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安科瑞 劉邁
摘要:本文介紹了基于邊緣計(jì)算技術(shù)及其特點(diǎn),根據(jù)綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)需求分析了NiagaraFramework的JACE8000系統(tǒng)控制的功能,并應(yīng)用綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件,實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程通信與控制,合理地實(shí)施控制技術(shù),以達(dá)到邊緣計(jì)算應(yīng)用的目標(biāo),。
關(guān)鍵詞:邊緣計(jì)算,;綜合管廊,;監(jiān)控系統(tǒng);數(shù)據(jù)
0引言
綜合管廊就是在道路地下將電力,、通訊,,燃?xì)狻⒐?、給排水等多種管線(xiàn)設(shè)置同一個(gè)隧道空間,,設(shè)有專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),一種城市的基礎(chǔ)設(shè)施,。2015年8月,,**辦公廳下發(fā)《**辦公廳關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》大力發(fā)展地下綜合管廊建設(shè),要建設(shè)具有技術(shù)的地下綜合管廊,。隨著數(shù)字化浪潮的興起,,2020年住房和城鄉(xiāng)**和**13部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》,推進(jìn)建筑工業(yè)化,、數(shù)字化,、智能化升級(jí)。2020年浙江省推出《浙江省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃(2020—2022年)》中提出了統(tǒng)籌推進(jìn)城市地下綜合管廊數(shù)字化建設(shè),。
綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用傳感器網(wǎng)絡(luò),、物聯(lián)網(wǎng),、自動(dòng)控制等理論和技術(shù),借助GIS+BIM+物聯(lián)網(wǎng),,防火災(zāi),、防盜、人員巡檢定位,;以統(tǒng)一的平臺(tái)集成聯(lián)動(dòng),,通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù),分析綜合管廊日常和應(yīng)急狀態(tài)運(yùn)行參數(shù),,建立起綜合管廊公共安全風(fēng)險(xiǎn)防控與應(yīng)急技術(shù),。根據(jù)綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)各子系統(tǒng)物理層、協(xié)議層和傳輸層的共性與特性,,并進(jìn)行建立其綜合模型,;并在基礎(chǔ)上對(duì)子系統(tǒng)所產(chǎn)生的大批量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、檢索與分析,,預(yù)警分析,、事故處理。義烏市03省道(宗澤路—環(huán)城北路)管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程位于義烏稠城街道和福田街道,,起于宗澤路-雪峰東路交叉口西北角,,沿宗澤路至03省道交叉口東南角接220KV宗澤變后,沿03省道至環(huán)城北路交叉口東南角,,管廊全長(zhǎng)約9586.351米,;包括管廊監(jiān)控**設(shè)備、管廊監(jiān)控系統(tǒng),、電話(huà)系統(tǒng),、無(wú)線(xiàn)對(duì)講系統(tǒng)、機(jī)器人巡檢系統(tǒng),、消防報(bào)警系統(tǒng)(含監(jiān)控**消防報(bào)警),、移動(dòng)通信信號(hào)覆蓋系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng),、離線(xiàn)式巡檢管理系統(tǒng),、門(mén)禁系統(tǒng)、消防工程,、軟件,、綜合管路、標(biāo)示標(biāo)牌等工程內(nèi)容,。項(xiàng)目在具體建設(shè)過(guò)程中,,由于綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成,相互**,接口協(xié)議不規(guī)范,,開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)多工作量大,,無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化;沒(méi)有很好互融互通,。運(yùn)用云計(jì)算技術(shù),,數(shù)據(jù)需要中轉(zhuǎn),,大量占據(jù)傳輸帶寬,,響應(yīng)不及時(shí)2020年邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(ECC)發(fā)布《邊緣計(jì)算參考架構(gòu)3.0》,邊緣計(jì)算享有響應(yīng)速度快,,利用率高,,通信量小,數(shù)據(jù)安全等優(yōu)勢(shì),,具有異構(gòu)性,、分布性、連續(xù)性,、靠近數(shù)據(jù)等的特點(diǎn),,下面我們分析邊緣計(jì)算在管廊監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用。
1理論基礎(chǔ):系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
