CN116916191A - 一种基于边缘计算技术的车网信息交互方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及充电车信息交互领域，具体涉及一种基于边缘计算技术的车网信息交互方法及系统，保证了共享过程中数据的安全性以及用户隐私。方案包括：采集电动车充电数据，每隔固定时间生成一份充电数据报表，并通过私钥签署脚本生成报告的加密码并写入到区块链之中；个人用户在完成身份认证后，将自有充电桩接入，通过区块链环境部署将充电桩信息接入区块链系统并进行共享；根据充电数据报表、充电桩信息以及当前电网实际信息进行判断，若实时电价与车网交互收益满足约束，则将相关车网信息发送给用户；若实时电价与车网交互收益不满足约束，则用户通过自主查询，搜索到不满足约束的车网信息，以供用户决策。本发明适用于电动车与充电网信息的交互。
Description
技术领域
本发明涉及充电车信息交互领域，具体涉及一种基于边缘计算技术的车网信息交互方法及系统。
背景技术
随着电动汽车和直流充电桩的迅速普及，未来能提供电动汽车充电分享服务的人群(充电桩服务商及私人充电桩所有者)会迅速增加，甚至可能达到上亿的规模。
同样，需要充电服务的用户(电动汽车车主)更会远远超过这个数字。在这种巨量的充电需求和供应中，各充电服务商之间难以统一充电服务的标准和服务质量，也难以统一充电费用。
而对于用户来说，更难以判断各服务商的口碑、充电桩安全水平如何。
现有技术如CN114125769A公开的一种充电桩信息交互方法、系统、充电桩、设备和介质，公开了获取Wi-Fi信号类型和Wi-Fi信号名称；根据Wi-Fi信号类型分组，并对分组后的Wi-Fi信号名称根据信号强度排序得到名称表；根据名称表顺序连接所述名称表中的Wi-Fi信号；接收Wi-Fi信号对应的终端中存储的充电桩信息以更新自身存储的充电桩信息；把更新后的充电桩信息发送至Wi-Fi信号对应的终端。
上述方案通过Wi-Fi信号能够以较低的成本实现充电桩信息的共享，但其共享信息的方式较为简单，不能够保证共享数据的安全性，也不能保证用户的隐私。同时，上述方案共享的信息较为单一，用户也无法根据共享的信息判断充电服务的水平。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于边缘计算技术的车网信息交互方法及系统，保证了共享过程中数据的安全性以及用户隐私，同时能够帮助用户快速判断充电服务，提高用户体验。
本发明采取如下技术方案实现上述目的，一种基于边缘计算技术的车网信息交互方法，包括：
S1、采集电动车充电数据，对充电数据进行清洗，每隔固定时间生成一份充电数据报表，并通过私钥签署脚本生成报告的加密码并写入到区块链之中，同时，开始下一份数据报表的数据采集；
S2、个人用户在完成身份认证后，将自有充电桩接入，通过区块链环境部署将充电桩信息接入区块链系统并进行共享，所述充电桩信息包括充电桩的定位、状态、交易及安全状态信息；
S3、根据充电数据报表、充电桩信息以及当前电网实际信息进行判断，若实时电价与车网交互收益满足约束，则将相关车网信息发送给用户；若实时电价与车网交互收益不满足约束，则用户通过自主查询，搜索到不满足约束的车网信息，以供用户决策。
进一步的是，区块链系统包括区块头与区块主体两个部分，区块头含有前一区块的哈希散列值，并以此与上一个区块进行链接；区块主体则含有本体区块的信息，区块头与区块主体两个部分所组成的双层数据结构，其数据链结构形成的具体过程包括：每个数据集的每一个数据区块均以字节码的状态被刻入到数据子地址内，并输入区块头中；并将电动汽车充电状态、私钥信息与加密码数据，一同输入至区块头中，形成完整的数据链结构。
进一步的是，步骤S1还包括对电动汽车荷电状态的监测，对充电站内各桩柱序号的记录，核对调控电动汽车充电状态的切换、完成信号传递过程的编译与转化。
