縣級水利工程信息化管理及軟件研發(fā)

王業(yè)明 ，周填崳 ，石小平 ，陸欽亮

（1.揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.興化市水務(wù)局，江蘇 興化 225700）

0 引言

目前，國家、省市級水利工程信息化程度較高，軟件的開發(fā)及應(yīng)用也較好[1]；而縣級以下的基層水利工程信息化水平相對較低，研究成果也較少?？h級及基層水利信息化建設(shè)是整個國家水利信息化建設(shè)的重要組成部分，應(yīng)該加快進(jìn)程及加強(qiáng)建設(shè)力度。縣級小型水利工程，如小型泵站、閘、橋、圩堤、河道、涵、壩等水工建筑物，大多建造年代較久，運(yùn)行時間長，功能、效率及狀況都已發(fā)生較大變化，相關(guān)信息采用人工或簡單的電子文檔方式管理，很難做到心中有數(shù)，尤其對圩區(qū)內(nèi)工程目前所具有的排澇與灌溉能力難以做出準(zhǔn)確的判斷，影響防洪抗旱的決策，也不能為水利工程項(xiàng)目建設(shè)的規(guī)劃、審核與批準(zhǔn)提供準(zhǔn)確和科學(xué)的依據(jù)。基于小型水利工程信息管理的現(xiàn)狀，研發(fā)了江蘇省興化市小型水利工程信息化管理軟件系統(tǒng)，并對開發(fā)過程中遇到的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 軟件開發(fā)中的突出問題

縣級小型水利工程基礎(chǔ)信息的特點(diǎn)如下：

1）信息量多。如江蘇省興化市小型水利工程信息，涉及到所轄的 35 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的 400 多個聯(lián)圩、900多座排澇站、200 多座小電站、4000 多座圩口閘、17000 多座農(nóng)橋、數(shù)千條縣鄉(xiāng)級河道等。

2）信息種類全。既有大量工程技術(shù)參數(shù)的文字信息，也有大量反映工程現(xiàn)狀的圖片及位置的圖形信息。

小型水利工程信息化管理軟件開發(fā)中的突出問題及對策如下：

1）水利工程基礎(chǔ)信息的成圖。由于目前小型水利工程基礎(chǔ)信息的建設(shè)滯后，使得市縣區(qū)所用的水利工程基礎(chǔ)信息底圖大多來自于城建或土地管理部門，且為 DXF（圖形數(shù)據(jù)交換文件）格式的中間文件，如江蘇省興化市水務(wù)局僅能提供來自城建管理部門的 120 多個 DXF 文件，要經(jīng)過整體拼接方可形成 CAD 格式的水利工程基礎(chǔ)信息圖；城建或土地管理部門地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息量龐大，形成的文件較大，運(yùn)行速度慢，但真正能夠用于水利基礎(chǔ)信息的有效信息并不多。因此，在滿足小型水利工程信息化管理要求的基礎(chǔ)上，對城建或土地管理部門的地理信息系統(tǒng)進(jìn)行歸并整合，將水利工程信息管理中的不用信息所在圖層進(jìn)行凍結(jié)。

2）小型水利工程位置信息采集的準(zhǔn)確性保證。由于多方面原因，縣級小型水利工程位置信息的采集，有的準(zhǔn)確性較差，也有的采集或記錄的經(jīng)緯度與工程應(yīng)在圖上標(biāo)出的經(jīng)緯度明顯矛盾。采取的對策是依據(jù)工程位置插入結(jié)果與圖紙上表示的經(jīng)緯度對照，對位置矛盾之處首先進(jìn)行判別，判斷是記錄錯誤，還是采集錯誤；然后按照工程應(yīng)在的位置用相應(yīng)的經(jīng)緯度加以糾正。

