智慧城市建设之智慧环保项目解决方案.docx
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智慧城市建设之智慧环保项目解决方案
智慧城市建设之
智慧环保解决方案
1.概述
随着人类社会工业化进程的不断发展，环境问题日益严重，环境事件、灾害频发，中国正以一个负责任的发展中国家的态度重视环境，并努力通过各种手段和措施加以改善。
建设一个环境友好型社会，改变原有粗放式经济增长方式为绿色经济，是维持社会可持续发展的最佳手段。
智慧环保是采用先进的信息化手段，提供环保状态感知、环保信息存储、环保事件检测、环保状态评估与预测都功能，以达到污染源控制、治理、消灭的目标，为环保政策制定、检验、评估、修正提供依据，并进一步探究环境问题成因的综合性公共服务平台，并实现以下目标：
1.构建全面覆盖的感知网络，建立智慧型信息化平台，实现环境数据的无缝融合、信息的综合分析；
2.建设覆盖全面的、规划统一的在线监测监控系统，实现环保事件与时预警，提高重特大环境事故的应对与处置能力；
3.使用信息化工具自动监管，为政府提供环保工作的辅助决策；
4.单点采集多点利用，实现泛环保部门和单位对监测数据进行共享；
5.与时利用监测数据进行分析决策，解决视频、污染源在线、环境监测的系统分割状态，提供监管部门与被监管企业的数据互动、临场互动能力，使监管更加准确、有效，增强对紧急事件的应急处理能力。
2.环保行业需求分析
2.1.业务特点
我国环保领域发展呈现以下特点：
产业发展意愿强烈；产业发展进程尚处于初步阶段；产业发展区域不平衡性比较突出。
目前大多数城市虽然在城市环境保护、环境治理基础设备上逐步开展投入，但对于环保领域的整体规划和综合管理方面还处于初级阶段，同时在以下方面存在共性的问题：
1.环境问题突出：
当前环境形势依然严峻，环境事件、灾难频发，未来环境压力将继续加大；
2.环保与发展矛盾依然明显：
部分企业仍未改变传统的经济增长模式，处于“三高一低”的增长方式，局面亟待改变；
3.环保数据未实现有效利用：
缺乏高效的资源整合、监控信息尚未实现全国、区域联网、数据手段缺乏；
4.环境保护工作还存在产业结构调整缓慢、法律法规不健全、环境保护政策与制度不完善、环保投入不足、监管能力欠缺、环保产业发展缓慢等薄弱环节；
5.智慧环保概念逐渐深入人心，引起各级政府以与环保人士甚至普通市民的高度关注。
随之环保理念的发展和环保系统的完善，智慧环保的作用日益显现，在污染减排、污染源普查、土壤调查、宏观战略研究、水专项等重点环保工作中，发挥了重要的技术支撑作用。
加强环保领域研究投入，改变经济增长模式与环境发展相适应，建设环保经济，将会成为智慧环保发展的新方向。
1.目标客户分析
智慧环保涉与城市管理规划、企业污染防治、民众生活等诸多方面，引起社会各层面的关注，其面向客户主要有三类：
1.政府部门：
环保、气象、安监应急等涉环保部门
智慧环保在支持环保部门提升业务能力中可以在环评质量监测、污染源监控、环境应急管理、排污收费管理、污染投诉处理平台、环境信息发布门户、核与辐射管理等方面为环保行政部门提供监管手段，提供新鲜的一手数据，提供行政处罚依据，有效提高环保部门的管理效率，提升环境保护效果，解决人员缺乏与监管任务繁重的矛盾，是利用科学技术提高管理水平典型应用，可以实现环保移动办公还可以提供移动执法，移动公文审批，移动查看污染源监控视频等功能。
2.企业客户
企业利用智慧环保系统可以提高企业管理水平，对企业产生的废水、废气、废渣数量可准确掌握，了解排放信息一级排放指标，保证环保技术水平以与环保管理需求相适应，经济合理的实现环保目标，避免因超标排放或不合格排放所面临的环保部门天价罚单，同时承担起企业应有的社会责任。
3.普通公众
智慧环保（环境）可以很好地满足公众对于环境状况的知情权，公众可通过环境信息门户了解当前环境的各种监测指标，公众可以通过环境污染举报与投诉处理平台，向环保部门提出投诉与举报，从而帮助环保部门更加有效地管理违规排污企业，保持环境良好。
