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RTK测量系统-南方测绘最新GPS
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& 南方测绘1989年成立于广州,历经发展,已成为一家集研发、制造、销售和技术服务为一体的专业测绘仪器、地理信息软件产业集团,稳居中国测绘仪器及软件行业第一位。产品出口到全球100多个国家和地区,跻身世界行业4强。
& 集团现拥有遍布全国的30家省级分公司、130家地市级分公司、3家海外分公司、1家卫星导航公司、1家数码公司和1家高速铁路技术公司,并建成北京、武汉、常州和广州的5家现代化厂房,成为全球最大的测绘仪器制造基地之一。
& 长期以来,南方测绘专注测绘,以振兴民族测绘产业为己任,陆续实现了测距仪、电子经纬仪、全站仪、GPS、网络CORS等系列测绘仪器的国产化,取得了一系列拥有自主知识产权的技术成果,成为中国测绘仪器行业的领航者。2004年,南方测绘仪器、软件、GPS综合技术通过国家测绘局组织的专家鉴定,认定达到世界先进水平。
& 南方测绘全面进军地理信息产业,专业提供面向数据、面向数字城市的行业信息化综合解决方案,以&数据-软件-服务&为核心,提升地理信息价值。
& 南方测绘致力于推动中国地理信息产业的发展,正努力成为世界级的测量仪器和地理信息产业供应商,做行业领袖,创国际品牌。
& 武汉南方测绘仪器有限公司
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RTK测量系统-南方测绘最新GPS
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& & & & &&&南方银河1RTK测量系统产品介绍:
高11.2cm,直径12.9cm,极致小巧的紧凑型设计,重量仅970g,国产小轻RTK,引领小型化时代新潮流。
轻装上阵,让测量不再负重。全新小型化RTK测量系统,主机、箱包均变得更为小巧,全套设备重量比上一代减轻30%。
双模长距离蓝牙:
业内首创蓝牙通联技术,配备4.0标准双模长距离蓝牙,能够连接主流的手机、平板等消费级数码产品,同时向下兼容2.1标准,连接工业级手簿。高效稳定的数据传输技术,蓝牙距离更远,带给用户更为自如的作业体验。
在测量作业中,使用者不需要严格对中后再采点,内置倾斜补偿器能够根据对中杆倾斜的方向和角度自动进行坐标校正,得到正确的地面坐标。
检查对中杆是否整平时,用户不必再关注对中杆的物理气泡,手簿测量软件上电子气泡实时显示对中杆的整平状态。
工业级手簿:
高性能、全键盘的工业型手簿,Cortex-A8主频 1GHz高速CPU,3.7" 高分辨率半透屏,卓越的续航能力,高效的数据传输方案,快速的蓝牙闪触配对方式,配合南方专业级软件,让RTK测量更有效率。
NFC近场通讯:
业内率先使用NFC近场通讯技术,配合全新手簿,实现蓝牙闪触配对。摆脱过去复杂的蓝牙连接过程,只需轻轻一碰,即可成功连接。
多星座多频段接收技术,全面支持所有现行的和规划中的GNSS卫星信号,特别支持北斗三频B1、B2、B3,支持单北斗系统定位。
外观材质:
硬朗的外形设计,沉稳的色彩搭配,让测量也变得“高大上”。小巧轻便的镁合金机身,质量更轻,也更加耐磨、耐撞击,全面提升主机防护性能。
全新高效的智能内核平台,拥有更快的计算能力和更低的功耗,提升主机整体稳定性。基于该平台,主机能够实时监控主机各部分运行状态,智能调节用电模式,延长野外作业时间。智能语音、智能诊断、智能节电。
24小时云服务支持,时刻解决客户在线升级、在线注册、远程诊断等需求,让测量超越时间与空间。
全能数据通讯:
南方银河1RTK测量系统全面支持主流的电台通讯协议,实现与进口产品的互联互通。全新的网络程序架构,支持多种网络制式,无缝兼容CORS系统。
南方银河1RTK测量系统产品参数:
BDS、B1、B2、B3&
GPS L1C、A、L1P、L2C、A、L3
SBAS L1C、A、L5(对于支持L5的SBAS卫星)
Galileo GIOVE-A和GIOVE-B、E1\E5A、E5B
GLonASS L1C、A、L1P、L2C、A、L2P、L3
QZSS、WASS、NSAS、EGNOS、GAGAN
定位输出频率1HZ-50HZ
初初始化时间 小于10秒
始化可靠性>99.99%
全星座接受技术,能够支持来自所有现行的和规划中的GNSS星座信号
