CN116403375A - 基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，涉及危情监测预警技术领域，解决了现有技术中，生物实验室区域的气流流型监测管控过程中，无法根据不同流型的场景进行监测，以至于生物实验室内气流环境无法进行准确且高效的控制的技术问题；本发明是将生物实验室内各个子区域的气流流型进行分析，判断生物实验室内气流流型选择是否合格，提高生物实验室内气流的设置合理性，保证生物实验室内空气流通的安全性；还将生物实验室内发酵罐进行分析监测，判断发酵罐的运行是否存在风险，保证发酵罐的安全运行，提高生物实验室的运行环境安全性能，防止出现发酵罐泄漏导致生物实验室出现危情，以至于影响生物实验室的运转进度。

Description

基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统

技术领域

本发明涉及危情监测预警技术领域，具体为基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统。

背景技术

实验室即进行实验的场所，实验室是科学的摇篮，是科学研究的基地，科技发展的源泉，对科技发展起着非常重要的作用，实验室按归属可分为三类：第一类是从属于大学或者是由大学代管的实验室；第二类实验室属于国家机构，有的甚至是国际机构；第三类实验室直接归属于工业企业部门，为工业技术的开发与研究服务；

但是在现有技术中，生物实验室在运行过程中，在进行区域环境监管过程中，无法根据各个区域的环境控制需求进行准确监管，以至于环境控制监测的准确性低，同时在各个区域的气流流型监测管控过程中，无法根据不同流型的场景进行监测，以至于生物实验室内气流环境无法进行准确且高效的控制；

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述提出的问题，而提出基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，将生物实验室内各个区域的环境控制需求进行分析，将各个区域内的环境控制进行分类，提高区域环境控制的准确性，同时能够根据区域环境类型进行准确预警，保证生物实验室的环境安全性；将生物实验室内电力设备运行进行监管，判断电力设备的运行是否存在风险，以至于能够及时进行预警，防止生物实验室内实验设备运行中断，导致实验设备损伤加剧同时增加了实验成本，通过电力设备运行监管能够提高生物实验室的运行稳定性以及安全性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，包括预警平台，预警平台通讯连接有：

区域环境控制分析单元，用于将生物实验室内各个区域的环境控制需求进行分析，将各个区域内的环境控制进行分类，将生物实验室划分为i个子区域，i为大于1的自然数，通过分析将子区域划分为高需求区域和低需求区域，随后获取到各个子区域内环境控制分析系数，根据环境控制分析系数比较生成环境预警信号和环境正常信号，并将其发送至预警平台；

设备运行监管分析单元，用于将生物实验室内电力设备运行进行监管，通过分析生成电力设备预警信号和电力设备正常信号，并将其发送至预警平台；

室内气流分析监管单元，用于将生物实验室内各个子区域的气流流型进行分析，并将单一流向和非单一流向两种流型场景进行分析，判断气流流型的实时匹配是否合理；

发酵罐分析监测单元，用于将生物实验室内发酵罐进行分析监测，通过分析生成发酵罐预警信号和发酵罐合格信号，并将其发送至预警平台。

作为本发明的一种优选实施方式，区域环境控制分析单元的运行过程如下：

采集到各个子区域内环境控制设备未启动时区域内环境参数的浮动值，并将其标记为自然浮动值；采集到各个子区域环境控制设备启动时区域内环境参数的浮动抑制值，并将其标记为控制值；

若子区域内自然浮动值超过浮动值阈值，或者控制值超过控制值阈值，则将对应子区域标记为高需求区域；若子区域内自然浮动值未超过浮动值阈值，且控制值未超过控制值阈值，则将对应子区域标记为低需求区域。

作为本发明的一种优选实施方式，采集到各个子区域内环境控制设备的启动缓冲时长以及各个子区域内自然浮动值的增长跨度；采集到各个子区域内环境控制设备的控制值降低量；通过分析获取到各个子区域内环境控制分析系数；