2.2.关键需求
针对环保行业发展阶段和行业特点，目前从政府、企业和公众角度期关键需求主要体现在以下几方面：
污染源综合监测：
建立污染源监督性监测和重点污染源自动在线监测相结合环境监测体系；
1.环保综合信息库：
建立涉环保的基础信息、环保事件信息的中和信息库，并实现对行业共享；
2.环保信息综合分析：
按照设定指标对环保监控数据进行实时分析，并对环保事件进行实时GIS分级可视告警；
3.环保事件预测：
根据设定主题可对环保事件进行定性预测，用于指导环保事件预警防；
4.环保统计管理：
对区域环保信息进行分类有效的统计分析功能，
5.环保质量评估：
按照既定标准对区域没环保质量进行科学、公正的综合评估，用于指导规划决策；
6.总量排放管控：
建立科学的、系统的和符合国情的主要污染物排放总量统计分析、数据核定与减排调度分配职能；
7.环保应急管理：
建立环保事件多部门联动机制，加强环保事件应急处理效率；
8.排污交易中心：
作为企业排污权交易中心，对排污交易进行备案管控；
9.环保执法：
提升环保执法水平，升级执法模式，并建立质保效果评估体系，提升整体执法质量；
10.环保信息门户：
建立环保信息门户，针对管理、企业、公众开放不同服务，提供与时信息发布，并支持开放接口，可用于相关方调用。
3.智慧环保解决方案概述
3.1.智慧环保体系架构
环保问题通常不仅仅涉与一时一地，而是在时间上和地域上都有一定的持续性，甚至可能上升为地区性、全国性行为，为了实现区域、全国环保信息共享，环保行为联动，故此某科技智慧环保支持多级体系架构，立足地市平台，发展省级、全国环保行业整合平台；同时平台支持降级为区县级别使用，并可提供级联功能。
其体系架构见下图。
3.2.智慧环保系统架构
智慧环保平台基于某科技智慧城市整体架构，支持共享感知层、融合网络层能力以与业务基础层平台大数据存储、分析能力，在该基础上构建环保行业应用；同时也支持作为独立平台存在，支撑城市级智慧环保专项项目建设。
智慧环保系统整体逻辑框架主要包括应用基础设施平台、应用支撑服务平台、业务应用服务平台以与安全、法律标准体系：
1.应用基础设施平台由感知层和网络层组成，实现对环境数据信息的监测监控以与数据传输功能；
2.应用支撑服务平台采用云计算思想进行设计，以期实现系统的智慧能力；
3.业务应用服务平台满足政府、企业、公民的城市环境要素的需求，结合不同的服务模块，满足政府政策制定、环保政策宣贯、城市规划等工作业务要求；
4.安全框架是信息系统的关键支撑，是信息系统运行的前提；
5.执行法律、标准体系是落实国家环境发展规划战略，执行城市环境管理法律法规的必要要求，通过规信息化服务体系建设，是各项法律指标落实到具体的执行过程中，增强了约束力，强化了执行力，保证了智慧环保项目健康有序的开展。
3.3.系统简述
3.3.1.应用基础设施平台
应用基础设施平台建设主要指智慧环保信息化平台运行的底层支撑环境建设，包括感知层监测信息节点的设计、感知层环境执行信息节点的设计、网络传输层信息传输通道的建设。
智慧环保不同于数字环保的重要方面为环境数据的更加全面地感知。
3.3.2.应用支撑服务平台
智慧环保系统应用支撑平台建设将以待建城市现有的环境信息系统为基础，引入云计算设计理念，将应用支撑平台建成为集环境信息监测、环境管理与执行、环境海量知识库、基于云的面向环境信息服务支持的多功能应用支撑平台，最终实现环境海量信息的全面整合，为环境应用业务管理、环境政策与管理工作的执行以与社会环境的公众需求提供全面的知识服务。
3.3.3.应用服务平台
环保综合服务平台根据服务对象不同分为公众服务和政府部综合管理两大部分。
公众服务门户作为城市环保局面向公众的统一门户。
目标是在环保部门信息化建设基础上，借助互联网平台，为基层群众、企业提供各种网上服务。
