KR20180072439A - IoT 통합센서 인터페이스 기반 작물 생육상태 실시간 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 IoT 통합센서 인터페이스 기반 작물 생육상태 실시간 모니터링 시스템은 무선 통신 환경을 통해 접속되는 사용자 어플리케이션; 객관적인 작물 재배 정보인 표준 정보와 온실 하우스의 재배정보를 그래프나 표로 나타내는 온실 하우스의 재배 정보 이력조회를 제공하는 인포메이션 센터; 및 상기 사용자 어플리케이션 상으로 온실 하우스의 환경 제어 기능을 제공함과 동시에 상기 인포메이션 센터에 재배 정보를 제공하는 온실 제어기;를 포함하고, 상기 온실 제어기는 게이트웨이, 환경제어기기 및 온실환경센서에 접속하고, 상기 온실 제어기는 상기 게이트웨이를 통해 영상장비에 접속된다.
Description
본 발명은 정밀농업용 플랫폼을 기반으로 하여 IoT 기반 하에 작물을 실시간 생육할 수 있는 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임베디드 컨트롤러, 카메라 모듈, 온습도 센서 모듈 및 기타 센서 장착을 위한 인터페이스부를 갖는 모니터링 모듈 및 영상데이터와 같은 작물생육 상태정보의 실시간 모니터링을 위한 작물생육 모니터링 기초정보 시스템을 통합함으로써 기본 모니터링 모듈과 D/B 시스템을 통합한 작물생육 모니터링 시스템에 관한 것이다.
최근에는, 농업 분야에서 노동력 절감, 경쟁력 강화, 생산량 증가, 품질 증대를 위해 FTA(Free Trade Agreement)에 의한 농산물 개방과 관련하여 IT 기술도입의 필요성이 커지고 있다. 예를 들어, UIT(ubiquitous Information Technology) 기술을 적용한 서비스가 여러 농업분야에서 등장하고 있다. 이를 통해, 기존 농업에서의 생산, 재배, 수확, 물류 및 유통관리방법을 탈피할 수 있다.
그리고, UIT 기술을 통해 효율적이고 능률적인 방법으로 비용절감 등의 효과를 극대화함에 따라 정밀농업 분야에서의 연구가 활발히 진행되고 있다.
UIT 기술을 이용한 모니터링 시스템의 경우에, 실시간으로 작물의 생장에 필요한 환경 요소들을 모니터링하고, 진단 소프트웨어를 이용하여 작물 재배를 위한 처방을 할 수 있는 시스템 개발에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
정밀 농업은 농산물의 생산에 영향을 미치는 재배 정보를 탐색하여 그 정보를 바탕으로 한 의사결정 및 처리과정을 거쳐 생산물의 공간적 변이를 최소화하는 농업기술이다.
국내에서는 1960년 중반 이후 개념이 설정되었으나 그 당시 전자기술의 발전상태, 컴퓨터의 저급한 성능 등으로 구현하기 위한 활발한 연구가 진행되지 못하였으나, 현대에 들어서 컴퓨터의 발달 및 농업 인구의 감소로 인해 기술개발의 필요성이 커지고 있다.
국내의 농업 ICT 융합기술의 주요 부품은 외국산을 구입하여 시스템을 구축하는 수준에 머물러 있으며, 외산 의존적인 구조적인 문제로 농가의 재배 생육정보 데이터가 네덜란드 등 시스템 설치국가로 유출되어, 해당국에서는 유출 정보를 활용하여 국내 시설재배농가의 시스템 적용 시에 활용하고 있다.
농업 ICT 융합기술은 주로 스마트미디어를 통하여 개폐, 관수, 보일러 작동 등을 수행하는 원격제어, 현장 영상 및 환경정보 제공 기능들은 농민에게 편리성 향상에 커다란 기여를 하고 있으나, 아직 작물의 생산성 및 품질 향상에는 기대치에 미치지 못하고 있다,
온실의 복합환경제어센서가 수집하는 외부 기상·온도·풍향·습도·강우 등의 데이터를 실제 영농현장에 어떻게 적용할 것인지 농가에서는 판단하기가 어려운 실정이고, 농민이 직접 기록해야 하는 생육 데이터를 소홀히 다루는 농가도 많은 관계로 온실, 하우스와 같은 시설 내 환경제어가 작물의 생육에 어떤 영향을 주는지 확인하기 어렵다는 문제점이 있다.
