CN108502735A - 一种门机的视屏跟踪捕捉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种门机的视屏跟踪捕捉方法,包括如下步骤:(1)摄像装置安装数据以及滑轮参数的输入;(2)摄像装置的摄像头的原始校对点的确定;(3)计算原始校对点状态下摄像头的摄像角度;(4)门机工作,控制器控制云台运动:倾角传感器和编码器分别检测水平安装板与水平面的夹角和吊绳长度,并实时将检测值发送至所述控制器,所述控制器根据水平安装板与水平面的夹角、吊绳长度、摄像装置安装数据以及滑轮参数计算工作状态下的摄像头的摄像角度,并根据工作状态摄像头的摄像角度与原始校对点状态下摄像头的摄像角度的差值发出控制命令控制云台竖向转动,云台执行命令保证摄像头对准吊具或抓斗,消除盲区。
Description
技术领域
本发明属于机械自动控制领域,具体涉及一种门机的视屏跟踪捕捉方法。
背景技术
目前的门机设备中,在门机的象鼻梁适当位置设置有可变焦带夜视功能的摄像装置,以便司机在司机室内显示器上可清楚地看到吊具、抓斗或吊钩在船舱内工作的情况。这种装置只局限于安装在象鼻梁下部的摄像装置在船舱的正上方,司机才能在司机室内显示器上可清楚地看到吊具、抓斗或吊钩在船舱内工作的情况;当象鼻梁上的摄像装置运行到图4的位置时或者吊具、抓斗被障碍物遮挡司机视线时,摄像装置不能有效的监控到吊具、抓斗的图像,并且门机在运行过种中象鼻梁角度变化时,司机在司机室内显示器上不能看到吊具运行时的实时图像。
综上,亟需提供一种可消除门机司机盲点区、剔除安全隐患、降低工作强度同时门机维护方便的门机的视屏跟踪捕捉方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可消除门机司机盲点区、剔除安全隐患、降低工作强度同时门机维护方便的门机的视屏跟踪捕捉方法。
上述目的是通过如下技术方案实现:一种门机的视屏跟踪捕捉方法,所述门机的象梁鼻底部设有水平安装板,所述水平安装板设有可竖向转动的云台以及用于检测水平安装板与水平面的夹角的倾角传感器,所述摄像装置设置在所述云台上,所述象梁鼻的端部设有用于调节吊绳的滑轮,所述门机设有用于检测吊绳长度的编码器,所述云台通过控制器调节竖向转动的角度;所述门机的视屏跟踪捕捉方法的包括如下步骤:
(1)摄像装置安装数据以及滑轮参数的输入:将摄像装置安装数据以及滑轮参数输入并预存至所述控制器中;
(2)摄像装置的摄像头的原始校对点的确定:将吊绳上的吊具或抓斗贴近地面,水平安装板的倾斜角为0°,将摄像头对着吊具或抓斗,此时摄像头的位置作为摄像头的原始校对点,云台的位置作为云台原点;
(3)计算原始校对点状态下摄像头的摄像角度:摄像头的摄像点与吊具或抓斗的连线与水平安装板的夹角为摄像头的摄像角度,控制器根据摄像装置安装数据、滑轮参数以及吊绳长度进行计算并预存入控制器内;
(4)门机工作,控制器控制云台运动:门机工作,象鼻梁倾斜角度和吊绳长度发生变化,倾角传感器和编码器分别检测水平安装板与水平面的夹角和吊绳长度,并实时将检测值发送至所述控制器,所述控制器根据水平安装板与水平面的夹角、吊绳长度、摄像装置安装数据以及滑轮参数计算工作状态下的摄像头的摄像角度,并根据工作状态摄像头的摄像角度与原始校对点状态下摄像头的摄像角度的差值发出控制命令控制云台竖向转动,云台执行命令保证摄像头对准吊具或抓斗,消除盲区。
需要说明的是,此处吊绳的长度具体是指吊绳绕过滑轮后伸出的长度,更具体为吊绳与滑轮竖向相切处到吊具或抓斗中心点的长度。
更进一步的技术方案是:所述步骤(4)中,将工作状态摄像头的摄像角度与原始校对点状态下摄像头的摄像角度的差值记为调节值,当调节值大于0°时,控制器控制云台在竖向平面逆时针转动,相对云台原点的转动角度等于调节值;当调节值小于0°时,控制器控制云台在竖向平面顺时针回转,相对云台原点的转动角度等于调节值,当调节值当等于0°时,控制器控制云台在竖向平面相对云台原点不转动。
