DE202022104156U1 - System for monitoring the condition of a suspension bridge and for alerting - Google Patents
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Abstract
System zur Überwachung des Zustands einer Hängebrücke und zur Alarmierung, umfassend eine Randvorrichtung (200), die Folgendes umfasst: eine Kamera zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100), Dehnungsmessstreifen zur Messung der Verschiebung (101), Kraftwandler zur Bestimmung der Spannung in den Kabeln (102), ein globales Positionsbestimmungssystem (GPS) (103) für die Koordinaten der Hängebrücke, Neigungsmesser (104) zur Bestimmung der Drehung des Fundaments, eine Recheneinheit (105) zum Vergleichen und Analysieren der empfangenen Daten, ein Alarmsystem zur Alarmierung der Pendler (106) und LoRa (107) zur Übermittlung der Daten an das Tor (108). A system for monitoring the condition of a suspension bridge and for alerting, comprising an edge device (200) comprising: a camera for determining the speed of the vehicle (100), strain gauges for measuring the displacement (101), force transducers for determining the tension in the cables (102), a global positioning system (GPS) (103) for the coordinates of the suspension bridge, inclinometer (104) for determining the rotation of the foundation, a computing unit (105) for comparing and analyzing the data received, an alarm system for alerting commuters (106) and LoRa (107) to transmit the data to the gate (108).
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Zustandsüberwachungs- und Warnsystem für Hängebrücken.This invention relates to a suspension bridge condition monitoring and warning system.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Forschungslücke: Diese Offenbarung stützt sich, anstatt die weniger genaue Luftbildtechnik zu verwenden, auf Sensoren, um genaue Daten der Zustandsparameter der Brücke zu liefern. Die gesammelten Daten werden auch van den Server gesendet, der täglich den Zustand der Brücke speichert.Research gap: This disclosure, rather than using the less accurate aerial photography technique, relies on sensors to provide accurate data on the bridge's condition parameters. The collected data is also sent to the server, which saves the status of the bridge on a daily basis.
Forschungslücke: Diese Offenbarung konzentriert sich nicht nur auf einen Aspekt des Brückenzustands, sondern auch auf andere Aspekte wie extreme Belastungsbedingungen, Geschwindigkeit des Fahrzeugs sowie Setzung und Drehung des Fundaments.Research gap: This disclosure not only focuses on one aspect of the bridge condition, but also on other aspects such as extreme loading conditions, speed of the vehicle, and settlement and rotation of the foundation.
Forschungslücke: Diese Offenlegung überwacht nicht nur den Zustand aller Hängebrücken eines bestimmten Berggebiets, sondern warnt auch die Anwohner oder Pendler vor jeder Gefahr, wenn sie mit Hilfe eines Alarmsystems erkannt wird.Research gap: This disclosure not only monitors the condition of all suspension bridges in a given mountainous area, but also warns residents or commuters of any hazard if detected using an alarm system.
Forschungslücke: Neben der Echtzeit-Überwachung von Hängebrücken werden die Pendler auch vor Gefahren auf der Brücke gewarnt.Research gap: In addition to real-time monitoring of suspension bridges, commuters are also warned of dangers on the bridge.
Keiner der oben genannten Stand der Technik entweder allein oder in Kombination mit einem anderen offenbaren, was die vorliegende Erfindung offenbart hat. Die vorliegende Erfindung System zur Überwachung des Zustands von Hängebrücken und zur Alarmierung.None of the above prior art, either alone or in combination with another, discloses what the present invention has disclosed. The present invention suspension bridge condition monitoring and alarm system.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Diese Zusammenfassung dient dazu, eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung der Erfindung näher erläutert werden. Diese Zusammenfassung ist weder dazu gedacht, die wichtigsten oder wesentlichen erfinderischen Konzepte der Erfindung zu identifizieren, noch soll sie den Umfang der Erfindung bestimmen.This summary is provided to introduce a selection of concepts in a simplified form that are further explained in the detailed description of the invention. This summary is not intended to be the most important or to identify the essential inventive concepts of the invention, nor is it intended to define the scope of the invention.
Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung gegeben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es wird davon ausgegangen, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung anzusehen sind. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen mit zusätzlicher Spezifität und Detailgenauigkeit beschrieben und erläutert.In order to further clarify the advantages and features of the present invention, a more detailed description of the invention will be given by reference to specific embodiments of the invention that are illustrated in the accompanying drawings. It is understood that these drawings represent only typical embodiments of the invention and are therefore not to be taken as limiting the scope of the invention. The invention will be described and illustrated with additional specificity and detail with reference to the accompanying drawings.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Echtzeit-Zustandsüberwachungssystem, eine Sicherheitsbewertung, ein Warnsystem sowie eine Beurteilung und Bewertung von Zustandsanomalien für Hängebrücken in hügeligen Gebieten bereit. Die Erfindung überwacht den Zustand von Hängebrücken in hügeligen Gebieten mit Hilfe von Edge Device, Gateway und Server. Der Zustand der Brücke wird im Zusammenhang mit den extremen Belastungsbedingungen, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Setzung und Drehung des Fundaments mit Hilfe von Kamera, Dehnungsmessstreifen, Kraftaufnehmern, Kippmessern und GPS bewertet; die Daten werden an die Recheneinheit gesendet. Die Recheneinheit aktiviert dann je nach den Grenzwerten und den empfangenen Daten das Alarmsystem, das aus einem Display, einer roten LED und einer Hupe besteht. Das Edge-Gerät sendet die Daten auch und als Gateway, das sie wiederum van den Server sendet, der die Daten in der Datenbank sammelt, analysiert und anzeigt.The present invention provides a real-time condition monitoring system, safety assessment, warning system, and condition anomaly assessment and evaluation for suspension bridges in hilly areas. The invention monitors the condition of suspension bridges in hilly areas using edge device, gateway and server. The condition of the bridge is assessed in relation to the extreme loading conditions, the speed of the vehicle and the settlement and rotation of the foundation using camera, strain gauges, force transducers, inclinometers and GPS; the data is sent to the processing unit. Depending on the limit values and the data received, the computing unit then activates the alarm system, which consists of a display, a red LED and a horn. The edge device also sends the data and acts as a gateway, which in turn sends it to the server, which collects, analyzes and displays the data in the database.
Figurenlistecharacter list
Die dargestellten Ausführungsformen des Gegenstands werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Teile durchgehend mit Zahlen bezeichnet sind. Die folgende Beschreibung ist nur als Beispiel gedacht und veranschaulicht einfach bestimmte ausgewählte Ausführungsformen von Vorrichtungen, Systemen und Verfahren, die mit dem hierin beanspruchten Gegenstand übereinstimmen, wobei:
-
1 eine allgemeine Architektur des erfindungsgemäßen Systems zeigt, -
2 ein Edge-Gerät zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen System zeigt, -
3 ein Gateway zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen System zeigt, und -
4 ein Flussdiagramm bezüglich der Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems zeigt.
-
1 shows a general architecture of the system according to the invention, -
2 shows an edge device for use with a system according to the invention, -
3 shows a gateway for use with a system according to the invention, and -
4 shows a flow chart regarding the use of a system according to the invention.
Die Figuren zeigen Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands nur zum Zwecke der Veranschaulichung. Ein Fachmann wird aus der folgenden Beschreibung leicht erkennen, dass alternative Ausführungsformen der hierin veranschaulichten Strukturen und Verfahren verwendet werden können, ohne von den Prinzipien der hierin beschriebenen Offenbarung abzuweichen.The figures show embodiments of the present subject matter for purposes of illustration only. One skilled in the art will readily appreciate from the following description that alternative embodiments of the structures and methods illustrated herein may be used without departing from the principles of the disclosure described herein.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die detaillierte Beschreibung verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der Offenbarung wird hierin unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die Ausführungsformen hierin in solchen Details beschrieben werden, um die Offenbarung klar zu kommunizieren. Die Menge der hierin bereitgestellten Details soll jedoch die erwarteten Variationen von Ausführungsformen nicht einschränken; im Gegenteil, es ist beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.The detailed description of various exemplary embodiments of the disclosure is set forth herein with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the embodiments herein are described in such detail in order to clearly communicate the disclosure. However, the amount of detail provided herein is not intended to limit the expected variations of embodiments; on the contrary, it is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the scope of the present disclosure as defined by the appended claims.
