地理信息系统复习题及参考答案.docx
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地理信息系统复习题及参考答案
地理信息系统概论
1.地理信息系统的定义、分类、特点
（1）地理信息系统——主要是以处理和分析地图图形、图像数据为核心的计算机系统。
（2）分类：
根据其研究范围，分为全球系统、区域系统和国家系统。
根据研究内容，分为专题系统和综合系统。
根据其使用的数据模型，分为矢量系统、栅格系统和矢栅混合系统。
（3）特点：
1）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；
2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生高层次的地理信息；
3）由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务；计算机系统的支持是GIS的重要的特征，使GIS得到快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和动态分析。
2.GIS的的基本组成：
系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型
3.地理信息系统硬件系统构成及其作用。
（1）数据输入设备（数字化仪、工程扫描仪、数字测量设备）——将地理数据转换成数字的形式存入计算机，以便进行处理和分析计算等工作。
（2）数据处理设备（图形工作站、个人计算机、客户机/服务器系统）——用作数据的处理、管理与计算。
（3）数据输出设备（绘图仪、打印机、计算机显示器和大屏幕投影仪等）——为地理信息系统软件提供用户操作的界面，并把地理信息系统的最终成果展现给用户。
4.地理信息系统软件系统的构成：
GIS功能软件（GIS应用软件、GIS基础软件平台）、基础支撑软件（数据库系统软件、系统库软件）和操作系统软件（操作系统）。
5、地理信息系统的功能
1）基本功能：
包括数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编程
2）应用功能：
包括资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策
6.数据和信息的定义两者的特点及关系
（1）数据：
是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
不仅数字是数据，而且文字、符号、图像和声音等也可以是数据。
（2）信息：
是人们或机器提供关于事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，是事物或物质特性的表征。
（3）数据的特点：
形式的多样性
数据类型间的可转换性
信息的特点：
信息的客观性
信息的适用性
信息的传输性
信息的共享性
信息的不对称性
（4）两者间关系：
信息与数据是不可分离的，数据是信息的表达形式，是信息的载体；而信息则是数据中蕴含的事物的含义，是数据的内容。
只有理解了数据的含义，对数据作解释才能得到数据中所包含的信息。
人们从数据中获得信息的速度、数量、质量与其知识水平和技术手段有关。
7.数据的类型：
数字、字符、图形、图像、声音、表格
8.地理数据与地理信息的定义
地理信息——是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是地理数据所蕴含和表达的地理含义。
地理数据：
是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。
9.地理信息的基本特征：
（1）空间特征
（2）属性特征（3）时序特征
10.空间数据的种类
GIS中的数据来源和数据类型繁多，概括起来主要有以下几种类型：
地图数据：
来源于各种类型的普通地图和专题地图，这些地图的内容丰富，图上实体间的空间关系直观，实体的类别或属性清晰，实测地形图还具有很高的精度。
影像数据：
