数字城市与数字北京.docx
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数字城市与数字北京
数字城市与数字北京
李琦
北京大学遥感与GIS研究数字地球工作室教授、博士生导师
今天我讲的题目是数字北京，讲数字北京首先要先讲一下数字城市的概念。
把数字城市讲清楚了，大家都能理解数字北京。
所以今天讲三个内容：
一是数字城市的概念；二是数字北京的建设内容和资深技术；三是数字城市建设中领导的角色和职能。
这三个方面的内容希望和大家来共同探讨。
1、数字城市的概念
1.1关于数字地球
因为数字城市是源于数字地球的，首先我们要知道概念是从哪儿来的，所以先要讲数字地球。
看这幅画面大家可以看得出来，这是数字地球达到的理想境界，就是通过我们的平台、虚拟环境能够把地球用计算机系统进行映射，就是现实的建筑物理世界映射成数字世界。
一、什么是数字地球
这样我们在数字世界的基础上能够去了解世界的历史、现状并去规划未来，是基于这个想法。
当然这个图不是虚构的，是正在实现的一个现实。
实际上这个概念是1998年1月30号，当时的美国副总统戈尔在洛杉矶一个科学会谈的一个大会报告里面做的一个报告。
他在报告里指出了数字地球的概念，讲了他的观点：
什么是数字地球？
数字地球就是对我们地球的虚拟表达，也就是数字表达，就是由零和一来表达现实世界。
数字世界可以使我们去探索科学地球系统的生态、环境和社会经济状况，这是我们所了解的世界。
典型的就是说他应该是有多种分辨率，是三维的表达，后面我们可以看到什么是多种分辨率，三维的表达。
这个概念提出来以后在全球引起了广泛的影响。
虽然说1998年1月30号是标志性的报告，但实际上相关的技术和概念已经有了，所以说这些年已经实现了数字地球。
数字地球大家可以看到银河系构成的是可以访问、可以交互、可以管理、可以提供协同工作的。
二、数字地球系统原型
我想大家都已经体验了数字地球的原型，就是GoogleEarth、GoogleMap，这已经深入到我们各个方面了。
我再说一下他们比较具有标志性的几个事情，GoogleEarth给我们带来的几个典型：
一个是通过浏览器可以看到数字地球，在数字地球上可以看到真实的景观，这是纽约卫星数据上标上的建筑。
这个建筑大家一看就知道是白宫，因为这是用互联网来进行查询访问的，所以全世界的任何人都可以进行访问。
这样一方面可以方便地为大家提供信息服务，但同时也带来了安全隐患，像这样的地方显然对于恐怖分子来说，是可以实施精确打击的一个目标。
美国对于自身信息技术在全球领先的自信，所以在这方面不怕。
除了有全球的信息外，在这上头还可以标注图像、文本相关的数据，这是纽约的。
挪动这个形状360度，在这上面可以做交通规划，比如导航，可以看你所关心的，大家可以看到三维的真实的世界景观。
大家看得出来这是什么？
这是咱们的长城的真实景观。
一个是卫星数据的，大家可以看到这是2007年的卫星数据，是最新的卫星数据。
可以看到当地的实景，实景可以是他们加的，也可以是用户访问的时候把自己喜欢的照片加在上面，分辨率就更高了，地面的汽车都可以看得很清楚。
刚才是在美国，现在是澳大利亚，都可以看到。
这是在非洲，有牛、羊，还有井水。
这就是所谓的不同分辨率，最前面是十米的分辨率，这是米级的分辨率，这是更高的分辨率，这是米级，这就是所谓的不同分辨率。
大家可以想一下全球的信息环境，可以从全球看到一个国家，然后一个地区，一个城市，你关心的一个目标，这是非常宏伟的工程。
有了这样的信息环境，我们的确是可以得到一个虚拟的地球系统。
在这上头我们就可以进行各种研究，这是研究海面温度的，这是全球禽流感的分布。
我这里的数据是用了从2003-2007年的全球禽流感的分布，禽流感从它的空间到时间分布就是他的流行趋势。
大家可以看出来，全球的禽流感在中国、东南亚还有非洲这些地区是比较流行的，我们可以看这是2004年禽流感的状况，不同颜色代表禽流感的不同类型。
