智慧林业建设方案.docx
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智慧林业建设方案
智慧林业信息化系统
方
案
书
设计单位：
编制日期：
概要
森林资源是林地及其所生长的森林有机体的总称，以林木资源为主，还包括林下植物、野生动物、土壤微生物等资源。
森林资源是地球上最重要的资源之一，是生物多样化的基础，是人类赖以生存必备可少的资源之一。
我国现阶段的森林火灾防范大多数采取的措施是宣传教育、由森林防火指挥部安排护林员或其它人员对重点时段、重点区域野外火源进行人工巡查和管理、日常工作防范以护林员进入林区巡护为主、建立灭火扑救队等措施。
根据大多数地方的实际情况分析,有限的护林员面对大范围的林区资源进行巡护时,很难做到较大范围的巡查覆盖，而且大多数林区的道路条件不好，到达每个瞭望塔需要花费较长的时间，无论是巡查覆盖范围还是时效性都不能满足现阶段日益增长的林区人员活动的监护巡查需要。
基于这些存在的问题进行分析，有效的手段是能够对林区的资源进行大范围、大视野的全天候24小时实时监测，能够对林区内的明火或者烟雾自动报警，并且能够将火点的位置定位，通过这种方式可以解决因人工护林造成的森林防火不足的情况。
有效的解决手段是利用视频监控技术结合智能化的烟火识别技术，对数公里范围内的森林资源进行监测的一种方式，通过智能化的森林防火预警手段,不仅可以实时监看和记录森林资源的情况，同时由于采用了智能化的监测机制，可以通过智能化设备自动完成对森林资源的火灾监测和报警，辅助森林防火监测人员完成对森林资源的自动监测,由传统的人工监测转变为由机器自动监测的智能化科技手段，一旦遇到火灾自动报警,及时通知相关的工作人员的一种先进合理的预警机制，采用这种预警机制可以为现阶段森林防火预警提供一种非常有效的解决方法。
近年来,在林业病虫害及森林火灾防护方面,市园林局及相关部门已做出了巨大的努力，也取得了很大的成效,但和少数发达国家相比还存在着一定的差距,尤其是在“国家森林城市”、“智慧城市”建设的大潮下，建设智慧林业信息化应用管理系统更是迫在眉睫。
为了保护来之不易的绿化成果，保证市生态建设可持续发展，需从体制上建立健全森林防火防病虫害长效机制，更需运用技术手段切实提高依法治林、科学管林、预警响应、应急处置和基础保障等森林智慧管理能力建设,有效预防和积极扑救发生的森林灾害，保护森林资源和人民群众生命财产安全。
本方案集信息科学、计算机科学、遥感观测、通讯技术、林政管理、地理信息系统、物联网、云计算、大数据、卫星定位技术等众多学科、理论、前沿科技于一体，旨在运用技术手段实现对林业立体化、信息化、智能化管理的目标.
智慧林业信息化应用管理系统功能全景图
智慧林业信息化应用管理系统由基于前端的视频监控子系统、数据采集及人员定位管理子系统、智能自动监测子系统、车辆调度管理子系统、以及基于后台的森林防火预警管理子系统、森林病虫害预警管理子系统、森林档案管理子系统林业林务管理子系统、调度指挥子系统、报表统计管理子系统等组成。
智慧林业信息化应用管理系统旨在实现：
1）当护林人员巡检过程中如果发现有森林火灾现象或潜在病虫害发生时，可即时通过GPS智能手持设备对潜在病虫害局部进行拍照、描述并实时上传至指挥中心，指挥中心收到信息后，系统能够在监控大屏自动弹出该条信息内容，并实现声光报警提示，同时通过上传的经纬度信息自动识别林场位置；
2）当视频监控画面中出现烟雾、明火或其它火灾隐患现象时，系统自动识别林场位置等相关信息，监控中心大屏自动弹出该画面，实现声光报警提醒值班人员做出判断后进行处理。