部综合门户是城市环保局与其直属单位和区县局得部应用入口。
门户契合用户工作关注的重点，基于不同用户角色，各有特色的呈现和聚合信息容。
4.核心产品/系统说明
某科技经多年积累，在智慧环保领域积累了丰富的项目经验并可提供相应软硬件系统，
序号
支撑产品\系统
简要描述
1
环境数据中心建设
2
环保应急指挥中心建设
3
环保污染源在线监测系统
4
机动车排气监测信息系统
5
移动环境质量监测系统
6
移动环保执法系统
7
环境感知监测产品/系统
4.1.全面环境感知能力
某科技环境感知设备涵盖智慧环保各个领域，主要包含以下设备：
序号
检测设备/系统
应用领域
功能概述
1
风廓线雷达
气象领域
观测风相数据
2
环保视频监测
多领域
烟气污染源的气体色度分析、水质污染原的排污量分析、空气质量的气象追踪
3
放射源检测
放射性物质检测
4
微型空气质量检测
空气排污领域
4.1.1.风廓线雷达
风廓线雷达能广泛适应于各种局地环境监测，准确提供瞬时气象要素信息。
通过网络将所观察的风数据传送到气象分析资料中心，作为气象业务观察数据，完善气象预报的数据库。
主要特点包括：
1.采用模块化、高占空比（10%）、全固态的发射机，适应军品级环境温度器件，全密封结构，完全适应室外工作环境，可靠性有保证且免维护；
2.利用工业级处理平台和高可靠软件设计，提高了系统的鲁棒性、可扩展性；
3.采用了软件无线电技术，实现了风廓线雷达信号处理，方便进行处理方法的实验和验证，并使用户方的参与成为可能；
4.采用高效率低副瓣平板相控阵天线，波束指向控制准确；
5.双层围网设计，最大程度抑制地物回波，实现低空有效探测；采用高频头前置技术，实现低损耗接收；
6.接收通道的馈线损耗只有0.85dB，大大减小了信噪比损失，提高雷达探测威力；
7.采用高低工作模式和发射波形设计，兼顾最小探测高度和最大雷达探测威力；
8.采用数字中频接收机，利用中频直接采样，通过高速数字处理获得数字视频IQ信号。
16位的A/D变换、四通道DDC芯片、多种类多级滤波器的设计灵活实用等特点，使接收系统获得优于－150dBm的灵敏度；
9.采用适合气象特点的谱数据处理和质量控制方法，有效应对不同气象条件下的大气湍流回波，探测数据质量好。
4.1.2.环境视频监控系统
环境视频检测系统利用高清视频监测技术，对环境现场进行视频信号采集，完成录像、回放、检索等数字监控系统，实现对烟气污染源的气体色度分析、水质污染原的排污量分析、空气质量的气象追踪，进而可以同智能环境执法与调度提供联动信息，为指挥决策提供信息参考。
环境视频检测系统主要具备以下特点：
1.视频图像实时分析：
支持视频图像分析功能，可接入各类高清视频设备，可按照各种预设模式对环保视频进行实时分析；
2.高清视频处理设备支持预设模式与人工干预模式，对环境现场进行全方位、全时的视频信息监控；
3.支持红外类夜视仪监测设备，以有效监测夜间违规排污、治理设备停机等活动，即时进行环保应急联动，加大环保监控的威慑力；
4.视频监控系统充分考虑安全与的管理与要求，对视频信息采用加密传输技术，同时对于设备控制、管理使用安全权限设计，来保证系统运行安全、可靠。
4.1.3.放射源在线监控系统
放射源在线监控系统是针对城市日常施工作业中对放射源的管理需求，采用在线式辐射探测、RFID（射频ID）放射源管理、智能控制终端等先进技术和设备构建成的放射源监测管理系统。
系统主要由两部分组成：
放射源在线辐射量监测、放射源定位监控管理。
放射源辐射量监测：
利用在放射源安装的感知设备，通过信息化网络将实时监测的辐射量数据传输回信息中心的放射源监控系统，便于对重点放射源的监控和预警。
放射源位移监控管理：
放射源位移监控管理主要采用：
GPS-CPS放射源智能定位追踪器、基于RFID技术的射频区域监管、对放射源拜访的仓库进行视频监控、利用CDMA/无线视频数据采集或有线（ADSL/光纤）视频数据采集。