这是2003年的状况，这是2004年，2003年是非常少的，这是2007年的，2007年就非常可观了，特别是在中国。
这是时间轴，就是我只要拨动时间轴就可以看每天，每星期，每月，这样禽流感的时空分布规律、流行趋势、危险，我们就可以用这个平台作为工具来进行研究，可以来进行禽流感的疾病的防治，对传染源进行有效的阻断。
还可以支持我们对每个病例做流行性疾病的调查，就是每个的状态都知道，可以再进一步研究禽流感产生的根源、传染源，是怎么发生的，在哪些高发地区。
这是全球的家庭密度分布图，可以看到实际上禽流感的分布和家庭的密度是高度相关的。
数字地球的系统平台为我们研究传染病，为公共卫生疾病防控提供了一个现代化的工作手段。
这是纽约的现状，我们可以去研究全球变暖，如果海平面再上升会带来什么影响，就是当海平面上升的时候会给我们带来的影响。
我们可以模拟30米的时候淹成什么状况；这是60米的时候，大部分纽约建筑物都被淹掉了；这是99米将近100米的时候只剩几个楼顶了，这是全球海平面，海水如果上升100米，就是99米的时候纽约就只剩几个高楼顶了，全世界大部分城市都会被淹没的。
当然全球数据都可以看，不光在纽约，这是对其他城市的观察，这是在旧金山，这是被淹没的，这是海水50米的时候，这是淹没前。
还可以进行很多研究，这是纽约犯罪率的分布，可以看到2007年3月26号，盗窃案的发生，网上就可以看到。
最重要的是通过互联网，可以看纽约也可以看其他城市，就是可以把每个案例都放到上头，就变成非常方便使用的工具。
这是伦敦的地铁线路图，可以查你关心的那一点，你想到另外一个站去怎么换乘，线路图有站名，有时间，总时间是多少都可以出来，这些通过互联网都可以查到。
还可以支持空中飞机的交通管制，属于空中交管，都可以在数字地球系统的支持下进行各种运用。
我们可以看世界可以看中国，在这个平台里可以看到我们所关心的任何一个地点。
总之，刚才的例子就是讲了数字地球系统平台已经给我们带来了信息化，给我们提供全信息化的环境。
现在主流的一是大家通过互联网GoogleEarth和GoogleMap可以体会到，再一个是通过“世界风”，“世界风”是美国NASA做的，跟Googleearth是非常类似的，也是通过整合全球的信息资源，然后提供全数字化的环境，来提供相关的信息服务。
前面讲了国外的，这是我们自己做的，我们也开发了数字地球系统平台，在这个系统平台上也同样可以研究，可以建设数字中国、数字北京。
大家可以看到现在北京的三维雏形已经基本建起来了，我们用Googleearth可以看到北京，这是通过互联网访问的，这是北京的形状。
这是通过Googleearth看的。
同样，地方加上三维建模可以看到这是西单大街，大家对比一下看看。
这块是中国人民银行，可以看到。
现在咱们国内有个网站就是WWW.O.CN，因为是进入北京，所以是BJ，大家上这个网站的话是WWW.O.CN，他现在是提供主要城市的三维景观。
北京二环以内的全都上去了，就是现在平台的确是实现了把现实世界数字化，然后通过计算机网络，通过互联网大家就可以进行访问的数字世界。
在数字世界上我们显然可以了解他的现状，也可以规划未来，就像刚才海水状况的模拟，还有像突发事件的系统法则，我们都可以在平台的支持下进一步发展，进一步演化。
这是东方时代广场，这就是通过卫星数据做的。
前面我简单地给大家介绍了数字地球，数字地球系统已经取得的技术平台和已经达到的水平的现状。
数字地球实质上是为我们现实的地球构造数字神经系统，通过神经系统可以去更好地去持续发展我们的现实世界。
这个神经系统的实现是要靠数字城市。
根据2005年的统计，这张图可以看到全世界的确是已经开展了很多数字城市的建设，我给大家看的这张图是2005年的数字城市的世界建设的状态。
国内在2007年国家社会局和国家建设部分别都提出了要开展100个和200个数字城市的建设，加上信息产业部就更多，就是有条件的都要开展数字城市的建设。
1.2数字城市的愿景
