CN112887400A - 一种基于多种新能源浮标的集群管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，包括浮标控制终端和浮标群客户端；浮标控制终端安装在每台需监控的新能源浮标上，负责采集和发送传感器数据、接收和处理卫星的定位信息，并将数据和定位信息发送到浮标群客户端，同时接收和响应浮标群客户端发送的指令；标群客户端负责新能源浮标数据的接收、统计、分析和存储，同时实现用户对新能源浮标数据及信息的查询、管理，以及实现用户对新能源浮标的远程控制。本发明的基于多种新能源浮标的集群管理系统，可实现用户对新能源浮标群的实时远程控制、统一调度管理、高效高可靠的实时监控。

Description

一种基于多种新能源浮标的集群管理系统

技术领域

本发明涉及新能源浮标群的集中管理技术，具体涉及一种基于多种新能源浮标的集群管理系统。

背景技术

浮标为浮于水面的结构，目前广泛应用于航道安全、海洋观测等领域，对发展我国水上交通运输、海洋资源开发、渔业捕捞、国防建设等起着重要作用。我国水域面积广阔，在江河湖海各水域布置了数量众多的浮标，形成了不同功能的浮标群。

随着我国海洋浮标群的逐步建设，新能源利用技术的发展，以新能源为能源形式的浮标数量不断增加，浮标用途也更加广泛。因此，优化浮标群管理流程，创新浮标群管理方式，确保浮标群管理工作能够有条不紊的开展，迫切需要一套科学高效的浮标群管理技术。但是，现有的浮标管理技术由于仅仅针对传统浮标，且存在以下无法解决的问题：(1)浮标种类多，测量数据种类及频次增加，数据量将越来越多，现有的管理技术数据容量远远不足；(2)浮标时空变化频繁，浮标的位置实时变化，现有技术无法有效追踪浮标位置；(3)浮标的通信不稳定，常会出现由于信号不稳定导致信息传输失败或者不能及时传输信息的问题；(4)浮标信息管理的系统性较差，浮标通信反馈的信息只包括浮标的位置、航标灯的运行状态以及供电系统状态等信息，而目前的浮标无法反馈浮标外部的结构状态、搭载的仪器设备收集的数据信息、新能源发电状况等，导致需要耗费很多的人力和财力出海现场巡检，同时容易出现浮标漏检的情况。

因此，现有技术的浮标管理技术存在可靠性较差的问题，亟需一种新的浮标集群管理的技术来解决这一问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，实现用户对无人值守的新能源浮标群的实时远程控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，包括浮标控制终端和浮标群客户端；

所述浮标控制终端安装在每台需监控的新能源浮标上，包括处理器、数据采集模块、浮标控制模块和浮标通信模块；所述数据采集模块用于采集新能源浮标信号数据并传输至处理器，所述浮标控制模块用于对新能源浮标的电气进行监控管理，所述浮标通信模块用于接收北斗卫星定位信号并传输至处理器，处理器根据北斗星定位信号解算出当前新能源浮标的位置信息，并通过浮标通信模块将位置信息和新能源浮标信号数据发送至浮标群客户端，所述处理器还通过浮标通信模块接收浮标群客户端所发送来的控制命令，并将该控制命令传输至浮标控制模块，浮标控制模块输出控制信号至新能源浮标；

所述浮标群客户端包括服务器、浮标管理平台、数据库和客户端通信模块；所述客户端通信模块与所述浮标通信模块通过卫星信号连接，用于接收浮标控制终端所发出的位置信息和新能源浮标信号数据并传输至服务器，服务器对接受的位置信息和新能源浮标信号数据进行统计、分析后存入所述数据库，并通过浮标管理平台进行展示，所述浮标管理平台用于新能源浮标数据的查询、管理，同时还用于接受用户控制命令实现对新能源浮标的远程控制。