邊緣計(jì)算就是在靠近數(shù)據(jù)源頭或物的網(wǎng)絡(luò)側(cè),,融合計(jì)算,、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ),、應(yīng)用核心能力的開(kāi)放平臺(tái),,就近提供邊緣智能服務(wù),滿(mǎn)足行業(yè)數(shù)字化在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),、數(shù)據(jù)優(yōu)化,、應(yīng)用智能等方面的關(guān)鍵需求。隨著邊緣計(jì)算落地實(shí)踐應(yīng)用,,以云邊協(xié)同和邊緣智能為主要發(fā)展方向,。為了克服當(dāng)前云計(jì)算集中化、數(shù)據(jù)延時(shí)長(zhǎng),、安全性差,,將云計(jì)算“下沉",設(shè)計(jì)了一種基于邊緣計(jì)算的綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng),。通過(guò)本地匯聚網(wǎng)絡(luò),、計(jì)算、存儲(chǔ),、應(yīng)用,、智能等提高服務(wù)性能,減少時(shí)延和帶寬需求,提升控制能力,。JACE8000控制器發(fā)揮NiagaraFramework技術(shù)的特點(diǎn),,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),完成綜合管廊監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集,、管理和應(yīng)用,,構(gòu)建“邊云"協(xié)同的分布式部署架構(gòu),在綜合管廊監(jiān)控**實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存,、調(diào)用,。JACE網(wǎng)絡(luò)控制器作為邊緣控制平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)互聯(lián)及管理,、集成,、監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄,、報(bào)警,、時(shí)間表和網(wǎng)絡(luò)管理的功能,運(yùn)用MQTT協(xié)議與華為云對(duì)接,,并與云平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同工作,。系統(tǒng)內(nèi)核采用分層設(shè)計(jì),開(kāi)發(fā)了物聯(lián)網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn),,模塊化驅(qū)動(dòng),,便于整個(gè)平臺(tái)在橫向和縱向靈活擴(kuò)展,設(shè)計(jì)規(guī)范的軟件,,達(dá)到設(shè)施設(shè)備運(yùn)行安全,。基于SOA平臺(tái)化架構(gòu)理念,,監(jiān)控系統(tǒng)支持C/S,、B/S或C/S、B/S混用等不同“架構(gòu)"配置Wi-Fi,RFID,Zigbee等眾多的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),。統(tǒng)一的接口調(diào)用方式,,減少切換思維導(dǎo)致編碼速度下降,系統(tǒng)接口以動(dòng)詞+名詞的形式命名,,保證其簡(jiǎn)單易懂,。外部接口返回結(jié)果統(tǒng)一使用標(biāo)準(zhǔn)的JSON格式,所有的接口**要有日志,,方便維護(hù),。綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA),在同一集成平臺(tái)上,,實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)信息流程的重組和擴(kuò)展,,大大提升監(jiān)控系統(tǒng)的靈活性,降低監(jiān)控系統(tǒng)的使用及維護(hù)成本?;谶吘売?jì)算綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)一般分成前端數(shù)據(jù)感知層,、邊緣計(jì)算層、云計(jì)算層3層,。
1.1前端數(shù)據(jù)感知層
綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)前端數(shù)據(jù)感知層一般由CH4,、O2、CO,、CO2等氣體傳感器,、照度傳感器、溫濕度傳感器,、光纖溫度傳感器,、煙感,、手動(dòng)報(bào)警模塊,、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、紅外被動(dòng)探測(cè)器,、電量計(jì)量?jī)x表,、液位傳感器、I/O模塊組成,,它們感知綜合管廊物理變化變換成弱電信號(hào),,一般分為兩類(lèi),模擬量和數(shù)字量,。前端數(shù)據(jù)感知層采用ZigBee網(wǎng)絡(luò),,選用樹(shù)型+星型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。ZigBee節(jié)點(diǎn)采用CC2530芯片,,嵌入式網(wǎng)關(guān)使用STM32F103芯片,。STM32F103芯片具有512kb的閃存以及64kb的RAM,**工作頻率可達(dá)72MH,,較好的技術(shù)參數(shù)大大優(yōu)化了系統(tǒng)硬件,,系統(tǒng)功耗*大降低了。WiFi模塊選用ESP-07芯片組,,將ZigBee網(wǎng)絡(luò)和WiFi相結(jié)合,,大大增加了前端數(shù)據(jù)互通與連接。
1.2邊緣計(jì)算層
JACE網(wǎng)絡(luò)控制器8000具有如下特點(diǎn):升級(jí)的Niagara4平臺(tái),,模塊化結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì),,免工具安裝,支持WiFi功能,,內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的驅(qū)動(dòng)程序,,靈活的授權(quán)許可,具有RS485端口、以太網(wǎng)接口,、WiFi連接,,通過(guò)MQTT協(xié)議與云計(jì)算層通信對(duì)接。邊緣計(jì)算層能夠完成本地?cái)?shù)據(jù)的快速采集,、分析,,實(shí)時(shí)性高,由具備一定計(jì)算,、儲(chǔ)存能力的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)組成,,響應(yīng)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)增值決策。
1.3云計(jì)算層
云計(jì)算層具有運(yùn)算能力強(qiáng)大,,存儲(chǔ)空間大等特點(diǎn),,對(duì)上傳的數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ),、發(fā)布,、控制,完成數(shù)據(jù)計(jì)算算法處理分析,。國(guó)內(nèi)比較可靠的就是華為云和阿里云,,本系統(tǒng)就是基于華為云部署的。連接華為云物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的方式有兩種:**種裝有Niagara的連接以太網(wǎng)的本地電腦或者部署Niagara項(xiàng)目的本地服務(wù)器直接連接,;*二種部署有分布式的物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)JACE8000系列直接連接,。將綜合管廊各種信息按照MQTT協(xié)議封裝成MQTT控制報(bào)文,進(jìn)行存儲(chǔ)分析,,并且發(fā)布,。可以通過(guò)PC,、PAD,、手機(jī)各種終端調(diào)用查詢(xún)。
