龙软科技四大专利之-GIS协同“一张图”及智能管控平台组

科创板煤炭工业软件龙头企业龙软 科技 （688078.SH）是一家基于LongRuan GIS +互联网+大数据+云计算,并为智能煤矿信息化领域提供整体解决方案的高 科技 公司。其中，公司最硬核的技术及相关专利之一，是龙软 科技 凭借多年行业积累，基于自主研发的LongRuan GIS 打造的智能煤矿“一张图”。

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如同百度、高德和谷歌等民用地图改变人们的出行方式一样，LongRuan GIS “一张图”综合解决方案，通过技术创新推动了煤矿传统的管理模式变革，为构建智能煤矿的信息化管理模式提供了高 科技 支持。

什么是“一张图” ？

龙软 科技 “一张图”是GIS（地理信息系统）技术在煤矿行业的创新应用。“一张图”是一种创新管理模式, 是煤矿的BI（商业智能）, 也是煤矿技术人员的SVN/GIT（分布式版本控制系统）。

“一张图”及智能管控平台是一个面向行业数据库的大型数据仓库，它通过综合信息监管来提取对业务的分析信息，且无论是原始数据还是挖掘分析后的信息，都可以通过基础服务平台向外提供服务访问和交互。具体到煤矿方面，实现了矿山“采、掘、机、运、通”相关的安全生产、监测监控、安全管理等业务和数据与基础地理数据的叠加集成、汇交更新。各业务单位分工协作、各司其职，共同构建起矿山一张图，为安全生产、动态监控、经营决策等提供多维数据支持。

突破关键技术 释放创新能量

一直以来龙软 科技 在自主创新研发方面投入巨大。截至目前，公司取得煤矿信息化、智能化领域相关专利权54项（其中发明专利31项）、软件著作权242项。研发团队瞄准了行业痛点，已逐步形成了“四大”核心专利技术组：（1）GIS协同“一张图”及智能管控平台相关专利组；（2）智能综采综掘工作面相关专利组；（3）透明化矿山相关专利组；（4）矿山新型开采方式及装备的相关专利组。

其中，第一大专利组GIS协同“一张图”及智能管控平台相关专利主要涉及六项高价值的创新型专利：（一）“煤矿分布式协同一张图系统及协同管理方法”（二）“一种矿井信息化管理多专业巷道图形的动态更新方法”（三）“一种基于时态GIS的煤矿可视化管控系统”（四）“一种交互式注记等值线数值的方法和装置”；（五）“一种参数式煤矿井下供电设计方法”（六）“一种快速生成煤层小柱状的方法和装置”。

据了解，该组专利涵盖了煤矿时空数据“一张图”协同处理及管控平台应用。

专利一“煤矿分布式协同一张图系统及协同管理方法”， 提出了煤矿多专业数据统一管理、动态即时更新和共享的方法，奠定了煤矿“一张图”系统的关键技术基础，最早形成了煤炭行业信息化建设“一张图”模式。2017年龙软 科技 基于项目研发成果申请了发明专利，并于2019年获得授权。项目技术成果“煤矿空间信息服务与管理关键技术研究及产业化应用”，获2018年中国煤炭工业科学技术一等奖。

专利二“一种矿井信息化管理多专业巷道图形的动态更新方法”， 基于煤矿“一张图”技术体系，围绕煤矿数据规范化管理和自动化处理应用问题，提出了基于协同思想的煤矿巷道图形动态更新方法，解决了煤矿地测专题图形、一通防专题图形、机电设备布置专题图形、监测监控专题图形中必不可少的巷道动态更新难题。由于巷道数据是煤矿各类专题图形的最基础内容，该专利适应于几乎所有应用“一张图”模式的煤矿专题图处理和更新，是该领域必不可少的技术方法。龙软 科技 于2020年获得该项发明专利授权。

专利三“一种基于时态GIS的煤矿可视化管控系统” ，提出了基于时态地理信息系统TGIS“一张图”和透明化矿山的煤矿二三维一体化管控平台技术和方法，奠定了煤矿可视化管控平台及透明化智能开采的关键技术基础，融合地理空间场景构建、传感数据采集与通讯、脚本化模型驱动等技术，形成了以实时、动态地理信息为支撑的矿井二维、三维可视化管控新模式。2021年龙软 科技 获得该项发明专利授权。

