CN115325466A - 一种埋地管道综合监测桩 - Google Patents

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CN115325466A CN202211055244.0A CN202211055244A CN115325466A CN 115325466 A CN115325466 A CN 115325466A CN 202211055244 A CN202211055244 A CN 202211055244A CN 115325466 A CN115325466 A CN 115325466A
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武鹏永
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Abstract

本发明提供了一种埋地管道综合监测桩，包括：桩帽、桩体、连接器、传感器单元及阴极保护测试模块；桩帽包括远程通讯模块、电池模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块和振动监测模块；当电池模块的运行状态异常时或当一种埋地管道综合监测桩的水平度发生变化或者受到冲击或者当阴极保护参数发生异常或者当管道发生振动、位移和/或形变时，报警模块发出警报信息且定位模块开启定位功能，且监测信息和报警信息均能通过远程通讯模块传输至云端服务器。通过本发明实施例提供的一种埋地管道综合监测桩通过网络远程监测，无需人力巡检，能实时获知测试桩的状态，且功能集成化，监测数据具有多样性，提高了监测力度。

Description

一种埋地管道综合监测桩
技术领域
本发明涉及保护桩设备的技术领域，具体为一种埋地管道综合监测桩。
背景技术
目前，阴极保护测试桩是长输管道阴极保护系统中必不可少的装置，主要用于管道的公里指示、阴极保护效果和运行参数的检测。但传统的阴极保护测试桩需耗费大量人力去巡检维护，且阴极保护测试数据需检测人员到场进行读取，导致无法及时发现桩体损坏、位移或丢失情况，在确保管道完整性上存在风险。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种埋地管道综合监测桩。
第一方面，本发明实施例提供了一种埋地管道综合监测桩，包括：桩帽、桩体、连接器、传感器单元及阴极保护测试模块；传感器单元和阴极保护测试模块设置于埋地管道表面；桩帽安装在桩体上，桩体为中空结构，连接器穿过桩体分别将传感器单元和阴极保护测试模块与桩帽连接；桩帽包括远程通讯模块、电池模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块和振动监测模块；
电池模块分别与远程通讯模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块电连接；
电池状态监测模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块分别与报警模块信号连接；报警模块与定位模块信号连接；
电池状态监测模块用于监测电池模块的运行状态；水平监测模块用于监测埋地管道综合监测桩的水平度；振动监测模块用于监测埋地管道综合监测桩所受的冲击力；阴极保护测试模块用于监测管道的阴极保护参数；传感器单元用于监测管道的振动、位移和/或形变；
当电池状态监测模块监测所述电池模块的运行状态异常时或当水平监测模块监测到埋地管道综合监测桩的水平度发生变化或者当振动监测模块监测到埋地管道综合监测桩受到冲击或者当阴极保护测试模块监测到管道的阴极保护参数发生异常或者当所述传感器单元监测到所述管道发生振动、位移和/或形变时，报警模块发出警报信息，定位模块开启定位功能，确定埋地管道综合监测桩的位置，远程通讯模块分别与所述报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块信号连接，并将监测数据及报警信息传输至云端服务器。