放射源位移监控管理系统可实现放射源的统一ID编号管理、出入库管理、在线式车辆运输监控和异常情况报警等功能。
具备数据信息实时传输，重要数据交叉验证，监控流程严密可靠等优点，可为城市放射源的日常使用和管理提供一个高效、安全、智能化的解决方案，以降低安全责任差错，进一步提高城市环境安全水平。
对移动放射源监控的总体要源在哪里，监控就跟踪到哪里，具体包括：
1.对每个存放放射源的源库，放射源是否在源库里，其出入库情况。
监控信息在源库本地显示，并上传到控制中心并形成数据记录；
2.对每一辆运输放射源的源车，放射源是否在源车上，源车的出入源库院大门的情况，包括源车编号（牌照号）、车上所载放射源信息（源ID号）等。
监控信息实时上传到监控中心，形成数据记录；
3.源车外出期间，放射源的异常移动。
监控信息在车上本地显示，异常报警信息与时传给押运员，并上传到控制中心，形成报警记录；
4.在控制中心，可通过计算机实时查询任意放射源的存储和使用情况；查询源车位置、回放车辆运行轨迹，实时显示车载放射源状况；自动显示异常报警信息并启动报警处置程序；生成放射源使用情况统计报表等。
4.1.4.微型空气质量监测
微型空气质量系统监测隶属于环境质量在线监控系统，是传统固定式空气质量在线监测设备的延伸，通过传感器可以实时监控某区域的环境空气质量，目前在国外被广泛应用于污水处理厂、固废处理厂、化工厂等污染企业。
微型空气质量监测系统主要由三部分组成：
微型空气质量监测仪、通讯模块、监控。
微型空气质量监测仪可实时测量低浓度的：
O3/NO2、硫化氢、硫化物、NH3、VOC等污染物。
它的低维护与其简单的安装特点，非常便于快速实现现场测量。
微型空气质量监测仪外部采用一个不锈钢外壳天气保护箱，使其可以独立在恶劣的天气条件下运行20天以上。
微型空气质量监测仪是一套集成系统。
主要包括电流传感器，动态空气采样装置，过滤器以与电路板。
通过部数据采集，可以实时显示测量值和完整的设备状态。
测量的可靠性取决于对湿度变化影响的控制，通过使用一个特定的气体入口气体过滤器并结合动态气体采样系统来保证。
高品质的电流传感器可以进行特定测量，可比较的参考方法。
微型空气质量监测仪是一套集成系统。
主要包括电流传感器，动态空气采样装置，过滤器以与电路板。
通过部数据采集，可以实时显示测量值和完整的设备状态。
测量的可靠性取决于对湿度变化影响的控制，通过使用一个特定的气体入口气体过滤器并结合动态气体采样系统来保证。
高品质的电流传感器可以进行特定测量，可比较的参考方法。
工作原理
微型空气质量监测仪，通过置的安培传感器对周边环境的空气质量进行测量。
安培传感器包括三个电极：
工作电极（阳极）和反电极（阴极）和参比电极，进行分析的气体通过薄膜散射到感应电极。
不同的气体会在阳极发生氧化，而阴极较少。
两个电极之间产生的电信号和气体的浓度成正比。
建设方案
根据城市重点污染行业的分布特点和国家相关法规的要求，运维方初步方案建议在重点污染企业与其周边安装微型空气质量监测仪，包括：
石化工厂、污水处理厂、农药厂、人造革厂、冶金厂、热电厂、固废处理中心等。
污水处理厂：
主要监测废水处理过程中产生的H2S、VOC；
石化工厂：
主要监测生产过程中产生的VOC、H2S、NO2等有毒气体；
农药厂：
主要监测农药制造过程中产生的H2S、VOC、、O3、NO2、NH3等有毒气体；
冶金厂：
主要监测冶金工艺中产生的VOC、H2S、NO2等有毒气体；
人造革与涂料厂：
主要监测生产工艺中产生的VOC；
热电厂：
主要监测烟气脱硫、脱硝工艺与副产物产生的H2S、NH3以与VOC；
固废、危险废弃物处理中心：
主要监测生产过程中产生的VOC、H2S、NO2等有毒气体。
在每个污染企业的厂区与周边布置2-3个微型空气质量监测仪，重点区域可以按半径200-500m为规则布置多个监测点。