2應(yīng)用模塊:預(yù)警和報(bào)警模塊功能
預(yù)警和報(bào)警模塊主要為管廊整體的安全運(yùn)維服務(wù),,對(duì)每一報(bào)警提供報(bào)警詳情**展示報(bào)警的關(guān)聯(lián)信息,,支持狀態(tài)合并,重復(fù)報(bào)警合并,,限值合并等不同的報(bào)警顯示方式,;支持多種報(bào)警統(tǒng)計(jì)查詢(xún)方式,如洪水統(tǒng)計(jì),、數(shù)量統(tǒng)計(jì),、時(shí)序統(tǒng)計(jì)、高頻統(tǒng)計(jì),、反復(fù)報(bào)警統(tǒng)計(jì),、頑固報(bào)警統(tǒng)計(jì),、報(bào)警KPI分析統(tǒng)計(jì);提供各類(lèi)統(tǒng)計(jì)功能,,用于報(bào)警數(shù)量和分布的統(tǒng)計(jì),,可作為報(bào)警改進(jìn)優(yōu)化的依據(jù),過(guò)濾無(wú)效或低效報(bào)警,,也可將統(tǒng)計(jì)功能作為預(yù)警模型的一部分,,參與預(yù)警運(yùn)算和觸發(fā)等功能。主要包括:綜合監(jiān)控管理功能,、實(shí)時(shí)告警一覽功能,、設(shè)備告警聯(lián)動(dòng)配置功能、報(bào)警方案管理功能,、歷史告警查詢(xún)功能,、歷史趨勢(shì)查詢(xún)功能等??蛻?hù)端通過(guò)Web瀏覽器,,Niagara4Supervisor提供數(shù)據(jù)日志記錄/趨勢(shì)分析、數(shù)據(jù)庫(kù)管理,、存檔并輸出到外部數(shù)據(jù)庫(kù),、報(bào)警、系統(tǒng)導(dǎo)航,、時(shí)間表、儀表盤(pán)報(bào)告,;通過(guò)XML接口(OBIX標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議)與其它應(yīng)用軟件程序集成,,實(shí)時(shí)顯現(xiàn)圖形化信息[6-7]。以管廊分區(qū)為劃分,,打破各子系統(tǒng)的邊界,,弱化底層各子系統(tǒng)功能,對(duì)設(shè)備層子系統(tǒng)進(jìn)行扁平化,,構(gòu)建邊緣計(jì)算設(shè)備在邊緣節(jié)點(diǎn)之間局域通信網(wǎng)絡(luò)[8],,實(shí)現(xiàn)邊緣層信息互聯(lián)、互通,、聯(lián)動(dòng),。配置管廊內(nèi)各個(gè)設(shè)備間設(shè)備聯(lián)動(dòng)的預(yù)案,當(dāng)故障發(fā)生時(shí),,系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)預(yù)案進(jìn)行處理,。通過(guò)系統(tǒng)提供圖形化工具進(jìn)行聯(lián)動(dòng)方案的定義。設(shè)備聯(lián)動(dòng)的內(nèi)容應(yīng)包括:視頻,、消防,、安防,、照明等,提供聯(lián)動(dòng)方案的添加,、刪除,、修改??筛鶕?jù)自定義條件查詢(xún)已配置的聯(lián)動(dòng)方案,。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有故障、報(bào)警信息時(shí),,可按照相關(guān)設(shè)定預(yù)案,,自動(dòng)對(duì)相關(guān)監(jiān)控設(shè)備(例如:攝像機(jī))進(jìn)行業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)操作,例如:視頻錄像,、燈光開(kāi)關(guān),、空調(diào)開(kāi)關(guān)、風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)等,。聯(lián)動(dòng)方案可由時(shí)間觸發(fā),,如每隔一段時(shí)間開(kāi)啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng),也可由故障,、報(bào)警觸發(fā),。聯(lián)動(dòng)方案可由多個(gè)條件觸發(fā)。聯(lián)動(dòng)方案可順序或同時(shí)聯(lián)動(dòng)多個(gè)設(shè)備,。聯(lián)動(dòng)可自動(dòng)執(zhí)行,,也可手動(dòng)執(zhí)行。聯(lián)動(dòng)方案的執(zhí)行邏輯可包含界面交互步驟,,在執(zhí)行過(guò)程中,,根據(jù)用戶(hù)的選擇,執(zhí)行不同的操作,。與傳統(tǒng)構(gòu)架監(jiān)控系統(tǒng)比較,,邊緣計(jì)算構(gòu)架監(jiān)控系統(tǒng)傳輸流量有所降低,降低了傳輸成本,,
緩解云計(jì)算層運(yùn)算,、存儲(chǔ)壓力。
3拓展應(yīng)用:應(yīng)急指揮功能模塊
充分發(fā)揮將各個(gè)智能子系統(tǒng)在統(tǒng)一管理平臺(tái)優(yōu)勢(shì),,應(yīng)急調(diào)度指揮系統(tǒng)中增設(shè)應(yīng)急指揮處置功能,,協(xié)助管廊公司管理人員或相關(guān)處突部門(mén)面對(duì)緊急事件,能夠及時(shí)處理,,降低人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失,。實(shí)現(xiàn)管廊內(nèi)應(yīng)急數(shù)據(jù)的收集、分析,,應(yīng)急指揮的輔助決策,、應(yīng)急資源的組織,、協(xié)調(diào)和管理控制等指揮功能,通過(guò)前端監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)接口對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視,,通過(guò)與管線(xiàn)托管單位的信息化系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接,,建立應(yīng)急物資庫(kù),對(duì)應(yīng)急物資建立詳細(xì)的資料信息庫(kù),,建立應(yīng)急專(zhuān)家?guī)?,?duì)應(yīng)急專(zhuān)家建立詳細(xì)的資料信息庫(kù),滿(mǎn)足根據(jù)分級(jí)機(jī)制問(wèn)題發(fā)生后,,各搶險(xiǎn)指揮部指揮調(diào)度搶險(xiǎn)等,。
4AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)