Es versteht sich auch, dass verschiedene Anordnungen erdacht werden können, die die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung verkörpern, obwohl sie hierin nicht explizit beschrieben oder gezeigt werden. Darüber hinaus sollen alle Aussagen hierin, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufführen, sowie spezifische Beispiele Äquivalente davon umfassen.It is also understood that various arrangements can be devised that embody the principles of the present disclosure, although not explicitly described or shown herein. Furthermore, all statements herein that recite principles, aspects, and embodiments of the present disclosure, as well as specific examples, are intended to include equivalents thereof.
Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung von Ausführungsbeispielen zu verstehen. Die hier verwendeten Singularformen „ein“, „eine“ und „die“ schließen auch die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“, „bestehend aus“, „beinhaltet“ und/oder „einschließend“, wenn sie hier verwendet werden, das Vorhandensein bestimmter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of example embodiments. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. It is further understood that the terms “comprises,” “consisting of,” “includes,” and/or “including,” when used herein, imply the presence of particular features, integers, steps, operations, elements, and/or components specify but not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components and/or groups thereof.
Es sollte auch beachtet werden, dass in einigen alternativen Ausführungsformen die angegebenen Funktionen/Aktionen in einer anderen als der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten können. So können z. B. zwei nacheinander gezeigte Figuren in der Tat gleichzeitig oder manchmal auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, je nach den betreffenden Funktionen/Akten. Darüber hinaus dienen die Bezeichnungen „erste“, „zweite“, „dritte“ und dergleichen in der vorliegenden Erfindung nur der Beschreibung und sind nicht als Hinweis auf ihre relative Bedeutung oder als implizite Angabe der Anzahl der angegebenen technischen Merkmale zu verstehen. So können Merkmale, die „erste“ und „zweite“ definieren, mindestens eines der Merkmale entweder explizit oder implizit einschließen.It should also be noted that in some alternative embodiments, the functions/acts specified may be in a different format than that described in the order given in the figures can occur. So e.g. For example, two figures shown one after the other may in fact be executed simultaneously or sometimes in reverse order, depending on the functions/acts involved. Furthermore, the terms "first", "second", "third" and the like in the present application are for descriptive purposes only and should not be taken as an indication of their relative importance or as an implication of the number of technical features stated. Thus, features defining "first" and "second" may include at least one of the features either explicitly or implicitly.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann, der sich mit der Technik auskennt, zu der die Beispielausführungen gehören, allgemein verstanden wird. Es versteht sich ferner, dass Begriffe, z. B. solche, die in allgemein gebräuchlichen Wörterbüchern definiert sind, so ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der relevanten Kunst übereinstimmt, und dass sie nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn ausgelegt werden, es sei denn, sie sind hier ausdrücklich so definiert.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the example embodiments pertain. It is further understood that terms, e.g. B. those defined in commonly used dictionaries should be construed to have a meaning consistent with their meaning in the context of the relevant art and not be construed in an idealized or overly formal sense, unless because they are explicitly defined as such here.
Diese und andere Vorteile des vorliegenden Gegenstands werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlicher beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die Beschreibung lediglich die Prinzipien des vorliegenden Gegenstands illustriert. Der Fachmann wird daher in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu entwickeln, die, obwohl sie hier nicht ausdrücklich beschrieben sind, die Prinzipien des vorliegenden Gegenstands verkörpern und in dessen Anwendungsbereich fallen.These and other advantages of the present subject matter are described in more detail with reference to the following figures. It should be noted that the description is merely illustrative of the principles of the present subject matter. Those skilled in the art will therefore be able to devise various arrangements which, although not expressly described herein, embody the principles of the present subject matter and fall within its scope.
Eine kosteneffektive Technik zur Überwachung und analysieren des Zustands der Infrastruktur unserer Nation wird dringend benötigt. Mit dem Vorhandensein einer Vielzahl von Systemen zur Überwachung des Brückenzustands entsteht ein überwältigender Bedarf an einem effektiven System, sowohl in Bezug auf die Kosten als auch auf die Arbeitsweise. Da die Pendler täglich über die Hängebrücken in hügeligen Gebieten mit extremen Wetterbedingungen und topografischen Gegebenheiten fahren, ist es notwendig, den Zustand der Hängebrücken täglich zu erfassen, zu bewerten und zu überwachen sowie die Pendler vor einer drohenden Gefahr zu warnen.A cost-effective technique for monitoring and analyzing the health of our nation's infrastructure is urgently needed. With the existence of a variety of bridge condition monitoring systems, there arises an overwhelming need for an effective system, both in terms of cost and operation. Since commuters daily cross the suspension bridges in hilly areas with extreme weather conditions and topographical features, it is necessary to record, evaluate and monitor the condition of the suspension bridges on a daily basis and to warn commuters of an imminent danger.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Echtzeit-Überwachungs- und Warnsystem für Hängebrücken in hügeligen Gebieten vor. Das Überwachungssystem besteht aus
- • einem Randgerät/Edgegerät (200) (
- • ein Gateway (108) (
- • einen Server (112) zum Sammeln, Analysieren und Anzeigen der Daten.