进一步的是，身份认证在开始交易执行前初始化，初始化参数包括：区块链系统内的通讯协议版本、节点网络建立时间、单次迭代时间、各节点IP地址及端口号，每个节点的配置文件中均存储所有节点的IP地址及端口号。
进一步的是，步骤S3中，电网实际信息包括用户电动汽车充电服务中间商与电网侧达成买电合约，然后将多余的电量反向供给需要电量的车主，并得到收取费用。
一种基于边缘计算技术的车网信息交互系统，包括充电桩边缘计算终端与充电桩共享交易平台；
所述充电桩边缘计算终端用于采集电动车充电数据，对充电数据进行清洗，每隔固定时间生成一份充电数据报表，并通过私钥签署脚本生成报告的加密码并写入到区块链之中，同时，开始下一份数据报表的数据采集；
所述充电桩共享交易平台用于身份认证，个人用户在完成身份认证后，将自有充电桩接入，通过区块链环境部署将充电桩信息接入区块链系统并进行共享，所述充电桩信息包括充电桩的定位、状态、交易及安全状态信息；
所述充电桩共享交易平台根据充电数据报表、充电桩信息以及当前电网实际信息进行判断，若实时电价与车网交互收益满足约束，则将相关车网信息发送给用户；若实时电价与车网交互收益不满足约束，则用户通过自主查询，搜索到不满足约束的车网信息，以供用户决策。
进一步的是，所述交互系统连接电动汽车分时租赁商、充电桩运营商、停车场、充电设备供应商、电力供应商、电动汽车用户多个节点，不同规模的充电运营商通过简单的接口方式与平台对接，实现充电桩信息的高效共享。
进一步的是，所述充电桩共享交易平台具体通过WiFi通信模块实现数据共享，首先通过系统时钟初始化和定时器初始化，将WiFi通信模块上传的控制设备和可读设备数据点的值进行初始化，进入循环，通过Airkiss将WiFi配置为station模式，WiFi和PC同时连接路由器进行数据交互，然后将控制设备和可读传感器进行处理，把处理后的结果传递给结构体设备变量，通过定时器，一直定时向云端上报信息。
进一步的是，所述充电桩边缘计算终端还用于对电动汽车荷电状态的监测，对充电站内各桩柱序号的记录，核对调控电动汽车充电状态的切换、完成信号传递过程的编译与转化。
进一步的是，所述充电桩共享交易平台还用于在开始交易执行前对身份认证进行初始化，初始化参数包括：区块链系统内的通讯协议版本、节点网络建立时间、单次迭代时间、各节点IP地址及端口号，每个节点的配置文件中均存储所有节点的IP地址及端口号。
本发明的有益效果为：
本发明通过系统的软件和硬件两个方面，可以实时地监测电动汽车充电参数，并传输到交易中心，交易中心可以将充电数据保存在区块链中。通过区块链技术更好地实现了充电桩共享平台的分布式、点对点交易问题，在共享交易过程中，为用户提供相关的共享交易数据，帮助用户进行决策，判断充电的服务和充电的安全性。保证了共享过程中交易的去中心化、安全性与用户隐私，为多方提供了一个良好的共识信任机制。
附图说明
图1是本发明实施例提供的共享充电桩交易平台结构框图；
图2是本发明实施例提供的充电桩边缘计算终端结构框图；
图3是本发明实施例提供的基于区块链的充电设备质量追溯示意图；
图4是本发明实施例提供的网-车互动交易示意图；
图5是本发明实施例提供的基于区块链的源-网-桩-车互动交易机制示意图；
图6是本发明实施例提供的微电网结构示意图；
图7是本发明实施例提供的基于边缘计算技术的车网信息交互方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
如图7所示，本发明提供一种基于边缘计算技术的车网信息交互方法，包括：
S1、电车数据采集
采集电动汽车充电电量的信号并翻译，获得电动汽车充电的物理信号，通过脚本对数据进行数清洗、计算并每隔固定时间生成一份充电数据报表。当前一份数据报表生成后，通过私钥签署脚本生成报告的MD5码并写入到区块链之中，同时，开始后一份数据报表的数据采集。
S2、充电桩信息共享
个人用户在完成身份认证后，将自有充电桩接入，通过区块链环境部署提供充电桩的定位、状态、交易信息及安全状态等信息接入区块链系统并进行共享。