3）小型水利工程信息管理功能的提煉及配套的實(shí)現(xiàn)技術(shù)?；谛⌒退こ坦芾韺?shí)際應(yīng)用中的要求提煉出相應(yīng)的軟件功能，如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)編輯、信息查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與報表、數(shù)據(jù)內(nèi)容統(tǒng)一更新等數(shù)據(jù)庫管理功能，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)入圖、圖形數(shù)據(jù)管理功能，以及數(shù)據(jù)庫與圖形管理系統(tǒng)聯(lián)接功能等，再根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能選擇軟件開發(fā)平臺及確定采用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

4）數(shù)據(jù)修改的權(quán)限管理?？h級小型水利工程的建設(shè)涉及到水管和財政主管 2 個部門，他們既需要通力合作，也需要對現(xiàn)有基礎(chǔ)信息的修改相互約束，任何一方都不可單獨(dú)變更基礎(chǔ)信息。因此需要對軟件中基礎(chǔ)信息進(jìn)行權(quán)限管理。

5）CAD 數(shù)據(jù)向 Map 或 GIS 轉(zhuǎn)換。目前，縣級小型水利工程管理數(shù)據(jù)庫開發(fā)環(huán)境的種類較多，有選擇地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 GIS 工具類軟件包，也有選擇通用數(shù)據(jù)庫，如 VFP，Access 等；所采用的水系圖，有使用地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫格式的電子地圖，也有使用通用 AutoCAD 圖形。對縣級水利工程信息管理而言，由于水利工程信息量相對地級市及省級來說是較小的，采用 VFP，Access 及 AutoCAD能夠解決水利工程信息管理問題，也能開發(fā)出實(shí)用性較強(qiáng)的小型水利工程信息化管理系統(tǒng)，因此目前縣市用得較多的開發(fā)環(huán)境是通用數(shù)據(jù)庫及 CAD 系統(tǒng)平臺；對于省級水管部門，由于全省水利工程信息量較大，通常采用 Map，GIS（或 WebGIS）等適合大型數(shù)據(jù)庫的軟件開發(fā)環(huán)境。上下開發(fā)環(huán)境的不一致性使數(shù)據(jù)信息的對接性較弱，有的甚至無法對接。因此，要研究水利工程 CAD 數(shù)據(jù)向 Map（或GIS）的轉(zhuǎn)換問題。

2 軟件開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 水利工程管理數(shù)據(jù)的分析與開發(fā)環(huán)境的選擇

縣級小型水利工程基礎(chǔ)信息不僅具有大量的文字信息，也有大量反映工程現(xiàn)狀的圖片及位置的圖形等信息，本軟件開發(fā)環(huán)境選擇通用數(shù)據(jù)庫管理及圖形支撐系統(tǒng)開發(fā)其信息化管理系統(tǒng)。即利用Access 管理系統(tǒng)解決工程信息管理中的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)一更新，信息的各種查詢方式，數(shù)據(jù)的多種統(tǒng)計、報表的自動生成及輸出等；利用 AutoCAD 系統(tǒng)對工程的圖形信息進(jìn)行有效地管理，并充分利用2 個系統(tǒng)各自的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)軟件功能，且 2 個系統(tǒng)既可單獨(dú)運(yùn)行，也可以通過有機(jī)連接實(shí)現(xiàn)對工程的文字與圖形信息同時管理的目標(biāo)[2]。

