地质灾害监测预警系统设计方案.docx
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地质灾害监测预警系统设计方案
地质灾害监测预警系统方案
第一章项目概述3
1.1项目背景3
1.2建设目标3
1.3需求描述4
第二章总体架构5
2.1系统架构5
2.2预警发布6
2.2.1发布权限6
2.2.2预警发布容6
2.2.3预警信息发布对象7
2.3预警发布方式7
2.4预警发布通信方案7
第三章详细实现8
3.1概述8
3.2系统架构8
3.3水雨情监测系统10
3.3.1中心监控平台12
3.3.2前端采集设备13
3.4无线预警广播系统16
3.4.1预警中心系统16
3.4.2预警终端17
3.4.3预警信息发布流程17
3.4.4预警组网方式18
3.4.5相关设备的准备及安装22
3.5LED发布系统23
第四章总结26
第一章项目概述
一.1项目背景
泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。
泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。
发生泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。
泥石流一般发生在半干旱山区或高原冰川区。
这里的地形十分陡峭，泥沙、石块等堆积物较多，树木很少。
一旦暴雨来临或冰川解冻，大大小小的石块有了足够的水分，便会顺着斜坡滑动起来，形成泥石流。
而我国是一个多山的国家，山丘区面积约占国土面积的三分之二。
据调查，全国所有的县级行政区中，有75%在山区，而这75%的山区县级行政区聚集了全国56％的人口。
由于山丘区居住的人口数量多、密度大、分布广，以及典型的季风气候导致的降雨时空分布不均和复杂的地形地质因素等，每年汛期，随着暴雨或冰川融化，极易形成泥石流。
居住在山丘区的广大群众的生命财产安全都将面临山洪、泥石流和山体滑坡等灾害的严重威胁，其中7400万人直接受到影响。
地质灾害的防御策略是“以防为主，防重于抢”，防御防治的方法是既要采取工程措施，提高工程防治标准，也要采取非工程措施，建立综合预防减灾体系，提高防灾抗风险能力。
综上所述，建立地质灾害监测预警系统，是防治山洪、泥石流、山体滑坡等地质灾害的一项重要的非工程性措施。
一.2建设目标
完整的地质灾害监测预警系统应同时具备：
水雨情监测系统、LED灾情发布系统、无线预警广播系统。
水雨情监测系统应能够实时监测现场的地质数据，气候数据等，为预警信息的发布提供数据依据，并由LED灾情发布系统和无线预警广播系统进行预警发布。
当地质灾害发生时，系统能有效地发布预警信号，提示当地民众及时防或撤离。
一.3需求描述
地质灾害监测预警系统主要包括水雨情监测系统、LED灾情发布系统和无线预警广播系统组成。
为更好地发挥系统的防灾减灾作用，还需建立群测群防的组织体系，加强宣传培训。
水雨情监测系统主要包括水雨情监测站网布设、信息采集、信息传输通信组网、设备设施配置等。
该系统应集现场数据采集、无线数据传输、中心数据处理于一体，现场实时采集各种地质参数，通过无线网络的方式及时准确地传输到中心数据平台，中心数据平台对加值的数据进行处理分析，实时、准确地掌握、显示现场的一切地质变化，及时生成预警信息。
LED灾情发布系统应包含以下部份：
中心信息发布平台、无线通信终端、现场LED显示屏等。
若现场发生灾情，水雨情监测系统生成预警信息后，可及时通过LED发布平台向现场发布醒目的LED文字预警，及时准确地将预警信息发布到现场，提醒现场民众及时做好预防、避险措施。
无灾情时还可播报气候信息，天气状况、灾害预防措施、灾害逃生方法等。
