JP2017037358A - 観測システム、中継装置及び観測データ受信方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】観測対象の観測データを観測して所定の周期で送信する観測局10から観測データを間欠受信し、無線受信部212が観測データを受信できなかった場合に、現在設定された受信周期を、無線受信部における間欠受信の受信休止時間又は受信時間の少なくとも一方を現在の受信休止時間又は現在の受信時間とは異なる時間に設定した受信周期に変更して、次回の受信動作を行い、無線受信部212が観測データを受信できた場合に、無線受信部212における間欠受信の受信休止時間及び受信時間を予め設定された基本受信休止時間及び基本受信時間に設定した、所定の送信周期に対応する基本受信周期で、次回の受信動作を行う。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る観測システム1は、観測対象の観測データを観測する観測局10と、観測対象の観測データを収集する収集局30と、観測局10から収集局30への観測データの送信を中継する中継局20と、を備えている。観測局10及び中継局20並びに中継局20及び収集局30は、互いに無線通信により接続されている。また収集局30は上位局40と接続されている。
観測局10は例えば山間部や河川の近辺に設置され、雨量、河川の水位、土石流の発生の有無等の環境情報を観測対象として観測データを観測する。本発明の一実施形態に係る観測システム1の観測局10は、雨量の観測を行うものとして説明する。
収集局30は、例えば防災管理センタ等であり、収集した観測データを上位局4に送信する。
上位局40は、収集局30から伝送された計測データに基づいて、河川管理、水資源管理または防災管理等の各種管理を行う。上位局40は、例えば砂防事務所、河川事務所等である。
以下、観測局10、中継局20、収集局30及び上位局40のそれぞれについて詳細に説明する。なお、本発明の一実施形態に係る観測システム1は、雨量観測システムとして機能するものとして説明する。
観測局10は、雨量計11と、空中線12と、無線送信部13と、制御部14と、電源部である電池15と、を有している。
(雨量計)
雨量計11は、観測対象である雨量の観測データを測定する測定部であり、例えば転倒ます型雨量計である。転倒ます型雨量計は、転倒ますを満たす所定量の降雨(例えば0.5mm又は1.0mm)があって転倒ますが転倒する毎に転倒ます内の雨を外に排出する。転倒ます型雨量計は、転倒ますが転倒する毎にパルス信号を出力する。転倒ます型雨量計は、雨量の観測の際に電力を必要としない、省電力効果が高い雨量計である。
制御部14は、無線送信部13に所定の送信周期(例えば60秒)で観測対象の観測データを間欠送信させる。
制御部14は、例えばマイクロプロセッサ(MPU:Micro-processing unit)であり、観測局10内の各部の制御を行う。制御部14は、カウンタを備え、カウンタによってカウントされた時間に基づいて、観測局10からの観測データの送信を制御する。
累積雨量又は雨量パルスカウント値の累積値を観測データとして間欠送信することにより、中継局20または収集局30で受信できない場合があっても観測データの欠落を防止することができる。
空中線12は、無線送信部13の規格に対応し、無線送信部13から入力された観測データを中継局20に向けて送信する。
(無線送信部)
無線送信部13は、制御部14の制御に従って、雨量計11における観測データを中継局20に送信する。無線送信部13は、例えば、2.4GHzの帯域で無線通信を行い、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance:搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式)により同一周波数を他の一又は複数の観測局(図示せず)との間で共有できる機能を有している。このため、従来の自律型テレメータ装置のようにGPS(Global Positioning System:全地球測位システム)による正確な時刻情報を必要としない。このため、観測局10は、低消費電力で、かつ他の一又は複数の観測局(図示せず)の送信タイミングと非同期な一定時間間隔で、観測データを間欠送信することができる。
空中線12と無線送信部13との間には、同軸アレスタ等の避雷器(図示せず)が設けられていてもよい。
