CN115909816A - 一种浮标碰撞预警与记录系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种浮标碰撞预警与记录系统，包括：多个浮标和服务器，所述浮标用于获取每个所述浮标的位置和方向、图像信息、可视范围内移动物体的实时移动信息；所述浮标将所述位置和方向的信息、图像信息和可视范围内的移动物体信息实时向所述服务器传输；所述服务器，首先根据每个所述浮标的位置和方向，将多个所述图像信息进行融合，将所述实时移动信息与所述动态全景图像融合，生成实时监测动态图，根据所述实施动态监测图识别出所述移动物体的速度和加速度，根据所述速度和加速度估算撞击风险；根据所述撞击风险，进行警报发送。本申请通过航迹预测，对可能造成碰撞的情况提前警报，提前量极大增加，有效减低了航标碰撞的情况发生。

Description

一种浮标碰撞预警与记录系统

技术领域

本申请涉及浮标的技术领域，尤其涉及一种浮标碰撞预警与记录系统。本申请还涉及一种浮标碰撞预警与记录方法。

背景技术

浮标一种浮于水面的航标，其锚定在设定的位置处，通过多个航标标记航道范围，同时用于指示浅滩、碍航物或表示专门用途的水面助航标志。

在实际的航行经验中，船只因为不规范的操作会经常性产生撞击浮标的问题，从而造成浮标损坏的结果，因此航标碰撞预警对减少浮标损害具有重要意义。

随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，航标碰撞预警得到了较大的发展，但是目前的航标碰撞预警依然是基于直接或者间接的传感器检测实现。这种情况下，航标预警时间就变得很短，导致航标碰撞预警的效果无法完全发挥出来。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种浮标碰撞预警与记录系统。本申请还涉及一种浮标碰撞预警与记录方法。

本申请提供一种浮标碰撞预警与记录系统，包括：多个浮标和服务器，所述浮标上设置有定位模块，定向模块，摄像模块，雷达模块和第一通信模块，所述服务器中设置有计算模块、预警模块和第二通信模块；

所述定位模块和定向模块分别用于获取每个所述浮标的位置和方向；

所述摄像模块用于获取图像信息；

所述雷达模块用于获取可视范围内移动物体的实时移动信息；

所述通信模块用于将所述位置和方向的信息、图像信息和可视范围内的移动物体信息实时向所述服务器的第二通信模块传输；

所述计算模块，首先根据每个所述浮标的位置和方向，将多个所述图像信息进行融合，生成动态全景图像，并根据多个所述浮标的位置和方向，计算所述动态全景图像中每个物体的坐标；其次，将所述实时移动信息与所述动态全景图像融合，生成实时监测动态图；最后，根据所述实施动态监测图识别出所述移动物体的速度和加速度，根据所述速度和加速度估算撞击风险；

所述预警模块，用于根据所述撞击风险，进行警报发送。

可选的，所述计算模块接收到所述位置和方向的信息后，执行如下融合步骤：

选择一个浮标作为基准浮标，并将所述基准浮标的位置设置为预设坐标系的坐标原点；

在所述预设坐标系中，根据每个所述浮标的位置与方向，设置每个所述图像的坐标；

在所述坐标系中，根据每个所述浮标的视角以及方向，将多个所述浮标拍摄的图像进行融合，生成动态全景图像。

可选的，所述浮标还包括：太阳能板，用于将太阳能转化为电能，提供电力。

可选的，还包括下沉驱动装置；

所述下沉驱动装置设置在所述浮标下方拉绳上，在接收到所述警报后启动工作，将浮标拉入深水。

可选的，所述雷达模块可旋转。

本申请还提供一种浮标碰撞预警与记录方法，包括：

获取多个浮标的位置和方向，图像信息，可视范围内移动物体的实时移动信息；

将所述位置和方向的信息、图像信息和可视范围内的移动物体信息实时向所述服务器传输；

根据每个所述浮标的位置和方向，将多个所述图像信息进行融合，生成动态全景图像，并根据多个所述浮标的位置和方向，计算所述动态全景图像中每个物体的坐标；将所述实时移动信息与所述动态全景图像融合，生成实时监测动态图；根据所述实施动态监测图识别出所述移动物体的速度和加速度，根据所述速度和加速度估算撞击风险；

