西藏地區(qū)文物保護數(shù)字化監(jiān)測的技術(shù)分析與建議

摘 要：文章基于西藏文物保護的獨特需求，分析了數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)在高原環(huán)境中的應(yīng)用可行性，探討了適用于文物保護的數(shù)字孿生、高光譜遙感、紅外熱成像及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的原理和優(yōu)勢，并結(jié)合實例展示了這些技術(shù)在文物劣化監(jiān)測、微環(huán)境監(jiān)控和結(jié)構(gòu)安全評估方面的成效?；诖?，本文提出了優(yōu)化實施建議，包括優(yōu)先技術(shù)選型、數(shù)據(jù)平臺建設(shè)、設(shè)備適應(yīng)性優(yōu)化和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，以促進高原環(huán)境中數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：西藏地區(qū)；文物保護；數(shù)字化監(jiān)測；技術(shù)分析

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2025.12.010

0 引言

隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展，文物保護逐漸引入現(xiàn)代科技，以彌補傳統(tǒng)保護模式在精準(zhǔn)性、實時性和可持續(xù)性方面的不足。西藏作為重要文化遺產(chǎn)地，因獨特的地理環(huán)境與氣候條件，如極端氣候和強紫外線輻射，文物劣化加劇，保護面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用不僅能實時采集文物劣化和環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過分析和預(yù)警機制提升保護方案的科學(xué)性，有效延長文物保存周期。高精度數(shù)據(jù)存檔與虛擬重建也為后期修復(fù)與展示提供科學(xué)依據(jù)，在“預(yù)防性保護”方面發(fā)揮重要作用。當(dāng)前，數(shù)字孿生、高光譜遙感、紅外熱成像等技術(shù)已在文物保護中常態(tài)化應(yīng)用，廣泛用于提升展示效果和促進文化認(rèn)同。推進這些技術(shù)在西藏地區(qū)文物保護數(shù)字化監(jiān)測方面的應(yīng)用，有助于實現(xiàn)文物保護的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型，推動文化遺產(chǎn)保護與數(shù)字化的深度融合。

1 西藏地區(qū)文物保護數(shù)字化監(jiān)測的需求分析

1.1 西藏地區(qū)的地理環(huán)境及氣候條件對文物的影響

西藏地區(qū)地形復(fù)雜、氣候嚴(yán)酷，冬季寒冷漫長，夏季短暫且日照強烈，平均海拔4000米以上的高原環(huán)境帶來了低氧、干燥、強紫外線的自然特性。這些極端條件對文物的物理結(jié)構(gòu)和材質(zhì)造成了顯著影響，尤其是木質(zhì)、金屬和紡織品等材質(zhì)。低濕環(huán)境使得木質(zhì)文物和紡織文物的含水量極低，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)脆化，易出現(xiàn)開裂、剝落等劣化現(xiàn)象。強紫外線輻射對文物表面的顏色和紋理造成褪色、破壞，特別是壁畫類文物，其色彩的褪失和結(jié)構(gòu)的損害尤為明顯。此外，風(fēng)沙侵蝕、晝夜溫差等因素會加劇石質(zhì)文物的表面風(fēng)化及結(jié)構(gòu)裂隙的擴展。因此，需要通過數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)，建立高頻率的環(huán)境數(shù)據(jù)采集機制，以評估文物暴露于不同環(huán)境條件下的狀態(tài)變化，制定精準(zhǔn)的保護策略。

1.2 文物類型與材質(zhì)特點分析

西藏地區(qū)的文物種類繁多，包括古建筑、石刻、壁畫、佛像、經(jīng)幡和紡織品等，其材質(zhì)涵蓋了石質(zhì)、木質(zhì)、金屬、礦物顏料和纖維等多種類型。這些材質(zhì)在高原氣候中會表現(xiàn)出不同的劣化形式和進程。石刻文物在風(fēng)沙與凍融循環(huán)中易產(chǎn)生表面剝落與裂隙擴大；木質(zhì)文物在干燥環(huán)境中逐漸失去水分而導(dǎo)致表層開裂；礦物顏料則因強紫外線的長期照射而褪色、脫落。為此，文物監(jiān)測需要結(jié)合各類材質(zhì)的劣化特征，設(shè)計針對性的數(shù)字化監(jiān)測方案，采用多元化的監(jiān)測手段（如高光譜、紅外熱成像）精確識別材質(zhì)變化，保證文物數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時效性，從而為保護決策提供科學(xué)支撐。

