CN107980685A - 一种水面自主巡航式太阳能投饵船及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水面自主巡航式太阳能投饵船及方法，属于水产养殖设备技术领域。本发明包括船体、太阳能电池板、蓄电池、下料装置和投料装置，所述的太阳能电池板设置在船体的支撑板上，该太阳能电池板经太阳能电池板控制器连接蓄电池，蓄电池为船体在水面航行，及下料装置和投料装置工作提供电能；所述的投料装置设置在下料装置下方，下料装置存储饵料，并将饵料输送给投料装置，投料装置将饵料撒出。本发明既解决了传统投饵设备的供电问题又解决了移动不灵活的问题，实现了定点投饵、重点区域投饵和全覆盖投饵，能够满足水产养殖户的需求，具有很强的适应性和移动性。

Description

一种水面自主巡航式太阳能投饵船及方法
技术领域
本发明涉及水产养殖设备技术领域，更具体地说，涉及一种用于渔业养殖的水面自主巡航式太阳能投饵船。
背景技术
近年来，我国的水产养殖业发展很快，随着渔业生产结构的不断优化，科学养鱼技术的不断普及，自动投饵机能够节省人工、抛撒均匀，有利于鱼的摄食，节约饲料；又不会造成鱼塘的水体污染，使鱼塘保持一个良好的生态系统；且又可创高产、增效益，因此采用机械代替人工投饲料已被普遍认可。
但随着我国城镇化进程的不断深入，使得水产养殖区域越来越偏僻，而市面上大部分传统投饵机都是采用交流电源或者直流电瓶供电，偏远区域电网基本覆盖不到，给以上的偏远地区或者电力无法送达的地区投饵机提供交流电源带来很大的困难；而电瓶又需要经常手动去充电，使用非常不方便，费时费力，增加养殖成本。养殖户购买这些投饵装置基本上都是固定在岸边，使用电缆接岸上的电源，这只能起到局部投饵的作用，因此需要购买多台投饵机才能满足整个池塘的需求，养殖户不愿意定期对投饵机进行更换升级，不利于渔业自动化发展。
另一方面岸基式抛撒饵料后，鱼群来集中投饵点进食，这样不仅会加重鱼群抢食的现象，尤其是一般鱼塘都是综合养殖，鱼和鱼之间存在天敌性，而且个别种类的鱼抢食能力强，这些都大大不利于鱼群均匀生长，同时岸基式投饵也会造成投饵点处水体中氧的含量偏低，造成缺氧的现象，溶氧量的降低，会导致鱼类摄食和消化系统的下降，同时呼吸作用加强也会导致消耗能量增高，影响鱼群的正常生长，减少养殖者的收入，这些都是养殖者不想看到的现象。而且，最近几年，投饵机产品经常出现安全问题，例如，由于投饵机大部分都是使用铁、不锈钢和铝型材等金属做外壳，金属是导电的，这就导致投饵机带电，养殖户触电致死，究其原因可能是部分投饵机产品本身问题；也有可能是养殖户操作不当导致的；也有可能是投饵机使用年限过长、开机时间过久、线路老化导致的。而这些偏远地区往往日照时间长，光照强度大，太阳能资源丰富，因而研制一款安全高效能够在水面自主巡航式太阳能投饵船具有一定的实用价值。
目前，市场上大部分都是岸基式投饵机，例如专利申请CN105961262A公开了一种使用太阳能供电的岸基式投饵机，其工作方式是放置在池塘岸边进行投饵，使用直流电机及圆盘转动进行抛洒在集中投饵点，吸引远处的鱼群集中投饵点进食，但是此投饵机不能进行自动导航投饵，无法实现定点投饵，且转移性差，需要拆卸再组装的形式进行转移，且转移后还需要重新布置支撑平台，非常不方便。
市场上还有少量的移动式投饵船，例如专利申请CN203709044U公开了一种池塘遥控自动投饵船，其通过遥控器操纵投饵船自动投料，实现定时、定点、定量投放饲料，这种方式还是需要人工来操作，无法真正解放人力，养殖成本还是很高，且人的肉眼是无法看到很远的地方，当需要在某个区域投饵时，肉眼的判定只能是一个大概，每次投饵点、投饵路线和投饵量具有很大的随机性，无法实现真正的定时、定点、定量投饵。市场上还有一些铁丝牵引的移动式投饵船，但是其移动范围有限，起不到全局投饵的效果。