主要来源于卫星遥感和影像遥感，包括多平台、多层面、多种传感器、多时相、多光谱、多角度和多种分辨率的遥感影像数据，构成多元海量数据，也是GIS最有效的数据源之一。
地形数据：
来源于地形等高线图的数字化，已建立的数字高程模型（DEM）和其它实测的地形数据等。
属性数据：
来源于各类调查报告、实测数据、文献资料和解译信息等。
元数据：
来源于由各类纯数据通过调查、推理、分析和总结得到的有关数据的数据，例如，数据来源、数据权属、数据产生的时间、数据精度、数据分辨率、元数据比例尺、数据站、数据转换方法等。
空间数据根据表示对象的不同，又具体分为七种类型，它们各表示的具体内容如下：
（1）类型数据，例如考古地点、道路线、土壤类型的分布等。
（2）面域数据，例如随机多边形的中心点，行政区域界线、行政单元等。
（3）网络数据，例如道路交点、街道、街区等。
（4）样本数据，例如气象站、航线、野外样方分布区等。
（5）曲面数据，例如高程点、等高线、等值区域等。
（6）文本数据，例如地名、河流名称、区域名称等。
（7）符号数据，例如点状符号、线状符号、向状符号（晕线）等。
所有这些不同类性的数据都可以分为点、线、面三种不同的图形，并可以分别采用ｘ、ｙ平面坐标，地理经纬度λ、φ，或者格网法表示。
11.空间数据基本构成：
点、线、面
12.拓扑关系的种类及其作用。
种类:
拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
作用：
1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或者计算距离，就可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。
2）利用拓扑数据有利于空间要素的查询。
3）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。
13.GIS空间数据的计算机表示方式有哪几种？
1）空间分幅：
将整个地理空间划分为许多子空间，再选择要表达的子空间。
2）属性分层：
将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表达。
3）时间分段：
将有时间特征的地理数据按其变化规律划分为不同的时间段数据，再逐一表示。
14.获得矢量数据的方式有那些？
跟踪数字化、扫描矢量化、数字测图仪、数据结构转换
1）数字化仪获取数据；2）扫描数据矢量化；3）数字摄影测量获取数据；4）全球定位仪（GPS）获取数据；5）其他栅格数据转换成矢量数据。
15.获得栅格数据方式有那些？
栅格数据与精度的关系如何？
如何解决栅格数据量与精度的关系？
获得栅格数据的方式：
（1）从扫描仪获取栅格数据；
（2）从遥感获取栅格数据；（3）矢量数据转换成栅格数据；（4）手工网格法。
栅格数据对地物表达的精度取决于网格大小。
网格边长决定了栅格数据的精度，当网格边长缩小时你，网格单元的数量将呈几何级数递增，造成栅格数据的冗余度大；当用栅格数据来表示地理实体时，不论网格边长变小，与原实体特征相比较，信息都有丢失，这是由于复杂的实体采用统一的格网所造成的。
一般的，可以通过保证最小多边形的精度标准来确定网格尺寸，使形成的栅格数据既有效地逼近地理实体，又能最大限度地减少数据量。
合理的网格尺寸为：
16.矢量数据的实体数据结构与拓扑数据结构有什么不同？
实体数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界点都单独编码并记录坐标。
而拓扑数据结构的点是相互独立的，点连成线，线构成面。
每条线始于起始节点，止于终止节点，并与左右多边形相邻接。
实体数据结构点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑关系。
所以存储时，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余和产生不一致。
而且没有存储多边形之间的关系，或者相邻多边形的公共边不完全重复时，易产生伪多边形。