高可靠的载波跟踪技术,大大提高了载波精度,为用户提供高质量的原始观测数据
智能动态灵敏度定位技术,适应各种环境的变换,适应更加恶劣、更远距离的定位环境
高精度定位处理引擎
码差分GNSS定位
水平:±(0.25m+1ppm×D) RMS
垂直:±(0.50m+1ppm×D) RMS
SBAS差分定位精度:典型<5m 3DRMS
静态GNSS测量
±(2.5mm+0.5mm/km×D)
(d为被测点间距离,km)
实时动态测量
±(10mm+1mm/km×D)
(d为被测点间距离,km)
12.9cm×11.2cm,体积1.02L
镁合金外壳
工作温度:-45℃~+60℃&&储存温度:-55℃~+85℃
抗100﹪冷凝
防水:1m浸泡,IP67级
防尘:完全防止粉尘进入,IP67级
9-25V宽压直流设计,带过压保护
两块可卸锂电池,7.4V,3400mah
电池工作时间
单块电池使用时间
7h(静态模式)
5h(内置电台基准站模式)
6h(移动站模式)
通讯和数据储存
5PIN LEMO 外接电源接口+RS232
7PIN LEMO RS232+USB
无线电调制解调器
内置收发一体电台0.5W、2w
外置发射电台5w、25w
工作频率450-470MHZ
通讯协议:Trimtalk450S,Trimmark3,PCC EOT,SOUTH
WCDMA3.5G网络通讯模块,兼容GPRS、EDGE(可扩展4G)
可定制CDMA2000、EVDO 3G通讯
BLEBLuetooh 4.0蓝牙标准,支持安卓、ios系统手机连接
Bluetooth2.1+EDR标准
NFC无线通信
采用NFC无线通信技术,手簿与主机接触即可实现蓝牙自动配对(需手簿同样配备NFC无线通信模块)
可选配外接GPRS、CDMA双模通讯模块,自由切换,适应各种工作环境
数据储存、传输
4GB内部存储器,3年以上原始观测数据(大约1.4mb),基于
每15秒中国从平均14颗卫星上记录。(可任意扩展)
即插即用的USB传输数据方式
惯性传感系统
内置倾斜补偿器,根据对中杆倾斜方向和角度自动校正坐标
内置感应器,手簿软件可显示电子气泡,实时检查对中杆整平情况
用户交互、外观
单键操作可视化操作,方便快捷
韧性化语音指示
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访问统计:710页次一、RTK静态控制测量的原理
RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的厘米级精度的三维定位结果。RTK测量系统通常由三部分组成,即GPS信号接收部分(GPS接收机及天线)、实时数据传输部分(数据链,俗称电台)和实时数据处理部分(GPS控制器及其随机实时数据处理软件)。
RTK测量是根据GPS的相对定位理论,将一台接收机设置在已知点上(基准站),另一台或几台接收机放在待测点上(移动站),同步采集相同卫星的信号。基准站在接收GPS信号并进行载波相位测量的同时,通过数据链将其观测值、卫星跟踪状态和测站坐标信息一起传送给移动站;移动站通过数据链接收来自基准站的数据,然后利用GPS控制器内置的随机实时数据处理软件与本机采集的GPS观测数据组成差分观测值进行实时处理,实时给出待测点的坐标、高程及实测精度,并将实测精度与预设精度指标进行比较,一旦实测精度符合要求,手簿将提示测量人员记录该点的三维坐标及其精度。作业时,移动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在已知点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成整周模糊值的搜索求解。在整周模糊值固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则移动站可随时给出待测点的厘米级的三维坐标。
二、RTK静态控制测量的使用方法
1控制点的布设
为了达到GPS测量高精度、高效益的目的,减少不必要的耗费,在测量中遵循这样的原则:在保证质量的前提下,尽可能地提高效率、降低成本。所以对GPS测量各阶段的工作,都要精心设计,精心组织和实施。建议用户在测量实施前,对整个GPS测量工作进行合理的总体设计。
总体设计,是指对GPS网进行优化设计,主要是:确定精度指标,网的图形设计,网中基线边长度的确定及 网的基准设计。在设计中用户可以参照有关规范灵活地处理,下面将结合国内现有的一些资料对GPS测量的总体设计简单地介绍一下。