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明针对传统投饵设备依靠常规电力，成本高、耗电量大、投饵效率低、动力消耗大，并且移动范围小，控制不灵活，控制方式不多变等缺点，提供了一种水面自主巡航式太阳能投饵船及方法；本发明既解决了传统投饵设备的供电问题又解决了移动不灵活的问题，实现了定点投饵、重点区域投饵和全覆盖投饵，能够满足水产养殖户的需求，具有很强的适应性和移动性。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，包括船体、太阳能电池板、蓄电池、下料装置和投料装置，所述的太阳能电池板设置在船体的支撑板上，该太阳能电池板经太阳能电池板控制器连接蓄电池，蓄电池为船体在水面航行，及下料装置和投料装置工作提供电能；所述的投料装置设置在下料装置下方，下料装置存储饵料，并将饵料输送给投料装置，投料装置将饵料撒出。
更进一步地，所述的支撑板上设置有支撑架，太阳能电池板设置在该支撑架上，且支撑架上设置有滑槽，支撑架侧部安装有电机，电机带动太阳能电池板沿滑槽移动，以调整太阳能电池板的角度。
更进一步地，所述的下料装置包括料箱，该料箱底部为一弧形底板，在弧形底板的最低点开有孔，连通落料通道，料箱的顶部设置有饵料筛。
更进一步地，所述的落料通道下部设置有送料抽屉，该送料抽屉内部设置有第一料道和第二料道，第一料道和第二料道的通道直径不同；送料抽屉的一侧通过连杆与转盘相连，转盘受第一电机驱动在水平方向上转动，进而带动送料抽屉在水平方向上往复移动。
更进一步地，所述的投料装置设置在落料通道的正下方，该投料装置包括第二电机、减速箱和甩料盘，第二电机经减速箱与甩料盘的转轴相连，该第二电机带动甩料盘在水平方向上转动，饵料落入甩料盘被沿水平方向撒出。
更进一步地，所述的甩料盘包括上料盘、下料盘、挡板和转轴，其中，转轴与下料盘相连，下料盘背离转轴的一面间隔设置多个挡板，上料盘通过挡板与下料盘连为一体；所述的上料盘的边缘设置有挡围，且上料盘上开设有多个料孔。
更进一步地，所述的挡围处设置有滚刀，且沿挡围高度方向设置有多于2层的滚刀；所述的料孔中设置有滤网。
更进一步地，所述的投饵船设置有电子模块控制装置，该电子模块控制装置包括中央处理器、温度传感器模块、湿度传感器模块、压力传感器模块和GPS导航模块，温度传感器模块检测水体温度，湿度传感器模块检测空气湿度，压力传感器模块检测料箱中剩余饵料量， GPS导航模块记录船体的位置和速度，均反馈至中央处理器，中央处理器经电机驱动模块控制各工位电机动作。
更进一步地，所述的投饵船设置有避障装置，该避障装置包括超声波测距模块，超声波测距模块探测前方障碍物，并将探测结果反馈至中央处理器。
本发明的一种水面自主巡航式太阳能投饵方法，利用所述的投饵船进行投饵作业，包括三种投饵方式；其中，第一种为自主移动式投饵方式，将水域分成多块水域，每一水域作为一搜投饵船的作业区域，当某个投饵船饵料用完，返回岸边补料时，调控距离最近且已完成工作的投饵船前来协助作业；第二种为有效路径规划移动投饵方式，包括点到点投饵和区域分割重点投饵，点到点投饵利用蚁群算法计算出到达目标投饵点的最短路径，按照得到的路径进行巡航投饵；区域分割重点投饵在点点投饵的基础上加上遥控原理，遥控投饵船到达重点区域进行投饵作业；第三种为区域遍历全覆盖自动投饵，通过遗传算法建立所需投饵利用率最大化的池塘区域，进行全覆盖自动投饵。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其在船体上设置太阳能电池板和蓄电池，利用太阳能电池板为船体在水面航行，及下料装置和投料装置工作提供电能；一方面合理利用了丰富的太阳能资源，节省了传统能源的损耗；另一方面，相对传统投饵装置使用电缆接岸上电源的方式，对投饵区域没有限制，能够满足整个池塘的投饵需求，使用更加灵活；