유비쿼터스 기반의 농장 관리 시스템 및 정밀농업을 위한 농산물 수확량 모니터링 시스템을 제공하는 종래의 문헌으로는 국내등록특허 제10-0700878호 및 제10-0941875호를 들 수 있는데, 상기 문헌들에서는 이동 단말기를 이용하여 하우스 즉, 온실, 축사, 냉동 창고 등의 환경을 지속적으로 모니터링하고 비상사태가 발생된 경우 관리자에게 통보하여 대처할 수 있도록 하는 농장 관리 시스템을 제공하거나, RFID 태그, 온도, 습도, 토양을 각각 측정하는 센서들을 통해 농산물 수확에 관련한 일련의 모든 행위와 작물의 주변 환경을 수집하고 이를 다음 작물 재배시에 참고자료를 활용함으로써 작물의 생산량을 증대시키고 품질을 개선할 수 있도록 하는 농산물 수확량 모니터링 시스템에 관한 내용을 개시한다.
(특허문헌 1) KR10-0700878 B
(특허문헌 1) KR10-0941875 B
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 온도, 임베디드 컨트롤러, 카메라 모듈, 온습도 센서 모듈 및 기타 센서 장착을 위한 인터페이스부를 갖는 모니터링 모듈 및 영상데이터와 같은 작물생육 상태정보의 실시간 모니터링을 위한 작물생육 모니터링 기초정보 시스템을 통합함으로써 기본 모니터링 모듈과 D/B 시스템을 통합한 작물생육 모니터링 시스템을 제공하는 것이 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 IoT 통합센서 인터페이스 기반 작물 생육상태 실시간 모니터링 시스템은 무선 통신 환경을 통해 접속되는 사용자 어플리케이션; 객관적인 작물 재배 정보인 표준 정보와 온실 하우스의 재배정보를 그래프나 표로 나타내는 온실 하우스의 재배 정보 이력조회를 제공하는 인포메이션 센터; 및 상기 사용자 어플리케이션 상으로 온실 하우스의 환경 제어 기능을 제공함과 동시에 상기 인포메이션 센터에 재배 정보를 제공하는 온실 제어기;를 포함하고, 상기 온실 제어기는 게이트웨이, 환경제어기기 및 온실환경센서에 접속하고, 상기 온실 제어기는 상기 게이트웨이를 통해 영상장비에 접속된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 IoT 통합센서 인터페이스 기반 작물 생육상태 실시간 모니터링 시스템은 온도, 임베디드 컨트롤러, 카메라 모듈, 온습도 센서 모듈 및 기타 센서 장착을 위한 인터페이스부를 갖는 모니터링 모듈 및 영상데이터와 같은 작물생육 상태정보의 실시간 모니터링을 위한 작물생육 모니터링 기초정보 시스템을 통합함으로써 기본 모니터링 모듈과 D/B 시스템을 통합한다.
또한, 본 발명은 해외 기술에 의존적인 현재 우리나라 정밀농업 분야에 대해 기본 솔루션 역할을 하는 인터넷 기반 소프트웨어 하드웨어 융합 플랫폼을 통한 정밀농업 관련 기술의 국내화를 촉진한다.
또한, 본 발명은 농사에 소비되는 에너지 및 기타 자원들에 대한 실시간 확인이 가능하고, 표준 재배 정보 및 각 농가들의 현재 상태와 비교할 수 있도록 하여 불필요한 자원의 소비를 감소하게 한다.
또한, 본 발명은 농사를 경작하는데 있어 표준 재배 정보 기반의 농업 자동화와 재배 시스템 원격 제어를 통해 전통적인 농업방식보다 낮은 노동력을 요구하므로 농촌 인력난을 일부 해소할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 모니터링 시스템을 이루는 정밀농업용 플랫폼의 전체적인 개요도를 보인다.