数字城市的愿景、理想状态是什么呢？
我想这张图可以表达数字城市的理想状况，就是通过数字城市的建设有没有提供5A级的服务，就是任何人在任何地点、任何时间通过任何设备来获得任何信息服务，所以就是通过数字城市的建设最终要实现5A级的服务。
我们可以想象通过数字城市的建设会为我们的工作、生活和将来带来全新的变化，所以数字城市的建设关系到我们的方方面面。
关系到我们的数字个人、数字经济，填平数字鸿沟，简单说就是从数字家庭、数字社区到数字企业、数字设备。
所以数字城市实际上反映的是城市信息化。
今天数字城市面临的挑战是什么？
就是我们在使用信息服务的时候是多种身份，还面临多种网络、多种机构。
怎么解决这些问题是我们现在数字城市面临的，我们怎么能够实现一个标识，一个网络，通过一个门户来体会5A级的服务。
1.3数字城市的不同理解
所以到现在数字城市提出以后对数字城市有几个定义：
一是建设部系统对数字城市的定义，建设部认为数字城市就是城市规划、建设管理和服务的城市化。
建设数字城市就是要实施城市规划、建设管理和服务的数字化功能，这是建设部对数字城市的定义。
再进一步发展数字城市实际上就是综合运用地理信息系统、遥感、网络、多媒体和虚拟仿真技术，对城市的基础设施、功能机制进行信息自动采集、动态监测管理和决策服务的技术系统，他具有城市地理资源、生态环境、人口、经济社会的复杂性、数字化、网络化，虚拟仿真优化决策支持和可塑化表现的强调功能，这是对数字城市的理解。
二是测绘部门,国家测绘局，前面的是建设部门的理解，建设部门提出要在十一五期间建设100个数字城市。
测绘局也提出了对数字城市的理解，测绘部门对数字城市的理解是数字城市是将真实城市，地理位置及其相关关系为基础而组建的数字化的信息框架，在这个框架会嵌入我们所能获得信息的总称，能够提供快速、准确、充分和完整的了解和利用城市中各方面的信息。
也就是建设空间信息基础设施，测绘部门理解的数字城市核心是海量城市空间数据和三维城市地理信息系统。
时序就是按不同阶段来建设的时间序列的城市地理信息系统的工作，这是测绘部门理解的数字城市的。
就是一个是从建设部门，从城市管理规划建设、管理的角度来推进的城市的数字化工程，一个是测绘部门建设空间数据框架为主要内容来建设的数字城市。
三是信息产业部对数字城市的理解。
信息产业部对城市的理解认为是宽带数字城市，就是通过建设宽带多媒体信息网络、地理信息系统等基础平台整合城市信息资源，实现城市经济信息化建设，城市电子商务企业，电子社区并通过发展信息家电、远程教育、网上医疗建立信息化社区，实际上是城市信息化。
无论是建设部、测绘局还是信息产业部对数字城市的理解都是从不同的侧面对数字城市进行定义。
广义的数字城市就是城市信息化，狭义的数字城市就是在扩建信息基础设施上对城市资源的建设和应用。
所以把这些观念进行一下综合的话，包括从数字地球到数字城市，数字城市实际上就是要以城市的信息资源建设为核心，展开信息资源的开发和利用。
所以用这个三角来概括数字城市的基本概念：
最底层的就是空间信息基础设施的建设，就是以城市为空间范围的城市信息基础设施的建设；中间是应用服务的集合；顶层就是面向世界的决策系统的建设。
所以是分三个层次的建设。
1.4数字城市的概念
通过信息资源的建设来提供按需服务，他的自身技术，一个是计算机网络的发展，还有Internet的发展，还有普适计算，能够为我们提供社会化服务，还有个非常重要的是对地观测系统的发展。
用这张图，我们来讲对地观测系统，通过各个分辨率的发演，从1000米到100米到10米，到1米，到0.1米，到0.01米，到一米级的分辨率，就是各种分辨率的空间数据提供服务，为我们建设数字地球、数字城市带来可能。
这是我们可以获得的数据，就是从卫星平台，从千米级、公里级的空间数据到小卫星，到平流层的遥感系统到航空飞机到无人机，就是我们从1000米到0.1米都可以获得数据。
北京专门装了小卫星，小卫星可以提供四米的分辨率，我们可以看到它对整个中国的覆盖，我们就可以获得像安徽合肥的地角，就是高分辨率的卫星数据。
