CN112995130B - 一种电力物联网数据传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力物联网技术领域，具体的说是一种电力物联网数据传输系统，包括云端平台和节点端；所述云端平台运行在云端网络中，通过网络与节点端保持连接；所述节点端为连接进入到网络中的具有物联网功能的电力设备终端；所述节点端包括加密模块；所述云端平台包括数据库与校验模块；所述云端平台在接收到节点端上传的数据后，数据经过校验模块进行核验，核验通过后，云端平台对数据进行数据并保存到数据库中；所述数据核验失败，云端平台认定数据无效，将该数据丢弃；本发明操作简单，能够在一定程度上保证数据的安全性，防止传输的数据受到篡改，同时，具有一定的抵御网络攻击的能力。
Description
技术领域
本发明属于电力物联网技术领域，具体的说是一种电力物联网数据传输系统。
背景技术
泛在电力物联网，就是围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。目前，我国正在建立泛在电力物联网，实现电网领域的“万物互联”，电网现有接入的电力终端数量大约有5亿个，其中4.5亿为电表，其他为各种类型的防护设备或计算装置。未来将建成的泛在电力物联网会容纳几十亿台(个)终端设备，并将电力无线专网、NB-IoT、北斗定位、IPv6、5G和国产芯片等技术融入其中。
现有的配电自动化通信系统中，终端与主站侧的数据通信传输过程中存在多种问题，如：①双方缺少双向身份认证；②双方缺少双向数据加密；③遥测、遥信指令容易被篡改；④网络规模庞大、复杂，电力终端众多，传输控制成本高，很难适应未来更为复杂的应用场景；⑤数据共享难，一致性差等问题。尤其是近年来，针对能源网络(包括但不限于电网)发起的网络攻击导致许多国家和地区都受到严重的影响，甚至大面积断电，危及生产、生活、医疗、交通甚至是国防的安全。例如，目前对电网的攻击通常为DDoS攻击和遥测/遥信指令篡改等。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，提高数据传输过程中的安全性，防止数据受到篡改，同时提高系统的工作效率和响应速度，本发明提出一种电力物联网数据传输系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述一种电力物联网数据传输系统，包括云端平台和节点端；所述云端平台运行在云端网络中，通过网络与节点端保持连接并传输数据；所述节点端为连接进入到网络中的具有物联网功能的电力设备终端；所述节点端包括加密模块，且节点端上传至云端平台的数据经过加密模块进行加密后传输；所述云端平台包括数据库与校验模块；所述云端平台在接收到节点端上传的数据后，数据经过校验模块进行核验，核验通过后，云端平台对数据进行数据并保存到数据库中；所述数据核验失败，云端平台认定数据无效，将该数据丢弃；所述加密模块对数据进行加密时，通过加密算法对数据进行计算，得到计算结果后，分别选取计算结果最后的八位编码，作为附加码；所述加密模块将得到的附加码直接添加到待上传数据的末端，随数据同步上传至云端平台中；
工作时，在使用过程中，节点端通过加密模块对于待上传的数据按照加密算法进行计算，并将计算结果最后的八位编码作为附加码添加到待上传数据的末端，之后，云端平台在接收到数据后，通过校验模块对接收到的数据末尾的附加码进行核验，核验通过后，云端平台才会按照正常流程对接收到的数据进行处理，从而有效的保证云端平台接收到的数据完整性与安全性，防止在传输过程中数据受到破坏或者篡改。