(2)本发明的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其在太阳能电池板支撑架上设置滑槽，通过电机带动太阳能电池板沿滑槽移动，以调整太阳能电池板的角度，使得太阳能电池板在不同时刻、不同情况下均能有较佳的太阳能接收效果，进而保证太阳能能够得到充分利用；
(3)本发明的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其在料箱的顶部设置饵料筛，防止结块的饵料进入落料通道导致堵塞；甩料盘的上料盘边缘设置有挡围，沿挡围高度方向设置有多于2层的滚刀，且在料孔中设置滤网；由于市面上的饵料大小不一，首先通过饵料筛进行一次筛选，将结巴的饵料筛出，然后较大的饵料在甩料盘转动产生的离心作用下被带到边缘挡围处，利用滚刀进行破碎处理，变成小中饵料后再通过滤网过滤进行投饵；通过此三次筛选，能够保证喂养鱼群的饵料大小适中，更符合科学养殖的要求；
(4)本发明的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其饵料落入甩料盘中挡板围成的扇形区域，甩料盘在低速电机的带动下旋转，通过离心作用将饵料甩出去，出口成130度，饵料抛洒呈一个扇形面，可以实现均匀投饵；
(5)本发明的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其在落料通道下部设置送料抽屉，该送料抽屉能在水平方向上往复移动，且内部设置两直径不同的送料通道，此处设计能够在快速输送饵料和精确控制饵料量之间进行选择，根据养殖鱼群种类的不同，考虑投饵量，避免饵料投放过多造成浪费；
(6)本发明的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其设置温度传感器模块检测水体温度，湿度传感器模块检测空气湿度，压力传感器模块检测料箱中剩余饵料量，GPS导航模块记录船体的位置和速度，超声波测距模块探测前方障碍物，并能够及时将检测数据传送给中央处理器，中央处理器能够根据获得的反馈信息，实时调整投饵船的行进速度、行进路线、是否投饵及投饵量，并可及时补料，整个投饵船的工作更加智能化；
附图说明
图1为本发明的一种水面自主巡航式太阳能投饵船的立体结构示意图；
图2为本发明中投饵船的正视图；
图3为本发明中投饵船的正面剖视图；
图4为本发明中甩料盘的立体结构示意图；
图5为本发明中甩料盘的正视图；
图6为图5的A-A面剖视图；
图7为本发明中投饵船硬件和软件系统电路连接图；
图8为本发明中投饵船硬件模块电路连接图。
示意图中的标号说明：
11、浮筒；12、支撑板；13、螺旋桨；21、支撑架；22、太阳能电池板；23、蓄电池； 31、料箱；32、饵料筛；33、落料通道；41、第一电机；42、转盘；43、连杆；44、送料抽屉；441、第一料道；442、第二料道；51、第二电机；52、减速箱；53、甩料盘；531、上料盘；532、挡围；533、下料盘；534、挡板；535、滚刀；536、料孔；537、转轴。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1、图2和图3，本实施例的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，包括船体、太阳能发电装置、电子模块控制装置、导航装置、避障装置、下料装置和投饵装置。
所述的船体包括两个浮筒11、与浮筒11连接的支撑板12和两个螺旋桨13，螺旋桨13 放置在投饵船的尾部，在支撑板12上设有槽口，在槽口内放置蓄电池23，固定蓄电池23的平面运动，防止蓄电池23由于船体的运动划出支撑板12掉入水中，这属于投饵船的动力部分。