根据所述撞击风险，进行警报发送。

可选的，所述计算模块接收到所述位置和方向的信息后，执行如下融合步骤：

选择一个浮标作为基准浮标，并将所述基准浮标的位置设置为预设坐标系的坐标原点；

在所述预设坐标系中，根据每个所述浮标的位置与方向，设置每个所述图像的坐标；

在所述坐标系中，根据每个所述浮标的视角以及方向，将多个所述浮标拍摄的图像进行融合，生成动态全景图像。

可选的，所述浮标还包括：太阳能板，用于将太阳能转化为电能，提供电力。

可选的，还包括；

所述浮标在接收到所述警报后启动下拉驱动装置工作，将浮标拉入深水。

可选的，所述下拉驱动装置设置在所述浮标的牵绳上。

本申请的优点和有益效果：

本申请提供一种浮标碰撞预警与记录系统，包括：多个浮标和服务器，所述浮标上设置有定位模块，定向模块，摄像模块，雷达模块和第一通信模块，所述服务器中设置有计算模块、预警模块和第二通信模块；所述定位模块和定向模块分别用于获取每个所述浮标的位置和方向；所述摄像模块用于获取图像信息；所述雷达模块用于获取可视范围内移动物体的实时移动信息；所述通信模块用于将所述位置和方向的信息、图像信息和可视范围内的移动物体信息实时向所述服务器的第二通信模块传输；所述计算模块，首先根据每个所述浮标的位置和方向，将多个所述图像信息进行融合，生成动态全景图像，并根据多个所述浮标的位置和方向，计算所述动态全景图像中每个物体的坐标；其次，将所述实时移动信息与所述动态全景图像融合，生成实时监测动态图；最后，根据所述实施动态监测图识别出所述移动物体的速度和加速度，根据所述速度和加速度估算撞击风险；所述预警模块，用于根据所述撞击风险，进行警报发送。本申请通过航迹预测，对可能造成碰撞的情况提前警报，提前量极大增加，有效减低了航标碰撞的情况发生。

附图说明

图1是本申请中浮标碰撞预警与记录系统结构示意图。

图2是本申请中计算模块结构示意图。.

图3是本申请中浮标碰撞预警与记录方法流程示意图。

具体实施方式

以下内容均是为了详细说明本申请要保护的技术方案所提供的具体实施过程的示例，但是本申请还可以采用不同于此的描述的其他方式实施，本领域技术人员可以在本申请构思的指引下，采用不同的技术手段实现本申请，因此本申请不受下面具体实施例的限制。

本申请提供一种浮标碰撞预警与记录系统，包括：多个浮标和服务器，所述浮标上设置有定位模块，定向模块，摄像模块，雷达模块和第一通信模块，所述服务器中设置有计算模块、预警模块和第二通信模块；所述定位模块和定向模块分别用于获取每个所述浮标的位置和方向；所述摄像模块用于获取图像信息；所述雷达模块用于获取可视范围内移动物体的实时移动信息；所述通信模块用于将所述位置和方向的信息、图像信息和可视范围内的移动物体信息实时向所述服务器的第二通信模块传输；所述计算模块，首先根据每个所述浮标的位置和方向，将多个所述图像信息进行融合，生成动态全景图像，并根据多个所述浮标的位置和方向，计算所述动态全景图像中每个物体的坐标；其次，将所述实时移动信息与所述动态全景图像融合，生成实时监测动态图；最后，根据所述实施动态监测图识别出所述移动物体的速度和加速度，根据所述速度和加速度估算撞击风险；所述预警模块，用于根据所述撞击风险，进行警报发送。本申请通过航迹预测，对可能造成碰撞的情况提前警报，提前量极大增加，有效减低了航标碰撞的情况发生。

图1是本申请中浮标碰撞预警与记录系统结构示意图。

请参照图1所示，所示浮标01和服务器02通过第一通信模块101和第二通信模块102连接，实现所述浮标01和服务器02的连接通信。

所述浮标01设置有多个，所述多个浮标01可以设置为航道浮标、浅滩指示浮标等，本领域技术人员根据实际需要进行配置部署，在此不再赘述。

所述浮标01中设置有定位模块103，定向模块104，摄像模块105，雷达模块106和第一通信模块101，所述定位模块103可以是北斗定位终端，用于获取浮标01的位置信息，该位置信息可由经纬度表示。所述定向模块104用对所述摄像模块105的朝向进行定向，所述定向模块105由方向传感器和初始化单元组成，所述初始化单元用于设置所述方向传感器的初始化方向，给出所述摄像模块的初始朝向，所述方向传感器实时记录所述浮标的旋转变化，并根据所述初始朝向和旋转变化计算出实时的摄像模块105朝向。