国家测绘局已经建了从1：
400万到1：
500的电子地图，就是SDI的空间拍照数据已经获得了，从1：
400万到1：
1万的，覆盖率已经是44%。
就是说他的现实性到2002年就是1：
5万的全国的覆盖。
这些数据资源为我们建设数字地球、数字中国和数字北京提供了基础。
有了这些基础，就是有了卫星传感器获得的数据，我们通过处理，处理成信息，把它转变成知识，就可以最终转化成工作当中指导我们进行现代城市管理的科学依据，支持我们的各种应用。
最终我们一是通过对关键系统的卫星到飞机的系列来获得各种数据，通过我们建立了各种模型，经过处理，最后支持我们的决策。
这样我们就为建设数字城市，有了信息以后建立了信息指引管理的中心，进行资源配置，来向政府工作和社会提供信息服务，实现现实社会向虚拟社会的映射。
数字城市的概念到这儿可以做个归纳，实际上就是数字地球本质上是基于计算机网络和城市信息资源开放复杂的信息系统，是城市数字虚拟空间信息服务市场和信息资源的配置中心。
数字城市是对真实城市和相关现象就是社会经济信息的统一的数字化的重现和认识，是用数字化的手段来处理和分析整个城市方面的问题，数字城市是数字地球神经网络系统的中枢神经源，是数字地球系统中最重要的组成部分，也是建设数字地球的关键和难点。
通过前面的介绍我们基本上对数字城市有了概念。
前面看到像GoogleEarth、GoogleMap已经可以为我们提供查询全球任何一点你关心的空间数据，就是卫星的数据，并知道他的位置。
但是我们怎么能够和城市的信息资源真正关联起来，为我们城市分析服务？
这是我们下面要讲的话题，这里我们已经可以说数字城市是数字地球系统技术在城市的具体实施，本质上是一个开放的复杂的信息系统，是科技和人文相互结合的有机统一体，是中国信息化的重要组成部分。
他应用对地观测技术就是遥感技术，复式计算多媒体和虚拟仿真技术，通过建立统一的地理时空框架整合异构的信息资源。
所谓异构就是我们的社会经济、资源环境这些异构的信息资源，通过数字地球，数字城市的系统平台进行整合，对城市的基础设施、功能机制进行信息自动采集，动态监测管理和辅助决策服务的虚拟建模的信息化环境。
所以对数字城市基本上可以下个定义，对他的概念也进行了这么多的归纳。
当然数字城市是信息化建设的进程，它也在不断地演化，所以我们对他的基本概念有个总体的框架就可以了。
后面是随着我们对它的建设，我们在座的都是数字城市、数字北京建设的领导者和参与者。
它为资源环境社会经济的可持续发展提供科技支撑的，是新一代的基础设施和信息社会的神经中枢，所以我们可以想象通过数字城市的建设会真正构成数字地球的神经系统，是我们信息社会的神经中枢，是非常重要的方面。
2、数字北京的建设内容和资深技术
2.1数字北京的提出和内容
前面我们对数字城市的概念已经有了清楚的认识，所以我们下一个问题就讨论数字北京。
数字北京是1999年在中国召开的第一届数字地球国际会议上刘琪市长正式做的报告《数字北京》，这也算是在1999年提出来的数字北京的建设。
从1999年北京把数字城市作为北京重大工程之首开展了众多的数字工程建设，包括城市综合应用的有管理的，包括有相应建筑企业的信息化，数字社区等等方方面面、大大小小将近70多个工程。
到今天大家对数字城市、数字北京已经有了总体认识。
这是首都城市综合信息平台内容框架图，实际上就是数字北京的具体内容，我们来看这张图，因为这张图跟我们在座的每个人都相关，我们可以看到一是这张图底下是服务的提供者，是各区、县、委办局就是社会团体、公共事业单位。
数字北京的建设是通过我们自己本身的信息化和北京的综合信息服务平台，两者怎么发生关系？
通过信息和服务管理平台的建设才能够提供城市的综合信息服务，包括奥运服务来实现4A级或者5A级的信息服务，才能实现服务内容、服务对象还有服务渠道。