作为优选，所述新能源浮标数据包括每台在线新能源浮标的历史数据、每台在线新能源浮标的当前数据、每台下线新能源浮标的历史数据、每台下线新能源浮标的当前数据。

作为优选，所述新能源浮标信号数据包括电气数据、搭载传感器数据、新能源浮标运行视频数据、新能源浮标运行状态信息数据。

作为优选，所述浮标管理平台包括用作新能源浮标显示的浮标可视化模块、用于查看新能源浮标信息的浮标信息查询模块、以及用于对单个新能源浮标或新能源浮标群进行控制的远程控制模块；浮标可视化模块、浮标信息查询模块、远程控制模块均与服务器相连。

作为优选，所述浮标可视化模块包括定位功能单元、浮标数据管理单元和运行状态显示单元；

定位功能单元用于通过接收数据库中新能源浮标的当前位置信息，在图层中实现浮标图元的绘制，并定时更新新能源浮标的实时位置信息，对新能源浮标群的实时定位、历史轨迹回放、区域限制进行显示；

浮标数据管理单元用于用户登录、用户信息修改、用户信息査询、用户操作记录查询、新能源浮标数据显示及处理，其中，新能源浮标数据显示及处理包括对新能源浮标信号数据的分类、显示、统计、分析，并对各新能源浮标投放水域的气象、水文数据进行显示；

运行状态显示单元用于选定新能源浮标并查看新能源浮标的运行浮态数据和实时运行视频，运行浮态数据包括新能源浮标水线位置、新能源浮标六个自由度的运动幅度、新能源浮标的发电状态、新能源浮标的负载数据。

作为优选，所述浮标信息查询模块用于根据在线新能源浮标、下线新能源浮标的时空信息进行新能源浮标查询，其中，时空信息包括浮标类型、浮标ID、浮标日期、浮标地理位置中的至少一种。

作为优选，所述浮标信息查询模块通过Identify工具对浮标的数据及状态信息进行查询，其中，浮标的数据及状态信息包括浮标类型、浮标ID、浮标投放日期、浮标实时地理位置坐标、浮标位置电子地图、浮标运动轨迹、浮标结构参数、浮标锚泊参数、浮标电气参数、浮标当前运动状态、浮标功能信息、浮标装载参数、浮标3D全景图。

作为优选，所述远程控制模块用于选定目标新能源浮标后下达控制命令，并对该控制命令的执行情况进行反馈，执行到位后予以确认，否则再次发送控制命令。

作为优选，所述客户端通信模块接收浮标通信模块以标准协议形式通过卫星发送的数据信息，并将用户通过浮标管理平台发出的控制指令按照标准协议的形式传输至浮标通信模块；

客户端通信模块将数据信息传输至服务器，服务器对数据信息依次进行数据解码、判断信息来源、决定信息含义、存入所述数据库；

当数据信息的信息含义为视频数据时，通过浮标管理平台进行展示；

当数据信息的信息含义为运行数据时，服务器对数据信息进行统计、分析后，通过浮标管理平台进行展示，并将运行数据与预设的安全运行参数阈值进行比对，判断运行数据是否超标，是则向用户发出警报；

当数据信息的信息含义为报警数据时，向用户发出警报并通过浮标管理平台进行展示。

作为优选，所述浮标控制模块包括新能源发电单元、充电管理单元和恒压恒流输出单元，其中，恒压恒流输出单元连接有节能管理单元、传感器单元和数据采集单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明可以实现全局新能源浮标群的实时监控，且新能源浮标集群可以实现完全分布式工作，集群中任何一台新能源浮标走标或损毁，其他新能源浮标及客户端工作不受影响。随着新能源浮标数目的增加，集群管理问题复杂性不会有较大提升，从而降低对浮标群客户端计算能力的要求，提高普适性，使浮标群客户端可在具有不同计算能力的计算平台上进行实现。另一方面，可以使管理人员全面掌握新能源浮标群的整体工作情况，同时，可以基于获取到的浮标数据开展综合分析和数据挖掘，充分运用人工智能技术为新能源浮标业务的科学发展提供强大的辅助决策技术支持。