无线预警广播系统包括灾害防御预警平台、现场无线预警广播终端、高音喇叭等部分组成。
灾害防御预警平台应可实现对设备的分组管理，分组批量预警，应可实时监测现场无线预警广播终端的状态及故障信息，可实时监测现场无线预警广播系统的音量大小等。
现场无线预警广播终端应具有预警、短信预警等远程预警方式，当平台预警不可用时可以或短信等方式进行补充，并具有麦克风等本地预警方式进行本地紧急预警，多种预警方式可实现互补。
高音喇叭应具有覆盖围大、音质清晰、防雷击等特点。
灾害防御预警平台在县级以上防汛指挥部门建立，地质灾害严重的区域应建立该系统，以获取实时水雨情信息，及时制作、发布山洪灾害预报警报。
现场群测群防预警包括手摇报警器、铜锣、号子等，当发生紧急情况时，可用这些手动报警设备进行紧急报警，紧急疏散民众，以减少民众的生命财产损失。
第二章
总体架构
二.1系统架构
预警系统主要包括预警信息的获取和预警信息的发布。
预警信息是通过县级的水雨监测系统的实时监测信息生成的报警信息。
预警信息发布是在预警信息生成后，由县级灾害防御指挥中心通过预警信息传输网络进行发布。
发布流程如下图
预警信息通过监测预警平台制作、发布。
县级防汛指挥部门通过预警平台向县、镇、村及有关部门和单位负责人发布预警信息；各镇、村、组和有关单位，根据防御预案组织实施。
基于平台的预警流程如下图所示：
乡村群测群防的预警流程：
群测群防预警信息的获取来自县、镇、村或监测点。
由监测人员根据灾害防御宣传培训掌握的经验、技术和监测设施监测信息，发布预警信息。
各镇除接收县防汛部门发布或下发的预警信息，还接收群测群防监测点、村等的预警信息。
上游乡镇、村组的预警信息及时向下游乡镇、村组传输递。
群测群防预警流程如下图
二.2预警发布
二.2.1发布权限
预警发布的权限归县级防灾减灾负责人员或防汛部门
群测群防进行预警的地区，预警发布权限归属县、镇、村的防汛负责人和监测预警员。
二.2.2预警发布容
预警发布容包括：
暴雨洪水预报信息，泥石流预报信息，山体滑坡预报信息，暴雨洪水监测信息，水库及山塘水位监测信息，降雨、山洪是否达到临界值，泥石流、山体滑坡灾害发生概率，流量监测信息预警信息等级等。
二.2.3预警信息发布对象
预警信息发布对象为可能受地质灾害威胁的城镇、林场、乡村、居民点、学校、山矿企业等，根据预警等级确定不同的发布对象。
二.3预警发布方式
预警发布方式分为通信畅通下的预警发布和无通信网络下的预警发布方式两种。
在通信畅通时，预警信息发布单位或责任人利用INTERNET公网、语音、手机能话、手机短信等及时向下发预警信息，各级根据接收的预警信息，按照预案采取相应的措施。
在无通信网络（或通信网络中断）时，根据当地预警设置配置的情况和灾害危险情况，按照预案中事先确定的报警信号，利用发送手摇报警器、鸣锣、启动报警器和无线广播等方式，向灾害可能威胁区域发送警报。
二.4预警发布通信方案
灾害预警系统预警信息发布的传输途径：
县灾害防御指挥部—>乡镇->行政村->户。
如遇紧急情况，县灾害防御指挥部可直接向乡镇、村发布预警信息，村可直接报告县灾害防御指挥部，并可直接向受威胁的居民和单位发布预警信息。
第三章详细实现
三.1概述
地质灾害监测预警系统就是由水雨情监测系统实时监视水雨情状况，查询统计出雨水情信息，之后由数据汇集系统提供实时天气预报、实时雨量信息等气象信息，滑坡、泥石流等隐患点基本信息及监测信息，并结合群测群防监测到的水雨情信息进行汇集统计，中心预警系统，预警系统经过判断后将危险信息传于预警系统，最后预警系统将信息通过无线网络发布，由LED显示屏进行实时显示，由预警广播终端进行紧急预警，民众在看到或者听到预警信息后及时进行预防或者撤离。
三.2系统架构
1.
2.
2.1.
2.2.