需要强调的是,云台在竖向平面的转动角度是相对云台原点而言,而且相对云台原点仅在竖向平面转动,具体相对的是在云台原点云台与水平面的夹角进行竖向平面的转动。
更进一步的技术方案是:所述云台设有用于检测其与水平面的夹角的角度检测器,所述步骤(4)中,所述角度检测器将检测的角度信号反馈至控制器,所述控制器将接收的角度信号与调节值进行比较,当控制器将接收的角度信号的角度值与调节值相等时,控制器发出控制命令控制云台停止转动,云台执行命令。
更进一步的技术方案是:所述云台原点云台与水平面的夹角为0°。如此设置,便于控制器发出控制简易命令进行调节云台在竖向平面的转动。
更进一步的技术方案是:所述滑轮参数至少包括滑轮半径,所述摄像装置安装数据至少包括线段AD、OD、A’E’和0’E’的长度,其中,A点为原始校对点状态下摄像头的摄像点,B点为原始校对点状态下线段AB平行水平安装板时与吊绳的交点,O点为原始校对点状态下滑轮的中心点,D点为OD点垂直AB的垂足点;A’点为任意工作状态下摄像头的摄像点,B’点为任意工作状态下线段A’B’平行水平安装板时与吊绳的交点,0’为任意工作状态下滑轮的中心点,E’点是O’E’垂直于A’B’的垂足点。
更进一步的技术方案是:原始校对点状态下摄像头的摄像角度的计算公式为:∠BAC=arctan(BC/AB),其中,线段AB=AD+DB,BC=EC-OD,C点为原始校对点状态下吊具或抓斗的中心点,E点为原始校对点状态下从O点作直线与竖向吊绳的垂足点,∠BAC为原始校对点状态下摄像头的摄像角度,EC为原始校对点状态下吊绳长度,DB为滑轮半径;工作状态下的摄像头的摄像角度为:∠B’A’C’=arccos{(A’B’^2+A’C’^2-B’C’^2)/(2A’B’×A’C’)},其中,∠B’A’C’为工作状态下摄像头的摄像角度,线段A’C’=sqrt{(A’B’^2+B’C’^2-2A’B’×B’C’×COS∠A’B’C’)},线段A’B’=A’E’+E’F’+F’B’,F’B’=F’G’/cos∠A’B’D’;E’F’=O’E’×tan∠A’B’D’,∠A’B’C’=∠A’B’D’+90°,B'C'=H’C’-O’F’-G’B’,O’F’=O’E’/cos∠A’B’D’;G’B’=F’G’×tan∠A’B’D’;C’点为工作状态下吊具或抓斗的中心点,D'为直线B'D'线平行水平面的辅助点,F’点为平行于吊绳的线段O’F’与A’B’的交点,G’点是垂直吊绳的线段F’G’与吊绳的垂足点,H’点为工作状态下从O’点作直线与竖向吊绳的垂足点,F’G’为滑轮的半径,H’C’为工作状态吊绳长度,∠A’B’D’可通过倾角传感器的检测。
更进一步的技术方案是:所述门机设有卷筒,所述吊绳的一端固定在所述卷筒上,通过驱动电机驱动所述卷筒转动进而调节吊绳长度,所述编码器用于检测卷筒的转动方向以及转动圈数进而检测吊绳长度的变化值,所述编码器将检测的信号传递给控制器,所述控制器内预存有原始校对点状态下的吊绳长度,所述控制器将接收的吊绳长度的变化值与原始校对点状态下的吊绳长度进行比较计算得到工作状态下的吊绳长度。需要说明的是,此处编码器用于检测卷筒的转动方向以及转动圈数均是相对原始校对点状态下卷筒进行比较。
更进一步的技术方案是:所述倾角传感器为3D倾角传感器。3D倾角传感器比传统的倾角传感器精度更高应用了3D倾角传感器,使采集原始数据准确,为云台的精确调整奠定了基础。
更进一步的技术方案是:所述门机还包括显示装置,所述显示装置与所述控制器电连,所述控制器可将视屏信号以及通过计算运算出的结果发送至显示装置进行实时显示。控制器是角度信号采集、检测、运算的中心,运算出的俯结果可以在显示器上显示,方便操作者监视,便于更好地控制设备运行。