附图说明

图1为本实施例的一种基于多种新能源浮标的集群管理系统的结构示意图。

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

实施例

如图1所示，一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，包括浮标群客户端和浮标控制终端。

浮标群客户端负责新能源浮标数据的接收、统计、分析和存储，同时实现用户对新能源浮标数据及信息的查询、管理，以及实现用户对新能源浮标的远程控制。其中，新能源浮标数据包括每台在线新能源浮标的历史数据、每台在线新能源浮标的当前数据、每台下线新能源浮标的历史数据、每台下线新能源浮标的当前数据。

浮标控制终端安装在每台需监控的新能源浮标上，负责采集和发送传感器数据、接收和处理卫星的定位信息，并将数据和定位信息发送到浮标群客户端，同时接收和响应浮标群客户端发送的指令。

浮标群客户端包括服务器、浮标管理平台、数据库和客户端通信模块。服务器、浮标管理平台、数据库和客户端通信模块均可以是现有技术中的任意一种。浮标管理平台、数据库均与服务器相连，服务器通过客户端通信模块与新能源浮标群相连。

浮标控制终端包括处理器、数据采集模块、浮标控制模块和浮标通信模块。处理器、数据采集模块、浮标通信模块、浮标控制模块均可以是现有技术中的任意一种。数据采集模块、浮标通信模块、浮标控制模块分别与处理器相连，浮标通信模块与客户端通信模块通过卫星信号连接。

在本实施例中，服务器是客户端的中央管理器，是整个客户端所有操作的执行硬件。服务器负责实现浮标管理平台的后台响应，客户端通信模块的数据对接，数据传入数据库前的统计、分析和报警，数据入数据库后的归类及存储，数据出数据库前的筛选及传递。

在本实施例中，浮标管理平台是基于现有技术中的互联网技术建设的用于多种新能源浮标管理的数据显示和监控网页，其通过现有技术中的网站建立程序代码建立。浮标管理平台包括用作新能源浮标显示的浮标可视化模块、用于用户查看新能源浮标信息的浮标信息查询模块、用于用户对单个新能源浮标或新能源浮标群进行控制的远程控制模块。浮标可视化模块、浮标信息查询模块、远程控制模块均可以是现有技术中的任意一种。浮标可视化模块、浮标信息查询模块、远程控制模块均与服务器相连。因此，该网页集中了浮标位置可视化、浮标数据可视化、浮标运动状态可视化、浮标信息查询、浮标控制(包括异常报警和控制命令执行)等功能模块，用户可通过Internet浏览器进行登录操作。浮标可视化模块是整个浮标管理平台的核心部分，是系统面向用户的显示窗口。浮标可视化模块包括定位功能单元、浮标数据管理单元和运行状态显示单元。定位功能单元、浮标数据管理单元和运行状态显示单元均可以是现有技术中的任意一种。

定位功能单元是整个客户端的基础，为可视化显示浮标位置提供了重要保证。定位功能单元提供了一系列地图显示操作功能，例如：地图加载、地图放大、缩小、漫游，图层管理位置査询等，实现了对新能源浮标群的实时定位、历史轨迹回放、区域限制等功能。新能源浮标实时定位是通过接收数据库中新能源浮标的当前位置信息，在图层中实现浮标图元的绘制，定位功能单元中的软件(可以是现有技术中的任意一种导航软件)每隔10秒会更新一次浮标实时信息，为了保证软件运行效率，采用多线程方法实现实时定位功能，对每一台新能源浮标的绘制都在单独的线程中完成。

浮标数据管理单元在客户端中实现了用户登录、用户信息修改、用户信息査询、用户操作记录查询、数据显示及处理等功能，其中，新能源浮标数据显示及处理包括对新能源浮标信号数据的分类、显示、统计、分析，并对各新能源浮标投放水域的气象、水文数据进行显示同时用户可査询和下载数据库中的数据。

运行状态显示单元可为用户提供直接选定新能源浮标，查看选定的新能源浮标的运行浮态数据和观看浮标实时运行视频，其中，新能源浮标的运行浮态数据包含浮标水线位置、浮标六个自由度的运动幅度、浮标发电状态、浮标负载数据，同时，用户可通过运行状态显示单元进行相关数据的保存、下载、截屏等操作。