总拓扑图：
整个系统由三个分系统组成，分别为：
水雨情监测系统、LED灾情发布系统、无线预警广播系统组成。
水雨情监测系统负责采集现场雨量、山体位移甚至水位等数据并反馈到数据中心平台，中心平台对这些数据进行分析处理后生成预警信息，并经由LED发布系统及无线预警广播系统进行预警信息的发布。
三.3水雨情监测系统
通过建设实用、可靠的水雨情监测系统，扩大灾害易发区水雨情收集的信息量，提高水雨情信息的收集时效，为山洪灾害的预报预警、做好防灾减灾工作提供准确的基本信息。
地质灾害中的水雨情监测系统包括中心监控平台和前端监测设备，主要是移位监测、雨量监测、水位监测和流量监测。
系统设计涉及容主要包含水雨情监测站网布设、信息采集、信息传输通信组网、设备设施配置等。
水雨情监测系统架构如下图：
由于项目当地的环境条件限制，有些地方可能会出现运营商信号无法覆盖的情况，单纯通过GPRS方式无法达到通信要求，需要遥测终端机具有多种通信方式，根据地势的不同，可选采用卫星，超短波，短信，gprs进行数据传输。
（1）北斗卫星通信系统
北斗卫星通信系统由卫星、接收站、中心站组成。
在北斗卫星通信网络中，监测站和中心站需配置北斗卫星通信终端及天馈线等主要通信设备。
（2）GPRS通信系统
GPRS接入方式主要有Internet接入、专线接入，可根据需求选用。
中心站根据接入方式不同，需配置接入Internet的固定IP或专线。
（3）超短波通信
在超短波通信网中，测站、中继站、中心站所必需的主要通信设备为超短波电台及天馈线、避雷器等。
（4）短信通信
利用短信通信实现数据传输，各地可根据需求采用点对点通信。
用短信通信方式组成数据传输网，在测站需配置短信通信终端及天线、SIM卡，中心站则根据选用的组网方式不同配置短信通信终端及天线、SIM卡或者配置短信专用服务器及专线等。
对于有公网覆盖的地区，一般应选用公网进行组网，对于公网未能覆盖的丘陵和低山地区，一般宜选用超短波通信方式进行组网，对于既无公网，又无条件建超短波的地区，则选用卫星通信方式，对于重要监测站且有条件的地区尽量选用两种不同通信方式组网，实现互为备份，自动切换的功能，确保信息传输信道的畅通。
三.3.1中心监控平台
中心平台包含以下设施：
✧服务器：
用于布署中心平台。
✧监控中心平台：
用于接收前端采集设备上报的数据，并对数据进行处理、分析，得出结论，发布警报信息。
中心监测平台由以下部份组成：
（1）水雨情分析预报
结合实时水雨情、气象预报信息，根据水雨情分析预报模型，对降水量、水位、山体位移等进行预测，并输出预测结果（文字、表格或图形）。
平台能实时监测各设备的状态及数据。
（2）预警信息生成模块
根据预报成果及预警指标实时编制预警信息，并及时将预警信息发送至预警平台。
（3）系统维护和管理模块
该模块可以对整个系统的容进行添加和删除，具有控制系统权限的功能。
本模块为系统维护管理提供工具。
此外监测平台还具有数据入库、历史数据查询等功能。
三.3.2前端采集设备
水雨情监测系统监测项目主要包括降雨量、水位、位移等。
根据山洪灾害预警的需要和各地的条件，考虑山洪、泥石流灾害易发区地形复杂、降雨分布不均、群众居住分散、地方经济发展不均衡等实际情况，灾情监测站可建成简易监测站、人工监测站和自动监测站。
3.3.2.1简易监测站
为扩大水雨情信息的监测覆盖面，在灾害防治区的村、组设立简易监测站。
因地制宜地配置简易的雨量、水位观测设施，采用直观、可行的观测方法进行水雨情信息的监测。
利用本地区适用的传播方式进行信息的传输，达到群测群防的目的。
简易雨量站采用有雨观测、下大雨加强观测的工作体制，有条件时及时上报；简易水位站在有雨时或接到通知时观测，水位接近成灾水位时加强观测，有条件时及时上报。
简易雨量站主要包含以下设备：
Ø简易雨量筒
使用翻斗式雨量筒，稳固安装于空旷地，用于承接一定围的降水。