为降低运行费用，每个监控区域的微型空气质量监测仪之间通过微型无线网络进行连接，该区域的测量数据汇总后通过GPRS/CDMA的通讯方式将测量数据实时传输至环保局信息中心的监控平台。
4.2.环境数据中心
环境数据中心是将所有已建或将建的环保业务系统的数据进行集中汇总，按照国家有关技术规和环境信息行业技术标准分类对数据资源进行统一编码设计，对数据进行有效组织，对各类业务系统的数据进行分类与梳理，按照不同的专题和用途进行分类存储与使用，同时可以完成数据的共享和交换工作，解决各部分、各业务之间数据无法共享的问题，即解决”数据孤岛”现象。
根据城市智能感知系统获得的各实时环境数据，建立环境数据综合中心，部设计有多个数据仓库，环境专家数据、城市历史环境数据，当前各感知设备获取的实时数据以与各软件服务产生的结果数据，都保存在数据综合中心。
数据中心为可重构的集群计算服务网格系统，具备负载均衡、容错冗余等功能特点，它为各智慧云软件服务与海量环境知识库提供基础设施支持。
主要功能
1.数据建模模块，能够支持面向对象的动态模型建立，能够对各种数据元素按照标准编码规则进行统一定义与表达；
2.数据维护模块，能够提供可视化的数据维护工具为环保局信息部门使用来进行数据统一维护；
3.二次开发的数据应用模块，按照多层开发的架构，提供二次开发接口，方便环保局后须系统不断完善与整合；
4.数据共享与交互模块，用于将监测中心数据、环境执法控制数据进行全面的整合、共享与存储，同时为上层各环境服务模块提供数据支持，此外可给城市其它政府以与上级环保部门提供数据服务。
4.3.环保业务系统
4.3.1.高危物品全生命周期管理系统
城市在运行过程中，对于高危的物品或废物的一直是潜在的危险源，而这些对于工业生产、生活又是必须的，但对此物品处理不当就回造成人员伤亡、财产损失。
如何有效的利用信息化技术，合理规危险品的管理与处置，减少人员被伤害、财产损失，让城市更加安全、健康是我们提出此系统的初衷。
危险废物，是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的固体废物。
对固废、危废贮存、处置、利用各个环境进行监测、控制与管理，优化固废管理流程。
利用高危物品全生命周期管理系统，结合智慧环保网络平台，实现高危物品从源头登记、转储运输、使用过程管控、废物的处理与监控等所有环节都通过本系统进行分类管理、监测、监督执行。
该产品利用物联网电子标签技术、移动通讯与GPS定位技术、高清视频监控技术、传感器技术等，该产品使用用户为环境管理者、高危物品处理人员与载车、高危物品源头与目的场所监测点、该产品功能模块包括环保局控管服务中心系统、高危物品终端采集与注册模块、高危物品处理与监控模块等，这些模块建立在智慧环保基础设施网络基础上，并同智慧环保其他应用系统进行了智能连接，从而实现高危物品全程管理控应急联动的一体化支持平台，确保危险废物贮存、运输、处理严格符合国家环境保护标准的防护措施，真正实现城市安全，隐患可控，效果可查，为城市经济社会良好发展、人民安全健康生活提供平台级支撑。
4.3.2.环境执行调度与控制系统
该模块主要负责环境执行任务的安排、调度、监督执行情况。
它由指挥中心调度系统、环境应急监控、执行者终端系统、执行效果评估多个子模块组成。
环境应急监控是指智慧环保系统识别出应急环境事件发生时，为了全面提高应急处理效率、避免或减少人员伤亡与财产损失而设计的系统。
该系统集应急监测、信息处理、决策支持、通讯指挥于一体的智能监控平台，该系统能够对城市潜在危险环境事件进行实时动态识别，利用移动调度与视频监测技术能够对突发性环境事件的态势全程进行监测。
进而利用云服务模块，迅速准确地掌握污染事故的当前程序以与发展态势，为环境治理、处置实时做出响应，确保决策与指挥的正确性，提高应对突发事件的应对与处置能力。
4.3.3.环境信息公众互动交互平台系统