将各个子区域内环境控制分析系数与控制分析系数阈值进行比较：

若子区域内环境控制分析系数超过控制分析系数阈值，则判定子区域的环境控制存在风险，生成环境预警信号并将环境预警信号发送至预警平台；若子区域内环境控制分析系数未超过控制分析系数阈值，则判定子区域的环境控制不存在风险，生成环境正常信号并将环境正常信号发送至预警平台。

作为本发明的一种优选实施方式，设备运行监管分析单元的运行过程如下：

采集到生物实验室内电力设备的供电负载增加量以及电力设备负载持续增加时长，并将其分别与负载增加量阈值和持续增加时长阈值进行比较：

若生物实验室内电力设备的供电负载增加量超过负载增加量阈值，或者电力设备负载持续增加时长超过持续增加时长阈值，则生成电力设备预警信号并将电力设备预警信号发送至预警平台；若生物实验室内电力设备的供电负载增加量未超过负载增加量阈值，且电力设备负载持续增加时长未超过持续增加时长阈值，则生成电力设备正常信号并将电力设备正常信号发送至预警平台。

作为本发明的一种优选实施方式，室内气流分析监管单元的运行过程如下：

当生物实验室内气流流型为单一流向时，采集到生物实验室内各个子区域内最大流速差值以及各个子区域内最大气流流动的间隔时长，并将其分别与最大流速差值阈值和间隔时长阈值进行比较：

若生物实验室内各个子区域内最大流速差值超过最大流速差值阈值，或者各个子区域内最大气流流动的间隔时长超过间隔时长阈值，则生成单一流向预警信号并将单一流向预警信号发送至预警平台；若生物实验室内各个子区域内最大流速差值未超过最大流速差值阈值，且各个子区域内最大气流流动的间隔时长未超过间隔时长阈值，则生成单一流向合格信号并将单一流向合格信号发送至预警平台。

作为本发明的一种优选实施方式，当生物实验室内气流流型为非单一流向时，采集到生物实验室内相邻子区域交界区域内气流流速差值以及相邻子区域气流流动影响的区域面积，并将其分别与气流流速差值阈值和区域面积阈值进行比较：

若生物实验室内相邻子区域交界区域内气流流速差值超过气流流速差值阈值，或者相邻子区域气流流动影响的区域面积超过区域面积阈值，则生成非单一流向预警信号并将非单一流向预警信号发送至预警平台；若生物实验室内相邻子区域交界区域内气流流速差值未超过气流流速差值阈值，且相邻子区域气流流动影响的区域面积未超过区域面积阈值，则生成非单一流向合格信号并将非单一流向合格信号发送至预警平台。

作为本发明的一种优选实施方式，发酵罐分析监测单元的运行过程如下：

采集到生物实验室内发酵罐表面区域出现形变的频率以及发酵罐内部气压的非恒定频率，并将其分别与形变频率阈值和非恒定频率阈值进行比较：

若生物实验室内发酵罐表面区域出现形变的频率超过形变频率阈值，或者发酵罐内部气压的非恒定频率超过非恒定频率阈值，则生成发酵罐预警信号并将发酵罐预警信号发送至预警平台；若生物实验室内发酵罐表面区域出现形变的频率未超过形变频率阈值，且发酵罐内部气压的非恒定频率未超过非恒定频率阈值，则生成发酵罐合格信号并将发酵罐合格信号发送至预警平台。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，将生物实验室内各个区域的环境控制需求进行分析，将各个区域内的环境控制进行分类，提高区域环境控制的准确性，同时能够根据区域环境类型进行准确预警，保证生物实验室的环境安全性；将生物实验室内电力设备运行进行监管，判断电力设备的运行是否存在风险，以至于能够及时进行预警，防止生物实验室内实验设备运行中断，导致实验设备损伤加剧同时增加了实验成本，通过电力设备运行监管能够提高生物实验室的运行稳定性以及安全性；