拓扑数据结构因共享公共边界减少了坐标点数据，减少了数据的冗余。
17.简述mapinfo软件中输入属性数据的步骤。
1）进入mapinfo后，运行“表→维护→表结构”命令，打开“修改表结构”对话框。
2）在”修改表结构”对话框中，可以调整数据项在表中的位置、添加数据项、删除该数据项，以及修改修改数据项名、类型和宽度。
3）录入属性数据。
使用
工具进行录入。
单击主工具箱上的
信息工具，然后在选中对象上任意一点单击，则弹出”信息工具”对话框。
然后在文本栏中输入相应的属性值。
或者在浏览窗口中直接手工录入。
18.矢量数据与栅格数据的特点。
●矢量数据的特点：
用离散的点、线、面织成的边界或表向来表达空间实体，用标识符表达的内容描述空间实体的属性。
描述的空间对象位置明确，属性隐含。
矢量数据之间的关系表示丁空间数据的拓扑关系。
●栅格数据的特点：
用离散的量化的网格值来表示和描述空间目标；具有属性明显、位置隐含的特点；数据结构简单，易于遥感数据结合，但数据量大；几何和属性偏差；面向位置的数据结构，难以建立空间对象之间的关系。
19.游程码、四叉树码的编码方法。
游程编码结构是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（即游程），其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。
四叉树结构：
将空间区域按照四个象限进行递归分割n次，每次分割成2n×2n个子象限，直到子象限中的属性数值都相同为止，该子象限就不再分割。
凡属性值都相同的子象限，不论大小，均作为最后的存储单元。
20.地理信息系统发展史。
纵观GIS发展，可将地理信息系统发展分为以下几个阶段：
1）.20世纪60年代地理信息系统的开拓期
2）.20世纪70年代地理信息系统的巩固发展期
3）.20世纪80年代地理信息系统技术茁壮发展时期
4）.20世纪90年代地理信息系统的应用普及时代
5）.21世纪是地理信息系统社会服务时代
21.GIS的基础理论包括哪些相关学科？
它们有什么相互关系？
地理信息系统的基础理论包括地理学、地图学、测量学、数学、计算机科学以及一切与获取、处理和分析空间数据有关的学科。
相互关系：
1）地理学的研究领域涉及地理空间，这与地理信息系统的研究对象一致。
地理学中的空间分析是GIS的核心。
地理学作为GIS的理论依托，为GIS提供引导空间分析的方法和观点。
因此把地理学称为G1s之父。
2）测绘学及其分支学科，不但为GIs提供高精度的空间数据，而且它们中的误差理论，地图投影理论、图形理论及其相关的算法等，可直接用于GIS空间数据的处理，保证空间数据的精度和质量，以及GIS产品的开发和输出等。
3）GIS是地理空间数据与计算机科学相结合的产物，计算机图形学原理是GIS图形输出的理论依据。
4）数学的许多分支学科，广泛地应用于GIS空间数据的分析。
5）地理信息的认知和地理信息机理是地理信息科学的重要基础理论之一，认知论和认知图式对于复杂地理空间和地理过程的分析、GIS的信息转换和GIS图形用户界面的设计与开发等，都具有重要的指导意义。
22.GIS空间数据的误差如何产生的？
（1）地图数据的质量
1）地图固有误差：
指用于数字化的地图本身所带有的误差，包括控制点误差、投影误差等。
2）材料变形产生的误差：
这类误差是由于图纸的大小受湿度和温度变化的影响而产生的。
基于聚脂薄膜的底图与纸质地图相比，材料变形产生的误差相对较小。
3）图形数字化误差：
跟踪数字化时由于数字化操作人员技术与经验不同，常引人不同量的数字化误差。
这主要表现在最佳采点点位的选择、十字丝与目标重叠程度的判断能力等方面。
另外，数字化操作人员的疲劳程度和数字化的速度也会影响数字化的质量。
（2）遥感数据的质量：
遥感数据的质量问题，一部分来自遥感仪器的观测过程，另一部分来自遥感图像处理和解译过程。
（3）测量数据的质量：
测量数据质量问题，主要是空间数据的位置误差。
通常考虑的是系统误差、操作误差和偶然误差。
1）系统误差的发生与一个确定的系统有关，它受环境因素（如温度、湿度和气压等）、仪器结构与性能以及操作人员技能等方向的因素影响。