3）当布放于森林中的智能自动探测设备监测到有温度、湿度、烟感等参数有较大变化时,系统可按预先设定的参数数值实现黄色、红色预警提醒，出现预警提醒时，监控中心大屏自动弹出相应位置林区的相关资料，并提醒值班人员进行指挥调度处理。
4）当指挥中心收到省园林局、上级主管部门或护林员、周围群众等监测或观察到的火灾警情通报时，系统能根据通报人员提供的经纬度信息或其它位置信息讯速检索到火灾警情的具体位置，并通过调度管理子系统进行指挥调度。
5）系统可实现市、站、人三位一体的联动分级管理，上级主管部门可越级调看下属各级辖属部门的视频监控状态，人员工作状态等。
上下级指挥中心司可实现远程电视电话会议、指挥、调度。
6）
第一部分方案综述
1建设目标
建立《智慧林业信息化管理应用系统》，实现“统一平台、全面监管、多级监控”，实现森林管理科学化、信息化、调度网络化的目标。
从而达到：
1．1林业管理信息更畅通
长期以来缺乏有效统一监管平台。
目前各地林业部门自建的监管平台标准不导致警情数据不能共享，上级领导部门无法有效监管。
部门之间信息沟通缺乏渠道.即使是上下级之司也存在的信息孤岛问题。
1．2对工作人员监管更到位
林业系统具有从业人员多、工作内容繁琐、人员不易监管等特点,同时现场问题能否第一时间上报至后台调度中心并解决，也将会对社会正常生活秩序形成极大影响。
加强人员管理、缩短问题处置时间、提高故障处置效率成为护林工作的关键。
据了解,目前我国林业系统护林员队伍大多数为就近聘用的临时工或合同工，尽管各级林业主管部门已采取了各种各样的激励、奖罚措施，但由于林场地域广大，工作人员众多，在没有有效的设备设施及现代化管理工具支撑的情况下，管理者对这些巡检护林人员监管无法监督到位。
容易造成警情不能及时发现发现警情后指挥调度无法展开等管理难题。
本方案借助高科技设备更好地实现了护林员和巡查人员的巡查、管理、上报.
1．3车辆、设备、人员调度指挥更快捷
近年来，随着生态培育工作的推进，林地面积越来越大，随之，护林育林的工作任务也越来越重。
一旦发生森林火灾等重要警情，迅速调度大批人员、车辆及相关设备设施进行救援是最为关键的工作环节。
所以为保证调度指挥工作的有效性，给车辆、人员配备现代化的通信管理工具，采用信息化的手段进行管理就成为了一种必须。
1．4森林档案管理更健全
本系统建设后，将给市林业系统提供一套完善的、科学的、统一的森林档案管理软件系统，包括但不限于林地面积、育林史、主要树种、树龄、管理单位、责任人、位置信息、生态状况、历史事件等信息将形成电子信息档案,还可将森林档案管理纳入预警管理平台便于有针对性预防和警情发生后自动形成历史记录.
1．5警情定位更精确
尽管预防预警工作做得十分周密，但自然森业病虫害及意外森林火灾等现象仍不可避免。
当林业主管部门接到群众或上级单位报案后，不能对林火警情位置进行精确定位是目前面监最大难题。
本系统建成后，将采用经纬度信息编码技术对全市各个林区进行准备定位，一旦警情发生，我们可以通过卫星遥感观测的经纬度数据进行搜索定位，还可以借助模糊查询及视频监控来进行准确定位。
从而保理论上扑救工作更容易展开。
1．6预案处理更专业
在事故状态下，如何及时获得专业解决方案,同时得到有关事故处理的资源分布和可使用情况、周边地形地貌、气象资料、历史上同类事件的处理等,以便于管理人员迅速作出决策,调集资源,第一时间作出响应.
比如某林区发现美国白蛾，就需要药物库存、调集渠道、喷洒飞机的可用情况作为紧急方案自动显示，相关区域的收到警示进行调查虫害的分布范围及相关的防治措施等资料也自动进入管理人员视野.