1.3 數(shù)字化監(jiān)測的需求概述

在高原條件下，西藏地區(qū)的文物保護數(shù)字化監(jiān)測需涵蓋文物劣化監(jiān)測、微環(huán)境監(jiān)控以及結(jié)構(gòu)安全評估三大方面，其多元化與精細(xì)化的需求特性尤為顯著。文物劣化監(jiān)測以高光譜成像和紅外熱成像技術(shù)為核心，通過細(xì)微的材質(zhì)和色彩信息捕捉，能夠精準(zhǔn)識別裂隙、褪色和剝落等表面劣化現(xiàn)象，進而為文物的劣化趨勢提供可靠數(shù)據(jù)支持并實現(xiàn)早期預(yù)警，從而指導(dǎo)保護人員制定科學(xué)的干預(yù)策略。微環(huán)境監(jiān)控則通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器高頻收集溫濕度、紫外線強度及空氣質(zhì)量等微環(huán)境因子的數(shù)據(jù)，實時評估環(huán)境變化對文物保存狀況的影響，并為優(yōu)化保護措施提供決策支持；當(dāng)監(jiān)測到濕度劇烈波動時，可及時采取調(diào)節(jié)措施，以延緩木質(zhì)或紡織類文物的劣化。結(jié)構(gòu)安全評估通過數(shù)字孿生技術(shù)建立文物虛擬模型并進行動態(tài)模擬，提前識別結(jié)構(gòu)性損傷及隱患，尤其在地質(zhì)構(gòu)造運動與凍融循環(huán)條件下，通過裂縫擴展建模分析采取必要加固措施，從而確保文物結(jié)構(gòu)的安全性。整體而言，文物保護的數(shù)字化監(jiān)測在實時數(shù)據(jù)采集、分析和標(biāo)準(zhǔn)化管理的支持下，有效提升了文物長期保護和科學(xué)管理的效率，保障了西藏地區(qū)文物的歷史價值與文化意義的持續(xù)傳承。

2 適用于西藏文物保護的數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)

2.1 數(shù)字孿生技術(shù)

2.1.1 技術(shù)原理及優(yōu)勢

數(shù)字孿生技術(shù)通過構(gòu)建物理實體的高精度虛擬模型，形成虛實交互的監(jiān)測管理系統(tǒng)，實現(xiàn)物理實體與虛擬實體的同步更新與動態(tài)映射。其架構(gòu)基于五維模型，包括物理實體、虛擬實體、孿生數(shù)據(jù)、服務(wù)模塊和連接層，依托傳感器與數(shù)據(jù)采集設(shè)備實時獲取文物的狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)上傳至平臺，由虛擬實體進行可視化呈現(xiàn)，從而實現(xiàn)同步交互。數(shù)字孿生體包括幾何模型、物理模型、行為模型和規(guī)則模型，分別用于展示文物的三維結(jié)構(gòu)、賦予材質(zhì)特性、模擬環(huán)境響應(yīng)，并通過大數(shù)據(jù)預(yù)測劣化趨勢，為文物保護工作提供科學(xué)和前瞻性的支持。數(shù)字孿生技術(shù)在文物保護中的優(yōu)勢體現(xiàn)在實時性、精確性和智能化管理三個方面：其一，該技術(shù)實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)同步，使得文物動態(tài)狀態(tài)可在虛擬平臺中實時更新，從而實現(xiàn)“動態(tài)保護”；其二，多層次建模與大數(shù)據(jù)分析確保監(jiān)測數(shù)據(jù)與環(huán)境反饋的精準(zhǔn)性，便于文物管理者依據(jù)數(shù)據(jù)采取科學(xué)保護措施；其三，借助規(guī)則模型與智能算法，數(shù)字孿生技術(shù)可用于現(xiàn)狀監(jiān)測及未來情境的模擬與風(fēng)險預(yù)測，從而支持文物保護由“被動修復(fù)”向“主動預(yù)防”轉(zhuǎn)型。