雨量筒接收降水，汇集到筒翻斗中，每次翻斗会产生一个电平信号，并通过信号线传输到简易雨量警报器中。
Ø简易雨量警报器
简易雨量警报器与翻斗雨量计配套使用，适合各种型号翻斗雨量计，实现降雨雨量的检测、存储、显示、告警等功能，并可实现分时段、分雨量多级报警。
当降水量达到预设的警报值时，产生声光报警。
本地监守人员根据警报级别不同统计降水量，并以手机或短信或网络的方式将降水量上报中心，由中心平台对数据进行处理，得出山洪、泥石流发生的概率，产生预警信息，通过预警广播系统或LED发布系统进行播报。
若当地降水量达到紧急情况时，当地监守人员还可直接通过预警广播系统进行紧急人工播报，及时将警报信息通过到各家各户，进行紧急避险。
3.3.2.2人工监测站
对于无条件建设自动监测站，但拥有公用通信资源（程控、移动通信网）的地区，按照人工观测站的技术要求建立相应的水雨情人工监测站。
采用人工观测和管理的模式，通过语音或通话报汛进行雨量、水位信息的采集和传输。
人工监测站采用定时观测，定时报汛的工作体制，在暴雨天气状态下则加密观测、增加报汛段次。
人工监测站包含以下设施：
✓简易雨量筒
雨量筒，稳固安装于空旷地，用于承接一定围的降水。
雨量筒接收降水,将降水汇聚于量筒中。
✓雨量量筒
量筒接收雨量筒汇聚来的雨量，从量筒上的刻度可以读出实时降水值。
监测员定时进行观测，并记录降水量，通过或网络的方式向中心汇报降水值。
中心平台根据上报的降水值进行评估、预测，得出泥石流和山体滑坡等灾害发生的概率和发生的地点，并经由无线预警广播系统或LED发布系统进行预警广播或发布。
3.3.2.3自动监测站
根据本地区的通信、经济条件，设立雨量、水位自动监测点。
采用有人看管，无人值守的管理模式，配置相应的雨量、水位传感器，以及遥测终端及通信终端设备，实现水雨情信息的自动采集、传输。
自动监测站采用定时自报、阀值加报和召测的工作模式；对超短波组网的自动监测站，则采用增量随机自报与定时自报兼容的工作体制；人工置数信息应有反馈确认的功能。
自动监测站包含以下设施：
◆雨量计
使用翻斗式雨量计，稳固安装于空旷地，用于承接一定围的降水。
雨量筒接收降水，汇集到筒翻斗中，每次翻斗会产生一个电平信号，并通过信号线传输到遥测终端机中。
◆水位计
采用浮子式水位计或者超声波水位计，实时采集水位信息，并将数据传输到遥测终端机中。
◆位移传感器
使用直线位移传感器，将位移量转换成电信号，并将信号传输到遥测终端机上，遥测终端机将信号进行处理，传输到中心平台，由平台进行数据分析并得出报警信息。
◆遥测终端机
遥测终端要负责接收雨量计、水位计、位移传感器的信号，进行处理回传。
遥测终端机是整个预警系统中的重要环节，现场数据能否及时准确地采集回传，关系到预警信息能否及时准确地发布，人民群众能否及时撤离等问题，是关系到人民群众的生命及财产安全的关键部份。
因此，要求遥测终端具有以下功能：
◆触发雨量采集：
当雨量达到设定阀值时自动采集并报警
◆定时采集水位、雨量、位移和其它数据
◆定时上报雨量、水位、流量、位移和其它数据
◆预警触发加报雨量、水位、位移和其它数据
◆本地存储雨量、水位、位移和其它数据
◆远程查询当前雨量、水位、位移和其它数据
◆远程查询本地历史数据
◆本地导出历史数据
◆支持电池电压上报功能
◆支持本地人工置数功能
同时遥测终端机还应具有以下性能：
◆采用高性能工业级无线模块
◆采用高性能工业级32位通信处理器
◆WDT看门狗设计，保证系统稳定、不死机
◆RS232/RS485接口置15KVESD保护
◆SIM/UIM卡接口置15KVESD保护
◆电源接口置反相保护和过压保护
◆天线接口防雷保护（可选）
如以上要求，整个水雨情监测系统才能完整地实现监测降水、泥石流、山体滑坡的目的，通过无线预警广播系统和LED发布系统及时发布预警信息，达到防灾减灾的设计初忠。
三.4无线预警广播系统
无线预警广播系统是在各种原始监测数据和历史数据分析对比的基础上，根据数据分析结果来决策预警信息，或者通过水雨情监测平台得出预警信息。
