CN109557250A - 基于物联网的环境数据监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的环境数据监测方法及装置，方法包括：在前端部署前端传感器；无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块读取前端传感器的采集数据并上传到高并发数据收发服务器；进行安全审计；将解码后的数据送入高速缓存，通过云数据库组织后存入数据快速存储模块，并送入数据接口进行事务处理；进行预警判断，为紧急故障时，进入应急预案，发出紧急联动指令，配合指挥调度直至结案；为日常监管时，进行移动巡查；需要人工干预或紧急联动时，发出控制指令，编码器将编码数据送往审计机制进行安全审计后送入移动物联网，无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块反向控制前端传感器。本发明能做到远程监控、可视化监控和提前预警。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测领域，特别涉及一种基于物联网的环境数据监测方法及装置。
背景技术
生产企业环保意识淡薄，乱排乱放现象较为严重，违法成本太低，处罚力度与一些环境违法行为严重性不相适应。基层环保监管人员数量不足、素质不高，执法基础条件差、经费保障不足，专业技术力量弱、取证困难(监管无从下手)。通过传感器对环境实时进行监测，在近年来刚刚兴起，大多数是小规模应用。现有的环境监管领域中，采用空气传感器和水质传感器进行数据采集，并将采集的数据进行本地存储，当发生环境污梁问题时，无法实时获知。很难做到本地以外的远程监控、可视化监控和提前预警。
目前，有些产品也具有本地数据采集系统，有的甚至也用服务器端软件，但是大都采用通过总线集中式数据传输，需要依赖于用户现场局域网链路上传，只能小规模的运用，做不了数据共享和多部门联动监测，也无法做到大数据分析与预警。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能做到远程监控、可视化监控和提前预警的基于物联网的环境数据监测方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于物联网的环境数据监测方法，包括如下步骤：
A)在前端部署前端传感器；所述前端传感器包括空气成份分析传感器、水质监测传感器、无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备；
B)无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块通过心跳读取所述前端传感器的采集数据，并将其以报文的形式通过移动物联网上传到高并发数据收发服务器；
C)所述高并发数据收发服务器接收到所述报文后送往审计机制进行安全审计，判断所述报文是否是合法报文，如是，将所述报文送到解码器，执行步骤D)；否则，将所述报文列入黑名单；
D)所述解码器对所述报文进行解码，并将解码后的数据送入高速缓存等待数据处理和输出分发，通过云数据库组织后存入数据快速存储模块，同时将所述解码后的数据送入数据接口进行事务处理，执行步骤E)；
E)对所述解码后的数据进行数据分析，并进行预警判断，当为紧急故障时，则进入应急预案，将紧急联动指令和所述解码后的数据推送到移动终端中安装的定制APP，配合指挥调度直至紧急事件结案；当为日常监管时，则进行移动巡查；所述定制APP为基于物联网的环境数据监测APP；
F)当需要人工干预或紧急联动时，向编码器发出控制指令，所述编码器对所述控制指令进行编码，并将编码数据送往所述审计机制进行安全审计后送入所述移动物联网，所述无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块接收所述编码数据后解析成透明指令，并进行反向控制所述前端传感器。
在本发明所述的基于物联网的环境数据监测方法中，所述空气成份分析传感器包括激光粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器和臭氧传感器。
在本发明所述的基于物联网的环境数据监测方法中，所述激光粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器和水质监测传感器集成一体化的环境监测传感设备。
在本发明所述的基于物联网的环境数据监测方法中，所述空气成份分析传感器和水质监测传感器均通过RS485接口与所述无线窄带多频复用通讯模块连接，所述无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备通过RS485接口、蓝牙模块或WIFI模块与所述4G图传模块连接。
在本发明所述的基于物联网的环境数据监测方法中，所述高并发数据收发服务器采用TCP/IP+MOUBUS协议。
本发明还涉及一种实现上述基于物联网的环境数据监测方法的装置，包括：
部署单元：用于在前端部署前端传感器；所述前端传感器包括空气成份分析传感器、水质监测传感器、无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备；