2.1.2 技術(shù)應(yīng)用

數(shù)字孿生技術(shù)已成功應(yīng)用于革命舊址的保護與監(jiān)測預(yù)警中。如基于數(shù)字孿生的革命舊址監(jiān)測系統(tǒng)利用虛實結(jié)合技術(shù)構(gòu)建了革命舊址的數(shù)字孿生體，通過傳感器實時采集文物結(jié)構(gòu)狀態(tài)、環(huán)境變化等信息，完成數(shù)據(jù)平臺的動態(tài)映射和反饋。該系統(tǒng)在監(jiān)測革命舊址的穩(wěn)定性、環(huán)境因素影響及裂隙發(fā)展等方面取得顯著成效，不僅能夠監(jiān)測物理文物的實時狀態(tài)，還可以通過虛擬仿真分析未來環(huán)境條件對文物的潛在影響，從而提前采取保護措施，達到延長文物壽命的目的。這種技術(shù)在西藏高原特殊環(huán)境下應(yīng)用潛力巨大，可將氣候條件、游客流量和文物結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析，為高原文物的科學(xué)保護和風(fēng)險預(yù)警提供了有效技術(shù)支持。

2.2 高光譜遙感技術(shù)

2.2.1 技術(shù)原理及優(yōu)勢

高光譜遙感技術(shù)通過采集目標(biāo)物體在可見光到近紅外范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)，將每個像素信息分解為數(shù)百至上千個波段，實現(xiàn)圖譜合一的精細(xì)成像，并以超高光譜分辨率將各波段光譜信息加以分離，形成高分辨率的光譜圖。該技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其無損獲取能力，即在不直接接觸文物的情況下，能夠采集到文物的物理化學(xué)特征、表面細(xì)節(jié)和材質(zhì)構(gòu)成，從而對文物的顏色變化、材質(zhì)劣化以及微觀病害實現(xiàn)有效檢測。通過反射光譜的吸收特征分析，高光譜遙感技術(shù)能夠識別文物中的礦物顏料、無機物質(zhì)及有機材料，進而判定其成分和老化情況。此外，該技術(shù)具備分層解析的能力，能夠在不影響文物原貌的前提下揭示表層與下層之間的隱藏信息，如早期繪畫層或不同材料的隱性差異，為文物保護和修復(fù)工作提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。因此，高光譜遙感在文物保護中不僅體現(xiàn)出非接觸性、無損性和超高光譜分辨率的顯著優(yōu)勢，還在揭示文物隱性信息、分析早期修復(fù)痕跡和制定新修復(fù)方案方面發(fā)揮了重要作用，為文物保護的精細(xì)化和科學(xué)化提供了不可替代的技術(shù)支撐。

2.2.2 技術(shù)應(yīng)用

在文物保護領(lǐng)域，高光譜遙感技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于重要的文化遺產(chǎn)保護工作中。例如，在故宮博物院的古代壁畫保護項目中，研究人員利用高光譜遙感技術(shù)采集了壁畫的光譜數(shù)據(jù)，通過光譜匹配成功鑒別出不同區(qū)域的礦物顏料種類，精確顯示了顏料分布與退化情況。此外，在唐卡、石刻和書畫類文物保護中，高光譜遙感技術(shù)被用來檢測文物表面的細(xì)微裂紋、顏色變化及表層污染物。通過對光譜特征的分層分析，研究人員能夠準(zhǔn)確識別不同時期的修復(fù)層，清晰區(qū)分出原始部分與后期修補部分，從而為文物的科學(xué)保護提供依據(jù)。在西藏地區(qū)文物保護中，高光譜遙感技術(shù)可應(yīng)用于古代壁畫、唐卡等文物的材質(zhì)分析和劣化檢測，提供非侵入式的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，為保護方案的優(yōu)化和修復(fù)設(shè)計提供了可靠的技術(shù)保障。

2.3 紅外熱成像技術(shù)

2.3.1 技術(shù)原理及優(yōu)勢

紅外熱成像技術(shù)通過檢測物體表面的熱輻射分布，將不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換為可見圖像，以反映溫度變化和熱分布規(guī)律。其原理基于不同材料對溫度的響應(yīng)差異以及水分揮發(fā)引起的溫度波動。在文物保護中，該技術(shù)可通過識別表面溫差區(qū)域，揭示文物中的水分、裂隙及內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，尤其在石質(zhì)文物中含有凝結(jié)水或濕氣時，溫度分布顯著不同，紅外熱成像能直觀顯示這些差異，并通過長時間監(jiān)測溫度變化，揭示壁面濕度的動態(tài)變化或降溫條件下的水分分布特征。紅外熱成像的優(yōu)勢體現(xiàn)在無損性、大范圍監(jiān)測和實時動態(tài)跟蹤三個方面：首先，其非接觸性避免了對脆弱或不可移動文物的直接干擾；其次，紅外熱成像可覆蓋較大監(jiān)測范圍，適合用于石窟、壁畫或大型古建筑的溫度分布監(jiān)測；最后，該技術(shù)具備實時動態(tài)跟蹤能力，可快速識別溫度波動或濕氣滲入。例如，在數(shù)小時的動態(tài)監(jiān)測中，觀察因降溫或濕度變化引發(fā)的溫度變化，判斷潛在濕氣凝結(jié)情況，從而為文物防護提供精確數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。