2、本发明中，将生物实验室内各个子区域的气流流型进行分析，判断生物实验室内气流流型选择是否合格，从而提高生物实验室内气流的设置合理性，保证生物实验室内空气流通的安全性；将生物实验室内发酵罐进行分析监测，判断发酵罐的运行是否存在风险，从而保证发酵罐的安全运行，提高生物实验室的运行环境安全性能，防止出现发酵罐泄漏导致生物实验室出现危情，以至于影响生物实验室的运转进度。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

生物安全实验室，也就是生物实验室，是进行与生物科相关的实验的场所。随着对质量控制的要求越来越严格，恒温恒湿环境的需求越来越大，应用的领域也越来越宽广。一般学校里都会有生物实验室，医院的验血实验室也是生物安全实验室。通常进到生物实验室里都是为了学习和研究，而按照研究对象的不同而进行分级，一共分为四级。

请参阅图1所示，基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，包括预警平台，预警平台通讯连接有区域环境控制分析单元、设备运行监管分析单元、发酵罐分析监测单元以及室内气流分析监管单元，其中，预警平台与区域环境控制分析单元、设备运行监管分析单元、发酵罐分析监测单元以及室内气流分析监管单元均为双向通讯连接；

在生物实验室运行过程中，预警平台生成区域环境控制分析信号并将区域环境控制分析信号发送至区域环境控制分析单元，区域环境控制分析单元接收到区域环境控制分析信号后，将生物实验室内各个区域的环境控制需求进行分析，将各个区域内的环境控制进行分类，提高区域环境控制的准确性，同时能够根据区域环境类型进行准确预警，保证生物实验室的环境安全性；

将生物实验室划分为i个子区域，i为大于1的自然数，采集到各个子区域内环境控制设备未启动时区域内环境参数的浮动值，并将各个子区域内环境控制设备未启动时区域内环境参数的浮动值标记为自然浮动值；采集到各个子区域环境控制设备启动时区域内环境参数的浮动抑制值，并将各个子区域环境控制设备启动时区域内环境参数的浮动抑制值标记为控制值；

若子区域内自然浮动值超过浮动值阈值，或者控制值超过控制值阈值，则将对应子区域标记为高需求区域；若子区域内自然浮动值未超过浮动值阈值，且控制值未超过控制值阈值，则将对应子区域标记为低需求区域；

采集到各个子区域内环境控制设备的启动缓冲时长以及各个子区域内自然浮动值的增长跨度，并将各个子区域内环境控制设备的启动缓冲时长以及各个子区域内自然浮动值的增长跨度分别标记为HCSi和ZZKi；采集到各个子区域内环境控制设备的控制值降低量，并将各个子区域内环境控制设备的控制值降低量标记为JDLi；其中，环境参数表示为区域环境内温度值、湿度值等环境参数，环境控制设备为通风机、空调等控制环境参数的设备；

通过公式

获取到各个子区域内环境控制分析系数Xi，其中，a1、a2以及a3均为预设比例系数，且a1＞a2＞a3＞0，β为误差修正因子，当子区域为高需求区域时，取值为1.2；当子区域为低需求区域时，取值为0.9；

将各个子区域内环境控制分析系数Xi与控制分析系数阈值进行比较：

若子区域内环境控制分析系数Xi超过控制分析系数阈值，则判定子区域的环境控制存在风险，生成环境预警信号并将环境预警信号发送至预警平台，预警平台接收到环境预警信号后，将对应子区域的环境控制设备进行整顿，同时提高对应子区域的环境监测频率；