更进一步的技术方案是:所述控制器为PLC,所述编码器为绝对值编码器。
本发明的实施,既可以使司机在司机室内显示器上可清楚地看到吊具、抓斗或吊钩在船舱内工作的情况,又可以使司机在司机室在象鼻梁角度变化时或者吊具被障碍物遮挡司机视线时,司机在司机室内显示器上清楚地看到吊具的实时图像,这样消除门机司机盲点区安全隐患,避免门机司机在没有确定的情况下操作门机进而引发安全事故;再次,降低的门机司机的工作强度,避免门机司机的经常要摆着头或低着头看外面的吊具情况,且维护方便由于安装了云台,对于维护清理镜头方便,可以用云台施转到一定角度进行清洁工作。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种实施方式所涉及的所涉及的门机的视屏跟踪捕捉方法的工作流程图;
图2为本发明一种实施方式所涉及的门机的结构示意图,其中,实线表示门机原始校对点的状态,虚线表示门机任意工作状态。
图3为图2中所涉及的门机原始校对点的状态下摄像头的摄像角度的计算示意图;
图4为图2中所涉及的任意工作状态下摄像头的摄像角度的计算示意图。
图中:
1摄像装置 2象梁鼻 3倾角传感器 4云台
5水平安装板 6吊绳 7吊具 8滑轮
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外,本领域技术人员根据本文件的描述,可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明实施例如下,参照图1~4,一种门机的视屏跟踪捕捉方法,所述门机的象梁鼻2底部设有水平安装板5,所述水平安装板5设有可竖向转动的云台4以及用于检测水平安装板5与水平面的夹角的倾角传感器3,所述摄像装置1设置在所述云台4上,所述象梁鼻2的端部设有用于调节吊绳6的滑轮8,所述门机设有用于检测吊绳6长度的编码器,所述云台4通过控制器调节竖向转动的角度;所述门机的视屏跟踪捕捉方法的包括如下步骤:
(1)摄像装置1安装数据以及滑轮8参数的输入:将摄像装置1安装数据以及滑轮8参数输入并预存至所述控制器中;
(2)摄像装置1的摄像头的原始校对点的确定:将吊绳6上的吊具7或抓斗贴近地面,水平安装板5的倾斜角为0°,将摄像头对着吊具7或抓斗,此时摄像头的位置作为摄像头的原始校对点,云台4的位置作为云台4原点,;
(3)计算原始校对点状态下摄像头的摄像角度:摄像头的摄像点与吊具7或抓斗的连线与水平安装板5的夹角为摄像头的摄像角度,控制器根据摄像装置1安装数据、滑轮8参数以及吊绳6长度进行计算并预存入控制器内;
(4)门机工作,控制器控制云台4运动:门机工作,象鼻梁倾斜角度和吊绳6长度发生变化,倾角传感器3和编码器分别检测水平安装板5与水平面的夹角和吊绳6长度,并实时将检测值发送至所述控制器,所述控制器根据水平安装板5与水平面的夹角、吊绳6长度、摄像装置1安装数据以及滑轮8参数计算工作状态下的摄像头的摄像角度,并根据工作状态摄像头的摄像角度与原始校对点状态下摄像头的摄像角度的差值发出控制命令控制云台4竖向转动,云台4执行命令保证摄像头对准吊具7或抓斗,消除盲区。
需要说明的是,如图3和图4,此处吊绳6的长度具体是指吊绳6绕过滑轮8后伸出的长度,更具体为吊绳6与滑轮8竖向相切处到吊具7或抓斗中心点的长度。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,如图2和图3,所述步骤(4)中,将工作状态摄像头的摄像角度与原始校对点状态下摄像头的摄像角度的差值记为调节值,当调节值大于0°时,控制器控制云台4在竖向平面逆时针转动,相对云台4原点的转动角度等于调节值;当调节值小于0°时,控制器控制云台4在竖向平面顺时针回转,相对云台4原点的转动角度等于调节值,当调节值当等于0°时,控制器控制云台4在竖向平面相对云台4原点不转动。