2.3.2 技術(shù)應(yīng)用

紅外熱成像技術(shù)在文物保護中已有成功應(yīng)用。在云岡石窟的研究中，紅外熱成像被用來監(jiān)測壁面在降雨前后的溫度變化，分析壁面凝結(jié)水的形成規(guī)律。在一次降雨事件中，研究人員對云岡石窟第19窟壁面進行了連續(xù)100小時的紅外熱成像監(jiān)測。結(jié)果顯示，壁面溫度的晝夜變化與空氣露點溫度的對比揭示了兩個凝結(jié)水形成的關(guān)鍵時期：降溫前的凝結(jié)期和降溫后的凝結(jié)期。通過此方法，研究人員發(fā)現(xiàn)，降雨期間壁面溫度迅速降低，導(dǎo)致空氣濕氣在壁面上凝結(jié)，進而加劇了石窟的風(fēng)化。這一研究不僅為石窟文物的防護提供了科學(xué)依據(jù)，還表明紅外熱成像在識別文物濕度變化、確定凝結(jié)水形成條件方面具有顯著價值，為類似文物保護項目提供了參考。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.4.1 技術(shù)原理及優(yōu)勢

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過傳感器、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)通信等基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)物體及人與物體之間的信息聯(lián)通與實時互動。其架構(gòu)主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層布設(shè)多種傳感器（如傾斜、裂縫和溫濕度傳感器），實時采集文物建筑的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和環(huán)境變化數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)層通過無線通信協(xié)議（如LoRa和GPRS）將數(shù)據(jù)傳輸至云端；應(yīng)用層依托云平臺，通過數(shù)據(jù)分析和處理實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測與預(yù)警。具體而言，傳感器監(jiān)測到建筑物的沉降、位移等變化后，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)上傳至云端，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)變化進行分析并通過分級預(yù)警機制向用戶發(fā)出警報，確保監(jiān)測的有效性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在實時性、無損性和自動化管理上。實時監(jiān)測能秒級捕獲環(huán)境和結(jié)構(gòu)變化，提升反應(yīng)速度；非接觸式傳感器避免物理損害，適合脆弱文物的長期監(jiān)測；自動化管理支持遠程監(jiān)控和預(yù)警，保護人員通過終端隨時獲取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)便捷、集中化管理，減少人力依賴，為文物保護提供堅實技術(shù)保障。

2.4.2 技術(shù)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于文物保護監(jiān)測項目中，以北京德勝門箭樓的監(jiān)測系統(tǒng)為例。德勝門箭樓文物建筑在長期自然與人類活動影響下，出現(xiàn)了沉降、傾斜、裂縫等問題。在其監(jiān)測系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被用于實時跟蹤箭樓結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。傳感器采集數(shù)據(jù)后，通過無線感知網(wǎng)絡(luò)傳至云服務(wù)中心，監(jiān)測系統(tǒng)實時分析沉降、位移、裂縫擴展等參數(shù)。借助該技術(shù)，管理人員可以通過智能手機或電腦隨時查看箭樓結(jié)構(gòu)的安全狀況。系統(tǒng)還會在檢測到超出安全閾值的狀態(tài)時，自動發(fā)出預(yù)警，從而及時介入修復(fù)，避免文物的進一步損害。這一系統(tǒng)成功展現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在古建筑保護中的實際效益和穩(wěn)定性，為其他文化遺產(chǎn)保護提供了借鑒。

3 西藏地區(qū)文物保護數(shù)字化監(jiān)測的優(yōu)化建議

3.1 優(yōu)先技術(shù)選型及應(yīng)用順序

在文物保護的數(shù)字化過程中，應(yīng)優(yōu)先選擇數(shù)字孿生技術(shù)，以便通過虛擬模型和實時數(shù)據(jù)分析來實現(xiàn)文物的遠程監(jiān)控與動態(tài)管理。這一技術(shù)能夠同步記錄文物的外觀和狀態(tài)變化，為早期劣化檢測提供數(shù)據(jù)支持。其次，引入高光譜遙感和紅外熱成像技術(shù)，用以精準(zhǔn)識別文物表面和內(nèi)部的材質(zhì)和溫度變化。高光譜遙感技術(shù)能夠檢測文物的顏色和材質(zhì)劣化，紅外熱成像則有助于識別溫度差異引起的濕度變化和裂隙。最后，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建多傳感器的實時數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對環(huán)境和文物狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測，從而為文物的綜合保護提供精確、科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

