CN113722921A - 一种车厢装载系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了物流运输技术领域的一种车厢装载系统及方法，包括：获取货物信息，基于货物信息中的物宽信息进行降序排列储存；获取货车信息，基于货车信息中的车厢宽度信息进行升序排列储存；基于升序排列的首个货车，按照物宽降序沿车宽延伸方向依序进行首层货物模拟装载，并于该层货物满载后进行下一层货物模拟装载；以远离车厢门一侧的车厢角为原点，以车厢宽长为坐标轴建立坐标系，记录并存储装载后的货物坐标信息；当最外层货物沿车长方向的坐标值与车长的最大差值小于指定阈值时，按序进行下一个货车的模拟装载。本发明能够呈现出物资摆放位置，不再受限于只能装载统一形状大小的物资，可以广泛应用于实际场景中。

Description

一种车厢装载系统及方法

技术领域

本发明涉及一种车厢装载系统及方法，属于物流运输技术领域。

背景技术

装箱问题广泛存在于物流运输的车厢装载、集装箱装载、托盘装载，以及工厂企业的材料切割、成品包装、设施布局规划等场合中，甚至人们日常生活中的整理物品、日程安排、金钱管理等活动也经常涉及到装箱问题的求解，装箱问题是经典的NP难问题。在当前经济环境下，库存与物流活动越来越显示出它的重要性，库存与物流相关技术受到学者越来越多的关注。如何降低库存与物流成本就成为一个很重要且迫切的问题。

如果能够更有效地利用容器的空间，将节约搬运工作量与运输时间，进而降低库存压力与运输成本，提高库存与物流效率，最终能显著提高企业利润，这对于降低企业运营成本以及满足客户的需求具有重要意义。

由于其NP难问题的特性，直接采用精确算法求解大规模装箱问题的最优解是不明智的，装箱的目的是求取一个合理的装箱方案。因此采用近似算法在有限时间内求得近似解成为理论研究和实际应用的首选。

本算法发明参考了《二维装箱问题的启发式算法研究》和《同尺寸物品装箱的动态规划算法》两篇文献，主要采用了其中的多背包算法思想，计算出能够放入每种车型的物资。但是两篇文献也有不足：

首先，两篇文献算法有效的前提，均是装箱物资尺寸相同，这就很难应用于实际情况中。因为实际应用中，不可能只装载尺寸相同的物资，肯定会有各种尺寸的矩形体物资需要装箱。

其次，算法更倾向于将物资装满整个箱子，基本上没有考虑装箱方案是否能够执行，比如说有些物资只能平方或者不能倒放，算法中均没有考虑。

最后，算法只是能够将物资放进去，但并不能提供每个物资的坐标点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种车厢装载系统及方法，能够呈现出物资摆放位置，不再受限于只能装载统一形状大小的物资，可以广泛应用于实际场景中。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种车厢装载方法，包括：

获取货物信息，基于货物信息中的物宽信息进行降序排列储存；

获取货车信息，基于货车信息中的车厢宽度信息进行升序排列储存；

基于升序排列的首个货车，按照物宽降序沿车宽延伸方向依序进行首层货物模拟装载，并于该层货物满载后进行下一层货物模拟装载；

以远离车厢门一侧的车厢角为原点，以车厢宽长为坐标轴建立坐标系，记录并存储装载后的货物坐标信息；

当最外层货物沿车长方向的坐标值与车长的最大差值小于指定阈值时，按序进行下一个货车的模拟装载。

进一步的，若货物的物宽信息大于升序排列的首个货车的车厢宽度信息，则按序选择下一个货车进行模拟装载。

进一步的，每层货物模拟装载时，首先根据判定条件判断该货物可否放入该层，若符合判定条件则进行模拟装载，否则按序选择下一个货物进行判断，所述判定条件包括：

(Wid-sum)>wid

其中，Wid表示的是车厢宽度，sum表示该层已放置货物宽度总和，wid为待放入的货物宽度。

进一步的，进行下一层货物模拟装载时，基于物宽降序依次判断上一层货物沿车长方向的坐标值与待放置货物的长度和是否大于车厢长度，并于某序货物坐标值与待放置货物的长度和小于车厢长度时，将待放置货物放置于该序货物旁边，并将下一层待放置的其余货物。