需要强调的是,云台4在竖向平面的转动角度是相对云台4原点而言,而且相对云台4原点仅在竖向平面转动,具体相对的是在云台4原点云台4与水平面的夹角进行竖向平面的转动。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,如图1,所述云台4设有用于检测其与水平面的夹角的角度检测器,所述步骤(4)中,所述角度检测器将检测的角度信号反馈至控制器,所述控制器将接收的角度信号与调节值进行比较,当控制器将接收的角度信号的角度值与调节值相等时,控制器发出控制命令控制云台4停止转动,云台4执行命令。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,如图2,所述云台4原点云台4与水平面的夹角为0°。如此设置,便于控制器发出控制简易命令进行调节云台4在竖向平面的转动。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,如图1、图3和图4,所述滑轮8参数至少包括滑轮8半径,所述摄像装置1安装数据至少包括线段AD、OD、A’E’和0’E’的长度,其中,A点为原始校对点状态下摄像头的摄像点,B点为原始校对点状态下线段AB平行水平安装板5时与吊绳6的交点,O点为原始校对点状态下滑轮8的中心点,D点为OD点垂直AB的垂足点;A’点为任意工作状态下摄像头的摄像点,B’点为任意工作状态下线段A’B’平行水平安装板5时与吊绳6的交点,0’为任意工作状态下滑轮8的中心点,E’点是O’E’垂直于A’B’的垂足点。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,如图3和图4,原始校对点状态下摄像头的摄像角度的计算公式为:∠BAC=arctan(BC/AB),其中,线段AB=AD+DB,BC=EC-OD,C点为原始校对点状态下吊具7或抓斗的中心点,E点为原始校对点状态下从O点作直线与竖向吊绳的垂足点,∠BAC为原始校对点状态下摄像头的摄像角度,EC为原始校对点状态下吊绳6长度,DB为滑轮8半径;工作状态下的摄像头的摄像角度为:∠B’A’C’=arccos{(A’B’^2+A’C’^2-B’C’^2)/(2A’B’×A’C’)},其中,∠B’A’C’为工作状态下摄像头的摄像角度,线段A’C’=sqrt{(A’B’^2+B’C’^2-2A’B’×B’C’×COS∠A’B’C’)},线段A’B’=A’E’+E’F’+F’B’,F’B’=F’G’/cos∠A’B’D’;E’F’=O’E’×tan∠A’B’D’,∠A’B’C’=∠A’B’D’+90°,B'C'=H’C’-O’F’-G’B’,O’F’=O’E’/cos∠A’B’D’;G’B’=F’G’×tan∠A’B’D’;C’点为工作状态下吊具7或抓斗的中心点,D'为直线B'D'线平行水平面的辅助点,F’点是平行于吊绳6的线段O’F’与A’B’的交点,G’点是垂直吊绳6的线段F’G’与吊绳6的垂足点,H’点为工作状态下从O’点作直线与竖向吊绳的垂足点,F’G’为滑轮8的半径,H’C’为工作状态吊绳6长度,∠A’B’D’可通过倾角传感器3的检测。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,所述门机设有卷筒,所述吊绳6的一端固定在所述卷筒上,通过驱动电机驱动所述卷筒转动进而调节吊绳6长度,所述编码器用于检测卷筒的转动方向以及转动圈数进而检测吊绳6长度的变化值,所述编码器将检测的信号传递给控制器,所述控制器内预存有原始校对点状态下的吊绳6长度,所述控制器将接收的吊绳6长度的变化值与原始校对点状态下的吊绳6长度进行比较计算得到工作状态下的吊绳6长度。