若子区域内环境控制分析系数Xi未超过控制分析系数阈值，则判定子区域的环境控制不存在风险，生成环境正常信号并将环境正常信号发送至预警平台；

预警平台生成设备运行监管分析信号并将设备运行监管分析信号发送至设备运行监管分析单元，设备运行监管分析单元接收到设备运行监管分析信号后，将生物实验室内电力设备运行进行监管，判断电力设备的运行是否存在风险，以至于能够及时进行预警，防止生物实验室内实验设备运行中断，导致实验设备损伤加剧同时增加了实验成本，通过电力设备运行监管能够提高生物实验室的运行稳定性以及安全性；其中，电力设备表示为生物实验室内供电设备、配电设备等电力相关设备；

采集到生物实验室内电力设备的供电负载增加量以及电力设备负载持续增加时长，并将生物实验室内电力设备的供电负载增加量以及电力设备负载持续增加时长分别与负载增加量阈值和持续增加时长阈值进行比较：

若生物实验室内电力设备的供电负载增加量超过负载增加量阈值，或者电力设备负载持续增加时长超过持续增加时长阈值，则判定设备运行监管分析异常，生成电力设备预警信号并将电力设备预警信号发送至预警平台，预警平台接收到电力设备预警信号后，将生物实验室内高用电量设备进行错开使用，降低了用电负载峰值；

若生物实验室内电力设备的供电负载增加量未超过负载增加量阈值，且电力设备负载持续增加时长未超过持续增加时长阈值，则判定设备运行监管分析正常，生成电力设备正常信号并将电力设备正常信号发送至预警平台；

预警平台生成室内气流分析监管信号并将室内气流分析监管信号发送至室内气流分析监管单元，室内气流分析监管单元接收到室内气流分析监管信号后，将生物实验室内各个子区域的气流流型进行分析，判断生物实验室内气流流型选择是否合格，从而提高生物实验室内气流的设置合理性，保证生物实验室内空气流通的安全性；

当生物实验室内气流流型为单一流向时，采集到生物实验室内各个子区域内最大流速差值以及各个子区域内最大气流流动的间隔时长，并将生物实验室内各个子区域内最大流速差值以及各个子区域内最大气流流动的间隔时长分别与最大流速差值阈值和间隔时长阈值进行比较：

若生物实验室内各个子区域内最大流速差值超过最大流速差值阈值，或者各个子区域内最大气流流动的间隔时长超过间隔时长阈值，则判定当前子区域内气流流型不合适，生成单一流向预警信号并将单一流向预警信号发送至预警平台，预警平台接收到单一流向预警信号，将单一流向流型的覆盖子区域面积进行缩小；

若生物实验室内各个子区域内最大流速差值未超过最大流速差值阈值，且各个子区域内最大气流流动的间隔时长未超过间隔时长阈值，则判定当前子区域内气流流型合适，生成单一流向合格信号并将单一流向合格信号发送至预警平台；

当生物实验室内气流流型为非单一流向时，采集到生物实验室内相邻子区域交界区域内气流流速差值以及相邻子区域气流流动影响的区域面积，并将生物实验室内相邻子区域交界区域内气流流速差值以及相邻子区域气流流动影响的区域面积分别与气流流速差值阈值和区域面积阈值进行比较：其中，气流流动影响区域面积表示为非单一流向覆盖的子区域，当前子区域的气流流动至相邻子区域内，可流动至相邻子区域的区域面积即为影响区域面积；

若生物实验室内相邻子区域交界区域内气流流速差值超过气流流速差值阈值，或者相邻子区域气流流动影响的区域面积超过区域面积阈值，则判定生物实验室非单一流向设置不合理，生成非单一流向预警信号并将非单一流向预警信号发送至预警平台，预警平台接收到非单一流向预警信号后，将对应非单一流向的流型覆盖子区域面积进行增加，降低相邻子区域的对应交界区域的影响；

若生物实验室内相邻子区域交界区域内气流流速差值未超过气流流速差值阈值，且相邻子区域气流流动影响的区域面积未超过区域面积阈值，则判定生物实验室非单一流向设置合理，生成非单一流向合格信号并将非单一流向合格信号发送至预警平台；