浮标信息查询模块是用户在客户端掌握新能源浮标信息的窗口。该模块提供了强大的针对历史浮标及在服役浮标的空间信息和时间信息的查询功能，即可以根据浮标类型、浮标ID、浮标日期和浮标地理位置来查询浮标的相关信息，也可以根据浮标类型、浮标ID、浮标日期和浮标地理位置的任意1种、2种、3种和4种条件的组合方式进行查询。

作为本实施例的一种优选地实施方式，浮标信息查询模块可以利用Identify工具查询任意一个浮标在任何时间段的数据及状态信息，即任何有过记录的浮标都可以查询。浮标数据及状态信息包括但不限于浮标类型、浮标ID、浮标投放日期、浮标实时地理位置坐标及电子地图、浮标运动轨迹、浮标结构参数、浮标锚泊参数、浮标电气参数、浮标当前运动状态、浮标功能、浮标装载参数、浮标的3D全景图等，同时，所有查询的信息可供下载。

在本实施例中，远程控制模块用于用户选定目标新能源浮标后下达控制命令，并对该控制命令的执行情况进行反馈。用户通过浮标管理平台查询浮标状态或收到浮标报警信息后，可以使用特有权限登录该远程控制模块，进行单浮标或浮标群的远程控制。具体过程如下：用户在浮标管理平台选定目标新能源浮标，选择下达的控制命令，浮标群客户端通信模块发送控制请求，浮标控制终端获取浮标群客户端的请求后，将浮标群客户端发送的命令信息保存到处理器中，同时浮标控制模块执行控制命令；处理器将命令执行完毕信号发送至浮标管理平台，请求验证执行是否到位。用户通过浮标管理平台检查控制命令是否执行到位，执行到位后予以确认，反之则浮标群客户端再次发送该控制命令。在新能源浮标控制的整个过程，浮标管理平台将每个操作信息进行封装后保存到数据库中。

客户端通信模块是浮标群客户端与新能源浮标连接的桥梁，实现了两者之间数据信息的接收与发送。浮标通信模块将收集到的所有数据信息，以标准协议的形式通过卫星发射端发送到客户端通信模块。客户端通信模块将信息传送到服务器上，由服务器判断如何处理。服务器在收到信息后，按照约定的协议形式解码，判断信息来源，决定信息含义，并同时存入数据库。如果信息为视频数据，立即显示在浮标管理平台上；如果为运行数据，进行统计、分析，并显示在浮标管理平台上，同时将运行数据与预设的安全运行参数阈值进行比对，判断运行数据是否超标，是则向用户发出警报，通知用户负责人；如果为报警数据，则通发出警报，通知用户负责人，同时显示在浮标管理平台上。当用户通过浮标管理平台发出控制命令后，服务器将控制指令按照标准协议的形式传输到客户端通信模块，然后发送至指定新能源浮标的浮标通信模块上，实现远程监控。

数据库是利用网络基础设施对数据进行传递、加速、计算、存储、分类的一种重要方式。新能源浮标运行过程中产生多种数据，按照类别、时间等分类原则分别存储于数据库中，供用户查询、下载、调用。

在本实施例中，浮标控制终端的主要工作有：①通过浮标控制模块对新能源浮标的电气进行监控及管理；②通过数据采集模块采集新能源浮标信号数据，其包括电气数据、搭载传感器数据、浮标运行视频数据、浮标运行状态信息等信号数据；③利用北斗卫星或其他通讯卫星导航系统对新能源浮标位置进行实时定位；④通过处理器将①-③收集到的数据信息通过浮标通信模块发送到浮标管理平台，同时处理器通过浮标通信模块接收浮标管理平台的数据信息，实现浮标群客户端对新能源浮标的远程监控。