도 2는 본 발명에 따른 모니터링 시스템의 전체적인 연결 관계를 보인다.
도 3은 본 발명에 따른 모니터링 시스템을 통한 정보의 흐름을 보인다.
도 4는 본 발명에 따른 정밀농업용 플랫폼을 이루는 사용자 어플리케이션 및 온실 하우스 간의 연결 관계를 보인다.
도 5는 온실 및 하우스 제어를 위한 장치들과 제어기 간의 하드웨어 인터페이스 설계를 보인다.
도 2는 본 발명에 따른 모니터링 시스템의 전체적인 연결 관계를 보인다.
도 3은 본 발명에 따른 모니터링 시스템을 통한 정보의 흐름을 보인다.
도 4는 본 발명에 따른 정밀농업용 플랫폼을 이루는 사용자 어플리케이션 및 온실 하우스 간의 연결 관계를 보인다.
도 5는 온실 및 하우스 제어를 위한 장치들과 제어기 간의 하드웨어 인터페이스 설계를 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 IoT 통합센서 인터페이스 기반 작물 생육상태 실시간 모니터링 시스템을 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 통해 본 발명에 따른 모니터링 시스템을 이루는 정밀농업용 플랫폼의 전체적인 개념을 설명한다.
정밀 농업용 플랫폼은 Wifi를 포함한 무선 통신 환경에 실시간 접속되는 사용자 단말기, 무선 통신 환경을 통해 접속되는 사용자 어플리케이션, 무선 통신 환경을 통해 접속되는 인포메이션 센터 및 무선 통신 환경을 통해 접속되는 온실 하우스를 포함한다.
상기 정밀 농업용 플랫폼은 온실 및 하우스의 재배 정보를 관리하여 자동화 및 원격 제어를 지원하는 온실 및 하우스 관리 플랫폼을 제공하는 것으로서, 정밀 농업 기술을 도입하기 위해 소프트웨어 및 하드웨어의 통합 플랫폼이며, 정밀 농업 인큐베이팅 시스템일 수 있다.
온실 및 하우스에서의 재배 정보는 온실에 구축된 각종 센서로부터 수집된 온도/습도 정보, 토양 정보, 산소와 이산화탄소 정보 및 각종 환경 제어 장치 구동에 대한 정보 등 작물 생장에 관련되어 도출되는 모든 정보들을 뜻한다.
인포메이션 센터는 사용자에게 객관적인 작물 재배 정보인 표준 정보와 온실 및 하우스의 재배정보를 그래프나 표로 나타내는 온실 및 하우스 재배 정보 이력조회를 제공한다.
온실 및 하우스에 각종 센서와 액추에이터가 연결된 제어기는 사용자에게 온실 및 하우스의 환경 제어 기능을 제공함과 동시에 인포메이션 센터에 재배 정보를 제공한다.
사용자 어플리케이션은 제어기를 통해 온실 및 하우스의 원격 제어와 실시간 재배정보 확인을 시행하거나, 인포메이션 센터에 저장된 표준 정보를 열람하거나, 제어기로부터 수집된 온실 및 하우스 재배 이력조회를 제공한다.
도 4는 본 발명에 따른 정밀농업용 플랫폼을 이루는 사용자 어플리케이션 및 온실 하우스 간의 연결 관계를 보인다. 도 5는 온실 및 하우스 제어를 위한 장치들과 제어기 간의 하드웨어 인터페이스 설계를 보인다.
각각의 온실 하우스 상에는 작물의 생육 환경을 관찰할 수 있는 영상장비, 상기 영상장비에 무선으로 접속되는 게이트웨이, 게이트웨이에 접속되는 온실 제어기, 온실 제어기 상에 연결되는 환경제어기기, 온실 제어기 상에 연결되는 온실환경센서, 및 상기 온실 제어기 상에 배치된 임베디드 소프트웨어를 포함한다.
환경제어기기, 온실환경센서 및 게이트웨이 등 장치들 각각의 인터페이스 유형에 따라 직접적인 포트 연결이 필요할 경우에는 온실 제어기의 포트에 상기 각 장치들을 부착할 수 있도록 제어기와 입출력 장치 간의 인터페이스가 필요하다.