优选的，所述云端平台在接收到节点端上传的数据且数据通过校验模块的核验后，云端平台记录节点完成一次数据上传任务；所述云端平台在节点端完成一次数据上传任务后，向上传数据的节点端返回随机码；所述云端平台将各节点端对应的返回的随机码保存在数据库中；所述随机码中记录有下一次上传数据的时间点；所述节点端在接收到随机码后，在到达随机码中记录的时间点后，节点端通过网络向云端平台上传数据；所述节点端在到达随机码中记录的时间点之前，不向云端平台上传数据；所述云端平台接收到上传数据后，查询保存在数据库中该节点端对应的随机码，判断是否到达时间点：未到达时间点，则云端平台丢弃接收到的数据，已到达时间点，则云端平台按照正常流程对接收到的数据进行处理；所述云端平台对于未到达上传数据的时间点的节点端多次、重复发送的数据不进行处理，直接忽略；
工作时，通过云端平台在节点端完成一次数据传输后返回随机码，从而约定节点端下一次上传数据的时间点的方式，能够有效的保证云端平台接收到的数据的安全性，防止不法分子随意篡改节点端上传的数据，造成系统混乱或错误，同时，通过云端平台返回到节点端的随机码，保证云端平台只在特定的时间点接收节点端发送的数据，从而有效的避免不发分子违规进入到数据传输系统中，伪装成节点端，并在系统中向云端平台发送垃圾数据或干扰数据，扰乱云端平台的正常运行，导致系统运行效率降低、响应速度变慢，甚至导致数据传输系统瘫痪。
优选的，所述节点端在上传数据后，一定限度时间(依据实际使用情况、网络状态，在节点端安装时进行设置)内未接收到云端平台返回的随机码，则节点端进入缺省状态；所述节点端处于缺省状态后，节点端默认云端平台已返回随机码，且随机码中记录的时间为上次上传数据的时间点的一小时后；所述节点端处于缺省状态后，再次发送数据时，将节点端处于缺省状态下产生的所有数据全部上传；
工作时，在正常使用过程中，当节点端在向云端平台上传数据后，节点端与云端平台之间的网络连接受到干扰，导致节点端与云端网络之间的连接中断，使节点端未能接收到云端平台发送的随机码，节点端通过进入缺省状态，保证节点端能够正常上传数据，避免节点端在上传数据后未能接收到云端平台返回的随机码，导致节点端进入到死循环中，使节点端不能正常工作，影响到数据的传输。
优选的，所述节点端未到达上传数据的时间点时，节点端检测到异常数据后，节点端立即将异常数据通过网络上传至云端平台；所述节点端上传异常数据时，将异常数据重复上传两次；所述云端平台在向节点端返回随机码时，同步生成一个紧急码并同步发送至节点端；所述紧急码被使用前，云端平台不会再向该节点端发送第二个紧急码；所述节点端在上传异常数据时，在异常数据的首端添加紧急码；所述云端平台接收到异常数据后，在异常数据的首端检测到紧急码后，将该异常数据转入到正常处理流程中，对接收到的数据进行处理；所述云端平台接收到异常数据后，在异常数据的首端未检测到紧急码或紧急码错误时，云端平台丢弃该异常数据，不进行其他动作；
工作时，当节点端检测到异常数据后，通过重复发送异常数据并在异常数据的首端附加紧急码，从而使云端平台在重复接收到同一节点端发送的数据并在数据的首端检测到紧急码后，开始对接收到的数据按照正常流程进行处理，避免节点端在未到达上传数据的时间点时，节点端检测到异常数据并上传后，云端平台丢弃接收到的异常数据，不进行处理，导致节点端的异常状态扩大，引起安全事故，同时，在使用过程中，通过设置的仅能一次，且使用后需要云端平台重新下发的紧急码，能够进一步提升数据传输过程的安全性并防止数据传输过程中受到攻击，从而避免不发分子借用节点端检测到异常数据后进行上报的机制对云端平台进行攻击，影响到数据传输系统的正常运行。
优选的，所述节点端包括过滤模块和保存模块；所述节点端在正常运行过程中检测、收集到的大量数据保存在保存模块中；所述过滤模块对保存模块中存储的数据进行分析，得到节点端收集到的数据的波动值；所述波动值处于正常范围内，则判断该波动值对应的数据正常，即正常数据；所述波动值超出正常范围，则判断该波动值对应的数据异常，即异常数据；所述节点端在上传数据时，从所有被过滤模块判断为正常的数据中随机选取一个数据进行上传，剩余未上传的正常数据保存在保存模块中；所述保存模块中保存的未上传的正常数据在下一次上传数据后，进行删除；
