CN110707893A - 智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了智能控制系统，包括能量转换装置、信号传感器和信号控制器；能量转换装置埋置于路口附近的地面下方，能量转换装置包括磁场提供模块和闭合成回路的导体，当车辆向前经过地面时，车辆对地面的压力及摩擦力使得磁场提供模块与导体之间发生相对运动，导体内产生感应电流，信号传感器采集感应电流产生的电信号并发送到信号控制器，信号控制器对电信号进行处理，获取与电信号相应的车流量，并根据车流量调整交通指示灯的信号时长。信号传感器可以取代现有技术中埋置于地下的压力传感器，实时监控路口各方向的车流量并提供给信号控制器，并且，该信号传感器不需要接入电网来取电，具有节能的优点，帮助城市减轻资源消耗。

Description

智能控制系统

技术领域

本申请涉及能量转换的技术领域，尤其涉及一种智能控制系统。

背景技术

现有的交通灯控制一般人为设置固定时长，由于道路交通的偶然性和随意性，各路口各路段的车辆在不停的动态变化，将任意方向的红绿灯时长设置为固定值的做法并不科学，导致交通堵塞现象时有发生，路口的某个方向大量积压，与此同时另外的方向却无车辆通过，造成极大的社会浪费。因此，根据车流量来调整每个信号灯的时长是当下的一种技术发展趋势。

现有技术有的采用架设车辆摄像探测技术，通过摄像头探测车流量，但该技术需要庞大的软件系统以及昂贵的网络支撑方可运行，另外，遇到阴雨天可能导致探测准确度受影响。

为了降低软件系统和网络系统的成本，有的采用地下埋设压力传感器的方式来统计每个方向的车流量，但该技术需要将压力传感器接入电网为其供电，造成电能的消耗。

发明内容

本申请的目的在于提供一种智能控制系统，引入信号传感器采集车辆经过路面时在能量转换装置中产生的电信号并据此获取车流量，能够解决地下埋设压力传感器的不足。

本申请的目的采用以下技术方案实现：

一种智能控制系统，所述智能控制系统包括能量转换装置、信号传感器和信号控制器；所述能量转换装置与所述信号传感器连接；所述信号传感器与所述信号控制器通信；所述能量转换装置埋置于路口附近的地面下方，所述能量转换装置包括磁场提供模块和闭合成回路的导体，当车辆向前经过所述地面时，所述车辆对所述地面的压力及摩擦力使得所述磁场提供模块与所述导体之间发生相对运动，所述导体内产生感应电流；所述导体还与蓄电池连接或者接入电网；所述信号传感器采集所述感应电流产生的电信号并发送到所述信号控制器；所述信号控制器对所述电信号进行处理，获取与所述电信号相应的车流量，并根据所述车流量调整交通指示灯的信号时长。其有益效果在于：在路口附近的地下埋置能量转换装置，当车辆向前经过路口时，车辆对地面的压力及摩擦力带动能量转换装置工作，磁场提供模块与导体发生相对运动，电磁感应使导体内产生感应电流，信号传感器采集感应电流产生的电信号并提供给信号控制器，信号控制器据此获取实时车流量并动态调整交通指示灯的时长，同时，压力及摩擦力做的功转换为电能并存储于蓄电池或者接入电网。信号传感器可以取代现有技术中埋置于地下的压力传感器，实时监控路口各方向的车流量并提供给信号控制器，并且，该信号传感器不需要接入电网来取电，具有节能的优点，帮助城市减轻资源消耗。埋置于地下的能量转换装置有效收集车辆行驶产生的能量，不受天气、线路的影响，各组件之间管线的安装距离较短，维护简单，节省了大量的设备成本、人工成本和时间成本。

可选地，所述车流量包括第一方向的车流量；所述第一方向是所述路口处任一通行方向；所述信号控制器还对所述电信号进行处理，获取与所述电信号相应的第一方向的车辆质量、车辆速度，根据所述第一方向的车流量以及所述第一方向的车辆质量、车辆速度，调整第一方向交通指示灯的信号时长。其有益效果在于：给车流量、车辆质量、车辆速度这些影响因素设置适当的加权系数，计算相应的延长或缩短绿灯信号时长的比例，可以实现车辆通行效率的最大化。