S3、综合数据判断
根据充电数据报表、充电桩信息以及当前电网实际信息进行判断，若实时电价与车网交互收益满足约束，则将相关车网信息发送给用户；若实时电价与车网交互收益不满足约束，则用户通过自主查询，搜索到不满足约束的车网信息，以供用户决策。
本发明的交互过程具有涉及多主体的特点，需要借助以太坊，通过车网互动的去中心化交易构架，实现电动汽车用户与充电站、充电站服务商与电网的点对点交易，从而实现去中心化交易过程。
本发明还提供了一种基于边缘计算技术的车网信息交互系统，用于实现基于边缘计算技术的车网信息交互方法，该交互系统包括：电桩边缘计算终端与充电桩共享交易平台；
充电桩边缘计算终端通过采集电动汽车充电电量的信号并翻译，获得电动汽车充电的物理信号，通过脚本对数据进行数清洗、计算并每隔固定时间生成一份充电数据报表。当前一份数据报表生成后，通过私钥签署脚本生成报告的MD5码并写入到区块之中，同时，开始后一份数据报表的数据采集；
充电桩共享交易平台则采用基于联盟链的分布式架构，主要由各联盟链参与者作为记账节点进行维护，平台允许个人用户在完成身份认证后，将自有充电桩接入，通过区块链环境部署提供充电桩的定位、状态、交易信息及安全状态等信息接入区块链系统并进行共享；
充电桩共享交易平台根据充电数据报表、充电桩信息以及当前电网实际信息进行判断，若实时电价与车网交互收益满足约束，则通过无线通信5G技术将相关车网信息发送给用户；若实时电价与车网交互收益不满足约束，则用户通过自主查询，搜索到不满足约束的车网信息，以供用户决策。
在本发明的一种实施例中，如图1所示，为本发明实施例提供的充电桩共享交易平台结构框图，包括应用层、中间层、智能合约层、数据层以及物理层，应用层具有HTML交互式界面。中间层通过Web3.js实现，Web3.js是一个JavaScript库，它封装了以太坊的RPC通信API，提供了一系列与区块链交互方法，能够简化JavaScript与以太坊交互的交互过程。
智能合约包括电动汽车管理商、充电站运营商以及电动汽车用户三个部分，电动汽车管理商发行充电积分与清算充电积分，充电站运营商发布充电桩与兑换充电积分，电动汽车用户租用充电桩、共享充电桩以及转让充电积分。
数据层通过区块链分布式交易账本实现，物理层通过WiFi通信接收器实现与充电桩边缘计算终端的通信。
充电桩共享交易平台还能够实现信息全网广播、信息纳入区块、记账权确认、有效性确认、数据成块等功能。
在本发明的一种实施例中，如图2所示，为本发明实施例提供的充电桩边缘计算终端结构框图，充电桩边缘计算终端包括ESP、FPGA、继电开关、SD卡，电源系统，其中ESP采用的是ESP8266EX，FPGA采用的是EP2C5T144C8N，电源系统提供5V、3.3V以及1.2V的电源。充电桩边缘计算终端与交/直流充电桩连接通信，交/直流充电桩包括显示模块、智能电表、220V的交流电源。
充电桩边缘计算终通过ESP8266EX与充电桩共享交易平台进行通信，FPGA通过RS485-TTL与智能电表进行通信，继电开关通过IO口与220V的交流电源连接，继电开关通过GPIO(General-Purpose Input/Output Ports，通用I/O端口)口与FPGA连接，FPGA通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)接口与SD(Secure Digital MemoryCard，内存卡)卡进行通信。
本发明的交互系统连接电动汽车分时租赁商、充电桩运营商、停车场、充电设备供应商、电力供应商、电动汽车用户多个节点，不同规模的充电运营商通过简单的接口方式与平台对接，实现充电桩信息的高效共享。