此外，结合煤矿地理信息系统及“一张图”平台应用中的日常需求，针对等值线生成、小柱状绘制、供电系统设计等问题，创新提出并形成了“交互式注记等值线”、“快速生成煤层小柱状”、“参数式煤矿井下供电设计”等发明专利。基于以上系列专利，公司产品可以为煤矿时空数据的处理提供更高效、便捷的处理支持，进而形成统一、规范、完整、动态更新的煤矿“一张图”时空数据库和管控平台，并最终建立“基于多维GIS或图形处理技术的煤矿可视化管控系统”，实现煤矿自动化、智能化工业控制和可视化多维地理信息的一体化集成。

公司始终从煤矿智能化需求出发，通过分布式协同一张图的理念，改变了煤炭行业传统的单机工作模式，建立了煤矿多专业业务数据的统一管理、协同处理、动态更新、可视化管控体系，并通过创新的巷道多专业更新等技术方法，提高煤矿时空数据处理的效率及完整性，解决了阻碍煤炭行业信息化、智能化建设的数据孤岛严重、跨专业无法协同、跨部门管理困难、数据实时性不高等难题，解决行业痛点，为煤炭行业信息化、智能化建设开辟了基于时空地理信息系统的“一张图”综合管控和自适应智能开采模式，给煤炭企业带来一种全新的、适应“智能矿山”信息化建设要求的新型信息化管理模式。

多应用领域推动产业升级

“一张图”协同处理及管控平台应用对象可以是单个煤矿，也可以是多级架构的煤矿企业集团，分布式架构的自身特点决定了“一张图”系列产品具有极强的适应性，可应用于多个领域与场景。无论对于大型煤矿企业集团，还是中小煤矿企业，“一张图”产品解决的统一空间数据存储和分析应用平台问题均是煤矿信息化建设中的核心问题之一，也是当前实现煤矿智能开采必须面对和解决的基础问题。

目前，公司凭借着“一张图”协同处理及管控平台相关专利技术已成功已应用于陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿“黄陵一号煤矿矿井智能综合管控云平台”、河南煤化集团永煤集团新桥煤矿“安全生产智慧管控平台”、江苏徐矿能源股份有限公司张双楼煤矿“智能GIS“一张图”平台”、国家能源集团新疆能源乌东煤矿“基于急倾斜煤层的一张图智能管控平台”、山东能源兖煤股份东滩煤矿“智能矿山综合信息管控系统”、中煤陕西榆林能源化工有限公司大海则煤矿“生产执行系统”等智能化建设示范矿井。

实践表明，基于GIS协同“一张图”、虚拟矿井、大数据安全动态诊断等核心技术专利的研发，解决了高度一体化管控的智慧、高 科技 矿区的关键问题。“一张图”管理系统的推广与实施，将为我国智能矿山建设奠定坚实的基础，不仅能够减员增效，而且还能进一步保障矿井安全生产。龙软 科技 作为专注于行业发展的高新技术企业，具有持续、强大的创新能力，对推动我国煤炭工业安全生产技术的信息化管理具有重要的 社会 效益。

GIS系统是指什么？

GIS系统即地理信息系统（GIS ，geographic information system）。

GIS系统是将计算机硬件、软件、地理数据以及系统管理人员组织而成的对任一形式的地理信息进行高效获取、存储、更新、操作、分析及显示的集成。

扩展资料：

GIS系统应用：

一、环境监测

1、1987年联合国开始实施一项环境计划（UNEP），其中包括建立一个庞大的全球环境变化监测系统（GEMS）。

2、全球森林监测和森林生态变化有关项目(1990年对亚马逊地区原始森林的砍伐状况进行了调绘、1991年编制了全球热带雨林分布图）。　

3、海岸线及海岸带资源与环境动态变化的监测。

4．全球性大气环流形势和海况预报等。

二、资源调查

1、在资源调查中，提供区域多条件下的资源统计和数据快速再现，为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。 　

2、可应用于不同层次和不同领域的资源调查与管理（例农业资源、林业资源、渔业资源）。

三、监测预测

1．借助于遥感（RS）和航测等数据，利用GIS对森林火灾、洪水灾情、环境污染等进行监视，例如，1998年长江流域发生特大洪水灾害期间，制作洪水淹没动态变化趋势影像图，为管理部门提供了有效的决策依据。