所述的太阳能发电装置包括支撑架21、太阳能电池板22，太阳能电池板22设置在该支撑架21上，支撑架21上设置有滑槽，方便太阳能电池板22上下移动，支撑架21侧部安装有电机，电机带动太阳能电池板22沿滑槽移动，以调整太阳能电池板22的角度，使得太阳能电池板22接收能量效果最佳。结合图8，安装在支撑架21上的太阳能电池板22，用导线与太阳能电池板控制器连接，太阳能电池板控制器具有稳压和防止蓄电池23过充过放的作用，太阳能电池板控制器连接蓄电池23，用来储存太阳能并且作为投饵船的动力原件，为船体在水面航行，及下料装置和投料装置工作提供电能。
所述的下料装置包括料箱31，该料箱31底部为一弧形底板，在弧形底板的最低点开有孔，连通落料通道33，保证落料通道33处的位置为最低。料箱31的顶部设置有饵料筛32，饵料容易受潮，饵料筛32的主要作用是防止结块的饵料进入落料通道33导致堵塞。所述的落料通道33下部设置有送料抽屉44，该送料抽屉44内部设置有第一料道441和第二料道442，第一料道441和第二料道442的通道直径不同；送料抽屉44的一侧通过连杆43与转盘42相连，转盘42受第一电机41驱动在水平方向上转动，进而带动送料抽屉44在水平方向上往复移动。本实施例可以实现两种投饵方式，在快速输送饵料和精确控制饵料量之间进行选择。在水域投饵，养殖鱼群种类的不同，需要特殊考虑投饵量，如果饵料投放过多会造成浪费，而且对于鱼群生长也不利。
所述的投料装置设置在落料通道33的正下方，下料装置存储饵料，并将饵料输送给投料装置，投料装置将饵料撒出。结合图4、图5和图6，该投料装置包括第二电机51、减速箱 52和甩料盘53，第二电机51经减速箱52与甩料盘53的转轴537相连，该第二电机51带动甩料盘53在水平方向上转动，饵料落入甩料盘53被沿水平方向撒出，第二电机51使用的是低速电机，使用低速电机可以降低饵料的破损率，将甩料盘53做成圆盘形式，通过离心作用把饵料甩出去，出口成130度，饵料抛洒呈一个扇形面，可以实现均匀投饵。所述的甩料盘53包括上料盘531、下料盘533、挡板534和转轴537，其中，转轴537与下料盘533相连，下料盘533背离转轴537的一面间隔设置多个挡板534，上料盘531通过挡板534与下料盘 533连为一体；所述的上料盘531的边缘设置有挡围532，挡围532处设置有滚刀535，且沿挡围532高度方向设置4层的滚刀535；上料盘531上开设有多个料孔536，料孔536中设置有滤网。由于市面上的饵料大小不一，本实施例首先通过饵料筛32进行一次筛选，将结巴的饵料筛出，然后较大的饵料在甩料盘53转动产生的离心作用下被带到边缘挡围532处，利用滚刀535进行破碎处理，变成小中饵料后再通过滤网过滤进行投饵；通过此三次筛选，能够保证喂养鱼群的饵料大小适中，更符合科学养殖的要求。
结合图8，所述的电子模块控制装置包括中央处理器、温度传感器模块、湿度传感器模块、压力传感器模块和GPS导航模块，用导线将螺旋桨与中央处理器连接的直流电机驱动模块相连，直流电机驱动模块用来控制螺旋桨的开、停和船行驶的速度大小，包括何时转弯。用导线将温度传感器模块与中央处理器相连，温度传感器贴在浮筒内侧靠左，温度传感器的作用是反馈水体温度，由于当水温很高时，鱼是不吃食的或者进食率很低，此时按照往常投饵可能会浪费大量的饵料，所以温度高于设置的温度时，中央处理器控制下料量变小或者直接返回起始点不投饵，待温度下降后再进行正常投饵。用导线将湿度传感器模块与中央处理器相连，湿度传感器模块放置在投饵船浮筒的支撑板上，时刻检测空气湿度，一旦发现下雨或者湿度很高，中央处理器控制投饵船直接返回起始点等待，因为鱼吃食需要消耗大量的氧气，下雨天水中的氧气量只能供鱼儿呼吸，所以鱼儿就不会花费氧气去吃食了，因此需要待湿度下降后才能进行正常投饵。用导线将中央处理器与GPS导航模块相连，GPS作为一个接收器，主要作为记录船体的位置和速度，中央处理器与陀螺仪模块相连，主要用来防止GPS 丢失信号，起记录纠正的作用。用导线将中央处理器与压力传感器模块相连，来检测料箱的饵料是否已全部投放完，压力传感器贴在投饵船料箱的底部的左侧面，主要用来检测饵料剩余量。