所述摄像模块105用于摄取环境图像，该摄像模块设置有多个不同帧率的摄像头，所述不同帧率的摄像头，根据预设的条件分别开启，并获取不同帧率的实时图像。

具体的，所述预设条件包括，基于移动物体相距摄像机的不同距离依次开启从低到高帧率的摄像机。

雷达模块106用于不断对移动物体进行扫描，优选的，所述雷达以旋转扫描的方式获取扫描数据，以提供给计算机获取移动物体的速度、距离等数据，所述雷达模块实时获取环境扫描数据以及移动物体速度和距离的数据，并与所述摄像模块105获取的移动物体进行对比后，确认移动物体是待测物时，然后对所述移动物体进行速度计算。

所述第一通信模块101，用于数据传输和接收，所述定位模块103，定向模块104，摄像模块105，雷达模块106获取的数据通过所述第一通信模块101传输到服务器中。

所述服务器02设置有第二通信模块102，该第二通信模块102用于接收和发送数据，之后，所述数据被传输到计算模块107。

所述计算模块107接收到所述数据后，对数据进行多次计算，获得所述浮标01的撞击风险。

图2是本申请中计算模块结构示意图。

请参照图2所示，所述计算模块107包含有方向分析单元201，图像融合单元202，坐标计算单元203，动态图像单元204和概率计算单元205。

所述方向分析单元201，基于获取的所述位置和方向数据，确定每个浮标01采集的图像数据的坐标位置。

所述图像融合单元202，首先选择一个浮标作为基准浮标，并将所述基准浮标的位置设置为预设坐标系的坐标原点。在所述预设坐标系中，根据每个所述浮标的位置与方向，设置每个所述图像的坐标。优选的，所述坐标为每个图像中每个像素的实际坐标。

在本申请中，首先选择一个浮标01设置为原点，设置预设坐标系，并设置所述预设坐标系的三轴。优选的，以所述浮标上摄像机镜头的方向为X轴，以竖直方向且垂直所述X轴的方向为Z轴，以水平方向且垂直所述X轴的方向为Y轴。

设置完成所述预设坐标系，基于所述位置和方向，将全部浮标标记在所述预设坐标系中，实现浮标01基于预设坐标系的关联。

在此之前，可以首先对所述浮标01所在环境进行测绘，获得地形图后，基于选择的坐标原点，将所述地形图贴合到所述预设坐标系中。然后将所述浮标采集的图像参照所述地形图进行贴合，形成动态全景图像。

具体的，所述贴合可以基于现有的图像识别技术实现，包括识别所述浮标采集到的图像内容，将该图像内容与所述地形图进行直接的替换或者覆盖。

完成上述图像融合，并生成动态全景图，优选的，所述全景图像用于显示器的显示，以方便观察。

所述坐标计算单元203，分别计算物体坐标。具体的，采用雷达扫描获取每个所述被识别物体与对应浮标的位置关系，并根据所述浮标在所述预设坐标系中的位置进行坐标转换，获得每个物体的坐标。

所述动态图像单元204将所述雷达模块106与摄像模块105获取的实时的图像和雷达数据，实时的转化为所述融合图像和实时的物体坐标，形成实时的动态监测图。

所述概率计算单元205基于所述实时的动态监测图，可以获取每个移动物体的实时坐标，并计算出其移动速度和加速度。与此同时，在每个所述浮标的预设范围之内，设置多层次的预警线，该预警线可以设置为多道，也可以设置为一道。

具体的，所述警戒线为以任意一个浮标01为圆心的圆。当所述预警线设置有多道时，则组成同心圆，其中每个警戒线表示不同的撞击风险概率，可以根据检查的所述物体坐标与所述预警线的坐标进行对比，所述物体坐标进入所述不同的预警线，并根据侵入的不同层预警线分别发出不同撞击风险概率的预警警报。具体的，所述概率可以根据不同的警戒线半径大小预先确定。具体的，所述概率可通过历史数据进行概率计算，包括将选择的一段时间内移动物体撞击浮标次数与侵入警戒线内的次数进行相除，进行概率计算。