数据上传单元：用于使无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块通过心跳读取所述前端传感器的采集数据，并将其以报文的形式通过移动物联网上传到高并发数据收发服务器；
安全审计单元：用于使所述高并发数据收发服务器接收到所述报文后送往审计机制进行安全审计，判断所述报文是否是合法报文，如是，将所述报文送到解码器；否则，将所述报文列入黑名单；
解码单元：用于使所述解码器对所述报文进行解码，并将解码后的数据送入高速缓存等待数据处理和输出分发，通过云数据库组织后存入数据快速存储模块，同时将所述解码后的数据送入数据接口进行事务处理；
分析预警单元：用于对所述解码后的数据进行数据分析，并进行预警判断，当为紧急故障时，则进入应急预案，将紧急联动指令和所述解码后的数据推送到移动终端中安装的定制APP，配合指挥调度直至紧急事件结案；当为日常监管时，则进行移动巡查；所述定制APP为基于物联网的环境数据监测APP；
指令编码传输单元：用于当需要人工干预或紧急联动时，向编码器发出控制指令，所述编码器对所述控制指令进行编码，并将编码数据送往所述审计机制进行安全审计后送入所述移动物联网，所述无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块接收所述编码数据后解析成透明指令，并进行反向控制所述前端传感器。
在本发明所述的装置中，所述空气成份分析传感器包括激光粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器和臭氧传感器。
在本发明所述的装置中，所述激光粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器和水质监测传感器集成一体化的环境监测传感设备。
在本发明所述的装置中，所述空气成份分析传感器和水质监测传感器均通过RS485接口与所述无线窄带多频复用通讯模块连接，所述无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备通过RS485接口、蓝牙模块或WIFI模块与所述4G图传模块连接。
在本发明所述的装置中，所述高并发数据收发服务器采用TCP/IP+MOUBUS协议。
实施本发明的基于物联网的环境数据监测方法及装置，具有以下有益效果：基于物联网的环境数据监测APP通过无线窄带多频复用物联网传输技术，并用分布式动态云计算技术实时动态采集环境数据，在高并发数据收发服务器进行大数据分析实现提前预警，并将实时数据和预警信息推送到移动终端的基于物联网的环境数据监测APP，从而实现动态数据实时共享与交换，因此能做到远程监控、可视化监控和提前预警。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于物联网的环境数据监测方法及装置一个实施例中方法的流程图；
图2为所述实施例中基于物联网的环境数据监测APP的处理流程图；
图3为所述实施例中装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明基于物联网的环境数据监测方法及装置实施例中，其基于物联网的环境数据监测方法的流程图如图1所示。图1中，基于物联网的环境数据监测方法包括如下步骤：
步骤S01在前端部署前端传感器：本步骤中，在前端部署前端传感器，前端传感器包括空气成份分析传感器、水质监测传感器、无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备。本实施例中，水质监测传感器采用接触式水PH探针传感器。空气成份分析传感器和水质监测传感器均通过RS485接口与无线窄带多频复用通讯模块连接，无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备通过RS485接口、蓝牙模块或WIFI模块与4G图传模块连接。上述水质监测传感器用于采集分析水质PH、水温和水电率等数据指标。
步骤S02无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块通过心跳读取前端传感器的采集数据，并将其以报文的形式通过移动物联网上传到高并发数据收发服务器：本步骤中，无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块通过心跳读取前端传感器的采集数据，并将该采集数据以报文的形式通过移动物联网上传到高并发数据收发服务器。移动物联网可以是NB、2G、3G或4G网络等。
步骤S03高并发数据收发服务器接收到报文后送往审计机制进行安全审计，判断报文是否是合法报文：本步骤中，高并发数据收发服务器接收到报文后送往审计机制进行安全审计，判断报文是否是合法报文，如果判断的结果为是，则执行步骤S05；否则，执行步骤S04。
步骤S04将报文列入黑名单：如果上述步骤S03的判断结果为否，即报文时非法报文，则执行本步骤。本步骤中，将报文列入黑名单。
步骤S05将报文送到解码器：如果上述步骤S03的判断结果为是，即报文是合法报文，则执行本步骤。本步骤中，将合法的报文送到解码器。执行完本步骤，执行步骤S06。