处理器是浮标控制终端的运算核心和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。处理器与浮标通信模块之间信息交换，实现了新能源浮标与浮标群客户端的通信。当处理器接收到信息后，由其判断后续需执行的控制命令。当新能源浮标执行完成控制命令后，处理器通过浮标通信模块向浮标群客户端发出确认信息。

浮标控制模块由集成电路和电子元器件组成，主要用于实现系统供电、电池充放电、电池保护、系统节能调控、系统安全监控、客户端命令执行等功能，保证浮标稳定、正常工作。在本实施例中，浮标控制模块包括依次连接的新能源发电单元、充电管理单元和恒压恒流输出单元。恒压恒流输出单元连接有节能管理单元、传感器单元和数据采集单元。新能源发电单元、充电管理单元、恒压恒流输出单元、节能管理单元、传感器单元、数据采集单元均可以是现有技术中的任意一种，充电管理单元包括充放电控制电路、电池保护电路。

数据采集模块根据处理器的指令以预定的程序对目标数据进行采集，采集后的数据按照预定格式传输至处理器。数据采集模块采集的数据主要包括浮标主体运行数据、浮标搭载传感器获得的数据及浮标运行视频数据。其中，浮标主体运行数据包含新能源发电电压、发电电流、关键设备的运行参数、蓄电池电压、蓄电池充电电流、电气系统关键参数等。

浮标通信模块是浮标控制终端与浮标管理平台的通信纽带，如采用北斗卫星通信模块时，可通过北斗卫星通信模块中的北斗短报文技术和北斗卫星实现新能源浮标与浮标群客户端之间的信息交换。一方面，浮标通信模块接收到北斗卫星的导航电文后传输至处理器，处理器对导航电文进行解算，提取出位置信息；另一方面，处理器将收集到的所有数据信息，以标准协议的形式通过浮标通信模块和客户端通信模块发送到浮标管理平台；同时，浮标通信模块还接收浮标管理平台通过客户端通信模块传来的数据信息并传输至处理器，处理器通过浮标控制模块执行命令，实现用户对指定新能源浮标的远程精确监控。

综上，本申请的基于新能源浮标的集群监控管理系统，采用一体化、标准化、模块化、智能化的通信、卫星导航、地理信息技术，实现了新能源浮标的实时监控和有效管理。由于用户与分散分布的新能源浮标距离较远，用户借助浮标群客户端实现远程管理新能源浮标群，客户端通信模块实时收集每台新能源浮标的信息，服务器为用户处理新能源浮标群运行工作，数据库为用户储备每台在线、下线新能源浮标的历史数据、当前数据，浮标管理平台为用户展示新能源浮标运行数据。不同于常规浮标，新能源浮标由于常年无人值守，浮标的现场管理依赖于浮标控制终端自主完成，浮标的现场决策判断依赖于处理器，与浮标群客户端的沟通交流依赖于浮标通信模块，现场检测依赖于数据采集模块，动作执行依赖于浮标控制模块，实现用户对无人值守的新能源浮标群的实时远程控制，实现浮标群客户端对新能源浮标群统一调度管理、高效高可靠的实时监控。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，其特征在于：包括浮标控制终端和浮标群客户端；

所述浮标控制终端安装在每台需监控的新能源浮标上，包括处理器、数据采集模块、浮标控制模块和浮标通信模块；所述数据采集模块用于采集新能源浮标信号数据并传输至处理器，所述浮标控制模块用于对新能源浮标的电气进行监控管理，所述浮标通信模块用于接收北斗卫星定位信号并传输至处理器，处理器根据北斗星定位信号解算出当前新能源浮标的位置信息，并通过浮标通信模块将位置信息和新能源浮标信号数据发送至浮标群客户端，所述处理器还通过浮标通信模块接收浮标群客户端所发送来的控制命令，并将该控制命令传输至浮标控制模块，浮标控制模块输出控制信号至新能源浮标；