可选地，所述信号传感器在预定时间段内工作。其有益效果在于：减少信号传感器的工作时间，延长其使用寿命。

可选地，所述蓄电池还与所述信号控制器和/或交通指示灯连接。其有益效果在于：为信号控制器和交通指示灯供电，减少电网的电力负担。

可选地，所述磁场提供模块至少包括一个条形磁铁，所述条形磁铁的放置方向是倾斜向前并且向下；所述导体包括感应线圈，所述感应线圈呈螺旋状非接触地缠绕在所述条形磁铁的外周，且使所述条形磁铁处于所述感应线圈的中心。其有益效果在于：条形磁铁及感应线圈并非竖直放置，而是向车辆行进的方向倾斜，使能量转换装置能够同时收集压力及摩擦力做的功产生的能量。

可选地，所述能量转换装置的数量至少是两个，至少有两个所述能量转换装置沿所述车辆的行驶方向设置在所述路口同一侧；至少有两个沿所述车辆的行驶方向设置在所述路口同一侧的所述能量转换装置中的条形磁铁与竖直方向的夹角沿靠近所述路口的方向依次增大。其有益效果在于：使多个能量转换装置充分转换摩擦力做的功。

可选地，所述压力及所述摩擦力使得所述磁场提供模块发生运动，所述导体保持静止；或者，所述压力及所述摩擦力使得所述导体发生运动，所述磁场提供模块保持静止。其有益效果在于：确定磁场提供模块和导体之间发生相对运动的方式。

可选地，所述能量转换装置还包括复位模块，所述能量转换装置还包括复位模块，所述复位模块支撑所述磁场提供模块和所述导体中发生运动的一方并使被支撑的一方具有倾斜向后并且向上的运动趋势。其有益效果在于：在车辆经过地面时，发生运动的磁场提供模块或导体的位移向下，而在车辆经过地面后，受复位模块作用力，发生运动的磁场提供模块或导体被支撑位移向上恢复到车辆经过前的位置。

可选地，所述智能控制系统包括至少两个所述能量转换装置，所述至少两个所述能量转换装置中包括相邻的第一能量转换装置和第二能量转换装置，且所述第一能量转换装置在所述第二能量转换装置之前；所述智能控制系统还包括埋置于所述地面下方的连杆、第一枢接件、第二枢接件、第一弹簧和第二弹簧；所述连杆的上端连接所述第一能量转换装置的上部，所述连杆的下端连接所述第二能量转换装置的下部；所述第一枢接件的第一端枢接于所述第一能量转换装置的非端部部位，所述第二枢接件的第一端枢接于所述第二能量转换装置的非端部部位，所述第一枢接件的第二端和所述第二枢接件的第二端均固定于所述地面；所述第一弹簧的上端连接所述第一能量转换装置的下部，所述第二弹簧的上端连接所述第二能量转换装置的下部，所述第一弹簧的下端和所述第二弹簧的下端均固定于所述地面的下方。其有益效果在于：第一能量转换装置的放置方向能够跟随压力及摩擦力的合力方向而发生改变，使第一能量转换装置发生运动或产生形变的方向始终平行于或近似平行于所受到的合力方向，避免其损坏；同时，使第一能量转换装置发生的运动或产生的形变可以达到最大，相应的，所转换的电能达到最大。

可选地，所述智能控制系统还包括与所述能量转换装置连接的电能传输装置，以及与所述电能传输装置连接的电能整理装置；所述电能传输装置用于将所述能量转换装置输出的电能传输到所述电能整理装置；所述电能整理装置用于对所述电能传输装置输出的电流进行整流，对所述电能传输装置输出的电压进行变压；所述电能整理装置还与所述蓄电池连接或者接入所述电网。其有益效果在于：能够对车辆行驶产生的能量进行再利用，补充电网电能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。