本发明实施例上述第一方面提供的方案中，通过电池状态监测模块监测电池模块的运行状态，通过水平监测模块、振动监测模块分别监测埋地管道综合监测桩的水平度以及冲击力，通过阴极保护测试模块监测管道的阴极保护参数，通过传感器单元监测管道的振动、位移和/或形变，当埋地管道综合监测桩的水平度发生变化或者受到冲击或者当阴极保护测试模块监测到管道的阴极保护参数发生异常或者当所述传感器单元监测到所述管道发生振动、位移和/或形变时，报警模块发出警报信息且定位模块开启定位功能，且监测信息和报警信息均能通过远程通讯模块传输至云端服务器；相比于需耗费大量人力去巡检维护，无法及时发现桩体损坏的传统阴极保护测试桩，本发明实施例所提供的埋地管道综合监测桩能够及时将电池运行状态信息、测试桩的水平度以及所受到的冲击力、阴极保护参数、管道的振动、位移和/或形变、警报信息以及位置信息等数据传输到云端服务器，具有以下优点：首先，本发明实施例所提供的埋地管道综合监测桩通过网络远程监测，无需人力巡检，降低了人力成本；然后，远程监测人员能够实时获知测试桩的状态，从而在第一时间发现问题并解决问题；最后，测试桩将功能模块集成化，监测数据多样化，提高了监测力度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
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示出了本发明实施例所提供的一种埋地管道综合监测桩结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种埋地管道综合监测桩中桩帽的结构示意图。
图标：10、桩帽；20、桩体；30、连接器；40、传感器单元；50、阴极保护测试模块；60、管道。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
管网三桩包括里程桩/阴极保护测试桩、标志桩(转角桩)，管网三桩的主要功能是标记管网线路、里程以及作为监测管道完整性的重要设备。其中阴极保护测试桩是长输管道阴极保护系统中必不可少的装置，主要用于管道的公里指示、阴极保护效果和运行参数的检测。阴极保护测试桩包括电位测试桩、电流测试桩。里程桩/电位测试桩每1km设置1个，电流测试桩每5km-15km设置1个，标志桩根据管道线路设计设置。每季度需检查所辖管段地面标识的完好情况，从而及时补栽丢失的地面标识；每年对管网三桩进行一次全面维护，并对管网三桩位置采用GPS或其它技术手段进行全面校核；对于造成单个桩体1/3以上管网三桩桩体损坏时，应及时进行整改；发现管网三桩倾(≥15°)、倒、被移位(≥0.5m)，应将其恢复位置并回填固定；日常巡线时，应检查管网三桩是否完好，发现损坏或丢失，应及时修补。
然而，传统管网三桩需人工巡查维护，因涉及面大，巡检人员只能做到每个季度甚至是每一年才能进行一次管网的巡检，无法实时巡检与维护，且对于管道所发生的事故或即将发生的事故不能良好的进行巡查监视，导致管网三桩巡检及维护成本增高。
基于此，本发明实施例提供了一种埋地管道综合监测桩，包括：桩帽、桩体、连接器、传感器单元及阴极保护测试模块；传感器单元和阴极保护测试模块设置于埋地管道表面；桩帽安装在桩体上，桩体为中空结构，连接器穿过桩体分别将传感器单元和阴极保护测试模块与桩帽连接；桩帽包括远程通讯模块、电池模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块和振动监测模块；电池模块分别与远程通讯模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块电连接；电池状态监测模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块分别与报警模块信号连接；报警模块与定位模块信号连接；电池状态监测模块用于监测电池模块的运行状态；水平监测模块用于监测埋地管道综合监测桩的水平度；振动监测模块用于监测埋地管道综合监测桩所受的冲击力；阴极保护测试模块用于监测管道的阴极保护参数；传感器单元用于监测管道的振动、位移和/或形变；当电池状态监测模块监测所述电池模块的运行状态异常时或当埋地管道综合监测桩的水平度发生变化或者受到冲击或者当阴极保护测试模块监测到管道的阴极保护参数发生异常或者当所述传感器单元监测到所述管道发生振动、位移和/或形变时，报警模块发出警报信息且定位模块开启定位功能，且监测信息和报警信息均能通过远程通讯模块传输至云端服务器；相比于需耗费大量人力去巡检维护，无法及时发现桩体损坏的传统阴极保护测试桩，本发明实施例所提供的埋地管道综合监测桩能够及时将电池运行状态信息、测试桩的水平度以及所受到的冲击力、阴极保护参数、管道的振动、位移和/或形变、警报信息以及位置信息等数据传输到云端服务器，具有以下优点：首先，本发明实施例所提供的埋地管道综合监测桩通过网络远程监测，无需人力巡检，降低了人力成本；然后，远程监测人员能够实时获知测试桩的状态，从而在第一时间发现问题并解决问题；最后，测试桩将功能模块集成化，监测数据多样化，提高了监测力度。
实施例1