将预警信息及时准确地发送到现场进行广播预警。
在预警主控中心平台，针对各区域的实际情况，对预警终端设备及各预警点进行分组，及时、准确地发布相应的预警信息，预警系统采用数据信息或语音的形式向预警终端发出预警。
三.4.1预警中心系统
预警中心系统架设在中心控制机房的服务上，现场各无线预警广播终端可通过GPRS等数据网络连接中心系统，以实现中心系统对现场广播终端的实时监测、管理、预警信息发布等。
现场无线广播设备实时将设备的状态信息反馈到预警中心系统，中心系统可实时监测现场设备的状态及预警日志等，可实现对现场设备的无线监测、远程管理、无线升级等。
同时，中心系统还可实现对现场设备的分组管理，分组批量预警，设备远程无线升级等，实现对现场的分区域，分时段预警。
中心系统还可实现对用户的完善管理，严格的权限划分，以保证系统及设备功能的正常使用，实现预警区域的安全、及时预警。
三.4.2预警终端
预警终端接收到预警中心系统的预警信息后，通过TTS模块将文字转为语音的形式并通过高音喇叭播放出去，达到预警的目的。
同时还具有白设置，可实现紧急手机、的远程实时人工喊话预警，将预警信息及时传达到需要预警的区域。
三.4.3预警信息发布流程
预警信息发布是在预警信息生成后，由指挥中心通过预警信息传输网络进行发布。
发布流程如下图：
预警信息通过指挥中心发布。
通过麦克风等本地预警或、短信群发、GPRS等远程预警方式向需要预警区域的预警广播发布预警信息，预警广播实时将接收到的预警信息进行广播预警,有关单位，根据防御预案组织实施。
另外，在主控中心平台上，可对所有设备进行灵活地、随时地分组管理，分组、分区域、分时段预警，及时准确地将预警信息发布到相应区域。
在通信畅通时，预警信息发布单位或责任人还可利用语音、手机、手机短信等及时向下发布预警信息，各级根据接收的预警信息，按照预案采取相应的措施。
在无通信网络（或通信网络中断）时，根据当地预警设置配置的情况和河流洪灾的危险情况，按照预案中事先确定的报警信号，利用麦克风喊话、预置预警信息等本地预警方式，或使用手摇报警器、鸣锣、启动报警器等方式，向灾害可能威胁区域发送警报。
灾害预警系统预警信息发布的传输途径：
防灾减灾指挥办公室—>乡镇->社区团体->户。
如遇紧急情况，指挥办公室可通过、短信等方式直接向乡镇、社区等单独发布预警信息，乡镇、社区等预警点可按实时情况的紧急程度，通过麦克风或预置预警信息等本地预警方式紧急插播预警。
三.4.4预警组网方式
当预警中心系统发布预警信息的时候，可以以多种方式将预警信息发送到各个终端设备。
具体实现方式如下：
3.4.4.1GPRS中心系统预警
GPRS方式预警是指由安装于预警现场的预警终端设备连接架设于中心控制机房的预警中心系统平台，由中心系统对预警终端设备进行远程的无线分组管理及预警发布等。
可实现对预警终端设备的分组管理，分组预警，及时准确地将预警信息发布到预警区域。
由于单独的GPRS方式预警可能存在的问题，如：
服务器故障、网络故障等原因导致信息无法及时发布，很可能会造成人民群众的生命及财产损失。
为了确保预警信息能及时、准确地发布到需要预警的区域，我们需要另外一种远程预警方式来做备份，即短信预警方式。
3.4.4.2短信平台预警
短信平台方式是指在主控中心架设一个短信平台，短信平台可以与预警中心平台联动或独立，由预警中心平台产生预警信息或者由短信平台编辑预警信息，并通过短信猫进行短信群发预警，这种方式可以作为GPRS方式的备份通道，可安装于备份服务器上，以实现两种通道相互备份。
通过以上两种组网方式，可以很好地实现预警信号及时覆盖全区域，及时准确发布预警信息。
3.4.4.3调频广播方式预警
由于现场可能没有覆盖运营商信号，而提出调频广播方式预警，通过调频广播的形式把预警信号覆盖到运营商信号达到不了的地方。