1、确定精度标准
在GPS网总体设计中,精度指标是比较重要的参数,它的数值将直接影响GPS网的布设方案、观测数据的处理以及作业的时间和经费。在实际设计工作中,用户可根据所作控制的实际需要和可能,合理地制定。既不能制定过低而影响网的精度,也不必要盲目追求过高的精度造成不必要的支出。
选点即观测站位置的选择。在GPS测量中并不要求观测站之间相互通视,网的图形选择也比较灵活,因此选点比经典控制测量简便得多。但为了保证观测工作的顺利进行和可靠地保持测量结果,用户注意使观测站位置具有以下的条件:
① 确保GPS接收机上方的天空开阔 GPS测量主要利用接收机所接收到的卫星信号,而且接收机上空越开阔,则观测到的卫星数目越多。一般应该保证接收机所在平面15°以上的范围内没有建筑物或者大树的遮挡。
② 周围没有反射面,如大面积的水域,或对电磁波反射(或吸收)强烈的物体(如玻璃墙,树木等),不致引起多路径效应。
③ 远离强电磁场的干扰。
GPS接收机接收卫星广播的微波信号,微波信号都会受到电磁场的影响而产生噪声,降低信噪比,影响观测成果。所以GPS控制点最好离开高压线、微波站或者产生强电磁干扰的场所。邻近不应有强电磁辐射源,如无线电台、电视发射天线、高压输电线等,以免干扰GPS卫星信号。通常,在测站周围约 200m 的范围内不能有大功率无线电发射源(如电视台、电台、微波站等);在 50m 内不能有高压输电线和微波无线电信号传递通道。 ④ 观测站最好选在交通便利的地方以利于其它测量手段联测和扩展;
⑤ 地面基础稳固,易于点的保存。
注意:用户如果在树木、觇标等对电磁波传播影响较大的物体下设观测站,当接收机工作时,接收的卫星信号将产生畸变,这样即使采集时各项指标,如观测卫星数、DOP值等都较好,但观测数据质量很差。
建议用户可根据需要在GPS点大约 300 米附近建立与其通视的方位点,以便在必要时采用常规经典的测量方法进行联测。
在点位选好后,在对点位进行编号时必须注意点位编号的合理性,在野外采集时输入的观测站名由四个任意输入的字符组成,为了在测后处理时方便及准确,必须不使点号重复。建议用户在编号时尽量采用阿拉伯数字按顺序编号。
3、基线长度
GPS接收机对收到的卫星信号量测可达毫米级的精度。但是,由于卫星信号在大气传播时不可避免地受到大气层中电离层及对流层的扰动,导致观测精度的降低。因此在使用GPS接收机测量时,通常采用差分的形式,用两台接收机来对一条基线进行同步观测。在同步观测同一组卫星时,大气层对观测的影响大部分都被抵消了。基线越短,抵消的程度越显著,因为这时卫星信号通过大气层到达两台接收机的路径几乎相同。
同时,当基线越长时,起算点的精度对基线的精度的影响也越大。起算点的精度常常影响基线的正常求解。
因此,建议用户在设计基线边时,应兼顾基线边的长度。通常,对于单频接收机而言,基线边应以20公里范围以内为宜。基线边过长,一方面观测时间势必增加,另一方面由于距离增大而导致电离层的影响有所增强。
4、提高GPS网可靠性的方法
可以通过下面的一些方法提高GPS网的可靠性:
1、增加独立基线数
在布设GPS 网时,适当增加观测时段数,对于提高GPS 网的可靠性非常有效。因为随着观测时段数的增加,所测得的独立基线数就会增加,而独立基线数的增加对网的可靠性的提高是非常有效的。
2、保证一定的重复设站次数
保证一定的重复设站次数,可确保GPS 网的可靠性。一方面,通过在同一测站上的多次观测,可有效地发现设站、对中、整平、量测天线高等人为错误;另一方面,重复设站次数的增加,也意味着观测期数的增加。不过需要注意的是,当同一台接收机在同一测站上连续进行多个时段的观测时,各个时段间必须重新安置仪器,以更好地消除各种人为操作误差和错误。
3、保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连。
保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连,这样可以使得测站具有较高的可靠性,在布设GPS 网时,各个点的可靠性与点位无直接关系,而与该点上所连接的基线数有关,点上所连接的基线数越多点的可靠性则越高。
4、在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6 条
在布设GPS 网时,检查GPS 观测值基线向量质量的最佳方法是异步环闭合差。而随着组成异步环的基线向量数的增加,其检验质量的能力将逐渐下降,因此,要控制最小异步环的边数。