进一步的，所述侵入的计算表达式如下：

(X_c-X_f)²+(Y_c-X_f)²≤Z²

其中，所述X_c，Y_c为移动物体坐标，所述X_f，X_f为一个浮标的坐标，所述Z为所述警戒线的半径。当检测到所示移动物体坐标满足上述公式时，则发出警报。

当所述预警线为一道时，则计算所述移动物体的速度与加速度，根据实时变化的所述速度与加速度，计算移动物体的航迹和计算侵入所述预警线的时间，同时设置时间阈值，当所述侵入预警线的时间小于所述时间阈值时，则进行警报。同时当所述航迹侵入所述预警线时，也需要进行警报。

具体的，还可以根据预测计算移动物体的航迹预测所述移动物体是否会进入警戒线，表达式如下：

其中，所述s是该移动物体当时速度，所述t是到达所述浮标中心的时间，可以通过

计算获得，所述l是移动物体与航标的连线距离，所述a是当前移动物体的加速度，所述λ₁、λ₂分别是所述s和a与所述l的夹角，所述m是警戒线半径。

当符合上述公式表达的各项参数时，所述移动物体将预计进入警戒线，则可以提前进行告知移动物体进行速度、加速度或者航向的改变。

所述警报通过预警模块108发出，包括项移动物体定向发出警报，以及进行广播警报。

所述浮标01由牵绳固定在所述水面上，所述牵绳固定在水低，所述牵绳上设置有下沉驱动装置，所述下沉驱动装置设置在所述浮标下方拉绳上，在所述浮标01接收到所述警报后启动工作，将浮标拉入深水。

优选的，所述浮标01上还设置有太阳能板，用于将太阳能转化为电能，为所述浮标提供电力。

本申请还提供一种浮标碰撞预警与记录方法，该方法通过航迹预测，对可能造成碰撞的情况提前警报，提前量极大增加，有效减低了航标碰撞的情况发生。

图3是本申请中浮标碰撞预警与记录方法流程示意图。

请参照图3所示，S301获取多个浮标的位置和方向，图像信息，可视范围内移动物体的实时移动信息。

所述浮标01设置有多个，所述多个浮标01可以设置为航道浮标、浅滩指示浮标等，本领域技术人员根据实际需要进行配置部署，在此不再赘述。

所述浮标01中设置有定位模块103，定向模块104，摄像模块105，雷达模块106和第一通信模块101，所述定位模块103可以是北斗定位终端，用于获取浮标01的位置信息，该位置信息可由经纬度表示。所述定向模块104用对所述摄像模块105的朝向进行定向，所述定向模块105由方向传感器和初始化单元组成，所述初始化单元用于设置所述方向传感器的初始化方向，给出所述摄像模块的初始朝向，所述方向传感器实时记录所述浮标的旋转变化，并根据所述初始朝向和旋转变化计算出实时的摄像模块105朝向。

所述摄像模块105用于摄取环境图像，该摄像模块设置有多个不同帧率的摄像头，所述不同帧率的摄像头，根据预设的条件分别开启，并获取不同帧率的实时图像。

具体的，所述预设条件包括，基于移动物体相距摄像机的不同距离依次开启从低到高帧率的摄像机。

雷达模块106用于不断对移动物体进行扫描，优选的，所述雷达以旋转扫描的方式获取扫描数据，以提供给计算机获取移动物体的速度、距离等数据，所述雷达模块实时获取环境扫描数据以及移动物体速度和距离的数据，并与所述摄像模块105获取的移动物体进行对比后，确认移动物体是待测物时，然后对所述移动物体进行速度计算。

请参照图2所示，S302将所述位置和方向的信息、图像信息和可视范围内的移动物体信息实时向所述服务器传输。

所述第一通信模块101，用于数据传输和接收，所述定位模块103，定向模块104，摄像模块105，雷达模块106获取的数据通过所述第一通信模块101传输到服务器中。