图1示出了本申请实施例提供的一种智能控制系统的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种条形磁铁、感应线圈及地面、车辆、交通指示灯之间位置关系的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的另一种条形磁铁、感应线圈及地面、车辆、交通指示灯之间位置关系的结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种能量转换装置及地面、车辆、交通指示灯之间位置关系的结构示意图；

图5示出了本申请实施例提供的一种智能控制系统及地面、车辆之间位置关系的结构示意图。

图中：10、能量转换装置；11、条形磁铁；12、感应线圈；13、第一能量转换装置；14、第二能量转换装置；20、蓄电池；30、信号传感器；40、信号控制器；50、复位模块；60、电能传输装置；70、电能整理装置；81、地面；82、车辆；83、交通指示灯；91、连杆；92、第一枢接件；93、第二枢接件；94、第一弹簧；95、第二弹簧。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

参见图1，本申请实施例提供了一种智能控制系统，该系统包括能量转换装置10、信号传感器30和信号控制器40，能量转换装置10与信号传感器30连接，信号传感器30与信号控制器40通信。

能量转换装置10埋置于路口附近的地面81下方，能量转换装置10包括磁场提供模块和闭合成回路的导体，当车辆82向前经过地面81时，车辆82对地面81的压力G及摩擦力F使得磁场提供模块与导体之间发生相对运动，导体内产生感应电流，导体还与蓄电池20连接或者接入电网。这样，利用电磁感应原理，将地面81对能量转换装置10的作用力作为驱动磁场提供模块和/或导体的动力，使二者之间发生相对运动，导体处于变化磁通量中，导体内产生感应电动势，在闭合回路中产生感应电流，将运动物体对地面81的压力G及摩擦力F做的功转换为电能并存储，能够有效收集车辆82行驶产生的能量并将其再利用。

本实施例中，路口指的是交通道路上，至少两条道路的交汇处。可选地，交通道路是机动车通行密集路段，这种路段车辆82行驶产生的能量较大。

信号传感器30采集上述感应电流产生的电信号并发送到信号控制器40，信号控制器40对电信号进行处理，获取与电信号相应的车流量，并根据车流量调整交通指示灯83的信号时长。

每次有车辆82经过能量转换装置10，都会产生相应的感应电流，感应电流的电信号的数量可以反映经过地面81的车辆数量，从而计算出车流量。其中，车流量可以是单位时间内经过地面81的车辆数量，单位时间可以是1分钟或1小时。这样，将对路口处交通指示灯83的主观、固定的时长控制改变为与实时车流量相应的客观、动态的时长控制。例如，在车流量很大时，可以将每个方向的绿灯时长设置为更长时间，使每个绿灯时通过更多车辆82，从而减少堵车概率，提高通行效率。

本实施例中，车流量可以包括第一方向的车流量，其中，第一方向是路口处任一通行方向。在实际应用中，第一方向可以是东、南、西、北直行车道进口方向，此时能量转换装置10埋置于直行车道的地下。第一方向也可以是转向车道进口方向，此时能量转换装置10埋置于相应的转向车道的地下。

在一些实施例中，信号控制器40还可以对电信号进行处理，获取与电信号相应的第一方向的车辆质量、车辆速度，根据第一方向的车流量以及第一方向的车辆质量、车辆速度，调整第一方向交通指示灯83的信号时长。其中，信号控制器40还可以根据第一方向的车辆速度获取第一方向的加速度，根据第一方向的车流量以及第一方向的车辆质量、车辆速度、车辆加速度，调整第一方向交通指示灯83的信号时长。

影响感应电流产生电信号的因素不仅有经过能量转换装置10的车辆数量，还有车辆82的质量、速度、加速度。车辆质量越大，车辆82对地面81的压力G越大，电信号的幅度越大。车辆加速度的绝对值越大，车辆82加速或减速越快，车辆82对地面81的摩擦力F越大，电信号的幅度越大。车辆速度越小并且车辆长度越大，电信号的持续时间越长。

这样，当第一方向的车流量较大、车辆质量较大、车辆速度较慢时，信号控制器40可以延长第一方向绿灯的信号时长，当第一方向的车流量较小、车辆质量较小、车辆速度较快时，信号控制器40可以缩短第一方向绿灯的信号时长，给车流量、车辆质量、车辆速度这些影响因素设置适当的加权系数，计算相应的延长或缩短绿灯信号时长的比例，可以实现车辆通行效率的最大化。