进一步的，若某一层中相邻两个货物沿车宽方向的坐标差值减去其中较宽货物的宽度得到的宽度差大于指定宽度阈值，则保留两个货物之间区域的作为该层货物待放置区域。

第二方面，本发明提供了一种车厢装载系统，包括：

信息获取模块，用于获取货物信息，基于货物信息中的物宽信息进行降序排列储存；以及，获取货车信息，基于货车信息中的车厢宽度信息进行升序排列储存；

模拟装载模块，用于基于升序排列的首个货车，按照物宽降序沿车宽延伸方向依序进行首层货物模拟装载，并于该层货物满载后进行下一层货物模拟装载；

坐标记录模块，用于以远离车厢门一侧的车厢角为原点，以车厢宽长为坐标轴建立坐标系，记录并存储装载后的货物坐标信息；

货车更换模块，用于响应于最外层货物沿车长方向的坐标值与车长的最大差值小于指定阈值，按序进行下一个货车的模拟装载。

进一步的，若货物的物宽信息大于升序排列的首个货车的车厢宽度信息，则按序选择下一个货车进行模拟装载。

进一步的，每层货物模拟装载时，首先根据判定条件判断该货物可否放入该层，若符合判定条件则进行模拟装载，否则按序选择下一个货物进行判断，所述判定条件包括：

(Wid-sum)>wid

其中，Wid表示的是车厢宽度，sum表示该层已放置货物宽度总和，wid为待放入的货物宽度。

第三方面，一种车厢装载装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述任一项所述方法的步骤。

第四方面，计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明改进了背景技术中指出的不足，可以准确地呈现出每一个物资摆放的位置，而且解决了任意大小、任意数量的矩形体物资装箱问题，不再受限于只能装载统一形状大小的物资，使得问题解决方案更接近实际情况，可以广泛应用于实际场景中。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的车厢装载方法示意图；

图2是本发明实施例一提供的List列表示意图；

图3是本发明实施例一提供的车厢俯视坐标示意图；

图4是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之一；

图5是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之二；

图6是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之三；

图7是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之四；

图8是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之五

图9是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之六；

图10是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之七；

图11是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之八；

图12是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之九；

图13是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之十；

图14是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之十一；

图15是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之十二；

图16是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之十三；

图17是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之十四；

图18是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之十五；

图19是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之十六；

图20是本发明实施例一提供的货物模拟装载示意图之十七。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

一种车厢装载方法，包括如下步骤：

求解前数据准备

1.拿到货车的信息，使用List结构存储，按照车宽升序排列；

2.拿到物体的信息，使用List结构存储，按照物宽(认为宽是物体俯视图中较短的边)降序排列。

存储数据结构

请参阅图1，声明四个List列表，listWid1，listLen1，listWid2，listLen2分别存储上一层和这一层的物体俯视图中的图形宽，长数据；声明一个Map<String，List<Double>>map数据结构，以物体的宽为键值，List<Double>用来存储物体的右下角坐标；考虑到键值的唯一性，在存入map结构前，进行判断，如果有重复键，将宽度加上0到0.001的一个随机小数，作为区别，进行计算时，使用保留两位小数下取整保留策略；使用右下角坐标是因为我们默认放置第二排物体时，挨着上一排物体的右下角开始放置。

放置原则

第二层物体左下角挨着上一层物体的右下角进行平行放置。

建立坐标系

请参阅图2，以驾驶员对应的车角作为原点，10厘米为一个单元格，车长方向作为x轴，车宽方向作为y轴，按照从下到上，从左往右的顺序放置物体，为了简化图形，下面使用长方形代表车体。

请参阅图3，因物宽降序排列、从下到上从左到右和该物体左下角挨着上一排同层物体右下角的放置规则而产生的规律。

请参阅图4，所谓该物体左下角挨着上一排同层物体右下角放置，如图4所示，两个物体挨着平行放置。

请参阅图5，因为物块是降序排列所以每一排(相同颜色为一排)下面物块的宽度一定要大于等于上面的物块宽度，同理每一横排的物体，左边的物体宽度一定大于等于右边物体的宽度。

第一层第一个物体尝试性放置

我们使用存储车型的List作为最外层循环，拿到第一辆车型的相关数据(比如车长，车宽，车高，载重)，此时我们拿出物体信息列表的第一个元素，因为是按照物块降序排序，所以这个物体的宽度是所有物体中最宽的物体。如果该物体放不进去我们就换车，能放进去，就将该物体的宽度放置进listWid1，长度放置在listLen1，用宽度作为键值将坐标放入map中，因为是首个放入的坐标，所以不用对键值进行筛重。