工作时，在节点端正常工作过程中，节点端的检测到的大部分数据均处于正常范围内，数据波动小，因此，节点端检测到的数据中大部分具有的价值不大，为无意义数据，因此，在节点端检测到数据后，通过过滤模块对数据进行处理，将检测得到的数据中的大量无意义数据去除，减少节点端上传的数据量，提高网络传输数据的速率，降低网络传输数据的压力，同时，减少云端平台需要处理的无意义数据的总量，降低云端平台进行数据处理的压力，提升云端平台的工作效率和响应速度。
优选的，所述云端平台包括分析模块；所述云端平台在接收到节点端上传的数据后，分析模块从数据库中进行检索，得到该节点端上次应当上传数据的时间点时，是否上传数据；所述节点端上次上传数据时，节点端未上传数据，则判断该节点端存在离线后重新连接的情况；所述分析模块对该节点端曾经上传的数据进行分析，建立分析模型，之后利用分析模型对节点端本次上传的数据进行分析，得到偏差值；所述偏差值处于正常范围内，云端平台按照正常流程对节点端上传的数据进行处理；所述偏差值超出正常范围，云端平台丢弃该节点端上传的数据，并发出警报，通知管理人员进行检查并处理；
工作时，通过分析模块对节点端曾经上传的数据进行分析，建立分析模型，之后通过分析模型对节点端在重新连接后上传的数据进行分析，判断上传数据的偏差值，之后，通过对偏差值的分析，判断节点端是否在离线的时间内受到不法分子的改造，导致节点端上传的数据存在谬误，进一步的提升数据输出的安全性和稳定性，防止数据受到篡改，进而影响到数据传输系统的正常运行。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述一种电力物联网数据传输系统，通过设置随机码，使节点端在特定时间点发送数据，云端平台在特定时间点接收数据，从而有效的保证节点端与云端网络之间传输的数据的安全性，防止数据受到篡改，同时，通过云端平台在该特定时间点之外不接收节点端发送的数据的设置，能够有效的提高云端平台防御不法分子网络攻击的能力，防止云端平台因为网络攻击出现波动，影响正常使用，提高云端平台的安全性和稳定性。
2.本发明所述一种电力物联网数据传输系统，通过设置紧急码并重复发送异常数据，能够保证节点端在异常状态下能够保证与云端平台之间的正常通信以及保证节点端发送的异常数据能够被云端平台按照正常流程进行处理，避免节点端在非上传数据的时间点上传异常数据，之后，云端平台将接收到的异常数据自动丢弃，导致节点端的异常状态扩大，产生安全事故，同时，通过设置的仅能一次，且使用后需要云端平台重新下发的紧急码，避免不发分子借用节点端检测到异常数据后进行上报的机制对云端平台进行攻击，影响到数据传输系统的正常运行。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的系统框图；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明所述一种电力物联网数据传输系统，包括云端平台和节点端；所述云端平台运行在云端网络中，通过网络与节点端保持连接并传输数据；所述节点端为连接进入到网络中的具有物联网功能的电力设备终端；所述节点端包括加密模块，且节点端上传至云端平台的数据经过加密模块进行加密后传输；所述云端平台包括数据库与校验模块；所述云端平台在接收到节点端上传的数据后，数据经过校验模块进行核验，核验通过后，云端平台对数据进行数据并保存到数据库中；所述数据核验失败，云端平台认定数据无效，将该数据丢弃；所述加密模块对数据进行加密时，通过加密算法对数据进行计算，得到计算结果后，分别选取计算结果最后的八位编码，作为附加码；所述加密模块将得到的附加码直接添加到待上传数据的末端，随数据同步上传至云端平台中；
工作时，在使用过程中，节点端通过加密模块对于待上传的数据按照加密算法进行计算，并将计算结果最后的八位编码作为附加码添加到待上传数据的末端，之后，云端平台在接收到数据后，通过校验模块对接收到的数据末尾的附加码进行核验，核验通过后，云端平台才会按照正常流程对接收到的数据进行处理，从而有效的保证云端平台接收到的数据完整性与安全性，防止在传输过程中数据受到破坏或者篡改。