2、利用数字统计方法，通过定量分析进行预测。如加拿大金矿带的调查，分析不宜再行开采的存在储量危机的矿山，优选出新的开采矿区，并作出了综合预测图。

参考资料：百度百科-GIS系统

地质矿产部地学信息系统的现状与发展

姜作勤

（地质矿产部科技司技术处，北京　100812）

摘要　地学信息系统是地学现代化的基础，是国家信息基础设施的重要组成部分。地质矿产部地学信息系统的开发始于70年代末期，经过近20年的努力，建立了一批地学数据库，自行开发了固体矿产勘查评价自动化系统KPX和彩色地学图件编辑出版系统MAPCAD。这两个系统已在全国范围内推广应用。MAPCAD使彩色地学图件的出版从数据采集、编辑修改、打样、分色直至生成制版胶片的全过程在微机上实现了计算机化，从而从根本上改变传统工作方式。同时，自行开发了工具型基础地理信息系统软件MAPGIS。目前，一批MAPGIS的应用研究项目，涉及矿产资源评价、水资源调查、地质灾害评价、区域地质调查、土地利用评价以及综合管网等领域，正在实施。

本文包括两部分：第一部分阐述地学信息系统的现状与特点，第二部分关于系统将来的发展。

关键词　地学信息系统　数据库　计算机辅助编图　数字制图　地理信息系统（GIS）

1　现状和特点

1.1　建立了一批地学数据库和信息系统

地矿部信息系统的建设始于70年代末。1979年由北京计算中心承担开发了1:20万化探数据库。经过近20年的努力，在地质、地球物理、地球化学、矿产资源评价、地质环境、矿产勘查开发管理等领域建立了各类地学数据库100多个。主要包括：全国矿产储量数据库NMRD、全国地球化学数据库NGCHRD、全国重力和高程数据库NGED、全国航磁数据库ARMD、找矿信息系统MAGAD、全国地层数据库STRL、石油地质和钻孔数据库PGDH、全国地质图书馆管理系统NGLMS、1∶500000简化地理底图库FGGI、地学基础软件库FGSL以及地矿部地学数据库字典GDBD。这些数据库的主要参数见表1。

表1　主要地学数据库

1.2　固体矿产勘查评价自动化系统KPX初见成效

为改变固体矿产勘查评价的传统手工工作方式，1989年由地质矿产部立项、联合国开发计划署援助开发了固体矿产勘查评价自动化系统KPX。系统包括野外钻孔编录数据的采集、数据管理、矿体圈定、储量计算、绘制勘探图件等5个子系统，主要功能如下：

——制定了矿产勘查评价的标准化数据字典和数据采集格式；

——系统可自动生成图例花纹；

——绘制复杂的钻孔柱状图；

——支持矿产资源评价的传统的和地质统计学的方法：块段法、剖面法和克里金法；

——系统在PC平台上运行。

该系统已在全国各省局的30多个项目中推广使用，大大提高了工作效率。

1.3　计算机辅助彩色地学图件编辑出版系统MAPCAD正在从根本上改变传统工作方式

图件是地质工作成果的主要表现形式，是为社会经济发展服务的重要手段，在地学领域中具有特殊的地位和作用。采用传统手工方式，一幅中等复杂程度的彩色图件的出版需要经过十几道工序、花费1年或更长的时间。这种状况很难满足国家经济发展的各个领域对现时性地学图件的需求。

MAPCAD是具有自己版权和35万行语句的大型应用软件。1993年初，由中国地质大学（武汉）开发成功。系统首次在普通微机上实现了彩色地学图件从输入、编辑、信息处理、校样、分色挂网直到输出制版胶片全过程的计算机化，可输出符合公开出版精度和质量的包括最复杂的彩色地质图在内的各类地学图件。它是我国第一个，而且迄今为止也是唯一一个投入市场得到广泛应用的彩色地学图件电子出版系统。1994年9月，第一幅复杂彩色印刷图件——1:350万云南地质图作为试验图件通过了验收。来自地质、编图、制图、图件出版和计算机制图领域的专家们一致认为，MAPCAD在色彩、精度以及在细节的表现能力等方面已完全可以满足彩色地学图件的出版要求。