第一层后面的物体进行放置

请参阅图6，第一物体放进去之后，我们继续放物体，能否放入物体的一个关键性判定条件是(Wid-sum)>wid，这里的Wid表示的是车厢宽度，sum表示该层已放置货物宽度总和，wid为待放入的货物宽度，只要保证**(Wid-sum)>wid**，就可以将物体放进去，还要进行测试该物体是否超过车长，车载重，车高。只要不能保证，我们就将跳出当前对物体的循环，拿到下一个物体，进行尝试这个条件。

第二层物体开始放置

在遍历一遍物体列表之后，第一层一定能放满(就是物体与物体之间没有空隙，只有最上面有空隙)，第一层放置放置完之后，请参阅图7，能出现的情形有三种。也就是说第一层放了几个物体之后，各有长短，但这不影响本文算法进行强有力的计算。最关键的判定条件还是(Wid-sum)>wid，只有在满足这个的情况下，才能进行这一层的物体放置计算。

对listWid1列表进行循环，由于listLen1和listWid1是一一对应的，所以对listWid1循环即可，使用相同的下标拿listLen1中的长即可，使用listWid1中的宽度作为键，去map中拿物体对应的坐标，拿到之后要对宽度进行处理。因为我们在存储的时候，加上了随机数，所以我们需要对随机数进行舍弃，拿到真正的宽度进行计算。

如果当前的物体不能挨着第一层的第一个物体进行放置，如图8所示。

那我们就假设第二层放置的还是物体A，即把A的物体长、宽和坐标信息存入到listLen2，listWid2，map。既然第一层放不进去，我们对listWid1进行循环，拿到上一层的第二个被放置物体的信息，进行尝试性放置，如图9所示。

发现能够放进去，那就放进去，接下来的处理是本文算法的关键，当listWid2的长度大于等于2时，我们要进空隙处理，使用判断条件currentY-lastY-lastWid>limitair&&j>＝1，解释一下这里的变量，这里的currentY是刚刚放进去的物体的纵坐标，也就是B的右下角纵坐标，lastY是该层上一个物体的右下角纵坐标，也就是A的坐标，因为我们假设又在第二层覆盖了一遍原位置(“补”的思想)，lastWid指的是A的宽度，limitair是自己设定的一个阈值，暂定为20厘米，即两个单元格，当小于这个值时，我们认为没必要存储这个空隙，因为大多数物体都要比这个值要大，放不进去了，当大于这个值时，我们就将这个空隙存进listWid2，对应的长存进listLen2，同理坐标放进map中(切记这里还是要存到第二层的数据中)。进行计算后，我们发现currentY-lastY-lastWid这个值是0，所以没必要存，跳过。这里的j就是listWid1的下标，放置第二个以后才有可能产生空隙。接下来，我们对不同情况进行分别尝试。

请参阅图10，这个是比较一般的情况，就是上面的B物体能放进去，那么上面listWid2存储的第一个物体就不是A了，那就是B了，当C物体放进去之后，我们进行空隙处理，那么currentY-lastY-lastWid就是B和C中间的那个空隙值，如果大于limitair，那么就可以作为一个能放物体的空间放到listWid2，注意这里C和空隙放到listWid2的顺序，一定要是空隙先放进去，再放C，这样能保证一个顺序。

运用思想：如果上面使用了补的思想，那么这里运用了就是**“割”的思想**，如图11所示，listWid2这个列表存的是当前层放置物体的宽信息，我们将A进行分割，得到物块a，假设物体B和C之间的空隙不是空隙，而是放置a物体产生的一个物宽，这样就能将所有的可利用空间信息同步到当前层，当进行下一层放置时，当前层放到listWid1，新的值将会放到listWid2，因为这里是“割”的思想，就是没有空隙，恰好能放进去，所以不用空隙处理。

剩下两种情况是否也能使用这种算法呢，我们进行验证。

如图12所示，这种情况就是B物体能挨着A物体放进去，但是C放不进去了，按照上面的算法流程走一遍。

B物体放进去了，不用进行空隙处理，C尝试放置，发现不能放置，使用“补”的思想，假设D物体在第二层有重新放置了一遍，那么第二层需要更新的就是D的坐标信息，在存储D的坐标信息之前，我们要利用“割”的思想，查看B与D之间的空隙能否放进listWid2作为有用的空间使用，使用currentY-lastY-lastWid进行计算。即使是这种情况，也能将流程走下来。