所述服务器02设置有第二通信模块102，该第二通信模块102用于接收和发送数据，之后，所述数据被传输到计算模块107。

请参照图2所示，S303根据每个所述浮标的位置和方向，将多个所述图像信息进行融合，生成动态全景图像，并根据多个所述浮标的位置和方向，计算所述动态全景图像中每个物体的坐标；将所述实时移动信息与所述动态全景图像融合，生成实时监测动态图；根据所述实施动态监测图识别出所述移动物体的速度和加速度，根据所述速度和加速度估算撞击风险。

所述计算模块107接收到所述数据后，对数据进行多次计算，获得所述浮标01的撞击风险。

图2是本申请中计算模块结构示意图。

请参照图2所示，所述计算模块107包含有方向分析单元201，图像融合单元202，坐标计算单元203，动态图像单元204和概率计算单元205。

所述方向分析单元201，基于获取的所述位置和方向数据，确定每个浮标01采集的图像数据的坐标位置和方向。

所述图像融合单元202，首先选择一个浮标作为基准浮标，并将所述基准浮标的位置设置为预设坐标系的坐标原点。在所述预设坐标系中，根据每个所述浮标的位置与方向，设置每个所述图像的坐标。优选的，所述坐标为每个图像中每个像素的实际坐标。

在本申请中，首先选择一个浮标01设置为原点，设置预设坐标系，并设置所述预设坐标系的三轴。优选的，以所述浮标上摄像机镜头的方向为X轴，以竖直方向且垂直所述X轴的方向为Z轴，以水平方向且垂直所述X轴的方向为Y轴。

设置完成所述预设坐标系，基于所述位置和方向，将全部浮标标记在所述预设坐标系中，实现浮标01基于预设坐标系的关联。

在此之前，可以首先对所述浮标01所在环境进行测绘，获得地形图后，基于选择的坐标原点，将所述地形图贴合到所述预设坐标系中。然后将所述浮标采集的图像参照所述地形图进行贴合，形成动态全景图像。

具体的，所述贴合可以基于现有的图像识别技术实现，包括识别所述浮标采集到的图像内容，将该图像内容与所述地形图进行直接的替换或者覆盖。

完成上述图像融合，并生成动态全景图，优选的，所述全景图像用于显示器的显示，以方便观察。

所述坐标计算单元203，分别计算物体坐标。具体的，采用雷达扫描获取每个所述被识别物体与对应浮标的位置关系，并根据所述浮标在所述预设坐标系中的位置进行坐标转换，获得每个物体的坐标。

所述雷达模块106与摄像模块105实时的获取图像和雷达数据，并实时的转化为所述融合图像和实时的物体坐标，形成实时的动态监测图。

基于所述实时的动态监测图，可以获取每个移动物体的实时坐标，并计算出其移动速度和加速度。与此同时，在每个所述浮标的预设范围之内，设置多层次的预警线，该预警线可以设置为多道，也可以设置为一道。

具体的，所述警戒线为以任意一个浮标01为圆心的圆。当所述预警线设置有多道时，则组成同心圆，其中每个警戒线表示不同的撞击风险概率，可以根据检查的所述物体坐标与所述预警线的坐标进行对比，所述物体坐标进入所述不同的预警线，并根据侵入的不同层预警线分别发出不同撞击风险概率的预警警报。具体的，所述概率可以根据不同的警戒线半径大小预先确定。具体的，可通过历史数据进行概率计算，包括将一段时间内移动物体撞击浮标次数与侵入警戒线内的次数进行相除，进行概率计算。

具体的，所述侵入的计算表达式如下：

(X_c-X_f)²+(Y_c-X_f)²≤Z²

其中，所述X_c，Y_c为移动物体坐标，所述X_f，X_f为一个浮标的坐标，所述Z为所述警戒线的半径。当检测到所示移动物体坐标满足上述公式时，则发出警报。

当所述预警线为一道时，则计算所述移动物体的速度与加速度，根据实时变化的所述速度与加速度，计算移动物体的航迹和计算侵入所述预警线的时间，同时设置时间阈值，当所述侵入预警线的时间小于所述时间阈值时，则进行警报。同时当所述航迹侵入所述预警线时，也需要进行警报。