预警平台生成发酵罐分析监测信号并将发酵罐分析监测信号发送至发酵罐分析监测单元，发酵罐分析监测单元接收到发酵罐分析监测信号后，将生物实验室内发酵罐进行分析监测，判断发酵罐的运行是否存在风险，从而保证发酵罐的安全运行，提高生物实验室的运行环境安全性能，防止出现发酵罐泄漏导致生物实验室出现危情，以至于影响生物实验室的运转进度；

采集到生物实验室内发酵罐表面区域出现形变的频率以及发酵罐内部气压的非恒定频率，并将生物实验室内发酵罐表面区域出现形变的频率以及发酵罐内部气压的非恒定频率分别与形变频率阈值和非恒定频率阈值进行比较：

若生物实验室内发酵罐表面区域出现形变的频率超过形变频率阈值，或者发酵罐内部气压的非恒定频率超过非恒定频率阈值，则判断生物实验室内发酵罐存在风险，生成发酵罐预警信号并将发酵罐预警信号发送至预警平台，预警平台接收到发酵罐预警信号后，将发酵罐内气压进行控制，且在进行气压控制后，罐内气压仍出现浮动，则降低发酵罐内存贮量且控制发酵罐的运行频率；

若生物实验室内发酵罐表面区域出现形变的频率未超过形变频率阈值，且发酵罐内部气压的非恒定频率未超过非恒定频率阈值，则判断生物实验室内发酵罐合格，生成发酵罐合格信号并将发酵罐合格信号发送至预警平台。

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；

本发明在使用时，通过区域环境控制分析单元将生物实验室内各个区域的环境控制需求进行分析，将各个区域内的环境控制进行分类，将生物实验室划分为i个子区域，i为大于1的自然数，通过分析将子区域划分为高需求区域和低需求区域，随后获取到各个子区域内环境控制分析系数，根据环境控制分析系数比较生成环境预警信号和环境正常信号，并将其发送至预警平台；通过设备运行监管分析单元将生物实验室内电力设备运行进行监管，通过分析生成电力设备预警信号和电力设备正常信号，并将其发送至预警平台；通过室内气流分析监管单元将生物实验室内各个子区域的气流流型进行分析，并将单一流向和非单一流向两种流型场景进行分析，判断气流流型的实时匹配是否合理；通过发酵罐分析监测单元将生物实验室内发酵罐进行分析监测，通过分析生成发酵罐预警信号和发酵罐合格信号，并将其发送至预警平台。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，其特征在于，包括预警平台，预警平台通讯连接有：

区域环境控制分析单元，用于将生物实验室内各个区域的环境控制需求进行分析，将各个区域内的环境控制进行分类，将生物实验室划分为i个子区域，i为大于1的自然数，通过分析将子区域划分为高需求区域和低需求区域，随后获取到各个子区域内环境控制分析系数，根据环境控制分析系数比较生成环境预警信号和环境正常信号，并将其发送至预警平台；

设备运行监管分析单元，用于将生物实验室内电力设备运行进行监管，通过分析生成电力设备预警信号和电力设备正常信号，并将其发送至预警平台；

室内气流分析监管单元，用于将生物实验室内各个子区域的气流流型进行分析，并将单一流向和非单一流向两种流型场景进行分析，判断气流流型的实时匹配是否合理；

发酵罐分析监测单元，用于将生物实验室内发酵罐进行分析监测，通过分析生成发酵罐预警信号和发酵罐合格信号，并将其发送至预警平台。

2.根据权利要求1所述的基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，其特征在于，区域环境控制分析单元的运行过程如下：

采集到各个子区域内环境控制设备未启动时区域内环境参数的浮动值，并将其标记为自然浮动值；采集到各个子区域环境控制设备启动时区域内环境参数的浮动抑制值，并将其标记为控制值；

若子区域内自然浮动值超过浮动值阈值，或者控制值超过控制值阈值，则将对应子区域标记为高需求区域；若子区域内自然浮动值未超过浮动值阈值，且控制值未超过控制值阈值，则将对应子区域标记为低需求区域。