所述浮标群客户端包括服务器、浮标管理平台、数据库和客户端通信模块；所述客户端通信模块与所述浮标通信模块通过卫星信号连接，用于接收浮标控制终端所发出的位置信息和新能源浮标信号数据并传输至服务器，服务器对接受的位置信息和新能源浮标信号数据进行统计、分析后存入所述数据库，并通过浮标管理平台进行展示，所述浮标管理平台用于新能源浮标数据的查询、管理，同时还用于接受用户控制命令实现对新能源浮标的远程控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，其特征在于：所述新能源浮标数据包括每台在线新能源浮标的历史数据、每台在线新能源浮标的当前数据、每台下线新能源浮标的历史数据、每台下线新能源浮标的当前数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，其特征在于：所述新能源浮标信号数据包括电气数据、搭载传感器数据、新能源浮标运行视频数据、新能源浮标运行状态信息数据。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，其特征在于：所述浮标管理平台包括用作新能源浮标显示的浮标可视化模块、用于查看新能源浮标信息的浮标信息查询模块、以及用于对单个新能源浮标或新能源浮标群进行控制的远程控制模块；浮标可视化模块、浮标信息查询模块、远程控制模块均与服务器相连。

5.根据权利要求4所述的一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，其特征在于，所述浮标可视化模块包括定位功能单元、浮标数据管理单元和运行状态显示单元；

定位功能单元用于通过接收数据库中新能源浮标的当前位置信息，在图层中实现浮标图元的绘制，并定时更新新能源浮标的实时位置信息，对新能源浮标群的实时定位、历史轨迹回放、区域限制进行显示；

浮标数据管理单元用于用户登录、用户信息修改、用户信息査询、用户操作记录查询、新能源浮标数据显示及处理，其中，新能源浮标数据显示及处理包括对新能源浮标信号数据的分类、显示、统计、分析，并对各新能源浮标投放水域的气象、水文数据进行显示；

运行状态显示单元用于选定新能源浮标并查看新能源浮标的运行浮态数据和实时运行视频，运行浮态数据包括新能源浮标水线位置、新能源浮标六个自由度的运动幅度、新能源浮标的发电状态、新能源浮标的负载数据。

6.根据权利要求4所述的一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，其特征在于：所述浮标信息查询模块用于根据在线新能源浮标、下线新能源浮标的时空信息进行新能源浮标查询，其中，时空信息包括浮标类型、浮标ID、浮标日期、浮标地理位置中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，其特征在于：所述浮标信息查询模块通过Identify工具对浮标的数据及状态信息进行查询，其中，浮标的数据及状态信息包括浮标类型、浮标ID、浮标投放日期、浮标实时地理位置坐标、浮标位置电子地图、浮标运动轨迹、浮标结构参数、浮标锚泊参数、浮标电气参数、浮标当前运动状态、浮标功能信息、浮标装载参数、浮标3D全景图。

8.根据权利要求4所述的一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，其特征在于：所述远程控制模块用于选定目标新能源浮标后下达控制命令，并对该控制命令的执行情况进行反馈，执行到位后予以确认，否则再次发送控制命令。

9.根据权利要求1所述的一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，其特征在于：所述客户端通信模块接收浮标通信模块以标准协议形式通过卫星发送的数据信息，并将用户通过浮标管理平台发出的控制指令按照标准协议的形式传输至浮标通信模块；

客户端通信模块将数据信息传输至服务器，服务器对数据信息依次进行数据解码、判断信息来源、决定信息含义、存入所述数据库；

当数据信息的信息含义为视频数据时，通过浮标管理平台进行展示；

当数据信息的信息含义为运行数据时，服务器对数据信息进行统计、分析后，通过浮标管理平台进行展示，并将运行数据与预设的安全运行参数阈值进行比对，判断运行数据是否超标，是则向用户发出警报；

当数据信息的信息含义为报警数据时，向用户发出警报并通过浮标管理平台进行展示。

10.根据权利要求1所述的一种基于多种新能源浮标的集群管理系统，其特征在于：所述浮标控制模块包括新能源发电单元、充电管理单元和恒压恒流输出单元，其中，恒压恒流输出单元连接有节能管理单元、传感器单元和数据采集单元。

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