電池15は、観測局10内の各部に対して電力供給を行う。電池15は、例えば乾電池、電池パック等の小型軽量の電池である。電池15は、一次電池及び二次電池の何れであってもよい。本実施形態の観測局10は、観測データを所定の送信間隔で間欠送信するため消費電力が顕著に小さい。このため、一般的なアルカリ乾電池を用いた場合でも1年以上使用することができる場合がある。
中継局20は、受信部21と、送信部22と、制御部23と、電源部である電池24とを備えている。
(受信部)
受信部21は、空中線211及び無線受信部212を含み、無線通信により観測局10から観測データを受信する。
空中線211は、観測局10の空中線12から送信された観測データの受信が可能であり、例えば空中線12と同様の空中線を用いることができる。また、空中線211は、他の観測局(図示せず)から送信された観測データを受信することも可能である。
無線受信部212は、制御部23の制御に従って、観測局10の無線送信部13から送信される観測データを間欠的に受信可能となっている。無線受信部212は、空中線211を介した無線通信により、観測データの間欠受信を行う。
送信部22は、空中線221及び無線送信部222を含み、無線通信により収集局30に対して観測データを送信する。
空中線221は、受信部21から入力された観測データを収集局30に向けて送信可能である。空中線221は、受信部21から入力された観測データを収集局30に向けて送信可能であれば、観測局10の空中線12又は受信部21の空中線211と同様の空中線を用いても良く、他の空中線を用いてもよい。
無線送信部222は、制御部23の制御に従って、受信部21の無線受信部212が観測局10から観測データを受信した場合に、受信した観測データを収集局30に送信する。
制御部23は、観測局10の無線送信部13から観測データが送信されるタイミングに合わせて、間欠受信の受信動作を行う。また、制御部23は、受信部21の無線受信部212が観測局10から観測データを受信した場合に、受信した観測データを収集局30に送信するように、無線送信部222を制御する。すなわち、制御部23は、中継局20における受信制御と、送信制御の双方を行う。制御部23は、図示しないカウンタを備え、カウンタによってカウントされた時間に基づいて受信部21における受信動作を制御する。
制御部23において制御される具体的な観測データ受信方法は、後に詳細に説明する。
また、制御部23は、無線受信部(図示せず)により収集局30からの制御信号を受信可能とされていてもよい。この場合、制御部23は、観測局10と同様に、収集局30から送信された制御信号に従って、例えば送信周期をより長い時間に変更する制御等の中継局20の制御を行うことができる。
電池24は、中継局20内の各部に対して電力供給を行う。電池24は、観測局10で用いる電池15と同様に、例えば乾電池、電池パック等の小型軽量の電池であり、一次電池及び二次電池の何れであってもよい。
そして、後述する観測データの受信方法により、GPS等の装置を用いることなく観測データの受信精度を高めることができる。また、中継局20は、観測データの受信ができなくなった場合でも、早期に正常受信状態に復帰させることができる。
収集局30は、屋外通信装置31と、屋内通信装置32と、演算装置33とを有している。収集局30は、図示しない商用電源に接続されている。
(屋外通信装置)
屋外通信装置31は、空中線311及び無線受信部312を有している。
空中線311は、中継局20の送信部22の空中線221から送信された観測データの受信が可能であり、例えば空中線221と同様の空中線を用いることができる。また、空中線211は、他の中継局(図示せず)から送信された観測データを受信することも可能である。
無線受信部312は、空中線311を介して中継局20から送信された観測データを受信する。屋外通信装置31では、空中線311の近くに無線受信部312を設置することで、接続ケーブルを短くし、受信した観測データの伝送よる損失を抑制している。
屋内通信装置32は、受信部321及び制御部322を有している。
受信部321は、観測局10から中継局20を介して観測データを収集する。また、屋内通信装置32は、観測局10内の電池15及び中継局20内の電池24の電池残量情報も収集する。
制御部322は、観測局10から中継局20を介して収集した観測データを、演算装置33に送信する。また、制御部322は、電池残量情報に基づく観測局10内の電池15及び中継局20内の電池24の電池残量の監視を行う。例えば、電池残量情報が電池電圧情報である場合、制御部322は、電池電圧が予め設定した所定の電圧値を下回ると警報を出力する。また、制御部322は、電池電圧が予め設定した所定の電圧値を下回った場合に、屋外通信装置31の無線送信部(図示せず)を介して観測局10又は中継局20に送信周期を長くする制御信号を送信してもよい。これにより、観測局10内の電池15及び中継局20内の電池24の寿命を延ばすことができる。