2.2 水利工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入及準(zhǔn)確性驗(yàn)證

縣級小型水利工程基礎(chǔ)信息的錄入及準(zhǔn)確性驗(yàn)證是整個管理信息系統(tǒng)研發(fā)的重要環(huán)節(jié)，尤其是基礎(chǔ)信息的準(zhǔn)確性關(guān)系到管理信息系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量。小型水利工程基礎(chǔ)信息的錄入根據(jù)使用的開發(fā)平臺分為數(shù)據(jù)庫錄入與 CAD 圖形插入。前者依據(jù)各類工程所要管理的信息，由市縣水管部門統(tǒng)一設(shè)計成對應(yīng)的各類數(shù)據(jù)表格，并統(tǒng)一規(guī)定各類工程編碼及數(shù)據(jù)格式填報要求交給基層水利單位進(jìn)行采集；后者則要求鄉(xiāng)鎮(zhèn)在紙質(zhì)地形圖上標(biāo)注出縣級小型水利工程在圖紙上的位置，并用規(guī)定的圖標(biāo)、顏色和統(tǒng)一編號進(jìn)行標(biāo)注，對于小型水利工程所屬的圩堤標(biāo)注，還規(guī)定達(dá)標(biāo)的圩堤長度用紅線標(biāo)出，未達(dá)標(biāo)的用藍(lán)線標(biāo)注。顯然，數(shù)據(jù)采集和填報的準(zhǔn)確性直接影響到基礎(chǔ)信息的可靠性，因此，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗(yàn)證就顯得非常重要。通常，雖然市縣水管部門規(guī)定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集要求和格式，但面對大量的采集數(shù)據(jù)難免會出現(xiàn)一些錯誤。尤其是縣級水利工程所處位置的表達(dá)，由于所用儀器的準(zhǔn)確性及基層單位使用者的操作水平，不僅會出現(xiàn)大量經(jīng)緯度填報格式不一致的問題，而且采集到的工程經(jīng)緯度與圖紙上工程所標(biāo)位置的偏差較大；還有一些由于填報者疏忽出現(xiàn)的明顯錯誤，如工程應(yīng)該在某聯(lián)圩或鄉(xiāng)鎮(zhèn)的范圍內(nèi)，其經(jīng)緯度明顯不符，甚至所填報的經(jīng)緯度已不在本市縣范圍內(nèi)等。

為了保證縣級小型水利工程基礎(chǔ)信息采集的一致性和數(shù)據(jù)錄入及插入的準(zhǔn)確性，編制了一系列程序進(jìn)行處理和驗(yàn)證。如對各種格式表示的經(jīng)緯度，經(jīng)過程序的處理使其格式完全統(tǒng)一；對填報者疏忽出現(xiàn)的經(jīng)緯度明顯錯誤，首先將工程初步插入到圖中加以判別，對明顯的錯誤查找原數(shù)據(jù)文件，依據(jù)同類工程上下位置判別出明顯的填報錯誤，然后修改原文件中的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行插入；對于工程采集到的經(jīng)緯度與圖紙上所標(biāo)的位置出現(xiàn)“集體”偏差時，在插入時可統(tǒng)一調(diào)整基線加以糾偏；對于少數(shù)工程采集到的經(jīng)緯度與圖紙上所在位置相差較大且不屬“集體”偏差及明顯填報錯誤的情況，則運(yùn)行“由工程位置查詢其經(jīng)緯度”程序，從工程應(yīng)在的坐標(biāo)位置得其經(jīng)緯度并按此插入至 CAD 圖形中。

2.3 水利工程信息管理功能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

選擇興化市農(nóng)村小型泵站、排澇站、圩口閘、圩堤、河道及農(nóng)橋等較為典型的小型水利工程的數(shù)字化為研究對象，所研發(fā)的信息化管理系統(tǒng)軟件具有以下主要功能：小型水利工程基礎(chǔ)采集數(shù)據(jù)有效入庫、入圖與動態(tài)編輯，信息查詢，數(shù)據(jù)統(tǒng)計與報表，數(shù)據(jù)的統(tǒng)一更新，數(shù)據(jù)權(quán)限的管理，以及對防洪抗旱決策的支撐，數(shù)據(jù)庫與 CAD 聯(lián)接等功能。

軟件系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 軟件系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的入庫與入圖