2建设意义
2．1统一平台、资源共享
如果由每个乡林业监管部门都自行组建自己的运行平台，配备系统技术管理人员，会造成系统的重复建设、增加运行成本，并且由于不同营运平台的数据标准和格式不一，资源也得不到共享。
因此,从社会整体利益出发，建立统一的森林防火监控运行平台很有意义。
2．2事前监督与事后核查并举
智慧林业信息化应用管理系统是一种“事前监督与事后核查并举”的方式，它尽可能地做到“防范于未然”；若在全市统一的网络中实现统一的数据格式，可以向各有关部门开放监控终端窗口，分层次地进行监督管理，也便于政府相关主管部门宏观了解森林防火形势。
在关键时刻，可以对突发森林火灾的特定作业工具进行监控（掌控），通过配套的森林防火客户端应用软件,对运行数据进行宏观分析，为政府领导决策指挥提供帮助。
2．3提升林业管理工作信息化水平
建设市级智慧林业信息化应用管理统一平台，是依靠高科技手段从源头上来解决森林管理难题，增加动态监管手段，能显著提高紧急救援和应急调度指挥能力，对增加新形势下森林防火、防病虫害等工作的科技含量和提升信息化水平等具有深远意义.
2．4增加经济效益和社会效益
2．4．1经济效益分析
●统一平台的建设，可防止类似项目盲目、低水平地重复投资建设，全市可节约几千万元甚至上亿元的社会资金；
●事前监督与事后核查并举，降低森林火灾发生率。
系统建成后,每年由消除隐患带来的经济效益不可估量；
●选择最佳救援方式,科学安排调度，降低管理成本。
●系统对林区实行动态监管，自动更新数据，大大减少定期森林资源清查耗费的巨额资金投入.
2．4．2社会效益分析：
●统一平台为各相关管理部门提供有效的监控手段，加强森林防火预警工作中的实时监管力度，防止渎职事故发生,随时掌握森林防火状况,为宏观决策提供科学依据；
●由预防为主、降低安全事故发生率所带来的社会安定，其社会效益不可估量；
●实现森林防火工作由被动灭火向主动防御转变；
●降低工作强度，提高工作效率和森林防火管理水平.
●为构建和谐社会、实现伟大中国梦打好坚实基础。
3设计原则
我公司依照用户方对系统的基本要求，本着架构合理、安全可靠、产品主流低成本、低维护量作为出发点，并依此为客户提供先进、安全、可靠、高效的解决方案。
架构合理：
就是要采用先进的技术合理架构系统，使整个系统安全平稳的运行,并具备未来良好的扩展条件。
稳定性:
只有稳定运行的系统,才能确保智慧林业信息化管理系统平稳运行,系统的技术先进性是系统高性能的保证和基础，同时可有效地减少使用人员和系统维护人员的麻烦。
安全性:
系统必须是安全的系统，确保系统可靠运行。
可扩展性：
保证当用户有更多的要求时，引入的新设备可以顺利的与本次配备的设备共同工作,进一步扩展与提高系统的性能.
产品主流：
系统是否采用当今主流产品,关系到系统的整体质量和未来能否得到良好技术支持以及完整的技术文档资料。
技术先进性：
在设备选型时，我们将主要依据用户提出的具体要求，同时考虑产品的技术先进性，产品是否为主流产品，产品技术资料的完整性，保证用户得到良好技术支持的条件,也是保障用户投资的基本条件。
低成本低维护量:
有良好的性能价格比，所采用的产品应是简单、易操作、易维护、高可靠度的。
系统是否具有优良的性能价格比是判断一个系统优劣条件的重要依据。
系统的易操作和易维护性是保证非专业人员使用好一个系统的条件。
高可靠度是保障系统运行的基本要求，也是易维护性的保障。
4设计依据
《安全防范工程技术规范》（GB50348—2004）
《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）
《中国人民共和国公共安全法》
《视频安防监测系统技术要求》（GA/T367—01）
《报警图像信号有线传输装置》（GB/T6677-96）
《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-94）
《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
《安全技术防范产品管理办法》国家技术监督局公安部令第12号
《电气装置安装工程施工及验收规范》（BGJ232.90.92）
《无线局域网标准》（IEEE802.11）
《建筑物防雷设计规范》（GB50057—94）
《钢结构工程施工质量验收规范》（GB5025—2001）
《中华人民共和国森林法》
《中华人民共和国环境保护法》
《森林防火条例》
《森林重点火险区综合治理工程项目建设标准》
《森林资源非空间数据》（DF01-1110）
《林业数字矢量基础地理数据标准》（DF01-1311）
《林业政策法规数据标准》（DF01—1410）