需要说明的是,此处编码器用于检测卷筒的转动方向以及转动圈数均是相对原始校对点状态下卷筒进行比较。优选,所述门机设有机器房,所述机器房设置在所述象鼻梁2的下方,所述卷筒设置在所述机器房内。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,所述倾角传感器3为3D倾角传感器3。3D倾角传感器3比传统的倾角传感器3精度更高应用了3D倾角传感器3,使采集原始数据准确,为云台4的精确调整奠定了基础。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,所述门机还包括显示装置,所述显示装置与所述控制器电连,所述控制器可将视屏信号以及通过计算运算出的结果发送至显示装置进行实时显示。控制器是角度信号采集、检测、运算的中心,运算出的俯结果可以在显示器上显示,方便操作者监视,便于更好地控制设备运行,
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,所述控制器为PLC,所述编码器为绝对值编码器。
本发明的实施,既可以使司机在司机室内显示器上可清楚地看到吊具7、抓斗或吊钩在船舱内工作的情况,又可以使司机在司机室在象鼻梁角度变化时或者吊具7被障碍物遮挡司机视线时,司机在司机室内显示器上清楚地看到吊具7的实时图像,这样消除门机司机盲点区安全隐患,避免门机司机在没有确定的情况下操作门机进而引发安全事故;再次,降低的门机司机的工作强度,避免门机司机的经常要摆着头或低着头看外面的吊具7情况,且维护方便由于安装了云台4,对于维护清理镜头方便,可以用云台4施转到一定角度进行清洁工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种门机的视屏跟踪捕捉方法,其特征在于,所述门机的象梁鼻底部设有水平安装板,所述水平安装板设有可竖向转动的云台以及用于检测水平安装板与水平面的夹角的倾角传感器,所述摄像装置设置在所述云台上,所述象梁鼻的端部设有用于调节吊绳的滑轮,所述门机设有用于检测吊绳长度的编码器,所述云台通过控制器调节竖向转动的角度;所述门机的视屏跟踪捕捉方法的包括如下步骤:
(1)摄像装置安装数据以及滑轮参数的输入:将摄像装置安装数据以及滑轮参数输入并预存至所述控制器中;
(2)摄像装置的摄像头的原始校对点的确定:将吊绳上的吊具或抓斗贴近地面,水平安装板的倾斜角为0°,将摄像头对着吊具或抓斗,此时摄像头的位置作为摄像头的原始校对点,云台的位置作为云台原点;
(3)计算原始校对点状态下摄像头的摄像角度:摄像头的摄像点与吊具或抓斗的连线与水平安装板的夹角为摄像头的摄像角度,控制器根据摄像装置安装数据、滑轮参数以及吊绳长度进行计算并预存入控制器内;
(4)门机工作,控制器控制云台运动:门机工作,象鼻梁倾斜角度和吊绳长度发生变化,倾角传感器和编码器分别检测水平安装板与水平面的夹角和吊绳长度,并实时将检测值发送至所述控制器,所述控制器根据水平安装板与水平面的夹角、吊绳长度、摄像装置安装数据以及滑轮参数计算工作状态下的摄像头的摄像角度,并根据工作状态摄像头的摄像角度与原始校对点状态下摄像头的摄像角度的差值发出控制命令控制云台竖向转动,云台执行命令保证摄像头对准吊具或抓斗,消除盲区。
2.根据权利要求1所述的门机的视屏跟踪捕捉方法,其特征在于,所述步骤(4)中,将工作状态摄像头的摄像角度与原始校对点状态下摄像头的摄像角度的差值记为调节值,当调节值大于0°时,控制器控制云台在竖向平面逆时针转动,相对云台原点的转动角度等于调节值;当调节值小于0°时,控制器控制云台在竖向平面顺时针回转,相对云台原点的转动角度等于调节值,当调节值当等于0°时,控制器控制云台在竖向平面相对云台原点不转动。