步骤S06解码器对报文进行解码，并将解码后的数据送入高速缓存等待数据处理和输出分发，通过云数据库组织后存入数据快速存储模块，同时将解码后的数据送入数据接口进行事务处理：本步骤中，解码器对上述报文进行解码，并将解码后的数据(即采集数据)送入高速缓存等待数据处理和输出分发，通过云数据库组织后存入数据快速存储模块，同时将解码后的数据送入数据接口进行事务处理。执行完本步骤，执行步骤S07。
步骤S07对解码后的数据进行数据分析，并进行预警判断：本步骤中，对解码后的数据进行数据分析，并进行预警判断，当为紧急故障时，执行步骤S08；当为日常监管时，执行步骤S09。
步骤S08进入应急预案，将紧急联动指令和解码后的数据推送到移动终端中安装的定制APP，配合指挥调度直至紧急事件结案：本步骤中，进入应急预案，发出紧急联动指令，将紧急联动指令和解码后的数据推送到移动终端中安装的定制APP，配合指挥调度直至紧急事件结案。上述定制APP为基于物联网的环境数据监测APP，图2为本实施例中基于物联网的环境数据监测APP的处理流程图。上述移动终端可以是智能手机或平板电脑等。
本实施例中，该基于物联网的环境数据监测APP包括相互连接的实时监测模块、视频监控模块、日常监管模块、预警分析模块、应急指挥模块、报表分析模块、基础信息模块和运维管理模块；其中，实时监测模块用于实时监测大气和水质等状态，在发现隐患时，预警环境安全事故；视频监控模块用于大气污染源、施工工地和区域环境敏感点的监控；日常监管模块用于实现日常环境监察和行政执法的移动处理，通过日常工作的信息化管理，有利于更方便的处理日常工作；预警分析模块用于对自动或人工监测的环境预警，进行及时排查和处理；报警方式包括现场声光、指挥中心语音、手机信息或基于物联网的环境数据监测APP；应急指挥模块用于对自动或人工监测到的在发事故，进行紧急处理、指挥调度和资源匹配；报表分析模块用于将采集的各类数据进行分析统计；基础信息模块用于将企业单位和物联网设施基础进行建档；运维管理模块用于进行用户管理、角色管理和权限管理。
步骤S09进行移动巡查：本步骤中，进行移动巡查。
步骤S10当需要人工干预或紧急联动时，向编码器发出控制指令，编码器对控制指令进行编码，并将编码数据送往审计机制进行安全审计后送入移动物联网，无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块接收编码数据后解析成透明指令，并进行反向控制前端传感器：本步骤中，当需要人工干预或紧急联动时，向编码器发出控制指令，编码器对控制指令进行编码，并将编码数据(即对控制指令编码后的数据)送往审计机制进行安全审计后送入移动物联网，无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块接收编码数据后解析成透明指令，并进行反向控制前端传感器。
在本发明的方法中，上述基于物联网的环境数据监测APP通过无线窄带多频复用物联网传输技术，并用分布式动态云计算技术实时动态采集环境数据，在高并发数据收发服务器进行大数据分析实现提前预警，并将实时数据和预警信息推送到移动终端的基于物联网的环境数据监测APP，从而实现动态数据实时共享与交换，因此能做到远程监控、可视化监控和提前预警。
在本发明的方法中，空气成份分析传感器包括激光粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器和臭氧传感器，其中，激光粉尘传感器用于采集可吸入颗粒物PM10的数据指标，二氧化氮传感器用于采集分析可吸入颗粒物NO2的数据指标，二氧化硫传感器用于采集分析可吸二氧化硫SO2的数据指标，一氧化碳传感器用于采集分析可吸一氧化碳CO的数据指标，臭氧传感器用于采集分析可吸一氧化碳O3的数据指标。
在本发明的方法中，粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器和水质监测传感器集成一体化的环境监测传感设备。也就是说，粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器和水质监测传感器集成一体化，形成环境监测传感设备。在监测区域内按地型、地域分布式布署环境监测传感设备，通过物联网传输设备将采集的数据上传到云端数据中心(即高并发数据收发服务器)进行数据分析。
在本发明的方法中，高并发数据收发服务器是一个核心组件，该组件是分布式应用中独立的软件/服务。该高并发数据收发服务器采用TCP/IP+MOUBUS协议，所有符合该协议传输均可以按既定的编码进行数据传输，双向收发，数据接发中心执行队列传输，队列内存栈最大达64M缓存。可设定多种多点数据异步传输服务，服务机构和代理机构均可按数据收发中心的开放式API接口进行远程调用。
本实施例还涉及一种实现上述基于物联网的环境数据监测方法的装置，其结构示意图如图3所示。图3中，该装置包括部署单元1、数据上传单元2、安全审计单元3、解码单元4、分析预警单元5和指令编码传输单元6；其中，部署单元1用于在前端部署前端传感器；上前端传感器包括空气成份分析传感器、水质监测传感器、无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备；本实施例中，水质监测传感器采用接触式水PH探针传感器。空气成份分析传感器和水质监测传感器均通过RS485接口与无线窄带多频复用通讯模块连接，无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备通过RS485接口、蓝牙模块或WIFI模块与4G图传模块连接。上述水质监测传感器用于采集分析水质PH、水温和水电率等数据指标。