这种预警方式是主从站方式，由主站设备发出预警信息，通过车载台或FM调频发射机将预警信息以无线电的方式发送到远端的预警广播从站，从站接收主站发送来的预警信息并进行广播。
可以实现多级预警、围预警，同时还可连接预警中心平台实现GPRS远程预警。
这种方式与车载台方式类似，只是发射频率不同，可根据现场情况来决定使用哪种方式。
三.4.5相关设备的准备及安装
3.4.5.1XXXF9103预警广播终端
预警广播终端安装如上图所示，接好电源线、蓄电池线、GPRS天线、对讲机天线等配件，并将SIM卡插入卡槽中即可。
预警广播终端安装方式多种多样，可安放于村民家中、村委会办公室等地方，也可于室外加防护箱后立杆安装。
视现场情况，安装方式灵活多变。
3.4.5.2喇叭的安装
喇叭需要安装于村/社区或者当地环境中最高处，或以立杆的形式固定喇叭，以确保预警信息能够传播出足够远的距离，另需要注意避雷，加装避雷针。
如下图所示：
将四个喇叭的连接线分别接在预警广播终端的四路外接喇叭接口上，若音频线比较长，或位于多雷地区，需在音频线靠近预警广播终端的地方接上信号防雷器，以保护终端设备。
三.5LED发布系统
LED发布系统具有实时性，全天候等特点，非常适用于防灾现场的防灾减灾知识普及。
LED发布系统可以全天候地滚动显示，可以将防灾减灾，灾害自救等民众急需的知识通过LED发布系统进行发布，以此来普及灾害安全知识。
可于村、镇中人口集中地，如：
广场等地架设LED发布显示屏，及时、随时发布预警信息或防灾知识。
系统组成：
●LED显示屏和LED显示控制器
控制器得到控制中心的数据进行分析，然后根据相应的密令对显示屏进行控制，包括容的更新，显示方式的调整以及开启关闭等操作，LED控制器一般都采用以太网或DB9串口和控制中心进行通信。
●无线传输设备
无线通信模块在整个系统中起着中间桥梁的作用，运行状况直接影响到整个系统的运行，XXXXXXF2X03IPMODEM系列产品具有体积小、功耗低、永远在线、配置使用简单、即插即用等诸多特性。
支持主备数据通道、并行多数据通道、实时在线和按需在线多种工作方式、并且支持APN网络接入等功能不仅可以保障数据安全可靠还能让客户根据需传输节省资费。
而且针对不同的工程情况可选择不同的网络IPMODEM,型号规格为F2X03。
●控制管理中心
整个软件系统采用BS+CS架构设计，系统运行于互联网上。
整个软件系统分为以下几部分：
客户端管理软件、运营中心管理软件、中心数据库服务软件、WCDMA中心服务软件及WCDMA终端软件。
整个系统数据处于中心服务器上，用户端安装用户服务软件，用户通过用户+密码访问登陆系统并从中心服务器上检索、建立、修改数据。
通过对不同的用户设置不同的权限，来完成用户的管理。
各用户所要发布的信息通过InterNet网络上传到服务中心，由中心完成数据校验、审核工作，然后把有效信息通过网络分发给各地方的显示屏上。
中心监控人员可以通过中心数据库监控各用户端所发布的信息。
软件体系结构为三层体系结构，整个系统划分为多个层次，所有数据交换基于WebServices服务完成，服务进行了加密处理，只有取得了密钥及有相应的权限的用户才能登陆到系统，完成数据的交互。
这样可以提高整个系统的安全性。
系统把界面层、业务逻辑层、数据层分开设计，每两层间均有加密控制，以提高数据安全性。
第四章总结
完整的地质灾害监测预警系统包含了：
水雨情监测系统、无线预警广播系统、LED发布系统。
三个系统相互配合，由水雨情监测系统负责采集现场信息，由无线预警广播系统和LED发布系统进行预警发布，无线预警广播系统与LED发布系统又相互补充，三个系统合力完成地质灾害的监测与预警。
地质灾害监测系统具有以下特点：
（1）可靠性：
系统可保证长期安全地运行。
系统中的硬软件都有防死机等保护机制，满足可靠性设计要求。
（2）
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