放置第三层物体

如图13所示，我们先使用这种情况进行讨论，根据上面的算法流程，第二层的listWid2已经变成了第三层的listWid1，而listWid2已经被清空了，用于第三层物体信息放置。

C上面的空隙我们不用进行空隙处理，因为物体是按照物宽进行降序排列，所以A，B，C的宽度是越来越窄的，同时在循环的外层有一个非常重要的判断条件(Wid-sum)>wid，就是C上面的空隙还能不能放物体，只要不满足我们就会结束本次物体循环，进入下一循环，拿到下一个物体，知道最后一个最窄的物体都不能放进去的时候，就会开启下一层，这句说明，上面的空隙没有价值了，就连最窄的物体都不能放置，就没有必要在存储他的信息了。

我们进行第三层放置，如果A，B之间的空隙有用(就是空隙大于20厘米)，那么第二层存储的信息应该是四个，即A，空隙，B，C，如果空隙没有用，就是三个A，B，C，其实都一样，那么我们就先用四个信息的情况，自然三个信息的情况也就出来了。

现在的listWid1变成了第三层的listWid2，listWid2已经空了。

如图14所示，新来一个物体D，这种就是放不进A旁边了，利用“补”的思想那么第三层第一个要存的信息就A的信息。对空隙进行尝试性放置。

如图15所示，如果能放进去，那么第三层要更新的信息就是有利用价值的空隙(D和A之间)和D的信息，肉眼可见A和D之间是没有空隙了，currentY-lastY-lastWid计算也行，这里的currentY就是D，lastY就是A，计算得到是0。如果放不进去，还是利用“割”的思想，那么放到第三层第二个信息就是A和B之间的空隙。如图16所示，继续放。如图17所示，也不能放到B这里，同理。利用“补”的思想将B的信息更新到第三层。

C也不能放，那就跳出了对listWid1的循环，拿到下一个物体，再次进入listWid1的循环，进行计算，当整个流程进行下来最窄的物体都不能对listWid1进行放置了，那就进入了新的一层。

其他情况可以根据“割补”的思想进行验证，不一一赘述。

最后跳出对本车型的码放的终止条件

放置物体与车长的最大差值小于**maxLength**(暂定为30厘米)，即可认为本车已经装满。如图18-19所示，maxLength的含义。

最后跳出车辆循环的终止条件

1.如果物资已经装完了，直接将结果放入结果列表里resultlist。

2.物资没有装完进入新的判断。

(2.1)没装完的车型是最大的车型，也就是车型列表的最后一个，那么改换成最小车装。

(2.2)如果没装完的车型不是最大车型，继续下一个车型。

实施例二：

一种车厢装载系统，包括：

信息获取模块，用于获取货物信息，基于货物信息中的物宽信息进行降序排列储存；以及，获取货车信息，基于货车信息中的车厢宽度信息进行升序排列储存；

模拟装载模块，用于基于升序排列的首个货车，按照物宽降序沿车宽延伸方向依序进行首层货物模拟装载，并于该层货物满载后进行下一层货物模拟装载；

坐标记录模块，用于以远离车厢门一侧的车厢角为原点，以车厢宽长为坐标轴建立坐标系，记录并存储装载后的货物坐标信息；

货车更换模块，用于响应于最外层货物沿车长方向的坐标值与车长的最大差值小于指定阈值，按序进行下一个货车的模拟装载。

其中，若货物的物宽信息大于升序排列的首个货车的车厢宽度信息，则按序选择下一个货车进行模拟装载；每层货物模拟装载时，首先根据判定条件判断该货物可否放入该层，若符合判定条件则进行模拟装载，否则按序选择下一个货物进行判断，所述判定条件包括：