（1）MAPCAD的功能和特点

——以Windows为平台，采用C+＋语言开发，用户界面友好，使用方便；

——具有扫描仪输入和数字化仪输入等主要输入手段，可接受DBASE、Foxbase等数据库的数据，具有完备的错误、误差校正方法；

——具有直观实用的属性动态定义编辑功能和多媒体数据、多重数据结构的属性管理能力；

——地图库管理系统具有较强的地图拼接、管理、显示、漫游和灵活方便的跨图幅检索能力，可管理多达数千幅地图；

——采用矢量数据和栅格数据并存的结构，两种数据结构的信息可以有效、方便地互相转换和准确套合；

——具有功能较齐全、性能优良的空间分析功能，以及拓扑空间查询和三维实体叠加分析能力；

——提供开发函数库，可方便地进行二次开发；

——具有齐全的外设驱动能力和国际标准页面描述语言PostScript接口，可输出符合地图公开出版质量要求的图件，并具有能自定义的灵活的报表输出功能。

（2）MAPCAD的推广应用已取得巨大的成功

数字制图的实践已经证明与传统手工方式相比新技术的巨大优越性：

——将彩色地学图件出版的工序由12道减少到5道；

——大大提高生成率：对新图件，比传统方式快3～5倍，对修编图件，提高10～20倍；

——降低成本：平均降低三分之一；

——实现数据共享：数字数据可重复使用。

现在，系统的应用越来越广，从1993年初系统发布以来，已在全国（除西藏和台湾）各个地区安装700多套，并已出口朝鲜。覆盖20多个应用领域，不仅涉及地质矿产、石油、煤炭等地学领域，而且包括交通、铁路、城市规划和管理、灾害与环境、旅游等领域。采用该系统已生产出几千幅彩色地学图件。包括采用全数字制图技术生产的全国第一批图集，如：《大连甘井子区土地利用图集》、《河北省土壤图集》、《全国高速公路图集》、《中国海洋区域地质和地球物理图集》等。1:1200万《中国地球物理图集》、《中国矿产图集》已完成制作。《中国地质图集》正在制作。

为国际岩石圈全球地学断面项目制作的阿尔泰－台湾和广州－巴拉旺等地学断面图在国际会议上受到了国内外专家的好评。

为一批国家重大项目制作完成了成果图件，如全国土地利用总体规划图、欧亚大陆桥中国段的沙漠化程度图、全国地表水资源分布图等；为第30届国际地质大会制作了1:500万“中国波浪状构造图”和“中国非金属矿床成矿地质图”，“亚洲水文地质图（6幅对开）”。其中，最大幅面是九幅超全开的1:500万欧亚地质图。

系统的应用大大促进了彩色图件编辑出版的技术进步。主要表现在以下几个方面。

——以传统制图工作方式不可想象的高速度完成突发性地图制图任务。表2是几个典型的实例。

表2　在突发性地图制图任务中，创造了传统方式不可想象的高速度

——在改变彩色地学图件出版的传统工作方式中取得了重大突破。数字制图技术已被广泛应用于地质制图，特别是1:50000区域地质调查图件的生产。区域地质调查工作是我国一项长期的战略性基础地质工作，区域地质图是工作成果的主要表现形式。现有几百幅图件等待出版。经过研究与试验，主管部门已决定采用MAPCAD，研究了采用数字技术的工艺流程，建立了图例、花纹、线型、符号和色标库。现在，已制作了至少100幅数字地质图。

——新技术的应用带动了新产业的形成。到1996年7月底，已有50多个公司使用MAPCAD生产各类数字图件。

1.4　地理信息系统的开发应用前景喜人

众所周知，地理信息系统是地学领域专家的有力工具。采用GIS，专家们可以对地质、地球物理、地球化学和遥感等多源地学信息进行有效的集成、管理和分析以解决各种地质问题。

国内外GIS开发应用的实践使我们清楚地认识到了GIS对改变传统地学工作方式的特殊意见和它的巨大应用前景。1989年初，在武汉召开的地质矿产部图示技术开发应用研讨会上，部内图示技术开发应用的专家们一致认为要开发具有自己版权的GIS。工具型基础地理信息系统软件MAPGIS于1995年10月开发成功。其主要特点如下：