《林业文献资料数据标准》（DF01—1430）
《中华人民共和国森林法》全国人民代表大会1998年4月
《中华人民共和国森林法实施条例》国务院,2000年1月
《中华人民共和国森林防火条例》国务院，1988年3月
《全国生态环境建设规划》国务院，1988年10月
《国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知》国办发[2004]33号
《中共中央国务院关于加快林业发展的决定》中发[2003]9号
《全国森林防火“十五”计划及2015年规划》2001年12月
《国务院办公厅关于进一步加强森林防火工作的通知》国办发［2004]33号
《国务院办公厅关于切实加强当前森林防火工作的紧急通知》国办发明电〔2006〕11号
《中华人民共和国无线电管理条例》中华人民共和国国务院、中央军事委员会令（第128号）
以及其他行业相关政策文件及建设标准
5系统架构
根据市林业实际管理工作需要，系统设计为市、林场二层平台，采取自下而上逐层汇接的方式构成树形网络管理架构,市级平台支持向上接受省级平台的调度、管理，向下接入林场台（或林业站），实现对所辖林业站进行接入监控.市级和林场平台组成结构相同，各层林业站站端结构相同。
市级平台范围内所有林业站点资源和视频的统一监控，完成对市森林公安局所属的所有视频资源调度、管理、控制，并与林业局其它系统互联，实现各业务之间的资源共享和调用,同时根据需要将所辖视频资源共享给地区或国家林业部门。
以下为市级平台结构。
第二部分森林防火预警管理子系统
1、系统概述
森林防火预警管理子系统主要由前端的视频监控预报子系统、林火自动监测子系统和人员定位巡检上报子系统以及后台森林防火事故预案管理子系统、林火扑救调度指挥软件模块组成。
火警预报信息源主要来源于三个方面：
一是安装于林地山顶关键位置的视频监控摄像设备会将监控画面实时传送至监控指挥中心，当画面中有烟、火等森林火灾迹像发生时，烟感测温智能摄像机会自动捕捉火灾迹像画面，并通过后台软件自动将该画面自动在监控大屏上弹出，同时引发声光报警器工作；二是安装在林地旅游景区与周围群众不易接触或巡检人员不易行至的地方的林火自动监测设备会将探测到的烟感、温度、湿度数据实时传送至监控中心,并按后台预警管理软件按国家标准设定不同等级的预警报警。
每个探测区域计算值,分别显示为不同颜色，在橙色以上时发出报警.三是护林巡检员在巡检过程中如果发现有火灾隐患,借助GAKES手持智能终端设备向指挥中心上报。
无论是哪种渠道获取的森林火警预警信息，系统都能自动调动预警点附近的视频监控摄像机向预警报警点转动并在监控大屏上实时弹出视频监控画面，同时引发声光报警器工作。
2森林防火视频监控预警子系统
2．1系统概述
通过林业视频监控预警管理子系统实现森林防火工作智能化,工作人员只需坐在办公室拖动鼠标，就可观测远在几百公里外的林区.并在发生紧急情况时，可以及时看到报警点和关联的视频图像。
视频统一平台部署成功后，支持Pc客户端方式浏览视频，也支持指挥中心大屏方式浏览视频。
充分考虑视频来源地的出口带宽，统一规划，防止争用带宽造成的图像卡，延迟.从业务视角组织所有视频资源，而不是根据网络结构排列视频资源。
管理业务架构与网络拓扑低耦合,同时满足、林场二级平台的业务建设需求,并且最大化利用已建设的网络资源和遗留系统。
简化数据传输层级减少传输层级可有效减少故障点，减少网络延迟。
林业部门可以轻易实现通过联网的计算机进行远程监控及直接调看前端图像或录像资料。
系统能实现对所管辖林区的各个监控点全方位实时监控,并且运用经纬度信息定位技术，可将国家相关部门通报的火灾经纬度信息直接输入市管理平台，从而快捷地对警情地点进行定位，提高应急指挥效率。
2．2系统拓扑图
采用最易实现的客户端／服务器模式。
林场作为服务端,对外提供视频服务，报警服务，数据上报服务等。
上级单位作为客户端，享受下级单位提供的数据服务。
上级单位可以通过下级单位部署的流媒体服务，查看林场的营林，防火，生产，存储，运输等情况。
不同级别单位的区别是,高级别单位能访问更多的监控域,并且享有优先访问权。
监控域（林场）向远程域（上级单位）上报警情.支持只上报直接上级单位，也支持上报给全部上级单位。
由火警自动识别系统或人工发现的报警，都需要先经过核实过程，核实确认后,有权限的工作人员可以做警情上报操作。
警情上报的目的是，让上级单位的系统（比如监控中心子系统）自动弹出报警，显示报警相关的文字，图片，视频信息
2．3系统功能
森林防火视频监控预报子系统有视频图像采集、云台码流采集、林火图像识别、林火报警和交互确认、云台模拟、云台控制、林火定位、云台姿态校正等功能.