参见图1所示的本发明实施例所提供的一种埋地管道综合监测桩结构示意图，包括：桩帽10、桩体20、连接器30、传感器单元40及阴极保护测试模块50。管道60埋于地下，用于油气运输。其中，传感器单元40和阴极保护测试模块50设置于管道60表面。
桩帽10安装在桩体20上，桩体20为中空结构，连接器30穿过桩体20分别将传感器单元40和阴极保护测试模块50与桩帽10连接。
参见图2所示的本发明实施例所提供的埋地管道综合监测桩中桩帽的结构示意图，桩帽10包括远程通讯模块、电池模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块和振动监测模块。远程通讯模块、电池模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块和振动监测模块集成设置于桩帽10上，使得功能集成化且监测数据多样化。
电池模块分别与远程通讯模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元40及阴极保护测试模块50电连接，从而使电池模块为远程通讯模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元40及阴极保护测试模块50提供电能。可选地，电池模块包括太阳能电池或蓄电池。当电池模块为太阳能电池时，太阳能电池设置于桩帽10的表面。
其中，电池状态监测模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元40及阴极保护测试模块50分别与报警模块信号连接；报警模块与定位模块信号连接。电池状态监测模块用于监测电池模块的运行状态，其中，电池模块的运行状态包括但不限于实时电压、电流、温度信息以及电池剩余电量信息。
其中，水平监测模块用于监测埋地管道综合监测桩的水平度。可选地，水平监测模块为陀螺仪。
振动监测模块用于监测埋地管道综合监测桩所受的冲击力，从而确定阴极保护测试桩是否发生振动。
管道的阴极保护系统是确保管道长周期运行的关键措施，相关技术中，即使在自然环境或天气条件恶劣时，巡检人员也需定期到现场读取阴极保护测试数据，因此，为及时且远程获取管道的阴极保护参数，埋地管道综合监测桩中设置了用于监测管道的阴极保护参数的阴极保护测试模块。其中，管道的阴极保护参数包括但不限于通电电位数据、断电电位数据、自然电位数据、管地电流密度数据、阳极输出电流数据阳极开路电位数据以及绝缘性能的检测。在一实施方式管道上装有6个-8个接线柱以连接阴极保护测试模块，可以根据检测需求组成电位、电流、牺牲阳极、绝缘性能测试桩或交叉管道测试桩等。
由于地质灾害或人为因素等，管道易发生偏移或形变，额外的应力会对管道和管道上的焊缝造成损伤，且管道内介质的流动造成管道振动以及焊缝和管体的金属疲劳，因此，为监测管道是否发生偏移、形变或振动等异常状态，有必要在埋地管道综合监测桩中设置用于监测管道的振动、位移和/或形变的传感器单元40。
其中，传感器单元40为柔性传感器，传感器单元缠绕于管道60上。传感器单元包括振动传感器、位移传感器和形变传感器。可选地，振动传感器利用磁场或声波监测管道振动频率或幅度。位移传感器用于监测管道的位移，形变传感器用于监测管道的形变。
当电池状态监测模块监测到电池模块运行状态异常时或当水平监测模块监测到埋地管道综合监测桩的水平度发生变化或者当振动监测模块监测到埋地管道综合监测桩受到冲击或者当阴极保护测试模块50监测到管道的阴极保护参数发生异常或者当传感器单元40监测到管道发生振动、位移和/或形变时或者当电池状态监测模块监测到电池模块的运行状态发生异常时，报警模块发出警报信息。同时定位模块开启定位功能，从而确定埋地管道综合监测桩的位置。
其中，远程通讯模块分别与报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元、阴极保护测试模块以及电池状态监测模块信号连接，并将监测数据及报警信息传输至云端服务器。可选地，远程通讯模块包括LoRa通讯协议或NB-Lot通讯协议。
其中，监测数据包括电池模块的运行状态、埋地管道综合监测桩的水平度、所受的冲击力、位置、管道的阴极保护参数、振动、位移和/或形变、电池模块的运行状态信息以及埋地管道综合监测桩的位置信息。
可选地，远程通讯模块实时地或者定期(例如，每24小时)将监测数据传输至云端服务器。阴极保护测试桩及管道的监测数据能够及时通过远程通讯模块上传到云端服务器，监管人员通过云端服务器接收到的监测数据及时获知管道运行情况，降低了人工巡检频率，且监测数据多样化，提高了监测效率。