3.根据权利要求2所述的基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，其特征在于，采集到各个子区域内环境控制设备的启动缓冲时长以及各个子区域内自然浮动值的增长跨度；采集到各个子区域内环境控制设备的控制值降低量；通过分析获取到各个子区域内环境控制分析系数；

将各个子区域内环境控制分析系数与控制分析系数阈值进行比较：

若子区域内环境控制分析系数超过控制分析系数阈值，则判定子区域的环境控制存在风险，生成环境预警信号并将环境预警信号发送至预警平台；若子区域内环境控制分析系数未超过控制分析系数阈值，则判定子区域的环境控制不存在风险，生成环境正常信号并将环境正常信号发送至预警平台。

4.根据权利要求1所述的基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，其特征在于，设备运行监管分析单元的运行过程如下：

采集到生物实验室内电力设备的供电负载增加量以及电力设备负载持续增加时长，并将其分别与负载增加量阈值和持续增加时长阈值进行比较：

若生物实验室内电力设备的供电负载增加量超过负载增加量阈值，或者电力设备负载持续增加时长超过持续增加时长阈值，则生成电力设备预警信号并将电力设备预警信号发送至预警平台；若生物实验室内电力设备的供电负载增加量未超过负载增加量阈值，且电力设备负载持续增加时长未超过持续增加时长阈值，则生成电力设备正常信号并将电力设备正常信号发送至预警平台。

5.根据权利要求1所述的基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，其特征在于，室内气流分析监管单元的运行过程如下：

当生物实验室内气流流型为单一流向时，采集到生物实验室内各个子区域内最大流速差值以及各个子区域内最大气流流动的间隔时长，并将其分别与最大流速差值阈值和间隔时长阈值进行比较：

若生物实验室内各个子区域内最大流速差值超过最大流速差值阈值，或者各个子区域内最大气流流动的间隔时长超过间隔时长阈值，则生成单一流向预警信号并将单一流向预警信号发送至预警平台；若生物实验室内各个子区域内最大流速差值未超过最大流速差值阈值，且各个子区域内最大气流流动的间隔时长未超过间隔时长阈值，则生成单一流向合格信号并将单一流向合格信号发送至预警平台。

6.根据权利要求5所述的基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，其特征在于，当生物实验室内气流流型为非单一流向时，采集到生物实验室内相邻子区域交界区域内气流流速差值以及相邻子区域气流流动影响的区域面积，并将其分别与气流流速差值阈值和区域面积阈值进行比较：

若生物实验室内相邻子区域交界区域内气流流速差值超过气流流速差值阈值，或者相邻子区域气流流动影响的区域面积超过区域面积阈值，则生成非单一流向预警信号并将非单一流向预警信号发送至预警平台；若生物实验室内相邻子区域交界区域内气流流速差值未超过气流流速差值阈值，且相邻子区域气流流动影响的区域面积未超过区域面积阈值，则生成非单一流向合格信号并将非单一流向合格信号发送至预警平台。

7.根据权利要求1所述的基于数据分析的生物实验室危情监测预警系统，其特征在于，发酵罐分析监测单元的运行过程如下：

采集到生物实验室内发酵罐表面区域出现形变的频率以及发酵罐内部气压的非恒定频率，并将其分别与形变频率阈值和非恒定频率阈值进行比较：

若生物实验室内发酵罐表面区域出现形变的频率超过形变频率阈值，或者发酵罐内部气压的非恒定频率超过非恒定频率阈值，则生成发酵罐预警信号并将发酵罐预警信号发送至预警平台；若生物实验室内发酵罐表面区域出现形变的频率未超过形变频率阈值，且发酵罐内部气压的非恒定频率未超过非恒定频率阈值，则生成发酵罐合格信号并将发酵罐合格信号发送至预警平台。

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