详细功能如下：
数字视频解码：
采集来自林火监测子系统传来的视频信息,通过视频采集驱动将视频信息转换成指定的图像，以便进行林火图像的识别。
云台码流采集：
云台码流采集模块是系统的接口模块之一，负责接受来自林火监测子系统传送来的云台码流。
云台码流是通过主控室Pc机的串口设备管理器接入端（Rs232）传入的,云台码流采集模块依据事先约定的码流编码规则,对云台当前的动作信息进行解析，判断云台当前的水平旋转方向、垂直旋转方向以及预制位的信息.
林火图像识别：
林火图像识别模块是林火识别报警系统实现火灾探测的关键，它充分利用森林背景图像与火灾、烟雾图像在光谱特征、空间几何特征上的差异，运用通用的图像处理方法和识别技术，对林区图像进行分析，并根据火灾蔓延面积、相似度等的变化来判断林区图像上是否有疑似火点。
云台模拟:
云台模拟模块处理的数据来自云台码流采集模块，根据码流采集模块解析云台的动作以及预置位的信息,计算当前云台的水平旋转角度和垂直旋转角度，建立“软云台”来实时的模拟实际云台的运动状态。
林火报警和交互确认：
一旦林火图像识别模块判断出图像上有疑似火点，林火报警模块会立即发出声光报警信息以唤醒监测人员，监测人员通过目视辨别有疑似火点的图像，确认该区域是否发生了森林火灾，如果确认有火灾,系统发出正式的林火报警信息，并向云台控制模块发送锁定云台的指令；如果没有火灾，系统解除报警。
2．4系统优势和特点
●自动预警
林火图像识别模块判断出图像上有疑似火点，林火报警模块会立即发出声光报警信息以唤醒监测人员，达到自动预警的目的。
●火灾现场定位
利用前端采集系统中的数字云台，在地理信息系统里将每一个监控点进行地址编码，同时将每一个监控点的坐标直接落实在电子地图上，这样地理信息系统一旦接收到特定编码的数字云台回传的位置数据，通过建立特定的位置转换数学模型,实现定位功能。
同时，系统具备实现人工定位功能.
●火灾日志管理
系统运行时，系统自动记录何地、何时发生过何种火灾,并可以查询，便于进行森林火灾历史数据的管理。
系统特点
≯远程视频监控以直观，真实,有效而被广泛应用在许多重点防范地区.远程视频监控能在森林发生火灾前及时发现火情,从而起到预防火灾的目的；
≯远程视频监控能在森林发生火灾时把现场的图像传回指挥中心，指挥中心通过监视前端摄像机图像指挥调度救火，最大限度的能减小火灾造成的损失，
≯远程视频监控能真实记录火灾发生前救火过程中以及救火以后现场的真实情况从而对火灾进行处理，提供有效真实的资料,
≯在林区各消防晾望塔制高点架设红外低照度全天候摄像机各一台，覆盖半径2公里，观测方圆12平方公里森林火情。
对初发火情，做到及时发现，及时救护。
使火灾隐患消亡在萌芽状态，
≯从消防晾望塔至林区管理指挥中心通过无线传输,不受距离限制，可以把前端图像传输至监控管理中心。
森林防火消防中心可对火情及现场情况进行实时观察，以便及时了解现场情况协调调度指挥,
≯林区监控管理指挥中心通过无线远程对前端设备进行长焦,短焦控制，对云台进行上下，左右控制，
≯林区监控管理指挥中心能记录火情发生，发展和消灭的整个过程,对以后的火情的预防，治理提供真实有效的直观资料.