作为本发明一种实施方式，所述云端平台在接收到节点端上传的数据且数据通过校验模块的核验后，云端平台记录节点完成一次数据上传任务；所述云端平台在节点端完成一次数据上传任务后，向上传数据的节点端返回随机码；所述云端平台将各节点端对应的返回的随机码保存在数据库中；所述随机码中记录有下一次上传数据的时间点；所述节点端在接收到随机码后，在到达随机码中记录的时间点后，节点端通过网络向云端平台上传数据；所述节点端在到达随机码中记录的时间点之前，不向云端平台上传数据；所述云端平台接收到上传数据后，查询保存在数据库中该节点端对应的随机码，判断是否到达时间点：未到达时间点，则云端平台丢弃接收到的数据，已到达时间点，则云端平台按照正常流程对接收到的数据进行处理；所述云端平台对于未到达上传数据的时间点的节点端多次、重复发送的数据不进行处理，直接忽略；
工作时，通过云端平台在节点端完成一次数据传输后返回随机码，从而约定节点端下一次上传数据的时间点的方式，能够有效的保证云端平台接收到的数据的安全性，防止不法分子随意篡改节点端上传的数据，造成系统混乱或错误，同时，通过云端平台返回到节点端的随机码，保证云端平台只在特定的时间点接收节点端发送的数据，从而有效的避免不发分子违规进入到数据传输系统中，伪装成节点端，并在系统中向云端平台发送垃圾数据或干扰数据，扰乱云端平台的正常运行，导致系统运行效率降低、响应速度变慢，甚至导致数据传输系统瘫痪。
作为本发明一种实施方式，所述节点端在上传数据后，一定限度时间(依据实际使用情况、网络状态，在节点端安装时进行设置)内未接收到云端平台返回的随机码，则节点端进入缺省状态；所述节点端处于缺省状态后，节点端默认云端平台已返回随机码，且随机码中记录的时间为上次上传数据的时间点的一小时后；所述节点端处于缺省状态后，再次发送数据时，将节点端处于缺省状态下产生的所有数据全部上传；
工作时，在正常使用过程中，当节点端在向云端平台上传数据后，节点端与云端平台之间的网络连接受到干扰，导致节点端与云端网络之间的连接中断，使节点端未能接收到云端平台发送的随机码，节点端通过进入缺省状态，保证节点端能够正常上传数据，避免节点端在上传数据后未能接收到云端平台返回的随机码，导致节点端进入到死循环中，使节点端不能正常工作，影响到数据的传输。
作为本发明一种实施方式，所述节点端未到达上传数据的时间点时，节点端检测到异常数据后，节点端立即将异常数据通过网络上传至云端平台；所述节点端上传异常数据时，将异常数据重复上传两次；所述云端平台在向节点端返回随机码时，同步生成一个紧急码并同步发送至节点端；所述紧急码被使用前，云端平台不会再向该节点端发送第二个紧急码；所述节点端在上传异常数据时，在异常数据的首端添加紧急码；所述云端平台接收到异常数据后，在异常数据的首端检测到紧急码后，将该异常数据转入到正常处理流程中，对接收到的数据进行处理；所述云端平台接收到异常数据后，在异常数据的首端未检测到紧急码或紧急码错误时，云端平台丢弃该异常数据，不进行其他动作；
工作时，当节点端检测到异常数据后，通过重复发送异常数据并在异常数据的首端附加紧急码，从而使云端平台在重复接收到同一节点端发送的数据并在数据的首端检测到紧急码后，开始对接收到的数据按照正常流程进行处理，避免节点端在未到达上传数据的时间点时，节点端检测到异常数据并上传后，云端平台丢弃接收到的异常数据，不进行处理，导致节点端的异常状态扩大，引起安全事故，同时，在使用过程中，通过设置的仅能一次，且使用后需要云端平台重新下发的紧急码，能够进一步提升数据传输过程的安全性并防止数据传输过程中受到攻击，从而避免不发分子借用节点端检测到异常数据后进行上报的机制对云端平台进行攻击，影响到数据传输系统的正常运行。