演算装置33は、データ処理部331及び通信処理部332を有している。
データ処理部331は、観測局10から中継局20を介して受信した観測データ(累積雨量等)を、定時観測データとする処理を行う。定時観測データは、例えば10分毎の観測データ(毎10分定時観測データ)である。データ処理部331は、後述する上位局40のNTP(Network Time Protocol:ネットワーク・タイム・プロトコル)サーバ43の時計情報に基づいて上述の処理を行う。
通信処理部332は、データ処理部331において処理した定時観測データを上位局40の上位装置41に対して送信する。
上位局40は、上位装置41と、NTPサーバ42とを有している。上位局40は、図示しない商用電源に接続されている。
(上位装置)
上位装置41は、データ処理部331において処理された定時観測データを受信する。上位装置41は、観測局10から収集局30を介して受信した観測データに基づいて、雨量を用いた河川管理や防災管理を行う。上位装置41は、例えばサーバ型処理装置を用いている。
(NTPサーバ)
NTPサーバ42は、収集局30に時計情報を出力するサーバである。
次に、中継局20の制御部23によって制御される観測データ受信方法について、図2から図6を参照して説明する。
図2(a)から図2(c)は、観測局10の運用開始時における観測データの送信及び受信のタイミングを示す概略図であり、図2(a)は観測局10における観測データの送信タイミング、図2(b)は中継局20における観測データの受信タイミング、図2(c)は中継局20における観測データの送信タイミングを示す。図2(b)において、白枠で示す部分は受信動作を休止し、斜線枠で示す部分は受信動作を行っているものとする。
図2(b)に示すように、中継局20の受信部21では、観測局10の電源がON状態とされて正常に観測局10からの観測データを受信するまでの間の受信待ち状態において「引込動作」を行う(ステップS2)。また、受信部21が観測データを正常に受信した場合には、その後観測データの受信を行う間「中継動作」を行う(ステップS3)。
引込動作中及び中継動作中においては、それぞれ受信動作の休止と受信動作とを交互に繰り返す間欠受信を行う。
中継動作中において、受信部21は、受信休止時間t1の間受信動作を休止する受信休止動作と、受信時間t2の間受信動作を行う受信動作とを繰り返す、受信周期tでの間欠受信を行う。以下、中継動作中における受信休止時間t1を「基本受信休止時間t1」と記載し、中継動作中における受信時間t2を「基本受信時間t2」と記載する。また、中継動作中における受信周期tを「基本受信周期t」と記載する。「基本受信周期t」は、「基本受信休止時間t1」と「基本受信時間t2」との合計で示される。
基本受信休止時間t1は、観測局10からの観測データの送信周期Tよりも短い時間(t1<T)に設定される。また、受信時間t2は、観測局10の観測データ送信周期Tから受信休止時間t1を減算した時間より長い時間に設定される(t2>T−t1)。これにより、観測データが観測局10からの送信周期Tどおりに送信される限り、受信部21は常に受信動作中に観測データを受信することができる。
ステップS7において、受信部21が観測局10からの観測データを受信する。このとき、次回の観測データの予測受信タイミングは、観測データの受信時(ステップS7)から60秒後(観測データの送信周期T後)となる。一方、受信部21は、観測局10からの観測データの受信時(ステップS7)から、基本受信休止時間t1=59.5秒での受信休止動作が開始される(ステップS7)。このため、受信休止動作は、観測データの予測受信タイミングよりも0.5秒前に終了して受信時間t2=1秒での受信動作が開始される(ステップS8)。
受信部21の無線受信部212が観測データを受信できなかった場合、引込動作を行う。引込動作中において、受信部21は、中継動作中の基本受信周期tとは異なる受信周期t’で間欠受信を行う。すなわち、受信休止時間t’1での受信休止動作と、受信時間t’2での受信動作とを繰り返す。
ここで、引込動作中の間欠受信は、受信周期t’が基本受信周期tと異なっていれば良い。すなわち、引込動作中は、間欠受信の受信休止時間t’1又は受信時間t2’の少なくとも一方を基本受信休止時間t1又は受信時間t2とは異なる時間に設定した受信周期t’に設定して間欠受信を行う。このため、受信休止時間t’1が基本受信休止時間t1と同一であるか、又は受信時間t’2が基本受信時間t2と同一であってもよい。