3.2 數(shù)據(jù)管理與共享平臺建設(shè)

為有效整合和利用多種監(jiān)測數(shù)據(jù)，筆者建議建設(shè)一個開放式的數(shù)據(jù)管理與共享平臺。該平臺應(yīng)涵蓋文物監(jiān)測中的溫濕度、紫外線、微環(huán)境變化和表面劣化等多維度數(shù)據(jù)，形成高效的數(shù)據(jù)整合與存儲系統(tǒng)。平臺不僅要提供實時數(shù)據(jù)查詢和多維度的分析功能，還應(yīng)具有數(shù)據(jù)可視化和預(yù)警功能，方便保護管理人員隨時掌握文物安全狀態(tài)。同時，該平臺可以開放數(shù)據(jù)共享權(quán)限，為研究機構(gòu)和其他保護單位提供數(shù)據(jù)支持，以便多方協(xié)作共同優(yōu)化保護策略。平臺還可以為游客提供數(shù)字導(dǎo)覽服務(wù)，以增強文物的文化傳播效果，推動文旅融合，實現(xiàn)文物保護的社會效益和經(jīng)濟效益雙重提升。

3.3 環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)化與人員培訓(xùn)

針對西藏地區(qū)的極端氣候條件，應(yīng)選擇適應(yīng)性強、低功耗的設(shè)備，并根據(jù)高原特有的自然環(huán)境優(yōu)化安裝和維護方案，以確保監(jiān)測設(shè)備在低溫、高紫外線等條件下穩(wěn)定、長期運行。此外，應(yīng)對文物保護相關(guān)人員進行系統(tǒng)的培訓(xùn)，內(nèi)容應(yīng)涵蓋設(shè)備的日常操作、數(shù)據(jù)管理與分析、文物監(jiān)測和游客管理等方面，從而提升保護工作的整體水平。通過技術(shù)能力的提升，確保在嚴(yán)苛環(huán)境條件下依然能夠進行高效監(jiān)測，并維持設(shè)備的穩(wěn)定性。培訓(xùn)工作還將提高團隊對復(fù)雜監(jiān)測設(shè)備的操作和數(shù)據(jù)分析能力，為文物保護的精細(xì)化管理提供保障。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析

為了提升監(jiān)測工作的科學(xué)性與可操作性，建議建立標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)測數(shù)據(jù)處理和分析流程。規(guī)范的數(shù)據(jù)收集、處理和分析方法，有助于系統(tǒng)識別文物的劣化模式及環(huán)境因素的影響，為制定保護策略提供科學(xué)依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化流程還將確保不同文物監(jiān)測項目之間的數(shù)據(jù)可比性，有利于在更大范圍內(nèi)共享文物保護經(jīng)驗和優(yōu)化措施。同時，建議引入智能化的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行多維度的深入挖掘和分析，實現(xiàn)文物監(jiān)測的智能化。通過數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理和規(guī)范化管理，能夠提升保護工作的精準(zhǔn)性，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)長期有效并實現(xiàn)文物保護的科學(xué)化與系統(tǒng)化發(fā)展。

4 結(jié)束語

隨著數(shù)字化技術(shù)的迅速發(fā)展，文物保護逐步走向智能化和精細(xì)化。在西藏地區(qū)的特殊高原環(huán)境下，文物保護不僅需要應(yīng)對嚴(yán)峻的自然挑戰(zhàn)，更需借助高效的技術(shù)手段保障文化遺產(chǎn)的長期保存。本研究通過分析數(shù)字孿生、高光譜遙感、紅外熱成像和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在文物保護中的應(yīng)用，為極端環(huán)境下的文物監(jiān)測和風(fēng)險評估提供了可行的技術(shù)框架和優(yōu)化策略。未來，隨著數(shù)據(jù)共享平臺和標(biāo)準(zhǔn)化管理流程的完善，數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)將在文物保護中發(fā)揮更大的作用。通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與實踐經(jīng)驗積累，西藏地區(qū)的文物保護工作將進一步實現(xiàn)科學(xué)化和系統(tǒng)化，為我國乃至全球類似地區(qū)的文化遺產(chǎn)保護提供借鑒和支持。

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