采集到的小型水利工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有表格形式的文字信息，也有數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片及 GPS 采集到的工程位置信息等。采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入 Access 數(shù)據(jù)庫相對較為簡單，只要將 Access 表字段設(shè)置與Excel 數(shù)據(jù)類型及格式一致即可批量入庫，工程照片可與對應(yīng)工程編碼設(shè)置超鏈接。采集的數(shù)據(jù)進(jìn)入AutoCAD 圖形，要有插入過程。首先按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)編號和建筑物類型組合編碼在 CAD 中設(shè)置對應(yīng)的圖層，如興化市共有 35 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（編號 01～35，全市的編號為 88），建筑物類型設(shè)置如下：圩口閘為 1，小型泵站為 2，排澇站為 3，農(nóng)橋?yàn)?4，縣鄉(xiāng)河道為 5等，創(chuàng)建的圖層分別為 011，012…351，352…881，882 等。然后，將采集數(shù)據(jù)中的工程編碼及 GPS 經(jīng)緯度 3 個字段內(nèi)容形成獨(dú)立的文本文件供建筑物插入至 CAD 圖中使用。在 AutoCAD 環(huán)境下，采用 VLISP 程序?qū)⑿⌒捅谜炯案黝惤ㄖ锊迦雸D中之前，要先制作它們的圖示符號，且創(chuàng)建為帶有屬性的塊。由于每類建筑物的塊插入要保證與該類建筑物所約定的顏色相同，因此塊的創(chuàng)建要在 CAD 中的“0 層”進(jìn)行，使用 CAD“0 層”特性能保證其插入的圖塊與所在圖層顏色的一致性。

2.3.2 水工建筑物的信息查詢功能

研發(fā)采用的開發(fā)環(huán)境是 Access 數(shù)據(jù)庫和AutoCAD 圖形處理 2 個支撐系統(tǒng)，并在兩者之間設(shè)計了鏈接。充分發(fā)揮 2 個支撐系統(tǒng)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對縣級小型水利工程的文字及圖形信息的有效管理是重點(diǎn)研究內(nèi)容，尤其是軟件中的一些常用功能，如建筑物的信息查詢在 2 個系統(tǒng)中都要具備。在Access 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)一系列建筑物查詢功能相對較為簡單，因?yàn)?Access 數(shù)據(jù)庫中提供了選擇、更新、參數(shù)、追加、刪除、生成表、交叉表及SQL 等各種查詢，可以較為方便地設(shè)計出滿足水工建筑物各種查詢的功能，如圖2 所示。

圖2 Access數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的建筑物查詢

在 AutoCAD 圖形支撐系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)建筑物的數(shù)據(jù)庫查詢，需通過 AutoCAD 數(shù)據(jù)庫管理器（DB Connect）連接外部數(shù)據(jù)庫（如 Access 數(shù)據(jù)庫等），即首先經(jīng)過數(shù)據(jù)源配置將要連接的外部數(shù)據(jù)庫文件通過 OLE DB（對象鏈接和嵌入數(shù)據(jù)庫）提供的驅(qū)動程序與 AutoCAD 進(jìn)行鏈接，創(chuàng)建 1 個擴(kuò)展名為.udl 文件，它包含數(shù)據(jù)源的鏈接信息；然后利用 DB Connect 查詢編輯器提供的 4 種查詢方法，即快速、基于取值范圍的、基于多列和表達(dá)式的，以及 SQL語句等查詢方式，可在 AutoCAD 環(huán)境下建立縣級小型水利工程建筑物信息管理所需要的各種查詢，如圖3 左側(cè)所示。