受信部21が観測データを受信できない場合、制御部23は、受信時間t2’を基本受信時間t2=1秒よりも長く設定して、次回の受信動作を行うように無線受信部212を制御する。これにより、受信部21は、観測データを受信しやすくなる。
受信部21は、受信休止時間t’1=59.5秒での受信休止動作(ステップS4)と、受信時間t2’=2秒での受信動作(ステップS5)とを、観測局10からの観測データを受信するまで繰り返す。
例えば、図2(b)のように、観測局10からの観測データの送信周期T=60秒、受信周期t’=61.5秒に設定した場合、受信部21での受信タイミングが観測局10の送信タイミングに1.5秒ずつ近づいて行く。このため、受信部21は、最大40回(平均20回)の受信動作で観測局10からの観測データを受信することができる。
すなわち、制御部23は、無線受信部212が観測データを受信できた場合に、無線受信部212における間欠受信の受信休止時間t1’及び受信時間t2’(受信周期t’)を、送信周期Tに対応する基本受信休止時間t1及び基本受信時間t2(基本受信周期t)に変更して、次回の受信動作を行うように無線受信部212を制御する。
図3(a)に示すように、観測局10からの観測データの送信タイミングが基本送信周期T=60秒からずれた場合について説明する。観測局10からの観測データの送信周期は、ステップS11においては基本送信周期T=60秒であり、ステップS12では送信周期T’’=60.5秒、ステップS13では送信周期T’’’=63秒となり、その後ステップS14以降は基本送信周期T=60秒となるものとする。
この場合、図3(b)に示すように、ステップS31では通常の中継動作中であるため(ステップS21)、基本受信休止時間t1=59.5秒及び基本受信時間t2=1秒の設定で間欠受信が行われる。そして、基本受信時間t2=1秒の設定で受信動作を開始した0.5秒後に観測データを受信して、受信動作が休止される(ステップS32)。
上述の例では、受信休止時間及び受信時間の双方を変更しているが、受信休止時間及び受信時間の少なくとも一方を現在の受信休止時間及び受信時間とは異なる時間に設定してもよい。観測データの受信失敗を複数回許容することにより、例えば観測データの送信タイミングのずれ以外の理由で偶然受信できなかった場合に直ちに設定変更を行わないようにすることができる。
また、図3(c)に示すように、送信部22は、受信部21で観測データが受信された場合に、収集局30に対して観測データを送信する(ステップS41,42,43,44,45)。
また、引込動作の他の例として、図4(c)に示すように、受信部21が観測データを受信できなかった場合に、制御部3は受信休止時間t’1を基本受信休止時間t1より短く設定して、次回の受信動作を行うように無線受信部212を制御してもよい。例えば、図4(c)中では、受信休止時間を基本受信休止時間t1=59.5秒からt’1=58秒に変更する例を示している。これにより、受信周期t’を基本受信周期tよりも短くして、受信動作の回数を増加させることで、早いタイミングで観測データを受信し、中継動作に移ることができる。
また、上述のような観測データ受信方法を実行する中継局20では、引込動作中においては受信部21のみが稼働し、中継動作中においては受信部21及び送信部22の双方が交互に動作する。このため、受信部21の無線受信部212及び制御部23の受信制御機構とを第1の無線モジュールで構築し、送信部22の無線送信部222及び制御部23の送信制御機構とを第2の無線モジュールで構築する場合、第1及び第2の無線モジュールは同時に使用されることはない。したがって、中継局20は、複数の無線モジュール運用時に懸念される無線モジュール間の感度抑圧等に影響されることなく構築することができる。
ステップS50において、制御部23は、受信部21における受信モードが中継モードであるか否かを判定する。ステップS50において、制御部23が中継モードであると判断した場合には(ステップS50のYes)、受信部21において中継動作が開始され、処理がステップS51に移行する。ステップS51において、制御部23は、間欠受信における受信休止時間t1を59.5秒に設定する。ステップS52において、制御部23は、ステップS51で設定した受信休止時間t1(59.5秒)が経過したか否かを判断する。ステップS52において受信休止時間t1(59.5秒)が経過していないと判断された場合(ステップS52のNo)、制御部23はステップS52の処理を継続する。ステップS52において受信休止時間t1(59.5秒)が経過したと判断された場合(ステップS52のYes)、処理がステップS53に移り、制御部23は、受信時間t2を1秒に設定する。