所述的避障装置包括超声波测距模块，用导线将中央处理器与超声波测距模块相连，并置于船首用于探测前方障碍物，有利于提高测量的精确性，时时发出信号探测前方障碍物并将探测结果反馈到中央处理器来避障。
本实施例设计三种喂养方式，首先直接让下位机中央处理器发出PWM信号控制两驱动电机，前方超声波测距模块没有探测到障碍物，两驱动电机转速相同控制投饵船保持直行，前方超声波测距模块探测到障碍物，中央处理器发出两不同的PWM指令控制驱动电机输出不同的转速形成差速，实现转弯避开障碍物，避开障碍物后继续保持直行。第一是自主移动式投饵，这种方式顾名思义就是能够自动导航、自动投饵，不过本实施例区别于其他方案之处在于其中加入了多船协作这个功能，因为考虑到在大水域作业，投饵船的数量很多的时候，所有的船都有自己的作业区域，就像网箱养殖一样，假设水域是四边形，将其分成四块，四艘投饵船，在每块区域的岸边都有补料装置，当投饵船完成作业及时返回，补料装置不仅可以补料，同时也是小船的安置点。当某个投饵船饵料用完，如果返回岸边补料仓补料，这样等待补料结束后再返回工作，浪费时间，也增加了成本，同时如果投饵船电量很低，可以让小船直接停船充电，所以让中央处理器调控距离最近的已经完成工作的投饵船前来协作作业。第二种是有效路径规划移动投饵，也称轨迹投饵，轨迹投饵有两种形式，包括点到点投饵和区域分割重点投饵，点到点投饵是先通过系统内部的蚁群算法来计算出最短路径，此算法是根据蚁群算法优化准则得出来的，假设有个聚集点，假设有只蚂蚁，把只蚂蚁放在个聚集点上，将所有的蚂蚁计算下一个投饵点的概率，根据概率的大小选择路线，在完成一次行动之后(要么是从一个投饵点到另一个投饵点，要么就是完成多个聚集点的访问)，马上就更新一次航迹上的信息素浓度信息，直到最后全部蚂蚁访问了所有的投饵点，通过一系列算法求解，最后得到一个最优路线，让能量达到最低，投饵效率最高，按照得到的路径来进行巡航投饵，而区域分割投饵是在点点投饵的基础上加上了遥控原理，因为现在的水产养殖大部分的综合养殖或者网箱养殖方式，分割投饵保证了投饵量的差异化，这种方式不仅应用在养鱼上，也可以应用在养殖虾、蟹和鳖，相对于鱼而言，虾、蟹和鳖在水中是很少运动的，而且不会尾随投饵船吃食，因此我们需要使用特殊投饵的方式，重点分割投饵。第三种就是区域遍历全覆盖自动投饵，这种投饵是在基于已知水域环境，投饵设备的投饵性能下，通过遗传算法来建立自己所想要的投饵利用率最大化的目标函数，投饵未知参数和已知参数得到一个方程，通过参数之间的限制让目标函数值最大，使得鱼群得到更快生长。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水面自主巡航式太阳能投饵船，包括船体，其特征在于：还包括太阳能电池板(22)、蓄电池(23)、下料装置和投料装置，所述的太阳能电池板(22)设置在船体的支撑板(12)上，该太阳能电池板(22)经太阳能电池板控制器连接蓄电池(23)，蓄电池(23)为船体在水面航行，及下料装置和投料装置工作提供电能；所述的投料装置设置在下料装置下方，下料装置存储饵料，并将饵料输送给投料装置，投料装置将饵料撒出。
2.根据权利要求1所述的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其特征在于：所述的支撑板(12)上设置有支撑架(21)，太阳能电池板(22)设置在该支撑架(21)上，且支撑架(21)上设置有滑槽，支撑架(21)侧部安装有电机，电机带动太阳能电池板(22)沿滑槽移动，以调整太阳能电池板(22)的角度。