如果没有数字北京的建设，我们可能就是孤立的，就是本部门的信息化建设怎么能够接入数字北京系统平台，成为数字北京信息和服务的一部分内容，这就是数字北京建设当前要解决的内容和问题。
在十五期间我们做了系统的规划，就是怎么解决把各个部门调配分割的数据资源、信息资源能够进行集成、融合，然后提供统一的信息资源的管理、开发和服务，形成统一的平台和我们做的一个系统设计。
在没有系统设计之前，我们的现状是什么？
就是各个部门的数据库和信息化的建设都是一种巅峰式的建设，无法实现一个纵横的信息沟通，就是变成对信息资源管理进行统一的集成、融合以后，统一提供服务，各自都是孤立的信息化的工作。
举例就是2001年的时候我到成都参加了世界银行的一个项目评估会，项目评估集中了全国的主要城市，就是针对世行项目提出来报的项目清单，这些项目涉及到各个部门，比如像公安局、园林局、环保局、卫生局、土地局，他们都报了一个个项目，所有这些项目里无一例外的都含着GIS系统，地理信息系统。
所有的这些交上来以后，世行的项目的内容大概有三分之二都是各个部门在建设自己的信息系统。
真正用于本部门的信息化建设的最后一年的时间，这样建立的系统就是各自为政的，就是只能为自己本部门服务，很难面向综合世界进行服务。
受世行项目评估的启发，我们提出了这个规划，就是一个城市的信息资源，首先要建立空间信息基础设施，通过空间信息基础设施的建设，把整个城市共享性最高的空间数据进行统一建设，就是一个城市就建一个GIS系统，由这个GIS系统来提供整个城市各个委办局、各个区县的空间信息的服务。
所以设计空间信息做一个集中式的建设，成为城市的空间数据仓库和数据银行，在这个基础上支撑两个服务平台：
一个是电子政务，一个是公共信息服务，然后在这两个平台的基础上支撑各个应用系统，最后支撑决策系统。
通过这样的信息资源的建设，能够把一个城市的信息资源初步整合在一起，提供信息资源的共享和投入，为各个部门、委办局服务。
这个规划现在基本上已经实现了，下个单元我会给大家演示，就是按照这个设计实现的北京的信息资源，就是我们现在的电子政务的服务平台。
要实现把各个部门的这些信息资源实现首先要实现集成和共享服务，我想用这张图来进行表达，这是个逻辑图，是抽象表达我们各个部门是一个结点，通过信息资源管理中心对空间信息资源进行统一采集、统一存储、统一管理和提供统一服务，可以面向各个部门提供资源信息服务，这样可以把全市的信息资源进行集成。
这是以一个节点来想，像土地资源，可以从国家到地区，到本部门，通过这个设计可以形成信息资源的共享的基础，再和我们专业的数据积累结合，可以提供信息服务。
数字北京是根据数字城市的概念，根据实践进行总体设计，关键技术实际应用标准方面对数字北京进行实践。
采用数字网格技术提供基础数据的管理，采用服务网格技术构建资源信息的服务平台，影响比较深远，在成果的应用展示和推广方面处于特殊的地位。
现在很多城市在数字城市的建设中都参考北京的建设经验和教训，合作广泛，以北京市信息资源管理中心为政府重要的推动部门，整合了北京市政府的一些业务基础、研发机构关键技术和IT公司的开发资料，形成了一个铁三角的稳定的团队结构，在关键技术、产品、开发、市场、推广走出了一个创新的路子。
数字北京的建设需求广大、基础扎实、队伍专业、资金充足，使得数字北京有一个好的起点。
2.2数字北京的建设阶段
数字北京的建设是分成这几个阶段来进行的，第一阶段是城市信息基础设施的建设，网络环境和其他信息基础的建设，设计数字城市、数据模型，制定部门信息共享、交换的标准和规划，这是城市的信息基础建设。
已经做了哪些工作？
一是数字北京总体框架的设计，还有是数字北京空间基础设施总体设计和网络和信息安全的基础设施的建设。
实际上就是试图通过数字北京的设计，通过建设数字北京这个平台来提供各种信息服务。
现在基本上对数字北京的框架和服务内容已经看得比较清楚了，这里的核心实际上就是我们的信息和服务管理平台的建设，对于各个委办局，各个区县就是怎么把信息系统接入这个平台。
这里要做的内容是可以分成这几个层：
数据层、管理层、服务层和应用层。