続いて、ステップS54において、制御部23は、受信部21における受信時間t2(1秒)での受信動作(受信周期60.5秒)を開始させる。ステップS55において、制御部23は、観測データの受信の有無を判断し、観測データの受信が行われたと判断した場合には(ステップS55のYes)、処理がステップS56に移行する。
一方、ステップS59において制御部23が受信処理の継続を行わないと判断した場合には(ステップS59のNo)、処理が終了する。
一方、ステップS59において制御部23が受信処理の継続を行わないと判断した場合には(ステップS59のNo)、処理が終了する。
ステップS51からステップS65は、中継動作を示している。
ステップS71において、制御部23は、間欠受信における受信休止時間t1’を59.5秒に設定する(図3のステップS36参照)。続いて、ステップS72において、制御部23は、ステップS71で設定した受信休止時間t’1(59.5秒)が経過したか否かを判断する。ステップS72において受信休止時間t’1(59.5秒)が経過していないと判断された場合(ステップS72のNo)、制御部23はステップS72の処理を継続する。ステップS72において受信休止時間t’1(59.5秒)が経過したと判断された場合には(ステップS72のYes)、処理がステップS73に移り、受信時間t2’が2秒に設定される(図3のステップS37参照)。
また、ステップS75において観測データの受信が行われなかったと判断した場合(すなわち受信失敗の場合)には(ステップS75のNo)、処理がステップS76に移る。
ステップS76において、制御部23は、設定された受信時間t’2(2秒)が経過したか否かを判断し、受信時間t’2(2秒)が経過したと判断した場合には(ステップS76のYes)、処理がステップS71に戻る。これにより、引込動作が継続される。一方、ステップS76において、制御部23が、受信時間t’2(2秒)が経過していないと判断した場合には(ステップS76のNo)、処理がステップS75に戻り、ステップS75の処理を継続する。
ステップS71からステップS76は、引込動作を示している。
ステップS81において、送信部22は、制御部23からの観測データの送信要求の有無を判断する。制御部23は、受信部21が観測局10から観測データを受信した場合に、観測データの送信を要求する(図5のステップS56、ステップS57参照)。送信部22が、観測データの送信要求があると判断した場合には(ステップS81のYes)、処理がステップS82に移り、送信部22が観測データを収集局30に送信する(ステップS82)。続いて、ステップS83において、送信部22は、送信処理を継続するか否かを判断し、送信処理の継続を行うと判断した場合には(ステップS83のYes)、処理がステップS81に戻る。これにより、送信処理が継続して行われる。
一方、ステップS83において、送信部22が送信処理を継続しないと判断した場合には(ステップS83のNo)、処理が終了する。
一方、ステップS83において、送信部22が送信処理を継続しないと判断した場合には(ステップS83のNo)、処理が終了する。
したがって、送信部22は、常時送信処理を行わず、制御部23からの要求があった場合のみ送信処理を行う。このため、送信部22は、少ない電力消費で動作する。
10 観測局
11 雨量計
15 電池
20 中継局
21 受信部
22 送信部
30 収集局
40 上位局
Claims (10)
- 観測対象の観測データを観測する観測局と、
前記観測データを収集する収集局と、
前記観測局から前記収集局への前記観測データの送信を中継する中継局と、
を備え、
前記観測局は、
観測対象の観測データを測定する測定部と、
前記測定部における観測データを前記中継局に送信する第1無線送信部と、
前記第1無線送信部に、所定の送信周期で前記観測データを間欠送信させる第1制御部と、
電源部と、
を有し、
前記中継局は
前記観測局の前記第1無線送信部から送信される前記観測データを、間欠受信可能な無線受信部と、
前記無線受信部が前記観測データを受信した場合に、該観測データを前記収集局に送信する第2無線送信部と、