在一些实施例中，信号传感器30在预定时间段内工作。在一天的时间中，车流量特别高或者特别低的时间段是有一定规律的，因此，可以使信号传感器30只在这两种时间段内工作，通过信号控制器40适当延长或者缩短交通指示灯83的信号时长，缓解交通拥堵的状况、提高车辆通行效率，而在其他时间段内，信号传感器30不工作，交通指示灯83按照标准时长进行切换即可。这样，可以大大减少信号传感器30的工作时间，延长其使用寿命。预定时间段可以是根据该路口处的车流量及其通行时间所确定的时间段，例如，预定时间段可以包括上午八点到九点半，下午五点半到七点，以及凌晨一点到五点半。

在一些实施例中，蓄电池20还与信号控制器40和/或交通指示灯83连接，用于为信号控制器40和/或交通指示灯83供电。在一些车流量巨大的路口，能量转换装置10能够转换输出大量电能时，所转换的电能能够为信号控制器40和交通指示灯83供电，减少电网的电力负担。

参见图2，磁场提供模块可以至少包括一个条形磁铁11，条形磁铁11的放置方向是倾斜向前并且向下，导体包括感应线圈12，感应线圈12呈螺旋状非接触地缠绕在条形磁铁11的外周，且使条形磁铁11处于感应线圈12的中心。这样，条形磁铁11及感应线圈12并非竖直放置，而是向车辆82行进的方向倾斜，使能量转换装置10能够同时收集压力G及摩擦力F做的功产生的能量。

车辆82产生摩擦力F的位置并非只在路口处，而是在发生减速的所有位置，在实际应用中，车辆82往往在到达路口之前就已经开始减速。为了充分收集车辆82对地面81的压力G及摩擦力F做的功，可以在路口附近的地下沿车辆82的行驶方向设置更多的能量转换装置10。根据实际经验，越靠近路口，减速所产生的摩擦力F越大，压力G及摩擦力F的合力与竖直方向的夹角越大。参见图4，能量转换装置10的数量至少是两个，至少有两个能量转换装置10沿车辆82的行驶方向设置在路口同一侧，至少有两个沿车辆82的行驶方向设置在路口同一侧的能量转换装置10中的条形磁铁11与竖直方向的夹角沿靠近路口的方向依次增大。这样可以使多个能量转换装置10充分转换摩擦力F做的功。

在一些实施例中，能量转换装置10的数量可以至少是三个，能量转换装置10沿车辆82的行驶方向排列成至少两行。例如，可以在六车道的路面下方设置六行能量转换装置10，分别收集、转换六条车道的车辆82行驶产生的能量。

磁场提供模块和导体之间发生相对运动有三种方式。第一种是，参见图2，车辆82对地面81的压力G及摩擦力F使磁场提供模块发生运动，导体保持静止。第二种是，参见图3，车辆82对地面81的压力G及摩擦力F使导体发生运动，磁场提供模块保持静止。第三种是，车辆82对地面81的压力G及摩擦力F使磁场提供模块和导体都发生运动，但二者的运动并没有形成相对静止的情况。

为了使能量转换装置10实现可重复利用，能量转换装置10还可以包括复位模块50，复位模块50支撑磁场提供模块和导体中发生运动的一方并使被支撑的一方具有倾斜向后并且向上的运动趋势。这样，在车辆82经过地面81时，发生运动的磁场提供模块或导体的位移向下，而在车辆82经过地面81后，受复位模块50作用力，发生运动的磁场提供模块或导体被支撑位移向上恢复到车辆82经过前时的位置。可选地，所述复位模块50可以是弹簧。