可选地，报警模块采用声警报器、光警报器或者声光警报器进行报警，对报警管道周围进行工程作业的人员进行提醒，从而能够及时对报警管道进行修理。远程通讯模块能够实时地将报警信息传输至云端服务器，监管人员通过云端服务器接收到的报警信息及时获知管道及阴极保护测试桩处于异常状态，从而能够第一时间对管道进行维修。
由此，本申请实施例中的一种埋地管道综合监测桩基于“传统三桩”的功能需求结合物联网技术实现对桩体的实时在线感知的功能，形成“智慧管网三桩”。其中，物联网(Internet of Things，缩写：IoT[1])是基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。可选地，本申请实施例采用4G-CAT1与M.LORA网络相结合的方式实现所有区域的网络覆盖，并可通过此覆盖网络将测试桩的实时感知数据上传至监控平台。
进一步地，桩帽设置有防护盒，远程通讯模块、电池模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块均设置于防护盒内，防护盒为防水、绝热、防腐材质。为使阴极保护测试模块和传感器单元能够与防护盒内的远程通讯模块、报警模块以及电池模块连接，防护盒底部设置有走线孔，连接器通过走线孔将阴极保护测试模块和传感器单元与桩帽连接。
进一步地，为防止桩帽被盗，减少不必要的损失，埋地管道综合监测桩还包括防盗元件，桩帽通过防盗元件与桩体连接。可选地，防盗元件为防盗螺丝，防盗螺丝需通过专用扳手安装或拆卸。
进一步地，桩帽10包括还包括NFC，NFC设置在桩帽上，分别与报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元、阴极保护测试模块信号及电池状态监测模块信号连接。且电池模块与NFC电连接，电池模块为NFC工作提供电能。通过NFC实现报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块信号及电池状态监测模块与外部设备之间的近场通信，能够让现场监管人员通过外部设备读取管道信息。
在一实施方式中，由于管道周围发生地质灾害或人为破坏时，巡检人员不在现场无法对管道周围情况和破坏程度进行直观判断，桩帽上还包括成像模块，成像模块采集埋地管道综合监测桩周围的图像信息，用于对管道周围环境进行图像取证。成像模块与电池模块电连接，电池模块为成像模块供电。成像模块还与远程通讯模块信号连接，以将成像模块采集的埋地管道综合监测桩周围的图像信息及时传输至云端服务器，云端服务器生成埋地管道综合监测桩周围的图像，从而使监管人员直观便捷的获知管道周围环境。优选地，成像模块为360°全景成像模块，成像模块能够采集的埋地管道综合监测桩周围360°全景图像。相比于传统三桩，本实施方式中的三桩具有可视化的优点，监管人员可通过观察埋地管道综合监测桩周围环境全景图像，进行图像取证以及评估损失。
综上所述，本发明实施例提供了一种埋地管道综合监测桩，包括：桩帽、桩体、连接器、传感器单元及阴极保护测试模块；传感器单元和阴极保护测试模块设置于埋地管道表面；桩帽安装在桩体上，桩体为中空结构，连接器穿过桩体分别将传感器单元和阴极保护测试模块与桩帽连接；桩帽包括远程通讯模块、电池模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块和振动监测模块；电池模块分别与远程通讯模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块电连接；电池状态监测模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块分别与报警模块信号连接；报警模块与定位模块信号连接；电池状态监测模块用于监测电池模块的运行状态；水平监测模块用于监测埋地管道综合监测桩的水平度；振动监测模块用于监测埋地管道综合监测桩所受的冲击力；阴极保护测试模块用于监测管道的阴极保护参数；传感器单元用于监测管道的振动、位移和/或形变；当电池状态监测模块监测所述电池模块的运行状态异常时或当埋地管道综合监测桩的水平度发生变化或者受到冲击或者当阴极保护测试模块监测到管道的阴极保护参数发生异常或者当所述传感器单元监测到所述管道发生振动、位移和/或形变时，报警模块发出警报信息且定位模块开启定位功能，且监测信息和报警信息均能通过远程通讯模块传输至云端服务器；相比于需耗费大量人力去巡检维护，无法及时发现桩体损坏的传统阴极保护测试桩，本发明实施例所提供的埋地管道综合监测桩能够及时将电池运行状态信息、测试桩的水平度以及所受到的冲击力、阴极保护参数、管道的振动、位移和/或形变、警报信息以及位置信息等数据传输到云端服务器，具有以下优点：首先，本发明实施例所提供的埋地管道综合监测桩通过网络远程监测，无需人力巡检，降低了人力成本；然后，远程监测人员能够实时获知测试桩的状态，从而在第一时间发现问题并解决问题；最后，测试桩将功能模块集成化，监测数据多样化，提高了监测力度。