关注环境工作不仅是政府、环境管理者的任务，本身城市环境作为一个生态系统，任何影响环境的因素都是生态系统的成员，企业、社区、公众即是资源使用者，又是环境影响者，同时也是期望环境越加变好的追求者，因此在智慧环境信息支持系统，重点考虑了面向社会公众的环境管理需求。
通过互动交互平台，政府、企业、社会公众可以进行全面的信息共享，增强全社会环境保护意识。
利用交互平台，与时获取社会对环境工作的要求、意见和建议，以便环保区部门有效、科学的开展环境管理工作。
对公众提供全面参与环境管理的交互平台，与时获取城市社会各民众的环境诉求，同时通过此平台可政府确定的环境工作方针、政策便捷、与时、有效的向城市所有公众进行宣贯。
对于突发环境事件，公众可通过互动交互平台快速的获得此信息，并自觉在政府的领导下安全有序进行环境事故处置工作，有效地保护城市居民人身与财产安全。
互动交互平台系统，它部包括：
互动信息应用服务器、交互平台日常管理模块、各类基于物联网环境交互服务终端等。
4.3.4.环境业务管理系统
环境业务管理系统主要面向环保局主责业务，进行设计开发的应用系统。
4.3.5.污染总量控制管理系统
污染总量控制管理系统主要对城市区域水、气环境数据信息进行收集管理，包括地面水环境监测数据、空气质量检测数据、环境质量标准、相关环境法规、自动监测站点以与企业污染监测信息等。
辐射源数据管理系统
辐射源数据管理系统，可对放射源资料、档案进行系统的、科学的管理，提高放射源管理水平。
危险废物管理系统
危险废物管理系统，通过建设电子射频识别标签技术，对危险废物产生、交换以与综合处理处置信息库等基础数据库，为高危物品全生命周期管理系统提供数据支持，从而提高区域危险废物检查、管理、处理处置效率和废物的再利用率，提高环保部门对危险的管理能力。
智能环境综合分析系统
智能环境综合分析系统，充分利用智慧环保信息化服务，发挥该系统数据整合、模型仿真、智能预测的优势，对城市管理过程中各雷达环境数据进行科学的分析、总结，形成具有可靠、可信、可操作的环境信息参考，为政府决策与城市建设、管理工具提供环境方面的支持。
项目建设环评审批系统
建设项目环保审批系统模块，采用先进的软件开发平台，利用智慧环保信息化平台提供的云服务而开发的一套业务管理软件，本系统对建设项目环保审批提供统一的管理界面，结合环境规划、电子地图等对建设项目影响进行评价、审批过程提供管理。
系统功能包括项目申请、项目预审和审批、项目试运转情况、项目验收情况、项目台帐等。
排污许可证管理系统
本系统对环保部门多年工作流程的梳理与总结，针对排污许可证管理而设计的过程管理系统.
系统可进行排污许可证申请、排污许可证审批、排污许可证年审、排污许可证注销等操作，对排放污染总量控制指标进行申请等。
支持许可证台帐信息查询，包括排放污染总量控制指标情况、许可证年审情况、许可证注销情况与项目批准总量的信息查询。
4.3.6.污染源监测系统与治理设施监控系统
该系统围绕本该城市现有国控重点污染源监测系统运行为中心，按照智慧环保思想进行完善与更新。
该系统采用全IP的分布式或集中式部署架构，通过中心管理服务器、业务管理服务器、网络管理服务器、分发转发服务器、存储服务器的协同，将视频采集设备、音频采集设备、环境量采集设备、客户端设备有机结合在一起，实现智能组网、集中管理、分散控制。
该平台支持大规模、可扩展的组网和设备接入，从网络管理、业务管理、数据管理等各方面支持“物联网”的应用。
该系统符合中国电信“全球眼”和中国联通“宽视界”规，可以集成各种终端设备，提供视频编解码、现场信息采集、信号报警联动、智能传感、智能图像识别、图形化管理、数据挖掘管理等各种功能。
系统组成
该系统基于现有国控重点污染源监测系统，通过利用新建的智慧环保系统来达到更加精确、全面、与时的监测全市污染源的目的。
系统建立污染源数据采集、分析加工、远程视频监控、调度指挥、
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