2）操作误差是操作人员在使用设备、读数或记录观测值时，因粗心或操作不当而产生的。
3）偶然误差是一种随机的误差，由一些不可预料和不可控制的因素引入。
这种误差具有一定的特征，如正负误差出现频率相同、大误差少、小误差多等。
偶然误差可采用随机模型进行估计和处理。
23.Mapinfo中配准扫描地图的步骤。
①打开MapInfo后，用“文件→打开”打开opentable对话框。
②文件类型项中选择“栅格图象”，然后选中地图，点击“打开”。
在弹出的MapInfo对话框中，点击“配准”。
选择配准后，弹出“图像配准”对话框。
点击“投影”，打开“选择投影”对话框后选择正确的投影类型（第一个）。
然后设置单位成“度”，在“图像配准”对话框中，移动鼠标把十字光标移到图廓点上，单击打开增加控制点对话框。
在“地图[M]X、地图[A]Y”中输入该点的地理坐标后，点击确定就可添加一个控制点。
如此重复加入至少三个控制点（不能在同一直线上），控制点要按照顺时针或逆时针方向选取。
选好大于3个控制点后，按“确定”图象就显示在窗口中。
24.缓冲区的定义与分类，举例说明其用途。
空间缓冲区就是地理空间实体的一种影响范围或服务范围。
即GIS中在基本空间要素点、线、面实体周围建立的具有一定宽度的邻近区域。
分类：
1）矢量缓冲区：
基于点特征的缓冲区、基于线特征的缓冲区、基于面特征的缓冲区、多重缓冲区
2）栅格缓冲区
举例：
基于点特征的缓冲区是在点特征（如地震的震源，以及独立地物等）的周围以点为圆心、按照设定的距离为半径作的圆，相互靠近的圆可以相互重叠，以此表示点特征的影响范围或服务区域，如地震波及的范围和城市里的超市服务的区域。
25.矢量数据数叠置的基本条件：
同一地区、同一比例尺、统一投影方式，且各图均已进行了配准。
26.叙述土壤侵蚀模型的实施过程。
利用GIS的数值分析方法来估算土壤侵蚀量：
1）确定土壤侵蚀的数值分析模型，根据模型确定影响土壤侵蚀的因子，这些因子必须能够反映不同的土壤性质，不同的坡面形态，以及不同的植被条件等。
2）设计土壤侵蚀数据处理流程，根据模型确定的土壤侵蚀因子，研究各个因子的计算或提取所根据的数据源和方法、数据组织和编码方式，然后拟定具体的数据处理流程。
3）选择格网尺寸，建立各个影响因子的栅格数据。
4）土壤侵蚀图的输出。
根据计算结果，将多种信息加以复合，确定研究地区土壤侵蚀量的各种不同的等级，得到分级图和分布图，为制订区域的水土保持规划提供依据。
27.用mapinfo提取给定条件的信息的操作步骤。
假设需要查询并显示出人口大于3000万的省份
进入mapinfo后，打开要查询的表，该表为基础表。
点击“查询—>SQL选择”,弹出“SQL选择”对话框。
在对话框中填写满足你需要的那些部分。
比如，在“选择列”项选择属性数据中的“地名”和“总人口”，在“条件”项填写“总人口>3000”，然后单击“确定”按钮，MapInfo即会显示查询结果。
30.叙述用DTM进行洪水淹没面积提取的思路。
（1）DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。
地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等。
（2）假设某地区洪水水位为20m
为了估算淹没损失，首先，将数字地形的数据和土地利用数据进行匹配；其次，根据高程，确定淹没边界；最后，统计淹没边界内的被淹对象的类别和面积，就能精确地算出研究对象的淹没损失。
为确定淹没边界，如图，设格网边长为△x，洪水的实际淹没高程为H，该高程附近的平均坡度为a，于是
H1=H－1/2*tga和H2=H＋1/2*tga
显然，由高程H1确定的网招正好在淹没边界之内，面由H2确定的网格，则正好超过实际淹没高程H一个网格。
由于在数字地形模型中，相邻网格的高程总是存在于H1至H2的高程范围内，因此，凡高程以H2为临界值，将数字地形的数据按照下式进行重新分类，即
1当Zi,j≤H2
Zi,j=
0当Zi,j＞H2
得到数字地形的二值图，将该二值图与土地利用数据进行布尔逻辑操作，就能统计出各类土地利用的淹没面积。