参见图5，在一些实施例中，智能控制系统包括至少两个能量转换装置10，至少两个能量转换装置10中包括相邻的第一能量转换装置13和第二能量转换装置14，且第一能量转换装置13在第二能量转换装置14之前；智能控制系统还可以包括埋置于地面81下方的连杆91、第一枢接件92、第二枢接件93、第一弹簧94和第二弹簧95；连杆91的上端连接第一能量转换装置13的上部，连杆91的下端连接第二能量转换装置14的下部；第一枢接件92的第一端枢接于第一能量转换装置13的非端部部位，第二枢接件93的第一端枢接于第二能量转换装置14的非端部部位，第一枢接件92的第二端和第二枢接件93的第二端均固定于地面81；第一弹簧94的上端连接第一能量转换装置13的下部，第二弹簧95的上端连接第二能量转换装置14的下部，第一弹簧94的下端和第二弹簧95的下端均固定于地面81的下方。其中，第一枢接件92的第二端和第二枢接件93的第二端均固定于地面81是指固定于地面81上或者固定于地面81的下方。非端部是指除去上端、下端两个端部之外的中间部位。在一种优选的情况，第一枢接件92的第一端可以枢接于第一能量转换装置13的中部，第二枢接件93的第一端可以枢接于第二能量转换装置14的中部。

在本实施例中，当车辆82向前经过地面81时，如果压力G及摩擦力F的合力方向与第二能量转换装置14的放置方向不一致，则第二能量转换装置14将绕着第二枢接件93发生转动，通过连杆91的传动作用带动第一能量转换装置13发生转动，以使第一能量转换装置13的放置方向平行于或者近似平行于压力G及摩擦力F的合力方向，当车辆82通过地面81后，第一弹簧94、第二弹簧95分别使第一能量转换装置13、第二能量转换装置14复位。例如，当车辆82很重、压力G很大时，压力G及摩擦力F的合力方向向下偏移于第二能量转换装置14的放置方向，则第二能量转换装置14发生顺时针转动，连杆91的下端上移，连杆91的上端带动第一能量转换装置13发生逆时针转动，第一能量转换装置13的放置方向向下偏移，靠近于压力G及摩擦力F的合力方向。例如，当车辆82与地面81之间的摩擦力很大时，压力G及摩擦力F的合力方向向前偏移于第二能量转换装置14的放置方向，则第二能量转换装置14发生逆时针转动，连杆91的下端下移，连杆91的上端带动第一能量转换装置13发生顺时针转动，第一能量转换装置13的放置方向向前偏移，靠近于压力G及摩擦力F的合力方向。

在车辆82的行进过程中，压力G及摩擦力F的合力方向不确定，可能随时发生变化，如果没有连杆91、第一枢接件92、第二枢接件93，随着车辆82的行进，当压力G与摩擦力F的合力方向发生变化时，第一能量转换装置13发生运动或产生形变的方向往往与合力方向不一致，第一能量转换装置13将受到其发生运动或产生形变的方向的垂直方向上的作用力，影响其使用寿命，可能导致其很快损坏。设置连杆91、第一枢接件92、第二枢接件93，第一能量转换装置13的放置方向能够跟随压力G及摩擦力F的合力方向而发生改变，使第一能量转换装置13发生运动或产生形变的方向始终平行于或近似平行于所受到的合力方向，避免第一能量转换装置13受到其发生运动或产生形变的方向的垂直方向上的作用力导致其损坏。另一方面，第一能量转换装置13发生运动或产生形变的方向始终平行于或近似平行于所受到的合力方向，使发生的运动或产生的形变可以达到最大，相应的，所转换的电能达到最大。

在一种优选的情况，智能控制系统中任意相邻的两个能量转换装置10之间都设置有连杆91，任意一个能量转换装置10都通过枢接件连接到地面81并可绕相应的枢接件发生转动。这样，当车辆82向前经过地面81时，能够根据首先经过的能量转换装置10所受到的压力G及摩擦力F的合力方向实时调整在前的能量转换装置10的放置方向，避免其损坏并最大化其所转换的电能。

继续参见图1，智能控制系统还可以包括与能量转换装置10连接的电能传输装置60，以及与电能传输装置60连接的电能整理装置70，电能传输装置60用于将能量转换装置10输出的电能传输到电能整理装置70，电能整理装置70用于对电能传输装置60输出的电流进行整流，以及对电能传输装置60输出的电压进行变压，电能整理装置70还与蓄电池20连接或者接入电网。