在本发明的一种实施例中，充电桩边缘计算终端的采集模块与电动汽车充电站具有信息交互，能够监测电动汽车的实时电量，并应用SP3485模块实现。同时，其数据结构的区块链系统能够被划分为区块头与区块主体两个部分。其中，区块头含有前一区块的哈希散列值，并以此与上一个区块进行链接；而区块主体则含有该本体区块的核心信息。由此，上述两部分所组成的双层数据结构的区块链模型，能够实现区块链的完整性。其数据链结构形成的具体过程包括：首先，每个数据集的每一个数据区块均会以字节码的状态被刻入到数据子地址内，并输入区块头中；其次，索引模块能够将电动汽车充电状态、私钥信息与MD5码等数据，一同输入至区块头中，形成完整的数据链结构。
本实施例中，私钥信息属于密钥数据。本发明采用基于RSA算法的非对称密码体系，私钥可对本节点发出的消息签名，公钥可用于验证某消息的发送节点身份，从而保证系统内通信数据的真实可信与不可抵赖。
本实施例中，充电桩边缘计算终端需要对电动汽车荷电状态的监测，对充电站内各桩柱序号的记录，核对调控电动汽车充电状态的切换、完成信号传递过程的编译与转化。由此，在边缘计算硬件装置的设计过程中，将微型控制器、采集监测装置与电源模块作为核心组成部分。
在本发明的一种实施例中，充电桩共享交易平台对身份的认证需在开始交易执行前初始化，以供其余模块读取，初始化参数包括区块链系统内的通讯协议版本、节点网络建立时间、单次迭代时间、各节点IP地址及端口号等。其中，每个节点的配置文件中均需要存储所有节点的IP地址及端口号，以便仿真开始后建立节点间的稳定连接，形成节点网络。而本发明侧重实现多节点的共识与协同优化，选择在配置文件中事先静态定义各节点身份。
在本发明的一种实施例中，共享过程应通过WiFi通信模块实现，WiFi通信，是IEEE802.11的简称，是一种可支持数据，图像，语音和多媒体且输出速率高达54Mb/s的短程无线传输技术，在几百米的范围内可让互联网接入者接收到无线电信号。其具体实现过程如下：首先应通过系统时钟初始化和定时器初始化，然后各种采样电路的初始化，将WiFi上传的控制设备和可读设备数据点的值进行初始化，一般为0。最后进入while(1)大循环，通过Airkiss连接，本系统将WiFi配置为station模式，WiFi和PC(Personal Computer，个人计算机)同时连接路由器进行数据交互。FPGA将设备的信息通过USART2传给ESP8266，然后将控制设备和可读传感器进行处理，把处理后的结果传递给结构体设备变量，通过定时器，一直定时向云端上报信息。
在本发明的一种实施例中，电网实际信息指用户电动汽车充电服务中间商需要和与电网侧达成买电合约，才能将多余的电量反向供给给需要电量的车主，并得到收取费用，减少供电成本的目的，使得厂商收益达到最大。
在本发明的一种实施例中，充电桩共享交易平台以无线通讯5G或WiFi网络进行联络，并发送至各参与者之间的公共网络平台。且以太网结构能够根据参与/使用者的不同，依照访问、使用与管控的权限划分成公有链、私有链与联盟链。而本发明交互系统采用的是联盟链。且其硬件平台包含数据层、传输层和云端层，各层之间能够进行数据传输通信。其中，数据层包车、网实时信息数据库；传输层的区块链数据流能够以无线通讯5G或WiFi网络进行联络，并发送至控制中心系统；云端层则能够将上述系统中的数据与传输结果上传至云端，共享于网络平台，例如应用APP(Application，第三方应用程序)，供所有使用者应用。
如图3所示，为本发明的基于区块链的充电设备质量追溯示意图，在基于区块链的电动汽车充电平台上，完成充电桩信息的共享，用户加入平台需身份认证，充电桩运营商或个人充电柱投资者在平台发布充电桩信息，平台将共享信息记录在链上。当电动车用户有充电需求时，将自己的位置信息和需求信息发布在平台上，平台基于预设的智能合约，按照需求方和供给方的匹配条件进行交易最合，当满足智能合约触发条件时，将电动车用户与对应的充电桩设备一对一“锁定”，电动车用户可前往相应充电桩位置进行充电。同时，该条撮合信息以交易的形式存证在平台上。区块链减少了充电桩运营商间因竞争形成的不信任，提高了交易可信度和交易效票。
