作业任务分解示意图；

图6为按照本发明实现的车辆基地的物流仿真流程中的物流作业与车辆整备检修作业耦合协同后的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

现有的车辆基地内物流作业与车辆整备检修作业相互独立，主要依据人工经验进行协调，实际生产中，经常出现调度不合理的情况，如车辆整备检修作业占用库内通道使得物流运输中断、零件设备物流调配不及时导致车辆整备检修作业推迟延后等，严重影响了生产效率。

本发明通过对城市轨道交通车辆基地内的物流作业及车辆整备检修作业耦合协同化仿真，合理规划这两种作业的任务序列，有效解决了由于调度不合理导致的物流作业与车辆整备检修冲突问题，为车辆基地内的物流环节提供决策支持，提高整个基地的运转效率。

本发明所采用的技术方案的核心首先在物流仿真软件中建立车辆基地平面布置图，重点表现车辆基地的道路、构筑物出入口、库内通道等物流要素；然后对各种物流要素进行模块化分类定义；再将车辆整备检修作业计划信息导入软件，同时接收车辆在线检修系统的信息，生成车辆检修作业任务，根据车辆检修任务制定物流作业任务，并对车辆检修作业任务和物流作业任务进行分解；接下来对分解后的作业任务序列进行耦合协同化，得到各模块要素的占用情况，处理仿真冲突，最终生成仿真报告。

本发明方法的核心思想是将物流作业和车辆检修作业映射为对模块要素的占用上，通过在时间序列上合理规划各模块的占用来实现两种作业的协同。由于车辆整备检修作业一般采用的是计划检修的方式，检修作业的时间不能随意改变，否则会对整个检修计划和车辆的运营造成影响，因此在进行耦合协同时，检修作业序列的时间节点一般保持不变是仿真实现的关键。

按照本发明实现的物流基地的仿真，主要涉及的硬件设备有装载有仿真软体的计算机，上述计算机与车辆基地监控系统和车辆在线监测系统进行通信，并且在仿真软体中预留有采集监测信息的接口，其中，车辆在线监测系统反馈于计算机的数据主要有车辆的临时故障的检修需求，以及采集物流作业车辆的实时运行数据传输于计算机，并且在仿真软体中，预留有上述监测数据的接口，仿真软体接收上述数据执行仿真的调整，并且给出相应的数据报表。

上述计算机主要由处理装置、存储装置、输入装置、输出装置构成，处理装置与网络相连，并且车辆基地监控系统的数据可以通过网络分发到处理装置，存储装置用于存储各类数据：包括车辆基地的平面信息，如图2所示，其中上述信息中涉及的道路、出口、入口等各类信息可以采用编号、编码、平面图等各类型来进行存储，在此并不做具体的限定，在本发明的具体实施方式中，具体采用平面图的方式来执行存储，例如图2中所示的A1/A2/A3,B1/B2,C1/C2/C3/C4以及构筑物1和构筑物2。

另外，一方面，存储装置还用来存储车辆基地内的车辆信息，以及车辆基地中的车辆的物流作业类型数据，上述物流作业类型数据主要是分级数据的管理形式，可以在一个主任务下分布多个子任务的方式，从而执行仿真时调用相应的数据，同样，对上述数据的定义方式现有技术已有相关的技术，在此不再赘述。

同时，存储装置还用于存储通过仿真软体界面输入的对应车辆的物流作业数据，或者是故障维修检修数据，从而输送于处理装置执行仿真处理。

如图1所示的仿真系统所述，输入装置是通过与软体界面操作的装置，实现信息的输入等各种与计算机交互的操作，输出装置中包括显示装置，用于显示输出打印仿真的结果，并且可以展示仿真过程中出现的中间数据等，其中仿真数据的输出方式可以是结合平面图的布线式输出方式、数据编号结合物流作业编号和/或维修作业编号结合的数据。

其中，进一步地，上述处理装置包括有车辆基地布局网络生成模块、物流作业任务处理模块、车辆检修任务处理模块、作业任务耦合协同模块、针对实时的数据采集情况对物流作业状态实时生成模块及车辆维修信息实时生成模块信息，依据制定的变更规则和条件，对仿真结果进行周期性的仿真更新输出。

在上述的仿真系统中，并不针对特定的车辆基地为前提，对于具有多不同布局的多种车辆基地都可以完成，主要通过在仿真软体中添加根据车辆基地的情况所需要增加的基地类型。

其中，物流作业类型数据，其所涉及的信息较为复杂，除了涉及车辆的信息外，还涉及在相应地点及相应路线所执行的打包、装载、运输、卸货各类操作；

车辆检修数据主要是从车辆的检修维护以及结合车辆基地的设备维护设置的类型来分类，其中，一般包括有清洁，检查、部件更换以及其它需要进行物流备件准备的各项类型，依据车辆维修维护的整体设置情况来进行限定，在此不再赘述。

其中，处理装置要考虑到车辆基地的各种情况，通过以什么时候、在什么位置执行物流作业或者是维修作业的目标来执行仿真计划，并且还有实时接收监测系统的数据来进行实时的调整。