온실 제어기의 단자 유형별 장착 장치 및 사용자 어플리케이션상 설정 데이터는 하기의 표 1과 같다.
| 포트 유형 | 설정 데이터 | 장치 예 |
| 디지털 포트 | ON, OFF 기능을 수행 하는 장치들 입력 또는 출력인지 여부를 설정하여 각 방향에 맞게 ON/OFF 설정 |
각종 감지 센서 전등 환풍기 알림 버저 |
| 복수 디지털 포트 | 여러 디지털 단자를 이용하는 장치들 복수개의 핀의 번호 별 ON/OFF에 대한 설정 |
ADC RS232(일부) |
| 아날로그 포트 | 하나의 단자를 통해 0~1023의 정수값으로 값을 읽거나 출력하는 장치들 입출력에 대한 설정과 일정 수준의 값들을 기준으로 각 영역의 값이 입?출력 될경우에 대한 규칙 설정 |
모터 관수 장치 각종 수치 계측 센서 RS232(일부) |
온실 제어기는 온실 및 하우스 내부의 농업에 사용되는 다양한 장치들과의 연결이 원활하도록 유선 및 무선 방식을 지원하기 위한 설계를 한다.
온실 및 하우스 제어를 위하여 장치들과 온실 제어기 간의 하드웨어 인터페이스를 설계하는 과정에서, 온실 제어기 내부적으로 각종 입력장치 및 환경 제어기기와의 연결 방식은 유선 및 와이파이를 사용한다.
온실 제어기는 외부적으로는 각 온실 및 하우스마다 공유기를 배치하여 각 공유기의 하나의 포트를 하나의 제어기로 할당하여 사용자 어플리케이션 및 인포메이션 센터를 포함한 외부에서 접속이 가능하게 한다.
영상 장비의 경우도 온실 제어기와 마찬가지로 영상 장비 하나당 공유기 포트 하나를 할당함으로써 사용자 어플리케이션에서 접근하여 확인되도록 한다.
온실 제어기 상에는 임베디드 소프트웨어가 내장되는데, 본 발명에 따라 생육상태 실시간 모니터링 시스템에 특화된 임베디드 소프트웨어의 적시성을 위해 블록 다이어그램을 작성하고 이를 바탕으로 하여 온실 제어기의 소프트웨어 설계를 행한다.
온실 제어기의 프로토타이핑은 본 발명에 따른 온실 제어기의 하드웨어 상에 임베디드 소프트웨어를 탑재하여 기본적인 입력 센서들과 환경제어장치를 이용한 제어기 레벨에서의 테스트를 수행한다.
사용자 어플리케이션 상에서는 재배 정보 기반 자료 조사, 모니터링 환경 구성 및 사용자 어플리케이션 GUI 설계를 행한다.
재배 정보 기반 자료 조사는 온실 제어기에 부착될 각종 센서 및 환경 제어 장치들의 종류를 파악하고, 데이터를 분류하여 차후 용이한 재배 정보 관리를 위해 농업에 필요한 재배 정보의 전반적인 자료 조사를 수행한다.
재배 정보는 지상부 환경 및 지하부 환경으로 분리하여 구성한다.
지상부 환경은 외부 환경 요인, 내부 환경 요인 및 지상부 식물체 환경 요인을 포함하고, 지하부 환경은 지하부 환경 요인 및 지하부 식물체 환경 요인을 포함한다.
외부 환경 요인은 전체광과 광합성 유효광을 포함하는 광 요인, 상대습도와 강우를 포함하는 수분 요인 및 풍속, 풍향, 기온을 포함하는 대기 요인을 포함한다.
내부 환경 요인은 전체광, 광합성 유효광 및 보광을 포함하는 광 요인, 상대습도를 포함하는 수분 요인 및 풍속, 기온 및 이산화탄소 농도를 포함하는 대기 요인을 포함한다.