所述警报通过预警模块108发出，包括项移动物体定向发出警报，以及进行广播警报。

所述浮标01由牵绳固定在所述水面上，所述牵绳固定在水低，所述牵绳上设置有下沉驱动装置，所述下沉驱动装置设置在所述浮标下方拉绳上，在所述浮标01接收到所述警报后启动工作，将浮标拉入深水。

优选的，所述浮标01上还设置有太阳能板，用于将太阳能转化为电能，为所述浮标提供电力。

Claims (10)

1.一种浮标碰撞预警与记录系统，其特征在于，包括：多个浮标和服务器，所述浮标上设置有定位模块，定向模块，摄像模块，雷达模块和第一通信模块，所述服务器中设置有计算模块、预警模块和第二通信模块；

所述定位模块和定向模块分别用于获取每个所述浮标的位置和方向；

所述摄像模块用于获取图像信息；

所述雷达模块用于获取可视范围内移动物体的实时移动信息；

所述第一通信模块用于将所述位置和方向的信息、图像信息和可视范围内的移动物体信息实时向所述服务器的第二通信模块传输；

所述计算模块，首先根据每个所述浮标的位置和方向，将多个所述图像信息进行融合，生成动态全景图像，并根据多个所述浮标的位置和方向，计算所述动态全景图像中每个物体的坐标；其次，将所述实时移动信息与所述动态全景图像融合，生成实时监测动态图；最后，根据所述实施动态监测图识别出所述移动物体的速度和加速度，根据所述速度和加速度估算撞击风险；

所述预警模块，用于根据所述撞击风险，进行警报发送。

2.根据权利要求1所述浮标碰撞预警与记录系统，其特征在于，所述计算模块接收到所述位置和方向的信息后，执行如下融合步骤：

选择一个浮标作为基准浮标，并将所述基准浮标的位置设置为预设坐标系的坐标原点；

在所述预设坐标系中，根据每个所述浮标的位置与方向，设置每个所述图像的坐标；

在所述坐标系中，根据每个所述浮标的视角以及方向，将多个所述浮标拍摄的图像进行融合，生成动态全景图像。

3.根据权利要求1所述浮标碰撞预警与记录系统，其特征在于，所述浮标还包括：太阳能板，用于将太阳能转化为电能，为所述浮标提供电力。

4.根据权利要求1所述浮标碰撞预警与记录系统，其特征在于，还包括下沉驱动装置；

所述下沉驱动装置设置在所述浮标下方拉绳上，在接收到所述警报后启动工作，将浮标拉入深水。

5.根据权利要求1所述浮标碰撞预警与记录系统，其特征在于，所述雷达模块可旋转。

6.一种浮标碰撞预警与记录方法，其特征在于，包括：

获取多个浮标的位置和方向，图像信息，可视范围内移动物体的实时移动信息；

将所述位置和方向的信息、图像信息和可视范围内的移动物体信息实时向所述服务器传输；

根据每个所述浮标的位置和方向，将多个所述图像信息进行融合，生成动态全景图像，并根据多个所述浮标的位置和方向，计算所述动态全景图像中每个物体的坐标；将所述实时移动信息与所述动态全景图像融合，生成实时监测动态图；根据所述实施动态监测图识别出所述移动物体的速度和加速度，根据所述速度和加速度估算撞击风险；

根据所述撞击风险，进行警报发送。

7.根据权利要求6所述浮标碰撞预警与记录方法，其特征在于，所述计算模块接收到所述位置和方向的信息后，执行如下融合步骤：

选择一个浮标作为基准浮标，并将所述基准浮标的位置设置为预设坐标系的坐标原点；

在所述预设坐标系中，根据每个所述浮标的位置与方向，设置每个所述图像的坐标；

在所述坐标系中，根据每个所述浮标的视角以及方向，将多个所述浮标拍摄的图像进行融合，生成动态全景图像。

8.根据权利要求6所述浮标碰撞预警与记录方法，其特征在于，所述浮标还包括：太阳能板，用于将太阳能转化为电能，提供电力。

9.根据权利要求6所述浮标碰撞预警与记录方法，其特征在于，还包括；

所述浮标在接收到所述警报后启动下拉驱动装置工作，将浮标拉入深水。

10.根据权利要求9所述浮标碰撞预警与记录方法，其特征在于，所述下拉驱动装置设置在所述浮标的牵绳上。

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