作为本发明一种实施方式，所述节点端包括过滤模块和保存模块；所述节点端在正常运行过程中检测、收集到的大量数据保存在保存模块中；所述过滤模块对保存模块中存储的数据进行分析，得到节点端收集到的数据的波动值；所述波动值处于正常范围内，则判断该波动值对应的数据正常，即正常数据；所述波动值超出正常范围，则判断该波动值对应的数据异常，即异常数据；所述节点端在上传数据时，从所有被过滤模块判断为正常的数据中随机选取一个数据进行上传，剩余未上传的正常数据保存在保存模块中；所述保存模块中保存的未上传的正常数据在下一次上传数据后，进行删除；
工作时，在节点端正常工作过程中，节点端的检测到的大部分数据均处于正常范围内，数据波动小，因此，节点端检测到的数据中大部分具有的价值不大，为无意义数据，因此，在节点端检测到数据后，通过过滤模块对数据进行处理，将检测得到的数据中的大量无意义数据去除，减少节点端上传的数据量，提高网络传输数据的速率，降低网络传输数据的压力，同时，减少云端平台需要处理的无意义数据的总量，降低云端平台进行数据处理的压力，提升云端平台的工作效率和响应速度。
作为本发明一种实施方式，所述云端平台包括分析模块；所述云端平台在接收到节点端上传的数据后，分析模块从数据库中进行检索，得到该节点端上次应当上传数据的时间点时，是否上传数据；所述节点端上次上传数据时，节点端未上传数据，则判断该节点端存在离线后重新连接的情况；所述分析模块对该节点端曾经上传的数据进行分析，建立分析模型，之后利用分析模型对节点端本次上传的数据进行分析，得到偏差值；所述偏差值处于正常范围内，云端平台按照正常流程对节点端上传的数据进行处理；所述偏差值超出正常范围，云端平台丢弃该节点端上传的数据，并发出警报，通知管理人员进行检查并处理；
工作时，通过分析模块对节点端曾经上传的数据进行分析，建立分析模型，之后通过分析模型对节点端在重新连接后上传的数据进行分析，判断上传数据的偏差值，之后，通过对偏差值的分析，判断节点端是否在离线的时间内受到不法分子的改造，导致节点端上传的数据存在谬误，进一步的提升数据输出的安全性和稳定性，防止数据受到篡改，进而影响到数据传输系统的正常运行。
具体工作流程如下：
工作时，在使用过程中，节点端通过加密模块对于待上传的数据按照加密算法进行计算，并将计算结果最后的八位编码作为附加码添加到待上传数据的末端，之后，云端平台在接收到数据后，通过校验模块对接收到的数据末尾的附加码进行核验，核验通过后，云端平台才会按照正常流程对接收到的数据进行处理；通过云端平台在节点端完成一次数据传输后返回随机码，从而约定节点端下一次上传数据的时间点，同时，通过云端平台返回到节点端的随机码，云端平台只在特定的时间点接收节点端发送的数据；在正常使用过程中，当节点端在向云端平台上传数据后，节点端与云端平台之间的网络连接受到干扰，导致节点端与云端网络之间的连接中断，使节点端未能接收到云端平台发送的随机码，节点端通过进入缺省状态；当节点端检测到异常数据后，通过重复发送异常数据并在异常数据的首端附加紧急码，从而使云端平台在重复接收到同一节点端发送的数据并在数据的首端检测到紧急码后，开始对接收到的数据按照正常流程进行处理；在节点端检测到数据后，通过过滤模块对数据进行处理，将检测得到的数据中的大量无意义数据去除，减少节点端上传的数据量；通过分析模块对节点端曾经上传的数据进行分析，建立分析模型，之后通过分析模型对节点端在重新连接后上传的数据进行分析，判断上传数据的偏差值，之后，通过对偏差值的分析，判断节点端是否在离线的时间内受到不法分子的改造，导致节点端上传的数据存在谬误。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种电力物联网数据传输系统，其特征在于：包括云端平台和节点端；所述云端平台运行在云端网络中，通过网络与节点端保持连接并传输数据；所述节点端为连接进入到网络中的具有物联网功能的电力设备终端；所述节点端包括加密模块，且节点端上传至云端平台的数据经过加密模块进行加密后传输；所述云端平台包括数据库与校验模块；所述云端平台在接收到节点端上传的数据后，数据经过校验模块进行核验，核验通过后，云端平台对数据进行数据并保存到数据库中；所述数据核验失败，云端平台认定数据无效，将该数据丢弃；所述加密模块对数据进行加密时，通过加密算法对数据进行计算，得到计算结果后，分别选取计算结果最后的八位编码，作为附加码；所述加密模块将得到的附加码直接添加到待上传数据的末端，随数据同步上传至云端平台中；