- • an edge device (200) (
- • a gateway (108) (
- • a server (112) for collecting, analyzing and displaying the data.
Der Zustand der Hängebrücke wird anhand der folgenden Parameter bewertet:
- • extreme Belastungsbedingungen, um sicherzustellen, dass die Belastung der Hängebrücken und die Spannung im Hauptkabel und im Tragseil die Grenzwerte nicht überschreiten.
- • Setzungen des Fundaments, um sicherzustellen, dass die Setzungen und zusätzlichen Spannungen innerhalb der zulässigen Grenzen liegen.
- • Rotation des Fundaments, um eine minimale Kolkbildung in der Nähe der Widerlager und deren Rotation zu gewährleisten.
- • extreme loading conditions to ensure that the loading of the suspension bridges and the tension in the main cable and suspension cable do not exceed the limits.
- • Settlement of the foundation to ensure that the settlement and additional stresses are within allowable limits.
- • Rotation of the foundation to ensure minimal scour formation near the abutments and their rotation.
Jedes an einer Hängebrücke angebrachte Überwachungssystem bewertet mit Hilfe des Randgeräts den Echtzeitzustand der Hängebrücken im Zusammenhang mit den vorgenannten Parametern. Das Randgerät warnt die Pendler bei extremen Zuständen auf der Hängebrücke mit Hilfe eines Alarmsystems, bestehend aus Display, roter LED und Hupe. Die Randgeräte aller angeschlossenen Hängebrücken senden mit Hilfe des Tors die Daten van den Server, der die Sammlung, Analyse und Anzeige der Daten für den betreffenden Benutzer ermöglicht (
Detaillierte Funktionsweise des ÜberwachungssystemsDetailed functioning of the surveillance system
Die Dehnungsmessstreifen (101), die an verschiedenen Teilen der Hängebrücke wie Tragseilen, Hauptseilen, Türmen und Widerlagern an den beiden Enden angeschlossen sind, erfassen die Verschiebungsdaten der genannten Teile. Kraftaufnehmer (102), die mit dem Tragseil und dem Hauptseil verbunden sind, ermitteln den Wert der Spannung in den Seilen. Neigungsmesser (104), die mit dem Deck der Hängebrücke verbunden sind, geben den Grad der Drehung der Brücke wieder. Die Kamera (100), die stabil an zwei Enden der Hängebrücke angebracht ist und einen ungehinderten Blick auf einen ausgewählten Teil der Hängebrücke hat, zeichnet das Video der Fahrzeugbewegungen auf. Das mit der Hängebrücke verbundene GPS (103) erfasst die genauen Koordinaten der Hängebrücke.The strain gauges (101) attached to various parts of the suspension bridge such as suspension cables, Main cables, towers and abutments are connected at the two ends, record the displacement data of said parts. Force transducers (102) connected to the suspension cable and the main cable determine the value of the tension in the cables. Inclinometers (104) connected to the deck of the suspension bridge reflect the degree of rotation of the bridge. The camera (100), which is stably mounted at two ends of the suspension bridge and has an unobstructed view of a selected portion of the suspension bridge, records the video of the vehicle movements. The GPS (103) connected to the suspension bridge records the exact coordinates of the suspension bridge.