建筑物在基礎(chǔ)信息圖中的位置及分布的查詢分為單個建筑物查詢，按聯(lián)圩、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或全市等查詢，以及按某一經(jīng)緯度區(qū)域查詢建筑物等（見圖1）。由于按鄉(xiāng)鎮(zhèn)或全市查詢建筑物及分布狀況是常用功能，為此，在 AutoCAD ObjectARX 二次開發(fā)環(huán)境下，利用 MFC 庫[3]開發(fā)出便于用戶使用的查詢界面，如圖3 右側(cè)所示，在該界面中通過選擇鄉(xiāng)鎮(zhèn)（或全市）及建筑物類型，點(diǎn)擊“觀看圖層”按鈕可即時查看到所選鄉(xiāng)鎮(zhèn)（或全市）及建筑物的分布、數(shù)量等情況；點(diǎn)擊“關(guān)閉圖層”按鈕可實(shí)現(xiàn)反向功能；按某一經(jīng)緯度區(qū)域查詢建筑物也是常用功能之一，這一功能利用 VLISP 二次開發(fā)程序加以實(shí)現(xiàn)。

圖3 AutoCAD環(huán)境下建筑物的查詢

小型水工建筑物數(shù)據(jù)統(tǒng)計與報表功能，以及數(shù)據(jù)內(nèi)容統(tǒng)一更新功能的實(shí)現(xiàn)可參見文獻(xiàn) [4]，它們都是基于基礎(chǔ)信息表（基表），利用 Access 內(nèi)置功能實(shí)現(xiàn)的。如報表輸出數(shù)據(jù)是基于多個查詢表合成的，而多個查詢表又是基于基表時，在基表數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，要首先更新多個查詢表，才能保證輸出報表中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，遇到這種多步驟的更新過程可采用Access 中的宏過程加以實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)權(quán)限功能需要對不同用戶訪問基表的權(quán)限加以設(shè)置，這一功能的實(shí)現(xiàn)既可采用 Access 自帶的權(quán)限設(shè)置功能，也可用 VBA編程加以控制；信息化數(shù)據(jù)對防洪抗旱決策的支撐及數(shù)據(jù)庫與 CAD 聯(lián)接等功能參見文獻(xiàn) [4]。

3 CAD 數(shù)據(jù)向 Map（或 GIS）的轉(zhuǎn)換

目前，省級建設(shè)的水利工程管理系統(tǒng)和信息化 GIS 公共基礎(chǔ)平臺雖然充分考慮到市、縣業(yè)務(wù)對GIS 平臺的需求，以及縣級已建相關(guān)信息、應(yīng)用系統(tǒng)的銜接與整合，但在縣級層面上還未全面應(yīng)用，即使今后縣級各項(xiàng)與 GIS 相關(guān)的水行政和業(yè)務(wù)工作的應(yīng)用系統(tǒng)都可在省級公共平臺上開發(fā)，之前縣級大量的信息化資源還是存在重復(fù)開發(fā)和有效利用的問題。因此，研究水利工程 CAD 數(shù)據(jù)與 Map（或GIS）之間的轉(zhuǎn)換意義明顯。由于 CAD 與 Map（或GIS）系統(tǒng)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上存在較大差異[5]，加之目前還沒有“國家空間數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使得研究得到的“轉(zhuǎn)換方法”都帶有一定的局限性，通用性較弱。為此嘗試將縣級的 CAD 水系圖轉(zhuǎn)入至 Map 系統(tǒng)中，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中得到以下初步結(jié)果：

1）DXF 文件是不同系統(tǒng)都能認(rèn)可的中間文件，可用其作為兩者間的轉(zhuǎn)換文件。在高版本 CAD 中所作圖形轉(zhuǎn)換成 DXF 文件輸出時，用較低版本 CAD（如 R12/R13）的 DXF 文件數(shù)據(jù)輸出，在 Map 中接收效果較好。

2）在水利工程 CAD 圖中要進(jìn)行預(yù)處理，盡量細(xì)分實(shí)體所在的圖層，將不同的水工建筑物，如小型泵站、圩口閘、河道、農(nóng)橋等盡可能放至不同的圖層上，便于整理及賦予相同特性，也便于分層轉(zhuǎn)入至 Map 中。