数据上传单元2用于使无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块通过心跳读取所述前端传感器的采集数据，并将其以报文的形式通过移动物联网上传到高并发数据收发服务器；安全审计单元3用于使高并发数据收发服务器接收到报文后送往审计机制进行安全审计，判断报文是否是合法报文，如是，将报文送到解码器；否则，将所述报文列入黑名单；解码单元4用于使解码器对报文进行解码，并将解码后的数据送入高速缓存等待数据处理和输出分发，通过云数据库组织后存入数据快速存储模块，同时将解码后的数据送入数据接口进行事务处理；分析预警单元5用于对解码后的数据进行数据分析，并进行预警判断，当为紧急故障时，则进入应急预案，将紧急联动指令和所述解码后的数据推送到移动终端中安装的定制APP，配合指挥调度直至紧急事件结案；当为日常监管时，则进行移动巡查；上述定制APP为基于物联网的环境数据监测APP；指令编码传输单元6用于当需要人工干预或紧急联动时，向编码器发出控制指令，编码器对控制指令进行编码，并将编码数据送往所述审计机制进行安全审计后送入移动物联网，无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块接收编码数据后解析成透明指令，并进行反向控制前端传感器。
在本发明的装置中，上述基于物联网的环境数据监测APP通过无线窄带多频复用物联网传输技术，并用分布式动态云计算技术实时动态采集环境数据，在高并发数据收发服务器进行大数据分析实现提前预警，并将实时数据和预警信息推送到移动终端的基于物联网的环境数据监测APP，从而实现动态数据实时共享与交换，因此能做到远程监控、可视化监控和提前预警。
在本发明的装置中，空气成份分析传感器包括激光粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器和臭氧传感器，其中，激光粉尘传感器用于采集可吸入颗粒物PM10的数据指标，二氧化氮传感器用于采集分析可吸入颗粒物NO2的数据指标，二氧化硫传感器用于采集分析可吸二氧化硫SO2的数据指标，一氧化碳传感器用于采集分析可吸一氧化碳CO的数据指标，臭氧传感器用于采集分析可吸一氧化碳O3的数据指标。
在本发明的装置中，粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器和水质监测传感器集成一体化的环境监测传感设备。也就是说，粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器和水质监测传感器集成一体化，形成环境监测传感设备。在监测区域内按地型、地域分布式布署环境监测传感设备，通过物联网传输设备将采集的数据上传到云端数据中心(即高并发数据收发服务器)进行数据分析。
在本发明的装置中，高并发数据收发服务器是一个核心组件，该组件是分布式应用中独立的软件/服务。该高并发数据收发服务器采用TCP/IP+MOUBUS协议，所有符合该协议传输均可以按既定的编码进行数据传输，双向收发，数据接发中心执行队列传输，队列内存栈最大达64M缓存。可设定多种多点数据异步传输服务，服务机构和代理机构均可按数据收发中心的开放式API接口进行远程调用。
总之，本实施例中，采用分布式无线通讯技术采集二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物PM10、一氧化碳、臭氧、PH值和水电率等数据；采用无线窄带多频复用传输设备DTU进行数据传输；上述基于物联网的环境数据监测APP具有高并发接收和数据精准解码功能，还具有实时监测、视频监控、日常监管、预警分析、应急指挥、报表分析、基础信息和运维管理功能；移动终端具有实时监测和管理功能。本发明能实现动态数据实时共享与交换，因此能做到远程监控、可视化监控和提前预警。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于物联网的环境数据监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A)在前端部署前端传感器；所述前端传感器包括空气成份分析传感器、水质监测传感器、无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备；
B)无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块通过心跳读取所述前端传感器的采集数据，并将其以报文的形式通过移动物联网上传到高并发数据收发服务器；
C)所述高并发数据收发服务器接收到所述报文后送往审计机制进行安全审计，判断所述报文是否是合法报文，如是，将所述报文送到解码器，执行步骤D)；否则，将所述报文列入黑名单；