处理装置中装载有用于执行仿真的管理程序软体，该软体包括各种用于依据各类算法来执行车辆物流作业和维修仿真运算，其中上述运算方式为现有技术中可实现的最优路径等各类算法，在此不再赘述。

本发明提供的城市轨道交通车辆基地物流仿真方法，如图3所示，上述方法包含以下步骤：

（1）车辆基地平面布置图的建立

在物流仿真软体中按照一定比例绘制车辆基地的平面布置图，重点表现以下信息：车辆基地内构筑物的定位、尺寸、出入口和库内通道的设置情况，基地内道路、轨道等要素的具体分布，另外，上述软体支持导入另外绘制的平面布置图；

（2）车辆基地物流仿真要素模块化

对车辆基地内的构筑物、出入口、道路、轨道等要素进行模块化分类定义，并进行编号标识，如图2中的A\B\C指不同的要素类型，1\2\3指同类型要素的编号，赋予各模块“占用”和“空闲”两个状态，上述两种状态的开始和结束时间可通过定义来赋值；

（3）车辆整备检修作业任务处理

在物流仿真过程中，车辆整备检修作业映射为对模块要素的占用，根据车辆整备检修作业的工艺特征，可将车辆整备检修作业定义为时间序列上对一系列模块要素占用的组合，如按照本发明中的图4-图6中所示，该车辆整备检修作业占用了A1\A2\A3，以及B1\B2，C1\C2\C3\C4这几个模块要素，每个模块可以通过限定所占用时间的长短来进行限定，时间是通过间隔的编号来进行对应的；

车辆整备检修作业一般根据事先制定好的计划来执行检修，根据车辆的行走里程制定检修计划，通过导入车辆整备检修作业计划信息，获得各模块要素在时间序列上的占用分布情况。

目前，随着信息技术的发展，车辆在线监测系统的日益成熟，以此为基础的车辆状态维修制度的应用逐渐增多，对于这种情况，物流仿真系统仿真可与车辆在线监测系统实现联动，接收车辆在线监测系统的，调整车辆检修任务，以满足车辆的临时检修需求。

其中，车辆在线监测系统，主要是通过车辆上的各个传感器对车辆的状态进行实时检测。

（4）物流作业任务处理

车辆基地内的物流作业任务是指货物由某一构筑物运输至其他构筑物的过程，对于物流过程中的运输工具及运输物品，在仿真中都定义有相应的电子标签，以确定运输工具及物品所处的状态。物流运输时行走路径为连续的，路径由车辆基地内的要素模块组成，物流作业任务亦可映射为时间序列上对一系列模块要素占用的组合。上述物流作业任务的状态通过车辆基地监控系统来实时监控处理，主要是通过设置在基地的视频监视系统来实现对车辆基地的实际情况进行处理。另外，更进一步地，可以通过车辆基地监控系统来对车辆基地的实际运行状况进行监控，例如车辆基地的道路、入口、出口占用情况、物流作业和检修作业的实际完成情况等。在执行仿真任务的过程中，可以接收实时地数据执行更新。

仿真时，根据相应的检修需求制定物流作业任务，实现检修车辆检修备品备件的辆份化，受运输能力所限，物流作业任务一般由多个运输过程组成，将待完成的物流作业任务分解成多个子任务序列，如图5所示，每个子任务表示一次运输过程，子任务由时间序列上一系列模块要素的占用组合而成，按照此种方式实现仿真规划。

（5）物流作业序列与车辆检修作业序列耦合协同化

耦合协同化是指实现物流仿真中物流作业和车辆检修作业的紧密连接，不再只单纯的考虑某一个方面，而是将他们看成一个整体，即将物流作业和车辆检修作业看成是有序的作业整体，重新排列模块要素在时间序列上的占用分布，并且还将车辆基地监控系统的实时监测情况进行耦合，以固定的时间周期来接收实时的数据从而执行调整后的仿真，因为在车辆基地的情况比较复杂，例如车辆司机的驾驶习惯导致相应任务的物流时间增长，由此，在上述的实时数据采集的耦合模块，实际上还可以通过反馈训练数据来训练完成车辆仿真时间的盈余计算，在比较容易发生计划变化的模块或者是子任务环节来调整相应仿真运算时间的盈余，在上述基础之上最终输出仿真结果。

即在满足物流作业要求的前提下，对模块要素在时间序列上的占用分布重新排列，避免占用冲突，使得总耗时更少，车辆基地的运转更加合理流畅。

（6）仿真冲突处理

仿真中冲突体现为不同的任务序列在同一时间占用了同一要素模块，当产生冲突时，即多个任务序列对同一模块要素在占用时间上有重叠，有两种处理方法,方法一：先进行物流任务路径优化，然后对优化后的任务序列重新进行耦合协同；方法二：若优化路径无法解决则根据任务序列的优先级进行调整，一般情况下物流作业任务优先级高于检修作业任务。

（7）仿真报告生成

根据仿真结果，提供物流作业最优方案，输出物流作业运输路径、物流作业耗时以及模块要素的占用率等数据。

具体实施方式，按照上述的仿真方法，主要执行的步骤如下：

STEP1: 仿真软体接收导入的车辆基地平面图数据，从其中提取出道路信息、岔口信息、出入口信息；并且对上述数据进行相应状态的赋值定义，主要为有车辆进行相应状态的工作和可以接收编整的空闲状态这两种状态；