3）在水利工程 CAD 圖中，水工建筑物的顏色特性盡量采用 1～7 標(biāo)準(zhǔn)色。因?yàn)?CAD 中實(shí)體的顏色，無論是隨層的，還是指定的某種顏色，在實(shí)體轉(zhuǎn)換時，對于采用索引號 1～7 標(biāo)準(zhǔn)顏色產(chǎn)生的實(shí)體，轉(zhuǎn)換前后實(shí)體的顏色能保持不變；在 CAD 中實(shí)體的顏色如果采用類似 160 號（藍(lán)色）等非標(biāo)準(zhǔn)顏色，實(shí)體轉(zhuǎn)換至 Map 中會改變原來的顏色。

4）CAD 至 Map 不能實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換，只能進(jìn)行再處理。如線型寬度信息，無論是 CAD 至 Map，還是Map 至 CAD，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后線寬信息都會丟失，只能采用 Map 中“線樣式”重新賦值；又如 CAD 中實(shí)體圖案填充結(jié)果默認(rèn)為整體的塊，如在預(yù)處理時不爆破，則無法轉(zhuǎn)換，只能通過 Map 中“區(qū)域樣式”還原處理。

4 結(jié)語

縣級小型水利工程基礎(chǔ)信息面廣量大，隨著建設(shè)與改造力度的加大，信息量也在動態(tài)變化。基礎(chǔ)信息的采集與數(shù)字化是信息化過程中的重要基礎(chǔ)工作，因此信息采集與數(shù)字化的準(zhǔn)確性保證顯得尤為重要。保證準(zhǔn)確性的方法除了盡量減少數(shù)據(jù)采集源頭的錯誤外，數(shù)據(jù)在入庫入圖時的準(zhǔn)確性判別也是必不可少的。

通用數(shù)據(jù)庫和圖形支撐系統(tǒng)及其二次開發(fā)平臺，雖然足以滿足市縣農(nóng)村小型水利工程的采集數(shù)據(jù)的數(shù)字化和信息管理軟件的各項(xiàng)功能要求，也能較好地實(shí)現(xiàn)用戶界面友好、操作方便等實(shí)用性較強(qiáng)的功能，但總體來說，通用數(shù)據(jù)庫和圖形支撐系統(tǒng)與 GIS 平臺相比，后者更適合用于大型區(qū)域及信息量龐大的軟件開發(fā)要求，因此，較大區(qū)域的水利信息化 GIS（或 WebGIS）平臺應(yīng)加快建設(shè)和推廣應(yīng)用。對已開發(fā)的縣級及基層信息化軟件資源，如何向省級水利信息化 GIS 公共平臺有效過渡也要進(jìn)行研究。

CAD 數(shù)據(jù)向 Map（或 GIS）轉(zhuǎn)換的研究是基于某個工程實(shí)例帶有“嘗試性”的研究，并已得到文中的初步結(jié)果，由于省級信息化 GIS 平臺目前還未推廣至縣級，故針對性較強(qiáng)的實(shí)踐有待進(jìn)一步研究。

目前充分實(shí)現(xiàn)江蘇水利信息資源共享，實(shí)現(xiàn)“1 張圖、1 個庫、1 個平臺” 的建設(shè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)省、市、縣 3 級水利信息的互聯(lián)互通和資源共享，建設(shè)好數(shù)字水利、現(xiàn)代水利的基礎(chǔ)服務(wù)平臺是近期重要任務(wù)。由于江蘇省水利信息化 GIS 建設(shè)平臺還未推廣應(yīng)用至縣級市，同時 GIS 平臺自身種類較多，差異較大，故縣市現(xiàn)有水利工程數(shù)據(jù)庫及 CAD數(shù)據(jù)如何向省級 GIS 平臺對接，目前既不明晰，也未提出明確要求。只有待省級 GIS 平臺要求與縣級水利信息實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和資源共享時，縣級現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫及 CAD 資源向省級 GIS 平臺轉(zhuǎn)換才能更具有針對性，工程的實(shí)踐也會更有意義。

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