——以Windows为平台，采用C+＋语言开发，用户界面友好，使用方便；

——具有扫描仪输入和数字化仪输入等主要输入手段，可接受DBASE、Foxbase等数据库的数据，具有完备的错误、误差校正方法；

——具有直观实用的属性动态定义编辑功能和多媒体数据、多重数据结构的属性管理能力；

——地图库管理系统具有较强的地图拼接、管理、显示、漫游和灵活方便的跨图幅检索能力，可管理多达数千幅地图；

——采用矢量数据和栅格数据并存的结构，两种数据结构的信息可以有效、方便地互相转换和准确套合；

——具有功能较齐全、性能优良的空间分析功能，以及拓扑空间查询和三维实体叠加分析能力；

——提供开发函数库，可方便地进行二次开发；

——提供与ARC/INFO和INTERGRAPH的接口；

——具有自定义的灵活的报表输出功能；

——有齐全的外设驱动能力和国际标准页面描述语言PostScript接口，可输出符合地图公开出版质量要求的图件。

它的初步应用已经在一定程度上证明了系统的巨大市场潜力。

2　地学信息系统将在“九五”计划中有一个较大的发展

2.1　需求

在全球信息化的热潮中，在中国加快国民经济信息化步伐的形势下，对地学信息系统的发展也提出了新的需求。

——1995年全国地矿工作会议决定“九五”实施地矿工作信息化工程。这项工程的目标是：到2000年，基本实现地矿工作主流程的信息化。在地质勘查、地矿行政管理和地质资料管理三方面基本普及电子信息技术，建成一批骨干信息系统，大量应用和重点开发一批计算机辅助工具，培养一支新型的熟悉电子信息技术的地矿工作队伍，把地矿工作的工作方式，管理方式与成果质量推向世界先进水平。促进具有技术优势、有市场前景的技术成果的产业化。

——区域地质调查是一个国家长期的战略性的基础地质工作。我国正在实施的1:5万区域地质调查截止1995年底，累计完成1∶5万填图面积140万km2，约3250幅图，仅覆盖全国面积的14.6%。“九五”期间，将有800多幅的填图任务。

——为了合理开发和利用地下水资源，减轻地质灾害，地质矿产部启动了两个项目，一是在全国600个县开展1:10万的地下水资源开发与利用调查，二是在17个省开展1:50万的地质灾害调查。

——全国地质资料馆保存着我国自本世纪初以来的重要地质资料，包括85000份各类地质报告，装满整个六层楼，排架7000m。有些资料由于时间久远或纸张质量问题，破损很严重。迄今为止，修复这些报告的费用已近2000万元。采用光盘存储技术是解决这个问题的既合理又可行的方法。

2.2　主要开发项目

（1）计算机辅助1:5万区域地质填图系统

计算机辅助1:5万区域地质填图系统项目的目标是在3“S”技术的基础上，开发一套应用系统并建立相应的工作流程，实现这项基础地质工作从野外数据采集、室内数据管理、信息综合处理及彩色地质图件的输出全过程的计算机化。项目已开始实施。

（2）计算机辅助1:10万水资源调查和1∶50万地质灾害调查系统

此项目的目的是要为这两项调查工作提供计算机辅助数据采集、管理和分析评价的工具，建立相应的信息系统。

（3）计算机辅助矿产资源评价系统

矿产资源评价是地矿工作的一项基本任务。该项目的目标是在工具型地理信息系统的基础上，结合固体矿产资源评价的理论方法，利用GIS对空间数据的强大管理和分析功能，研制出面向找矿专家的，能够在实践中推广应用的辅助决策系统。

（4）矿产勘查开发管理系统

矿产勘查和开发管理是地矿部的另一项基本职能为了加强矿产资源勘查管理，促进地质勘查开发的科学管理，地质矿产部决定在基础地质调查、工程地质调查、环境地质调查和矿产资源勘查管理中实施区块管理，并于1995年6月颁布文件，规定了区块划分和编号的方法。该项目就是为这项管理工作提供计算机辅助的工具。具有区块的登记、统计汇总、空间查询等功能，可实现地质矿产勘查管理工作的计算机化。