28.说明移动平均和距离加权平均内插法原理的差异。
移动平均法：
在未知点X处内插变量Z的值时，最常用的方法之一是在局部范围（或称窗口）内计算个数据点的平均值。
窗口的大小对内插的结果有决定性的影响。
小窗口将增强近距离数据的影响；大窗口将增强远距离数据的影响，减小近距离数据的影响。
当观测点的相互位置越近，其数据的相似性越强；当观测点的相互位置越远，其数据的相似性越低。
因此，在应用移动平均法时，根据采样点到内插点的距离加权计算是很自然的。
这就是加权移动平均法。
加权平均内插的结果随使用的函数及其参数、采样点的分布、窗口的大小等的不同而变化。
通常使用的采样点数为6—8点。
对于不规则分布的采样点需要不断地改变窗口的大小、形状和方向，以获取一定数量的采样点。
29.GIS设计主要阶段与内容。
4个主要阶段：
系统分析、系统设计、系统实施、系统运行与维护
内容：
（1）系统分析
系统分析的任务是对系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出新系统的目标和结构方案。
系统分析是使设计达到合理、优化的重要步骤，其工作深入与否，直接影响到新系统的设计质量和实用性。
（2）系统设计
1）总体设计
总体设计又称为逻辑设计，是根据系统研制的目标来规划系统的规模和确定系统的各个组成部分，说明它们在整个系统中的作用与相互关系，以及确定系统的软硬件配置，技术规范，经费预算与时间安排，以保证系统总体目标的实现。
最后撰写系统总体设计方案。
主要内容包括：
用户需求、系统目标、总体结构、系统配置、数据库设计、系统功能、经费和管理。
2）详细设计
详细设计又称为实际设计，其任务是根据总体设计方案确定的目标和阶段开发计划，紧密结合特定的硬件、基础软件和标准规范，进行子系统和数据库的详细设计，用于具体指导系统的开发。
主要内容包括：
子系统设计、数据库设计、功能模块设计、用户界面设计。
（3）系统实施
系统是实施在系统设计的原则指导之下，按照详细设计方案确定的目标、内容和方法，分阶段、分步骤完成系统开发的过程。
过程为：
系统硬件和软件的引进及调试、系统数据库建立、应用管理系统的开发、系统测试和联调、系统验收和鉴定。
（4）系统运行和维护
系统运行：
指系统经过调试和验收之后，交付用户使用。
系统维护：
为保证系统正常工作而采取的一切措施和实际步骤:
数据的维护：
使系统的数据处于相对最新的状态；
软件的维护：
使软件能适应运行环境和用户需求的不断变化
硬件的维护：
使硬件能经常保持完好和正常运行的状态等。
30.用户需求分析的内容。
地理信息系统的用户需求分析，包括用户类型和用户要求、系统应用范围、技术选择、财力和人力状况、设备和人员的费用等内容。
1）用户类型和用户需求：
地理信息系统的用户有其特定的目的，对GIS有不同的要求，应用情况也各异。
按用户的专业可作如下分类：
第一类用户是一些典型的测量调查和制图部门，具有明确而固定任务。
第二类用户主要是行政或生产管理部门，也包括进行系列专题调查的单位，部分工作任务明确、固定，且有大量业务有待开拓与发展。
第三类用户是最难满足的用户。
这类用户包括大学中的研究室和研究所等，他们想用地理信息系统作为科学研究工具，或者开发新的地理信息系统技术。
2）应用范围：
地理信息系统类型的选择，很大程度上取决于使用部门的工作性质、工作领域及该领域内的应用范围和应用期限。
只用于短期项目的系统，应具有数据采集和输入、数据分析处理及信息输出迅速的特点和能力，但不要求包括大型而复杂的数据库管理与维护方面的功能。
用于长期项目的系统，一般包括大型数据库，就目前的技术条件来讲未必能在任何时候对数据库的任何部分进行访问，也许将来使用新的存储介质和存储方法后能解决这一问题。
在问题没有解决之前，只要求GIS能按一定的精度方便地处理整个调查区域内的各类数据。
全国性地理信息系统还需致力于陈旧数据的更新、严格控制数据采集的格式和精度，以及数据处理标准化等。
人们在设计地理信息系统时，必须严肃认真地考虑建立GIS的目的和它的应用范围。
3）用户对技术的选择：