2．5前端配置及功能
前端采用双波段远距离热成像监控摄像机，该摄像机内部采用长焦高清镜头配合44万／130万,200万可见光高清彩转黑摄像机与320X240／640x480大口径非制冷热成像摄像机，并辅以重载：
360度全方位耐低温特种云台、防护罩及云台控制器,通过远程智能控制设备、烟火智能分析处理设备,实现2km10km以上昼夜全天时视频监控。
（安装于前端的烟火智能分析处理设备可在视频码流未进行压缩编码前的高清析状态下进行智能分析并通过安装于前端的远程智能控制设备将预警信息传送至远程监控预警管理中心）。
内部工业级嵌入式控制电子系统，实现对高清可见光与红外双波段摄像机的变倍、聚焦、视频切换、云台俯仰／旋转高稳定性控制，整体外壳采用超强铝合金达到了IP66防护等级，保证设备在野外恶劣环镜中长期运转。
双波段远距离热成像监控摄像机用于采集森林附近的实时状况视频信号,可自动探测出远距离火焰、车辆、人员等热源目标,实时告警。
3林火自动探测预警子系统
3．1系统概述
根据LTT1172-95《全国森林火险天气等级》行业标准，共考虑了5个火险气象因子，即：
①森林防火期内每日最高空气温度。
②森林防火期内每日最小相对湿度。
⑧森林防火期内每日前期或当日的降水量及其后的连续无降水日数。
④森林防火期内每日的最大风力等级。
⑤森林防火期内生物及非生物物候季节的影响订正指数。
用①+②+⑧+④一⑤得出的数值与森林火险天气等级标准值进行比较得出森林火险天气等级。
其中一级没有危险；二级低度危险;三级中度危险;四级高度危险；五级极度危险。
，本系统设计主要通过传感器测量大气相对湿度和空气温度、降水、风力四个参数来间接反映可燃物含水率的大小,作为预报和监测森林火灾发生的重要依据.第五个因素订正系统根据现场情况进行修正。
基于以上原理，针对重点防火林区、巡察人员不易走到的地方以及与周围游客、群众接触较为密切、缺乏通信基本设施的林区，采用基于Zigbee技术的无线传感器网络,将GAKES林火自动探测传感器以间隔方圆60米左右的距离散布到森林中，当探测节点获取相关的温度、湿度等数据信息后，节点根据自己的位置自动组成无线监测网络，自动向后台指挥中心传输，后台指挥中心借助分析管理系统实现自动预警管理，在GIs系统地图上显示区域火警等级。
实现无盲区的火警告警。
GAKES林火自动探测传感器体积小，易安装,功耗小，一片林区，只需安装一套太阳能供电设备即可满足对整个林区GAKES林火自动探测传感器供电.
利用小型传感器和zlgBee无线传输网络不会影响森林内部的正常运转，不会影响生物的正常生息，是一种有效又无害的检测方式。
3．2zigBee技术介绍
zigBee无线传感器网络是由大量无处不在的、具有通讯与计算功能的微小传感器节点组成的信息采集网络体系，它们能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理.zigbee是一种低速率、低成本、低功耗的短程无线网络通信协议与其他无线网络技术相比，zigBee技术具有数据传输安全可靠、组网简易灵活、设备成本低、电池寿命长等独特的优势，在工业控制领域中展现了深厚的发展潜力和广阔的市场应用前景。
将基于zigbee的无线传感器网络应用在森林火灾监测系统中，可实现对覆盖森林内的任意地点的温湿度等信息在任意时间的采集、处理和分析，而且还能大大提高系统的可扩展性，降低设备维护的成本，优化整个系统.
3．3zigbee无线传感网络示意图
3．4zigbee自组网设计
我们采用zlgBee技术所采用的自组织网.自组织网采用的是动态路由方式,所谓动态路由是指网络中数据传输的路径并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，分析它们的位置关系以及远近,然后选择其中的一条路径进行数据传输。
在我们的网络管理软件中，路径的选择使用的是“梯度法”，即先选择路径最近的一条通道进行传输，如传不通,再使用另外一条稍远一点的通路进行
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