前記無線受信部が前記観測データを受信できなかった場合に、現在設定された受信周期を、前記無線受信部における間欠受信の受信休止時間又は受信時間の少なくとも一方を現在の受信休止時間又は現在の受信時間とは異なる時間に設定した受信周期に変更して、次回の受信動作を行い、前記無線受信部が前記観測データを受信できた場合に、前記無線受信部における間欠受信の受信休止時間及び受信時間を予め設定された基本受信休止時間及び基本受信時間に設定した、前記所定の送信周期に対応する基本受信周期で、次回の受信動作を行うように前記無線受信部を制御する中継受信制御部と、
前記無線受信部が前記観測データを受信できた場合に、受信した前記観測データを前記収集局に送信させるように前記第2無線送信部を制御する中継送信制御部と、
電源部と、
を備える観測システム。 - 前記無線受信部が前記観測データを複数回受信できなかった場合に、前記中継受信制御部は、前記受信休止時間又は前記受信時間の少なくとも一方の変更を行う
請求項1に記載の観測システム。 - 前記無線受信部が前記観測データを受信できなかった場合に、前記中継受信制御部は、前記受信時間を前記基本受信時間より長く設定して、次回の受信動作を行うように前記無線受信部を制御する
請求項1又は2に記載の観測システム。 - 前記無線受信部が前記観測データを受信できなかった場合に、前記中継受信制御部は、前記受信休止時間を前記基本受信休止時間より長く設定して、次回の受信動作を行うように前記無線受信部を制御する
請求項1から3のいずれか1項に記載の観測システム。 - 前記無線受信部が前記観測データを受信できなかった場合に、前記中継受信制御部は、前記受信休止時間を前記基本受信休止時間より短く設定して、次回の受信動作を行うように前記無線受信部を制御する
請求項1から3のいずれか1項に記載の観測システム。 - 前記中継受信制御部は、前記基本受信休止時間を前記所定の送信周期よりも短い時間に設定し、かつ前記基本受信時間を前記所定の送信周期から前記基本受信休止時間を減算した時間よりも長い時間に設定する
請求項1から5のいずれか1項に記載の観測システム。 - 前記中継受信制御部は、前記受信動作中に前記観測データを受信した直後に、受信休止動作を開始する
請求項1から6のいずれか1項に記載の観測システム。 - 前記測定部は、一定の降雨量により転倒する転倒ますを含む転倒ます型雨量計を有し、
前記第1制御部は、前記第1制御部に、前記所定の送信周期で前記転倒ますの転倒数に応じたパルス信号を間欠送信する
請求項1から7のいずれか1項に記載の観測システム。 - 観測対象の観測データを観測する観測局の第1無線送信部から所定の送信周期で送信される前記観測データを間欠受信可能な無線受信部と、
前記無線受信部が前記観測データを受信した場合に、該観測データを収集局に送信する第2無線送信部と、
前記無線受信部が前記観測データを受信できなかった場合に、現在設定された受信周期を、前記無線受信部における間欠受信の受信休止時間又は受信時間の少なくとも一方を現在の受信休止時間又は現在の受信時間とは異なる時間に設定した受信周期に変更して、次回の受信動作を行い、前記無線受信部が前記観測データを受信できた場合に、前記無線受信部における間欠受信の受信休止時間及び受信時間を予め設定された基本受信休止時間及び基本受信時間に設定した、前記所定の送信周期に対応する基本受信周期で、次回の受信動作を行うように前記無線受信部を制御する中継受信制御部と、
前記無線受信部が前記観測データを受信できた場合に、受信した前記観測データを前記収集局に送信させるように前記第2無線送信部を制御する中継送信制御部と、
電源部と、
を備える中継装置。 - 観測対象の観測データを観測して所定の周期で送信する観測局から該観測データを間欠受信し、
前記観測データを受信できなかった場合に、現在設定された受信周期を、間欠受信の受信休止時間又は受信時間の少なくとも一方を現在の受信休止時間又は現在の受信時間とは異なる時間に設定した受信周期に変更して、次回の受信動作を行い、
前記観測データを受信できた場合に、間欠受信の受信休止時間及び受信時間を予め設定された基本受信休止時間及び基本受信時間に設定した、前記所定の送信周期に対応する基本受信周期で、次回の受信動作を行う
観測データ受信方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015156291A JP6533119B2 (ja) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | 観測システム、中継装置及び観測データ受信方法 |
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