지상부 식물체 환경 요인은 엽온, 광합성 속도, 증산 속도, 호흡 속도, 및 침투압과 식물체 내 수분이동속도를 포함하는 수분 퍼텐셜을 포함한다.
지하부 환경 요인은 pH를 포함하는 수분, 통기, 수분 이동, 온도, 무기 성분의 조성과 농도 및 유기물의 조성과 함량을 포함한다.
지하부 식물체 환경 요인은 근온, 뿌리 호흡량, 침투압을 포함하는 근압, 및수분, 산소, 무기요소를 포함하는 호흡속도룰 포함한다.
모니터링 환경 구성은 온실 및 하우스의 상태를 실시간 영상을 통해 확인할 수 있는 모니터링 환경 구성 및 사용자 어플리케이션의 모니터링 부분에 해당한다.
본 발명에서 사용자 어플리케이션 GUI 설계는 해당 어플리케이션의 사용자들의 연령층을 고려하였을 때 고령의 사용자로 예상되며 그에 따라 직관적인 GUI 설계를 요한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 IoT 통합센서 인터페이스 기반 작물 생육상태 실시간 모니터링 시스템은 온도, 임베디드 컨트롤러, 카메라 모듈, 온습도 센서 모듈 및 기타 센서 장착을 위한 인터페이스부를 갖는 모니터링 모듈 및 영상데이터와 같은 작물생육 상태정보의 실시간 모니터링을 위한 작물생육 모니터링 기초정보 시스템을 통합함으로써 기본 모니터링 모듈과 D/B 시스템을 통합한다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (1)
- 무선 통신 환경을 통해 접속되는 사용자 어플리케이션;
객관적인 작물 재배 정보인 표준 정보와 온실 하우스의 재배정보를 그래프나 표로 나타내는 온실 하우스의 재배 정보 이력조회를 제공하는 인포메이션 센터; 및
상기 사용자 어플리케이션 상으로 온실 하우스의 환경 제어 기능을 제공함과 동시에 상기 인포메이션 센터에 재배 정보를 제공하는 온실 제어기;를 포함하고,
상기 온실 제어기는 게이트웨이, 환경제어기기 및 온실환경센서에 접속하고, 상기 온실 제어기는 상기 게이트웨이를 통해 영상장비에 접속되는,
IoT 통합센서 인터페이스 기반 작물 생육상태 실시간 모니터링 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160175998A KR20180072439A (ko) | 2016-12-21 | 2016-12-21 | IoT 통합센서 인터페이스 기반 작물 생육상태 실시간 모니터링 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020160175998A KR20180072439A (ko) | 2016-12-21 | 2016-12-21 | IoT 통합센서 인터페이스 기반 작물 생육상태 실시간 모니터링 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180072439A true KR20180072439A (ko) | 2018-06-29 |
Family
ID=62781273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020160175998A KR20180072439A (ko) | 2016-12-21 | 2016-12-21 | IoT 통합센서 인터페이스 기반 작물 생육상태 실시간 모니터링 시스템 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20180072439A (ko) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109274756A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-01-25 | 湖北邮电规划设计有限公司 | 一种智能环保监控管理系统 |
| KR101985302B1 (ko) * | 2018-10-16 | 2019-06-03 | 서웅진 | 농산물 선주문 생산 플랫폼 시스템 |
| KR20200063511A (ko) | 2018-11-28 | 2020-06-05 | 주식회사 지에스씨 | 시설하우스용 태양광 연계 에너지 저장시스템(ess)을 포함하는 에너지 자립형 시설농업용 제어시스템 |
| KR20200065702A (ko) | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 동의대학교 산학협력단 | 모바일 어플리케이션을 이용한 ＩｏＴ 모듈 제어를 위한 장치 및 방법 |
| CN113141931A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-07-23 | 苏州东发联信息技术有限公司 | 一种农业温室大棚自动调控系统 |
| KR20230089248A (ko) | 2021-12-13 | 2023-06-20 | 주식회사 더블유피 | 태양열 발전을 이용한 스마트팜 시스템 |
-
2016
- 2016-12-21 KR KR1020160175998A patent/KR20180072439A/ko unknown
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