如图4与图5所示，分布式架构将会促成车-桩-网互动的形成。用户电动汽车充电服务中间商需要和与电网侧达成买电合约，才能将多余的电量反向供给需要电量的车主，并得到收取费用，减少供电成本的目的，使得厂商收益达到最大。因此，买电的用户能够用低廉的价格从大电网侧买到电，并以此参与到电力系统的市场运行中，在满足电动汽车车主对自身车辆充/放电心理后，即能够设计合理的差价来达到自主买、卖电的过程，并能够确保自身收益不受损。同时，如图6所示，考虑电动汽车用户、微电网运营商和大电网之间的利益关系，可以得到价格约束与售卖关系：
es＜eb
es＜cs
cb＜eb
cs＜cb
式中，es与eb为微电网系统与大电网之间的买卖电价，cs与cb为电动汽车站与微电网用户之间的买卖电价。
综上所述，本发明公开了一种基于边缘计算技术的车网信息交互系统，为解决各充电服务商之间难以统一充电服务的标准和服务质量的问题，同时帮助用户判断各服务商的口碑、充电桩安全水平如何，设计了电动汽车充电桩共享系统的平台结构，其主要包含：充电桩边缘计算终端与充电桩共享交易平台两部分，为共享系统提供结构框架。第一，充电桩边缘计算终端通过采集电动汽车充电电量的信号并翻译，获得电动汽车充电的物理信号，通过脚本对数据进行数清洗、计算并每隔固定时间生成一份充电数据报表。当前一份数据报表生成后，通过私钥签署脚本生成报告的MD5码并写入到区块之中，同时，开始后一份数据报表的数据采集；第二，充电桩共享交易平台则采用基于联盟链的分布式架构，主要由各联盟链参与者作为记账节点进行维护，平台允许个人用户在完成身份认证后，将自有充电桩接入，通过区块链环境部署提供充电桩的定位、状态、交易信息及安全状态等信息接入区块链系统并进行共享；最后，平台的控制中心将会综合现有数据，结合电网实际情况，进行判断，当实时电价与车-网交互收益满足约束时，即可无线通讯5G技术将信息自动发送给用户，用户也能通过自主查询，搜索到不满足约束的车网信息，以供车主做出决策。
本发明通过系统的软件和硬件设计，可以实时地监测电动汽车充电参数，并传输到交易中心，交易中心可以将充电数据保存在区块链中。通过区块链技术更好地实现了充电桩共享平台的分布式、点对点交易问题，并保证了共享过程中交易的去中心化、安全性与用户隐私，为多方提供了一个良好的共识信任机制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于边缘计算技术的车网信息交互方法，其特征在于，包括：
S1、采集电动车充电数据，对充电数据进行清洗，每隔固定时间生成一份充电数据报表，并通过私钥签署脚本生成报告的加密码并写入到区块链之中，同时，开始下一份数据报表的数据采集；
S2、个人用户在完成身份认证后，将自有充电桩接入，通过区块链环境部署将充电桩信息接入区块链系统并进行共享，所述充电桩信息包括充电桩的定位、状态、交易及安全状态信息；
S3、根据充电数据报表、充电桩信息以及当前电网实际信息进行判断，若实时电价与车网交互收益满足约束，则将相关车网信息发送给用户；若实时电价与车网交互收益不满足约束，则用户通过自主查询，搜索到不满足约束的车网信息，以供用户决策。
2.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的车网信息交互方法，其特征在于，区块链系统包括区块头与区块主体两个部分，区块头含有前一区块的哈希散列值，并以此与上一个区块进行链接；区块主体则含有本体区块的信息，区块头与区块主体两个部分组成双层数据结构，其数据链结构形成的具体过程包括：每个数据集的每一个数据区块均以字节码的状态被刻入到数据子地址内，并输入区块头中；并将电动汽车充电状态、私钥信息与加密码数据，一同输入至区块头中，形成完整的数据链结构。
3.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的车网信息交互方法，其特征在于，步骤S1中，还包括对电动汽车荷电状态的监测，对充电站内各桩柱序号的记录，核对调控电动汽车充电状态的切换、完成信号传递过程的编译与转化。