4.1平臺(tái)概述
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)集電力監(jiān)控、能源管理,、電氣安全,、照明控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)于一體,,為建立可靠,、安全、**的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持,,從數(shù)據(jù)采集,、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu),、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì),,解決了綜合管廊在管理過(guò)程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問(wèn)題,,大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性,,提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率,。
4.2平臺(tái)組成
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái),它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng),、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),、消防設(shè)備電源系統(tǒng),、防火門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng),、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng),。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù),,通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可全局,、整體的對(duì)管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控,、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度,,同時(shí)滿(mǎn)足管廊用電可靠,、安全、穩(wěn)定,、**,、有序的要求。
4.3平臺(tái)拓?fù)?/p>
4.4平臺(tái)子系統(tǒng)
4.4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所,,對(duì)變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控,,對(duì)0.4kV出線(xiàn)配置多功能計(jì)量?jī)x表,用于測(cè)控出線(xiàn)回路電氣參數(shù)和用能情況,,可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜,、變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜,、ATS/STS,、UPS,包括遙控,、遙信,、遙測(cè)、遙調(diào),、事故報(bào)警及記錄等,。
4.4.2環(huán)境監(jiān)測(cè)
環(huán)境監(jiān)測(cè)包括溫濕度、煙感溫感,、積水浸水,、可燃?xì)怏w濃度、門(mén)禁,、視頻,、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集,、展示和預(yù)警,,同時(shí)也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的*三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。
4.4.3電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對(duì)配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器,、溫度傳感器,,消防設(shè)備電源傳感器、防火門(mén)狀態(tài)傳感器,,接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示,,并且對(duì)UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視,,發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光,、短信,、APP及時(shí)預(yù)警。
4.5相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單
4.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
4.5.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
4.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)
4.5.4防火門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)
4.5.5消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)
5結(jié)語(yǔ)
綜上所述,,城市綜合管廊基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)城市發(fā)展起到非常積*的促進(jìn)作用,。相關(guān)部門(mén)及工程建設(shè)單位,應(yīng)該在認(rèn)識(shí)到科技產(chǎn)品應(yīng)用對(duì)綜合管廊建設(shè)重要性的基礎(chǔ)上,,積*采取有效措施,,以改善綜合管廊建設(shè)環(huán)境,提高其應(yīng)用效率,。在充分了解物聯(lián)網(wǎng)融合通信系統(tǒng)后,,繼續(xù)尋找創(chuàng)新突破之法,將該系統(tǒng)技術(shù)更加有效地應(yīng)用于城市建設(shè)工程中,,使其發(fā)揮*大效用,,對(duì)民眾的生產(chǎn)生活起到更大的促進(jìn)作用。相關(guān)技術(shù)研發(fā)人員,,也應(yīng)該加大技術(shù)研發(fā)力度,,進(jìn)一步推陳出新,應(yīng)用相關(guān)技術(shù)推動(dòng)城市發(fā)展,。
參考文獻(xiàn)
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