D)所述解码器对所述报文进行解码，并将解码后的数据送入高速缓存等待数据处理和输出分发，通过云数据库组织后存入数据快速存储模块，同时将所述解码后的数据送入数据接口进行事务处理，执行步骤E)；
E)对所述解码后的数据进行数据分析，并进行预警判断，当为紧急故障时，则进入应急预案，将紧急联动指令和所述解码后的数据推送到移动终端中安装的定制APP，配合指挥调度直至紧急事件结案；当为日常监管时，则进行移动巡查；所述定制APP为基于物联网的环境数据监测APP；
F)当需要人工干预或紧急联动时，向编码器发出控制指令，所述编码器对所述控制指令进行编码，并将编码数据送往所述审计机制进行安全审计后送入所述移动物联网，所述无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块接收所述编码数据后解析成透明指令，并进行反向控制所述前端传感器。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的环境数据监测方法，其特征在于，所述空气成份分析传感器包括激光粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器和臭氧传感器。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的环境数据监测方法，其特征在于，所述激光粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器和水质监测传感器集成为一体化的环境监测传感设备。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的环境数据监测方法，其特征在于，所述空气成份分析传感器和水质监测传感器均通过RS485接口与所述无线窄带多频复用通讯模块连接，所述无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备通过RS485接口、蓝牙模块或WIFI模块与所述4G图传模块连接。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的基于物联网的环境数据监测方法，其特征在于，所述高并发数据收发服务器采用TCP/IP+MOUBUS协议。
6.一种实现如权利要求1所述的基于物联网的环境数据监测方法的装置，其特征在于，包括：
部署单元：用于在前端部署前端传感器；所述前端传感器包括空气成份分析传感器、水质监测传感器、无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备；
数据上传单元：用于使无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块通过心跳读取所述前端传感器的采集数据，并将其以报文的形式通过移动物联网上传到高并发数据收发服务器；
安全审计单元：用于使所述高并发数据收发服务器接收到所述报文后送往审计机制进行安全审计，判断所述报文是否是合法报文，如是，将所述报文送到解码器；否则，将所述报文列入黑名单；
解码单元：用于使所述解码器对所述报文进行解码，并将解码后的数据送入高速缓存等待数据处理和输出分发，通过云数据库组织后存入数据快速存储模块，同时将所述解码后的数据送入数据接口进行事务处理；
分析预警单元：用于对所述解码后的数据进行数据分析，并进行预警判断，当为紧急故障时，则进入应急预案，将紧急联动指令和所述解码后的数据推送到移动终端中安装的定制APP，配合指挥调度直至紧急事件结案；当为日常监管时，则进行移动巡查；所述定制APP为基于物联网的环境数据监测APP；
指令编码传输单元：用于当需要人工干预或紧急联动时，向编码器发出控制指令，所述编码器对所述控制指令进行编码，并将编码数据送往所述审计机制进行安全审计后送入所述移动物联网，所述无线窄带多频复用通讯模块或4G图传模块接收所述编码数据后解析成透明指令，并进行反向控制所述前端传感器。
7.根据权利要求6所述的实现如权利要求1所述的基于物联网的环境数据监测方法的装置，其特征在于，所述空气成份分析传感器包括激光粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器和臭氧传感器。
8.根据权利要求7所述的实现如权利要求1所述的基于物联网的环境数据监测方法的装置，其特征在于，所述激光粉尘传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器和水质监测传感器集成为一体化的环境监测传感设备。
9.根据权利要求6所述的实现如权利要求1所述的基于物联网的环境数据监测方法的装置，其特征在于，所述空气成份分析传感器和水质监测传感器均通过RS485接口与所述无线窄带多频复用通讯模块连接，所述无人机平台、移动巡查终端和高空瞭望设备通过RS485接口、蓝牙模块或WIFI模块与所述4G图传模块连接。
10.根据权利要求6至9任意一项所述的实现如权利要求1所述的基于物联网的环境数据监测方法的装置，其特征在于，所述高并发数据收发服务器采用TCP/IP+MOUBUS协议。
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