4.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的车网信息交互方法，其特征在于，身份认证在开始交易执行前初始化，初始化参数包括：区块链系统内的通讯协议版本、节点网络建立时间、单次迭代时间、各节点IP地址及端口号，每个节点的配置文件中均存储所有节点的IP地址及端口号。
5.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的车网信息交互方法，其特征在于，步骤S3中，电网实际信息包括用户电动汽车充电服务中间商与电网侧达成买电合约，然后将多余的电量反向供给需要电量的车主，并得到收取费用。
6.一种基于边缘计算技术的车网信息交互系统，其特征在于，包括充电桩边缘计算终端与充电桩共享交易平台；
所述充电桩边缘计算终端用于采集电动车充电数据，对充电数据进行清洗，每隔固定时间生成一份充电数据报表，并通过私钥签署脚本生成报告的加密码并写入到区块链之中，同时，开始下一份数据报表的数据采集；
所述充电桩共享交易平台用于身份认证，个人用户在完成身份认证后，将自有充电桩接入，通过区块链环境部署将充电桩信息接入区块链系统并进行共享，所述充电桩信息包括充电桩的定位、状态、交易及安全状态信息；
所述充电桩共享交易平台根据充电数据报表、充电桩信息以及当前电网实际信息进行判断，若实时电价与车网交互收益满足约束，则将相关车网信息发送给用户；若实时电价与车网交互收益不满足约束，则用户通过自主查询，搜索到不满足约束的车网信息，以供用户决策。
7.根据权利要求6所述的基于边缘计算技术的车网信息交互系统，其特征在于，所述交互系统连接电动汽车分时租赁商、充电桩运营商、停车场、充电设备供应商、电力供应商、电动汽车用户多个节点，不同规模的充电运营商通过简单的接口方式与平台对接，实现充电桩信息的高效共享。
8.根据权利要求6所述的基于边缘计算技术的车网信息交互系统，其特征在于，所述充电桩共享交易平台具体通过WiFi通信模块实现数据共享，首先通过系统时钟初始化和定时器初始化，将WiFi通信模块上传的控制设备和可读设备数据点的值进行初始化，进入循环，通过Airkiss将WiFi配置为station模式，WiFi和PC同时连接路由器进行数据交互，然后将控制设备和可读传感器进行处理，把处理后的结果传递给结构体设备变量，通过定时器，一直定时向云端上报信息。
9.根据权利要求6所述的基于边缘计算技术的车网信息交互系统，其特征在于，所述充电桩边缘计算终端还用于对电动汽车荷电状态的监测，对充电站内各桩柱序号的记录，核对调控电动汽车充电状态的切换、完成信号传递过程的编译与转化。
10.根据权利要求6所述的基于边缘计算技术的车网信息交互系统，其特征在于，所述充电桩共享交易平台还用于在开始交易执行前对身份认证进行初始化，初始化参数包括：区块链系统内的通讯协议版本、节点网络建立时间、单次迭代时间、各节点IP地址及端口号，每个节点的配置文件中均存储所有节点的IP地址及端口号。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2023
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Cited By (2)
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| CN117541299A (zh) * | 2024-01-03 | 2024-02-09 | 江苏鼎集智能科技股份有限公司 | 基于区块链的充电桩交易管理系统 |
| CN117541299B (zh) * | 2024-01-03 | 2024-04-05 | 江苏鼎集智能科技股份有限公司 | 基于区块链的充电桩交易管理系统 |
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