（5）地质资料光盘存储系统

目前，正在研究地质报告数字化的标准、管理软件，进行具体技术路线的试验。

（6）多媒体辅助教学系统

由于地学研究对象本身的复杂性，使得这个领域虽然定量研究的程度不断提高，但目前多数领域中定性分析仍占主导地位。直观对研究过程和成果的表示很重要。这就决定多媒体技术在地学领域内会大有作为。美国地调所早在90年代初期就已开始采用多媒体技术进行成果的展示。立项开发的两个项目是宝石学多媒体辅助教学系统和石油地质与油藏工程的多媒体教学系统。

2.3　实现上述目标的关键

（1）技术：GIS、GPS、RS、野外数据采集技术、多媒体技术等；

（2）标准化；

（3）应用开发；

（4）培训；

（5）协调与管理。

建设数字矿山的核心技术是什么

智能化的煤矿开采技术可以实现综合开采设备的全自动化操作，从而达到可视化远程控制状态。

对于煤矿企业来说，在煤矿开采的过程当中，必然会面临开采人员的人身安全问题，尤其是地下煤矿开采活动，为了能够降低安全事故的发生概率，并且对已发生的事故能够做出及时的响应。

这时候煤矿智能化技术的研发与应用作用就凸显出来了，一方面，有效地构建了一个能够准确定位井下工作人员的具体位置的感知区域，为发生危险时进行搜救提供了更加有力的帮助；另一方面，通过与云计算和边缘计算的充分结合，促进了设备数据的完美互通，从而对地下环境实现实时动态监控。

通过监控中心与指挥中心的互联互通以及相互协作，不仅能够实现工作面的可视化，同时还提高了井下作业的安全性，实现了地面指挥中心对井下作业相关情况的及时捕获，并针对突发事故做出及时的反应。

煤矿的地质信息会随着采掘工作的进展而发生不同变化的动态信息。将地址信息精准化是煤矿采掘的基本也是核心，也是智能模块形成的基础条件。

所以，开发工作面使用智能采掘系统及装备，将采掘数据与地址信息自动采集、处理、分析从而构建一个精确的动态巷道图，将矿井内部全方位信息透明化，从而实现将地质信息、测量数据及巷道掘进动态，形成三维电子图进行管理。Hightopo根据矿山现场的 CAD 图、鸟瞰图、设备三视图等资料还原外观建模，搭建 3D 轻量化大型智慧矿山，围绕以数字化开采、高速掘进、智能通风排水供配电、筛煤工艺等内容为主体的三维立体可视化管理系统。

通过其引擎强大的渲染功能，真实还原采煤机井下运动工况的行进效果，利用可视化图表将采煤机运行的关键数据进行直观呈现。设有记忆割煤、滚筒换向、自动往返及故障诊断的联动控制功能，针对采煤机故障诊断提供切实的数据依据，加速扼杀故障的萌芽。通过地面调度室即可远程遥控操作，由此达成井下少人化作业，加大煤炭资源的开采效率，为采煤机的高效安全生产奠定基础。

在煤炭开采过程中，可以实现机械设备处于全面控制并且被实时监控的状态。例如，采煤专用设备，液压支架、供电设备等。此外，根据实际工作环境，设计合理的施工工序，实现井下作业控制系统与地面控制中心控制系统集中控制综采工作面，不仅可以实现煤炭开采流程全自动，还可以实现井下作业的可视化，从而在很大程度上提升了井下作业的安全性以及提高煤炭开采的工作质量。

HT 也提供结合 GIS 地图展示矿山领域解决方案，产品的定位在于运用产品强大的可视化技术，通过无人机航拍，加后期数据处理，无缝融合 HT 原有 3D 模型，实现了矿山宏观和微观融合一体化的需求，很好的解决了传统人工实景建模工作量巨大的问题。

针对环境态势、掘采进度、设备运作、工况状态等信息进行高精度实时监测，赋予数据空间属性，使复杂因素可视化。形成一套可被洞察的参考数据，为开采作业监管提供强有力的决策支撑。

随着国家环境保护力度的持续加大及能源消费结构的转型，正倒逼煤炭产业必须走绿色智能的清洁化生产之路。云技术、大数据时代的到来，煤炭行业如果想恢复改革开放时期的繁荣景象，就必须紧跟时代步伐，运用大数据，结合云技术将智能化技术运用到开采工作当中。

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