用户在选择数据结构时应考虑GIS的应用目的及其相应的数据处理方式。
栅格和矢量数据结构是GIS的互补形式，可选其中一种作为主要形式，而另一种作为辅助形式。
考虑到矢量与栅格数据结构的优缺点和应用范围，以及相互转换技术的发展，在建立多目的的地理信息系统时，设法获得一些专门化的模块并连接在一起组成能用于公共数据源的子系统，将会比建立一个包罗万象的系统要好得多，也容易得多。
专业模块一般都只能在某几项处理任务中工作良好，而对其它类型的任务则效率很低。
例如矢量模块的优势在于输入、管网分析等，特别适于高质量的绘图。
栅格模块则在叠加分析、内插和图像分析中占有绝对优势。
4）财力和人力状况：
财力支持是关系到GIS成败的主要决定性因素。
按财力状况可以把用户分为：
①资金丰富，财力支持有充分保证，因此可以建立任何形式和规模的地理信息系统；②资金有限，财力支持没有充分把握，须对设计中的GIS进行仔细地论证；③资金相当有限，对GIS的财政支持将是某种程度的冒险。
设计地理信息系统，还要分析用户的人力状况。
任何先进的现代技术的引进和开发应用，都必须拥有掌握该技术的人才。
地理信息系统的建立和应用是实现地理分析、环境分析、土地及城市规划与管理、合理利用资源的先进、现代的技术手段。
要使GIS有效地运行，必须有既懂得本行业专门知识和技术，又懂得GIS知识和技术的熟练的工作人员。
从事GIS工作的人员可分成低级技术人员和高级技术人员两类。
31.地理信息系统评价的内容。
所谓系统评价，就是指从技术和经济两个大的方面，对所设计的地理信息系统进行评定。
基本做法是将运行着的系统与预期目标进行比较，考察是否达到了系统设计时所预定的效果，主要对下列各项进行考查：
1）系统效率
地理信息系统的各种职能指标、技术指标和经济指标是系统效率的反映。
例如系统能否及时地向用户提供有用信息，所提供信息的地理精度和几何精度如何，系统操作是否方便等等。
2）系统可靠性
系统可靠性是指系统在运行时的稳定性，一般很少发生事故，即使发生事故也能很快修复，可靠性还包括系统有关的数据文件和程序是否要妥善保存，以及系统是否有后备体系等。
3）可扩展性
任何系统的开发都是不断求精和完善的过程，特别是地理信息系统。
因此，一个系统建成后，要使在现行系统上不做大改动或不影响整个系统结构，就可在现行系统上增加功能模块，这就必须在系统设计时留有接口，否则这就是一个没有生命力的系统。
4）可移植性
一个有价值的地理信息系统的软件和数据库，不仅在于它自身结构的合理，而且在于它对环境的适应能力，要作到这一点，系统必须按国家规范标准设计，以保证软件和数据的匹配、交换和共享。
5）系统的效益
系统的效益包括经济效益和社会效益。
GIS应用的经济效益主要产生于促进生产力与产值的提高，减少盲目投资，降低工时耗费，减轻灾害损失等方面，目前由它产生的经济效益相对来说还不太显著，可着重从社会效益上进行评价，例如信息共享的效果，数据采集和处理的自动化水平等。
从根本上来说，只有当地理信息系统的建设走以市场为导向的产业化发展道路，商品经济的发展导致信息活动的激增、信息广泛而及时的交流，形成信息市场，才能为地理信息系统的发展提供契机，这时，地理信息系统的经济效益才能进一步体现。
评价目标也就自然地转向经济效益方面。
32、列举5种GIS工具名称:
MapInfo、Arcinfo、Genamap、Microstation、System9
33、矢量数据与栅格数据特点的比较。
栅格结构和矢量结构是模拟地理信息的两种不同的方法。
（1）栅格数据结构类型具有“属性明显、位置隐含”的特点，它易于实现，且操作简单，有利于基于栅格的空间信息模型的分析，而采用矢量数据结构则麻烦的多；
（2）但栅格数据表达精度不高，数据存储量大，工作效率较低。
因此，对于基于栅格数据结构的应用来说，需要根据应用项目的自身特点及其精度要求来恰当地平衡栅格数据的表达精度和工作效率两者之间的关系。
（3）另外，因为栅格数据格式的简单性（不经过压缩编码），其数据格式容易为大多数程序设计人员和用户
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