(Wid-sum)>wid

其中，Wid表示的是车厢宽度，sum表示该层已放置货物宽度总和，wid为待放入的货物宽度。

实施例三：

本发明实施例还提供了一种车厢装载装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行下述方法的步骤：

获取货物信息，基于货物信息中的物宽信息进行降序排列储存；

获取货车信息，基于货车信息中的车厢宽度信息进行升序排列储存；

基于升序排列的首个货车，按照物宽降序沿车宽延伸方向依序进行首层货物模拟装载，并于该层货物满载后进行下一层货物模拟装载；

以远离车厢门一侧的车厢角为原点，以车厢宽长为坐标轴建立坐标系，记录并存储装载后的货物坐标信息；

当最外层货物沿车长方向的坐标值与车长的最大差值小于指定阈值时，按序进行下一个货车的模拟装载。

实施例四：

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现下述方法的步骤：

获取货物信息，基于货物信息中的物宽信息进行降序排列储存；

获取货车信息，基于货车信息中的车厢宽度信息进行升序排列储存；

基于升序排列的首个货车，按照物宽降序沿车宽延伸方向依序进行首层货物模拟装载，并于该层货物满载后进行下一层货物模拟装载；

以远离车厢门一侧的车厢角为原点，以车厢宽长为坐标轴建立坐标系，记录并存储装载后的货物坐标信息；

当最外层货物沿车长方向的坐标值与车长的最大差值小于指定阈值时，按序进行下一个货车的模拟装载。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车厢装载方法，其特征是，包括：

获取货物信息，基于货物信息中的物宽信息进行降序排列储存；

获取货车信息，基于货车信息中的车厢宽度信息进行升序排列储存；

基于升序排列的首个货车，按照物宽降序沿车宽延伸方向依序进行首层货物模拟装载，并于该层货物满载后进行下一层货物模拟装载；

以远离车厢门一侧的车厢角为原点，以车厢宽长为坐标轴建立坐标系，记录并存储装载后的货物坐标信息；

当最外层货物沿车长方向的坐标值与车长的最大差值小于指定阈值时，按序进行下一个货车的模拟装载。

2.根据权利要求1所述的车厢装载方法，其特征是，若货物的物宽信息大于升序排列的首个货车的车厢宽度信息，则按序选择下一个货车进行模拟装载。

3.根据权利要求1所述的车厢装载方法，其特征是，每层货物模拟装载时，首先根据判定条件判断该货物可否放入该层，若符合判定条件则进行模拟装载，否则按序选择下一个货物进行判断，所述判定条件包括：

(Wid-sum)>wid

其中，Wid表示的是车厢宽度，sum表示该层已放置货物宽度总和，wid为待放入的货物宽度。

4.根据权利要求1所述的车厢装载方法，其特征是，进行下一层货物模拟装载时，基于物宽降序依次判断上一层货物沿车长方向的坐标值与待放置货物的长度和是否大于车厢长度，并于某序货物坐标值与待放置货物的长度和小于车厢长度时，将待放置货物放置于该序货物旁边，并将下一层待放置的其余货物。

5.根据权利要求4所述的车厢装载方法，其特征是，若某一层中相邻两个货物沿车宽方向的坐标差值减去其中较宽货物的宽度得到的宽度差大于指定宽度阈值，则保留两个货物之间区域的作为该层货物待放置区域。

6.一种车厢装载系统，其特征是，包括：

信息获取模块，用于获取货物信息，基于货物信息中的物宽信息进行降序排列储存；以及，获取货车信息，基于货车信息中的车厢宽度信息进行升序排列储存；

模拟装载模块，用于基于升序排列的首个货车，按照物宽降序沿车宽延伸方向依序进行首层货物模拟装载，并于该层货物满载后进行下一层货物模拟装载；

坐标记录模块，用于以远离车厢门一侧的车厢角为原点，以车厢宽长为坐标轴建立坐标系，记录并存储装载后的货物坐标信息；

货车更换模块，用于响应于最外层货物沿车长方向的坐标值与车长的最大差值小于指定阈值，按序进行下一个货车的模拟装载。

7.根据权利要求6所述的车厢装载系统，其特征是，若货物的物宽信息大于升序排列的首个货车的车厢宽度信息，则按序选择下一个货车进行模拟装载。

8.根据权利要求6所述的车厢装载系统，其特征是，每层货物模拟装载时，首先根据判定条件判断该货物可否放入该层，若符合判定条件则进行模拟装载，否则按序选择下一个货物进行判断，所述判定条件包括：

(Wid-sum)>wid

其中，Wid表示的是车厢宽度，sum表示该层已放置货物宽度总和，wid为待放入的货物宽度。

9.一种车厢装载装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～5任一项所述方法的步骤。

10.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～5任一项所述方法的步骤。

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