3.根据权利要求2所述的门机的视屏跟踪捕捉方法,其特征在于,所述云台设有用于检测其与水平面的夹角的角度检测器,所述步骤(4)中,所述角度检测器将检测的角度信号反馈至控制器,所述控制器将接收的角度信号与调节值进行比较,当控制器将接收的角度信号的角度值与调节值相等时,控制器发出控制命令控制云台停止转动,云台执行命令。
4.根据权利要求3所述的门机的视屏跟踪捕捉方法,其特征在于,所述云台原点云台与水平面的夹角为0°。
5.根据权利要求4所述的门机的视屏跟踪捕捉方法,其特征在于,所述滑轮参数至少包括滑轮半径,所述摄像装置安装数据至少包括线段AD、OD、A’E’和0’E’的长度,其中,A点为原始校对点状态下摄像头的摄像点,B点为原始校对点状态下线段AB平行水平安装板时与吊绳的交点,O点为原始校对点状态下滑轮的中心点,D点为OD点垂直AB的垂足点;A’点为任意工作状态下摄像头的摄像点,B’点为任意工作状态下线段A’B’平行水平安装板时与吊绳的交点,0’为任意工作状态下滑轮的中心点,E’点是O’E’垂直于A’B’的垂足点。
6.根据权利要求5所述的门机的视屏跟踪捕捉方法,其特征在于,原始校对点状态下摄像头的摄像角度的计算公式为:∠BAC=arctan(BC/AB),其中,线段AB=AD+DB,BC=EC-OD,C点为原始校对点状态下吊具或抓斗的中心点,E点为原始校对点状态下从O点作直线与竖向吊绳的垂足点,∠BAC为原始校对点状态下摄像头的摄像角度,EC为原始校对点状态下吊绳长度,DB为滑轮半径;工作状态下的摄像头的摄像角度为:∠B’A’C’=arccos{(A’B’^2+A’C’^2-B’C’^2)/(2A’B’×A’C’)},其中,∠B’A’C’为工作状态下摄像头的摄像角度,线段A’C’=sqrt{(A’B’^2+B’C’^2-2A’B’×B’C’×COS∠A’B’C’)},线段A’B’=A’E’+E’F’+F’B’,F’B’=F’G’/cos∠A’B’D’;E’F’=O’E’×tan∠A’B’D’,∠A’B’C’=∠A’B’D’+90°,B'C'=H’C’-O’F’-G’B’,O’F’=O’E’/cos∠A’B’D’;G’B’=F’G’×tan∠A’B’D’;C’点为工作状态下吊具或抓斗的中心点,D'为直线B'D'线平行水平面的辅助点,F’点为平行于吊绳的线段O’F’与A’B’的交点,G’点是垂直吊绳的线段F’G’与吊绳的垂足点,H’点为工作状态下从O’点作直线与竖向吊绳的垂足点,F’G’为滑轮的半径,H’C’为工作状态吊绳长度,∠A’B’D’可通过倾角传感器的检测。
7.根据权利要求2~6所述的门机的视屏跟踪捕捉方法,其特征在于,所述门机设有卷筒,所述吊绳的一端固定在所述卷筒上,通过驱动电机驱动所述卷筒转动进而调节吊绳长度,所述编码器用于检测卷筒的转动方向以及转动圈数进而检测吊绳长度的变化值,所述编码器将检测的信号传递给控制器,所述控制器内预存有原始校对点状态下的吊绳长度,所述控制器将接收的吊绳长度的变化值与原始校对点状态下的吊绳长度进行比较计算得到工作状态下的吊绳长度。
8.根据权利要求7所述的门机的视屏跟踪捕捉方法,其特征在于,所述倾角传感器为3D倾角传感器。
9.根据权利要求8所述的门机的视屏跟踪捕捉方法,其特征在于,所述门机还包括显示装置,所述显示装置与所述控制器电连,所述控制器可将视屏信号以及通过计算运算出的结果发送至显示装置进行实时显示。
10.根据权利要求9所述的门机的视屏跟踪捕捉方法,其特征在于,所述控制器为PLC,所述编码器为绝对值编码器。
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