Die Daten von den Dehnungsmessern, Kraftaufnehmern, Neigungsmessern, GPS und der Kamera werden dann an die Recheneinheit (105) des Randgeräts (200) gesendet. Die Recheneinheit (105) vergleicht die Werte von Verschiebungen, Spannungen und Drehungen und vergleicht sie mit den Schwellenwerten. Falls ein Wert den Schwellenwert überschreitet, weist die Recheneinheit (105) das Alarmsystem (106) an, den Pendler zu warnen, indem sie den Alarm auf dem Display mit roten LEDs anzeigt und die Hupe einschaltet. Die Recheneinheit (105) sammelt auch die Koordinaten der Hängebrücke aus dem GPS und ermittelt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus den Daten der Kamera (100). Wenn die Geschwindigkeit den zulässigen Wert für die Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Brücke überschreitet, weist die Recheneinheit (105) das Alarmsystem (106) an, eine Warnmeldung für den Pendler anzuzeigen.The data from the strain gauges, force transducers, inclinometers, GPS and camera is then sent to the computing unit (105) of the edge device (200). The calculation unit (105) compares the values of displacements, stresses and rotations and compares them with the threshold values. If a value exceeds the threshold, the computing unit (105) instructs the alarm system (106) to warn the commuter by showing the alarm on the display with red LEDs and sounding the horn. The computing unit (105) also collects the coordinates of the suspension bridge from the GPS and determines the speed of the vehicle from the data from the camera (100). If the speed exceeds the allowed vehicle speed on the bridge, the computing unit (105) instructs the alarm system (106) to display a warning message to the commuter.
Das Edge-Gerät (200) sendet die gesammelten Daten über LoRa (107) an das Tor (108). Das Tor (108) lädt dann mit Hilfe des Wi-Fi-Moduls (111) die Daten auf den Server (112) hoch, der die Daten sammelt, analysiert und sie in der Datenbank und für den betreffenden Benutzer anzeigt.The Edge device (200) sends the collected data to the Gate (108) via LoRa (107). The gateway (108) then, with the help of the Wi-Fi module (111), uploads the data to the server (112), which collects the data, analyzes it and displays it in the database and for the relevant user.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION
Im Folgenden sind die Vorteile der Erfindung aufgeführt:
- 1. Die vorliegende Erfindung überwacht den Zustand der Hängebrücken in Echtzeit in den hügeligen Gebieten.
- 2. Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, die Pendler und Behörden vor den Ereignissen extremer Belastungsbedingungen, Fundamentsetzung und Rotation zu erkennen und zu warnen.
- 3. Die vorliegende Erfindung sammelt, bewertet, sammelt und überwacht den Zustand aller Hängebrücken eines bestimmten hügeligen Gebiets und lädt ihn auf einen zentralen Server hoch, um ihn den betroffenen Behörden für weitere Maßnahmen zur Verfügung zu stellen.
- 4. Die vorliegende Erfindung warnt die Pendler vor jeder Gefahr, die aufgrund eines schlechten Zustands der Hängebrücke besteht, und hilft bei der Verhinderung von Extremereignissen.
- 5. Die gesammelten Daten können analysiert werden, um zukünftige Zustandsprobleme einer bestimmten Hängebrücke zu erkennen.
- 6. Das Überwachungs- und Warnsystem alarmiert den Pendler auch bei Überschreitung der zulässigen Geschwindigkeitsbegrenzungen auf der Brücke und verhindert so Unfälle.
- 1. The present invention monitors the status of the suspension bridges in real time in the hilly areas.
- 2. The present invention is able to detect and warn the commuters and authorities of the events of extreme loading conditions, foundation settlement and rotation.
- 3. The present invention collects, evaluates, collects and monitors the condition of all suspension bridges of a certain hilly area and uploads it to a central server to make it available to the concerned authorities for further action.
- 4. The present invention warns the commuters of any danger due to the suspension bridge's bad condition and helps to prevent extreme events.
- 5. The collected data can be analyzed to detect future health problems of a specific suspension bridge.
- 6. The monitoring and warning system also alerts commuters if the permitted speed limit is exceeded on the bridge, thus preventing accidents.
Neue Merkmale der Erfindung:
- 1. Smart-Edge-Gerät zur Überwachung des Zustands der Hängebrücken in Echtzeit.
- 2. Smart-Edge-Gerät mit Warnsystem zur Warnung der Pendler vor Gefahren aufgrund eines schlechten Zustands der Hängebrücke.
- 3. Ein Netzwerk verbundener Hängebrücken in hügeligen Gebieten zur besseren Überwachung aller verbundenen Brücken.
- 1. Smart edge device to monitor the status of suspension bridges in real time.
- 2. Smart edge device with warning system to warn commuters of dangers due to suspension bridge poor condition.
- 3. A network of connected suspension bridges in hilly areas to better monitor all connected bridges.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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