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细的说明。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种埋地管道综合监测桩，其特征在于，包括：桩帽、桩体、连接器、传感器单元及阴极保护测试模块；所述传感器单元和阴极保护测试模块设置于所述埋地管道表面；
所述桩帽安装在所述桩体上，所述桩体为中空结构，所述连接器穿过所述桩体分别将所述传感器单元和阴极保护测试模块与所述桩帽连接；
所述桩帽包括远程通讯模块、电池模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块和振动监测模块；
所述电池模块分别与所述远程通讯模块、电池状态监测模块、报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块电连接；
所述电池状态监测模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块分别与所述报警模块信号连接；所述报警模块与所述定位模块信号连接；
所述电池状态监测模块用于监测所述电池模块的运行状态；所述水平监测模块用于监测所述埋地管道综合监测桩的水平度；所述振动监测模块用于监测所述埋地管道综合监测桩所受的冲击力；所述阴极保护测试模块用于监测所述管道的阴极保护参数；所述传感器单元用于监测所述管道的振动、位移和/或形变；
当所述电池状态监测模块监测所述电池模块的运行状态异常时或当所述水平监测模块监测到埋地管道综合监测桩的水平度发生变化或者当所述振动监测模块监测到所述埋地管道综合监测桩受到冲击或者当阴极保护测试模块监测到所述管道的阴极保护参数发生异常或者当所述传感器单元监测到所述管道发生振动、位移和/或形变时，所述报警模块发出警报信息，所述定位模块开启定位功能，确定所述埋地管道综合监测桩的位置；
所述远程通讯模块分别与所述电池状态监测模块、所述报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块信号连接，并将监测数据及报警信息传输至云端服务器。
2.根据权利要求1所述的一种埋地管道综合监测桩，其特征在于，所述监测数据包括所述电池模块的运行状态、所述埋地管道综合监测桩的水平度、所受的冲击力、位置、所述管道的阴极保护参数、振动、位移和/或形变以及所述埋地管道综合监测桩的位置信息。
3.根据权利要求1所述的一种埋地管道综合监测桩，其特征在于，所述传感器单元用于监测所述管道的振动，包括：所述传感器单元利用磁场或声波监测所述管道的振动。
4.根据权利要求1所述的一种埋地管道综合监测桩，其特征在于，所述传感器单元为柔性传感器，所述传感器单元缠绕于所述管道上。
5.根据权利要求1所述的一种埋地管道综合监测桩，其特征在于，所述桩帽设置有防护盒，所述防护盒底部设置有走线孔；
所述远程通讯模块、电池模块、报警模块、定位模块、水平监测模块及振动监测模块均设置于所述防护盒内，所述连接器通过所述走线孔与所述桩帽连接。
6.根据权利要求1所述的一种埋地管道综合监测桩，其特征在于，还包括防盗元件，所述桩帽通过所述防盗元件与所述桩体连接。
7.根据权利要求1所述的一种埋地管道综合监测桩，其特征在于，所述远程通讯模块包括LoRa通讯协议或NB-Lot通讯协议。
8.根据权利要求1所述的一种埋地管道综合监测桩，其特征在于，还包括NFC，所述NFC设置在所述桩帽上，分别与所述报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块信号连接，通过NFC实现所述报警模块、定位模块、水平监测模块、振动监测模块、传感器单元及阴极保护测试模块信号与外部设备之间的近场通信。
9.根据权利要求1所述的一种埋地管道综合监测桩，其特征在于，所述电池模块包括太阳能电池或蓄电池。
10.根据权利要求1所述的一种埋地管道综合监测桩，其特征在于，所述桩帽上还包括成像模块，所述成像模块与所述电池模块电连接，与所述远程通讯模块信号连接，所述成像模块采集所述埋地管道综合监测桩周围的图像信息。
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