STEP2: 访问车辆基地监控系统，提取当前在车辆基地实时状态信息对上述STEP1中的相应道路、岔口、出入口及车辆维修区域及物流作业区域状态进行记录，并且以一定时间周期在仿真系统相应接口更新上述数据；

STEP3: 接收导入的计划检修表，并且仿真系统以一定周期实时接收车辆在线监控系统传入的实时数据，以方便对临时出现的状态对生成的计划检修表执行更改；

STEP4: 依据STEP3生成的计划检修表来制定车辆检修作业任务，并安排物流作业任务，上述物流作业主要是运输相应的车辆检修品备件的作业，并且对上述的任务执行如图4-图5中所示的分解。

将上述运输检修品备件的物流任务与车辆检修作业任务进行耦合，如图6中的耦合结果所示，以此方式生成仿真规划，在上述任务遇到冲突的情况下，先执行物流作业任务；

以上述的方式不断完成更新，输出相应的仿真结果。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种城市轨道交通车辆基地检修物流仿真系统，其特征在于，该仿真系统包括：

装载有仿真软体的计算机，所述计算机与车辆基地监控系统和车辆在线监测系统进行通信，并且在仿真软体中预留有采集所述车辆基地监控系统和车辆在线监测系统数据的接口；

所述计算机包括处理装置、存储装置、所述车辆基地监控系统和车辆在线监测系统的数据通过网络分发到所述处理装置，存储装置用于存储用于仿真的导入和/或输入数据及仿真中间生成数据；

所述处理装置包括：

车辆基地布局网络生成模块，用于依据用户导入和/或输入数据来生成所述车辆基地的布局信息；

车辆检修任务处理模块，用于处理导入和/或输入的检修计划及车辆在线监测系统的数据生成车辆检修任务，并将检修任务分解；

物流作业任务处理模块，用于处理接收的车辆检修信息生成物流作业任务，并将物流作业任务分解；

作业任务耦合协同模块，用于对分解后车辆检修任务和物流作业任务进行耦合协同；所述耦合协同为重新排列模块要素在时间序列上的占用分布，并以固定时间周期接收所述车辆基地监控系统的实时监测执行调整后的仿真；

所述车辆基地监控系统实时监控并反馈所述车辆基地的状态信息，所述状态信息包括道路、出口、入口、岔口、车辆维修区域及物流作业区域的信息，上述信息进行模块化分类定义及标识，所述车辆在线监测系统反馈予所述计算机的数据包括车辆的临时故障的检修需求，所述物流作业任务采用分级管理形式，将一个主任务下分布的多个子任务模块化及设定相应模块的任务时间，所述作业任务耦合协同模块在存在任务冲突的情况选择下述两种方式中的一种执行:

方式一：进行物流作业任务路径优化，对优化后的物流作业任务与所述车辆检修任务重新进行耦合协同；

方式二：按照所述物流作业任务优先级高于检修作业任务执行耦合协同，所述计算机还包括输入装置、输出装置，所述输入装置与所述仿真软体交互操作的装置，实现信息的输入，输出装置用于显示输出打印仿真的结果，并且展示仿真过程中的中间数据。

2.一种城市轨道交通车辆基地检修物流仿真方法，其特征在于，所述物流仿真方法包括如下步骤：

接收导入和/或输入的车辆基地监控系统扫描获得的车辆基地数据，从其中提取出道路、出口、入口、岔口、车辆维修区域及物流作业区域信息；并且对上述信息进行模块化分类定义及标识，并对相应状态的赋值定义，为空闲状态、工作状态两种状态；

访问车辆基地监控系统与车辆在线监测系统，提取当前车辆基地的实时状态信息，对上述道路、出口、入口、岔口、车辆维修区域及物流作业区域信息进行更新生成更新数据；

接收导入和/或输入的计划检修表，以一定周期实时接收所述更新数据，使用临时出现的状态对所述计划检修表执行更新；

依据所述计划检修表安排物流作业任务，所述物流作业任务为运输相应的为执行所述计划检修表对应的备件作业，实现备品备件的辆份化；

将所述物流作业任务与所述计划检修表执行耦合协同，以一定周期接收所述更新数据，对所述耦合协同进行更新仿真输出结果；所述耦合协同为重新排列模块要素在时间序列上的占用分布，并以固定时间周期接收所述车辆基地监控系统的实时监测执行调整后的仿真，所述车辆基地的实时状态信息包括车辆的临时故障的检修需求，以及执行所述物流作业任务的实时状态，所述物流作业任务采用分级管理形式，将一个主任务下分布的多个子任务模块化及设定相应模块的任务时间，在存在任务冲突的情况选择下述两种方式中的一种执行:

方式一：进行所述物流作业任务路径优化，对优化后的所述物流作业任务与车辆检修任务重新进行耦合协同；

方式二：按照所述物流作业任务优先级高于检修作业任务执行耦合协同。

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