本申请从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其具有的实用进步性，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本申请以上的说明及附图，仅为本申请的较佳实施例而已，并非以此局限本申请，因此，凡一切与本申请构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本申请专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本申请的专利申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种智能控制系统，其特征在于，所述智能控制系统包括能量转换装置、信号传感器和信号控制器；

所述能量转换装置与所述信号传感器连接；所述信号传感器与所述信号控制器通信；

所述能量转换装置埋置于路口附近的地面下方，所述能量转换装置包括磁场提供模块和闭合成回路的导体，当车辆向前经过所述地面时，所述车辆对所述地面的压力及摩擦力使得所述磁场提供模块与所述导体之间发生相对运动，所述导体内产生感应电流；所述导体还与蓄电池连接或者接入电网；

所述信号传感器采集所述感应电流产生的电信号并发送到所述信号控制器；

所述信号控制器对所述电信号进行处理，获取与所述电信号相应的车流量，并根据所述车流量调整交通指示灯的信号时长。

2.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于，所述车流量包括第一方向的车流量；所述第一方向是所述路口处任一通行方向；

所述信号控制器还对所述电信号进行处理，获取与所述电信号相应的第一方向的车辆质量、车辆速度，根据所述第一方向的车流量以及所述第一方向的车辆质量、车辆速度，调整第一方向交通指示灯的信号时长。

3.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于，所述信号传感器在预定时间段内工作。

4.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于，所述蓄电池还与所述信号控制器和/或交通指示灯连接。

5.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于，所述磁场提供模块至少包括一个条形磁铁，所述条形磁铁的放置方向是倾斜向前并且向下；

所述导体包括感应线圈，所述感应线圈呈螺旋状非接触地缠绕在所述条形磁铁的外周，且使所述条形磁铁处于所述感应线圈的中心。

6.根据权利要求5所述的智能控制系统，其特征在于，所述能量转换装置的数量至少是两个，至少有两个所述能量转换装置沿所述车辆的行驶方向设置在所述路口同一侧；

至少有两个沿所述车辆的行驶方向设置在所述路口同一侧的所述能量转换装置中的条形磁铁与竖直方向的夹角沿靠近所述路口的方向依次增大。

7.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于，所述压力及所述摩擦力使得所述磁场提供模块发生运动，所述导体保持静止；或者，

所述压力及所述摩擦力使得所述导体发生运动，所述磁场提供模块保持静止。

8.根据权利要求7所述的智能控制系统，其特征在于，所述能量转换装置还包括复位模块，所述复位模块支撑所述磁场提供模块和所述导体中发生运动的一方并使被支撑的一方具有倾斜向后并且向上的运动趋势。

9.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于，所述智能控制系统包括至少两个所述能量转换装置，所述至少两个所述能量转换装置中包括相邻的第一能量转换装置和第二能量转换装置，且所述第一能量转换装置在所述第二能量转换装置之前；

所述智能控制系统还包括埋置于所述地面下方的连杆、第一枢接件、第二枢接件、第一弹簧和第二弹簧；

所述连杆的上端连接所述第一能量转换装置的上部，所述连杆的下端连接所述第二能量转换装置的下部；

所述第一枢接件的第一端枢接于所述第一能量转换装置的非端部部位，所述第二枢接件的第一端枢接于所述第二能量转换装置的非端部部位，所述第一枢接件的第二端和所述第二枢接件的第二端均固定于所述地面；

所述第一弹簧的上端连接所述第一能量转换装置的下部，所述第二弹簧的上端连接所述第二能量转换装置的下部，所述第一弹簧的下端和所述第二弹簧的下端均固定于所述地面的下方。

10.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于，所述智能控制系统还包括与所述能量转换装置连接的电能传输装置，以及与所述电能传输装置连接的电能整理装置；

所述电能传输装置用于将所述能量转换装置输出的电能传输到所述电能整理装置；

所述电能整理装置用于对所述电能传输装置输出的电流进行整流，对所述电能传输装置输出的电压进行变压；

所述电能整理装置还与所述蓄电池连接或者接入所述电网。

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