数据层就是我们要对数据进行城市信息资源获取、建库、构造城市和部门的数据基础，然后这些信息是通过原数据和地理编码形成一个逻辑整体，在这个基础上来提供各个服务，这是具体实施，是通过数据层、管理层、服务层和应用层这几个层面来建设实现的。
这是空间信息基础设施里通过信息资源管理中心，把空间数据，卫星的、航空的和地面的资源还有社会经济数据，通过地理编码把它进行集成和整合，通过网络交换体系来提供社会化的服务，提供技术标准和质量保障，保障这些数据的可用。
他的网络环境、无线接入功能、信息安全还有专题介绍，所以信息安全今天就讲到这儿。
第二阶段，政府内部信息资源的完善、交换和共享就是信息资源初步整合，具备一定的按需服务的能力，这是搭建城市和教育，要建立城市基础主题数据库，建设空间信息平台，建立信息共享交换平台，实现城市主要信息系统之间的交互。
这个阶段政府内部信息资源整合已经做了北京市政府内网、门户网站，综合的遥感影像库、地理编码数据库、空间数据标准。
北京市政务的专门门户。
设计部把这些遥感数据从全球的到北京地区的，到我们官厅这个内容我们都可以提供，但是是多年的。
这些空间数据是通过地理编码的数据库和社会经济信息整合起来，这个地理编码目前已经是700个图层。
这些空间的数据通过元数据来提供整个信息资源全局的描述。
在这个基础上来提供全方位的数字化服务，可以多渠道的来获得服务，政府部门兼着协同化的工作，实现集团化的公共和企业的服务体系，这已经实现数字北京的公共信息服务平台，还有数字绿化带，SARS，支持了公共卫生的决策分析，还有公共危机的应急指挥，支撑各种应用系统。
这个就是对公共信息服务平台的总体设计，目前已经实现了。
公共信息服务平台是由中心网站提供信息服务，提供基于位置的服务，来基于位置事件的服务，基于位置的综合服务。
这个中心网站播放概要、新闻、公告、信息化项目、数字北京。
信息服务提供有关政策法规、标准、规范、目录服务、搜索服务、数据政策和数据的调度。
在基于位置的服务，像数字北京天下行，搜遍北京的京城导航、公交和停车导航，还有公共视角、移动服务、动态地图。
基于位置的事件服务还有要提供老百姓关心的事件，政府承诺的事件，市长关心的事件，还有突发事件等等。
现在已经到了商业集团提供，通过这样的信息内容的设计，大家可以看到数字北京的建设会分阶段的来提供各种信息服务。
这是数字北京位置网站的服务，已经开通了中心的信息窗，通过政务热点实现政务公开。
位置服务，实现基于电子地图的地名、路名、企事业单位、政府机构、旅游景点，参与娱乐购物的地理实体的查询工作。
同时针对京城旅游、公交换乘、驾车等，提供一站式的服务，还有短信定位，遥感信息服务，还有老照片的服务，英文的网上服务，为数字奥运打下很好的基础。
这是数字北京天下行，现在已经在这个基础上进一步进化到跟新浪网合作，跟搜狐合作，提供公共信息服务。
在提供公共信息服务，他可以提供专业的服务，就是在SARS期间提供对SARS疫情的分析，决策分析的服务，各个区对SARS疫情的分析，疫情的分布状况。
对实现疫情信息的及时准确的报送，报送周期从原来三天减少到一天，实现实时报送，提供真实、准确、及时的疫情和病情的数据，支持与导航、决策统一一体并行的数据报送渠道，为SARS防治工作早发现、早报告、早得益、早治疗提供可靠的数据依据来支持每天的疫情发布。
还有数字绿化带，也是在平台的支持下来提供，还有对北京市公共危机应急指挥系统提供共享的平台。
这个是前面已经做的一个初步的工作，就是通过数字北京的建设来提供的一些服务。
数字北京的核心支撑技术有哪些？
一个是它的信息资源目录交换体系，这个是通过目录交换体系就是通过元数据的建设为我们提供北京信息资源的一个全景的目录的系统，这个是大家现阶段正在做的，给了我们所有的信息资源的一个全景描述。
有了这个信息资源目录系统以后，我们要真正提
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