3.根据权利要求2所述的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其特征在于：所述的下料装置包括料箱(31)，该料箱(31)底部为一弧形底板，在弧形底板的最低点开有孔，连通落料通道(33)，料箱(31)的顶部设置有饵料筛(32)。
4.根据权利要求3所述的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其特征在于：所述的落料通道(33)下部设置有送料抽屉(44)，该送料抽屉(44)内部设置有第一料道(441)和第二料道(442)，第一料道(441)和第二料道(442)的通道直径不同；送料抽屉(44)的一侧通过连杆(43)与转盘(42)相连，转盘(42)受第一电机(41)驱动在水平方向上转动，进而带动送料抽屉(44)在水平方向上往复移动。
5.根据权利要求3或4所述的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其特征在于：所述的投料装置设置在落料通道(33)的正下方，该投料装置包括第二电机(51)、减速箱(52)和甩料盘(53)，第二电机(51)经减速箱(52)与甩料盘(53)的转轴(537)相连，该第二电机(51)带动甩料盘(53)在水平方向上转动，饵料落入甩料盘(53)被沿水平方向撒出。
6.根据权利要求5所述的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其特征在于：所述的甩料盘(53)包括上料盘(531)、下料盘(533)、挡板(534)和转轴(537)，其中，转轴(537)与下料盘(533)相连，下料盘(533)背离转轴(537)的一面间隔设置多个挡板(534)，上料盘(531)通过挡板(534)与下料盘(533)连为一体；所述的上料盘(531)的边缘设置有挡围(532)，且上料盘(531)上开设有多个料孔(536)。
7.根据权利要求6所述的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其特征在于：所述的挡围(532)处设置有滚刀(535)，且沿挡围(532)高度方向设置有多于2层的滚刀(535)；所述的料孔(536)中设置有滤网。
8.根据权利要求7所述的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其特征在于：所述的投饵船设置有电子模块控制装置，该电子模块控制装置包括中央处理器、温度传感器模块、湿度传感器模块、压力传感器模块和GPS导航模块，温度传感器模块检测水体温度，湿度传感器模块检测空气湿度，压力传感器模块检测料箱(31)中剩余饵料量，GPS导航模块记录船体的位置和速度，均反馈至中央处理器，中央处理器经电机驱动模块控制各工位电机动作。
9.根据权利要求8所述的一种水面自主巡航式太阳能投饵船，其特征在于：所述的投饵船设置有避障装置，该避障装置包括超声波测距模块(2)，超声波测距模块(2)探测前方障碍物，并将探测结果反馈至中央处理器。
10.一种水面自主巡航式太阳能投饵方法，其特征在于：利用权利要求1-9任一项所述的投饵船进行投饵作业，包括三种投饵方式；其中，第一种为自主移动式投饵方式，将水域分成多块水域，每一水域作为一搜投饵船的作业区域，当某个投饵船饵料用完，返回岸边补料时，调控距离最近且已完成工作的投饵船前来协助作业；第二种为有效路径规划移动投饵方式，包括点到点投饵和区域分割重点投饵，点到点投饵利用蚁群算法计算出到达目标投饵点的最短路径，按照得到的路径进行巡航投饵；区域分割重点投饵在点点投饵的基础上加上遥控原理，遥控投饵船到达重点区域进行投饵作业；第三种为区域遍历全覆盖自动投饵，通过遗传算法建立所需投饵利用率最大化的池塘区域，进行全覆盖自动投饵。
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