所述云端平台在接收到节点端上传的数据且数据通过校验模块的核验后，云端平台记录节点完成一次数据上传任务；所述云端平台在节点端完成一次数据上传任务后，向上传数据的节点端返回随机码；所述云端平台将各节点端对应的返回的随机码保存在数据库中；所述随机码中记录有下一次上传数据的时间点；所述节点端在接收到随机码后，在到达随机码中记录的时间点后，节点端通过网络向云端平台上传数据；所述节点端在到达随机码中记录的时间点之前，不向云端平台上传数据；所述云端平台接收到上传数据后，查询保存在数据库中该节点端对应的随机码，判断是否到达时间点：未到达时间点，则云端平台丢弃接收到的数据，已到达时间点，则云端平台按照正常流程对接收到的数据进行处理；所述云端平台对于未到达上传数据的时间点的节点端多次、重复发送的数据不进行处理，直接忽略；
所述节点端在上传数据后，一定限度时间(依据实际使用情况、网络状态，在节点端安装时进行设置)内未接收到云端平台返回的随机码，则节点端进入缺省状态；所述节点端处于缺省状态后，节点端默认云端平台已返回随机码，且随机码中记录的时间为上次上传数据的时间点的一小时后；所述节点端处于缺省状态后，再次发送数据时，将节点端处于缺省状态下产生的所有数据全部上传；
所述节点端未到达上传数据的时间点时，节点端检测到异常数据后，节点端立即将异常数据通过网络上传至云端平台；所述节点端上传异常数据时，将异常数据重复上传两次；所述云端平台在向节点端返回随机码时，同步生成一个紧急码并同步发送至节点端；所述紧急码被使用前，云端平台不会再向该节点端发送第二个紧急码；所述节点端在上传异常数据时，在异常数据的首端添加紧急码；所述云端平台接收到异常数据后，在异常数据的首端检测到紧急码后，将该异常数据转入到正常处理流程中，对接收到的数据进行处理；所述云端平台接收到异常数据后，在异常数据的首端未检测到紧急码或紧急码错误时，云端平台丢弃该异常数据，不进行其他动作。
2.根据权利要求1所述一种电力物联网数据传输系统，其特征在于：所述节点端包括过滤模块和保存模块；所述节点端在正常运行过程中检测、收集到的大量数据保存在保存模块中；所述过滤模块对保存模块中存储的数据进行分析，得到节点端收集到的数据的波动值；所述波动值处于正常范围内，则判断该波动值对应的数据正常，即正常数据；所述波动值超出正常范围，则判断该波动值对应的数据异常，即异常数据；所述节点端在上传数据时，从所有被过滤模块判断为正常的数据中随机选取一个数据进行上传，剩余未上传的正常数据保存在保存模块中；所述保存模块中保存的未上传的正常数据在下一次上传数据后，进行删除。
3.根据权利要求1所述一种电力物联网数据传输系统，其特征在于：所述云端平台包括分析模块；所述云端平台在接收到节点端上传的数据后，分析模块从数据库中进行检索，得到该节点端上次应当上传数据的时间点时，是否上传数据；所述节点端上次上传数据时，节点端未上传数据，则判断该节点端存在离线后重新连接的情况；所述分析模块对该节点端曾经上传的数据进行分析，建立分析模型，之后利用分析模型对节点端本次上传的数据进行分析，得到偏差值；所述偏差值处于正常范围内，云端平台按照正常流程对节点端上传的数据进行处理；所述偏差值超出正常范围，云端平台丢弃该节点端上传的数据，并发出警报，通知管理人员进行检查并处理。
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