所谓最小异步闭合环,即构成闭合环的基线边是异步的,且边数又是最少的。
5、提高GPS网精度的方法
可以通过下列方法提高GPS网的精度:
为保证GPS 网中各相邻点具有较高的相对精度,对网中距离较近的点一定要进行同步观测,以获得它们间的直接观测基线;
为提高整个GPS 网的精度,可以在全面网之上布设框架网,以框架网作为整个GPS 网的骨架;
在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6 条;
若要采用高程拟合的方法测定网中各点的正常高/正高,则需在布网时选定一定数量的水准点。水准点的数量应尽可能的多,且应在网中均匀分布,还要保证有部分点分布在网中的四周,将整个网包含在其中;
为提高GPS 网的尺度精度,可采用增设长时间、多时段的基线向量。
6、布设GPS 网时起算点的选取与分布
若要求所布设的GPS 网的成果与旧成果吻合最好,则起算点数量越多越好。若不要求所布设的GPS 网的成果完全与旧成果吻合,则一般可选3~5 个起算点,这样既可以保证新老坐标成果的一致性,也可以保持GPS 网的原有精度。
为保证整网的点位精度均匀,起算点一般应均匀地分布在GPS 网的周围。要避免所有的起算点分布在网中一侧的情况或连成一线的情况。
2、 GPS基线解算
1 、基线解算的步骤
基线解算的过程,实际上主要是一个利用最小二乘法进行平差的过程。平差所采用的观测值主要是双差观测值。在基线解算时,平差要分五个阶段进行。第一阶段,根据三差观测值,求得基线向量的初值。第二阶段,根据初值及双差观测值进行周跳修复。第三阶段进行双差浮点解算,解算出整周未知数参数和基线向量的实数解。第四阶段将整周未知数固定成整数,即整周模糊度固定。在第五阶段,将确定了的整周未知数作为已知值,仅将待定的测站坐标作为未知参数,再次进行平差解算,解求出基线向量的最终解-整数解。
2 、重复基线的检查
同一基线边观测了多个时段得到的多个基线边称为重复基线边。对于不同观测时段的基线边的互差,其差值应小于相应级别规定精度的22倍。而其中任一时段的结果与各时段平均值之差不能超过相应级别的规定精度。
我们在进行基线处理时经常会遇到重复基线检查不合格的情况。而造成这种情况的主要有以下几种情况:1、在架设仪器时由于对中整平的误差造成(该种情况一般对短基线影响很大),处理该种情况时需要在出外业前对基座进行检查并且进行外业观测架设仪器时严格对中整平。2、由于点号及仪器高输错、或外业记录时出错造成(这种情况最为普遍,并且由于该种情况还会造成异步环搜索时异步环不闭合),一般来说在软件上比较好检查出出错的观测点,例如我们可以在软件上查看观测数据通过观测数据的初始经纬度来判定点号是否出错。在搜索异步环时往往超限数据非常大。对于这种情况的处理一定要严格外业观测手簿的记录。
3、 闭合环搜索
在GPS测量中,为了检验GPS野外实测数据的质量,往往需要计算GPS网中同步环或异步环闭合差。
为了使精度评估更准确,往往需要删除一些重复基线,通常的软件都要求手工输入,若网较复杂,则工作量就非常庞大,而且错误、遗漏也就难以避免。实际上,在软件中,可以结合图论的有关知识,采用深度优先搜索的方法搜索整个GPS网中的最小独立闭合环、最小独立异步闭合环、最小独立同步闭合环以及手工选定环路和重复基线。
所谓最小独立闭合环,具有以下几方面的含义:
? 闭合环必须是最小的,即边数是最少的;
? 闭合环必须是独立的。
4、 GPS基线向量网平差
在一般情况下,多个同步观测站之间的观测数据,经基线向量解算后,用户所获得的结果一般是观测站之间的基线向量及其方差与协方差。再者,在某一区域的测量工作中,用户可能投入的接收机数总是有限的,所以,当布设的GPS网点数较多时,则需在不同的时段,按照预先的作业计划,多次进行观测。而GPS解算不可避免地会带来误差、粗差以及不合格解。在这种情况下,为了提高定位结果的可靠性,通常需将不同时段观测的基线向量连接成网,并通过观测量的整体平差,以提高定位结果的精度。这样构成的GPS网,将含有许多闭合条件,整体平差的目的,在于清除这些闭合条件的不符值,并建立网的基准。
另外,不管是静态解算还是动态解算,都是在WGS-84坐标系下进行的,而已有的经典地面控制网规模大,资料丰富;或者,用户只进行小范围的测量,需要的仅仅是局部平面坐标;加之,GPS单点定位的坐标精度较低,远远不能满足高精度测量的要求。而且,通常用户需要的是国家坐标系下的大地坐标(或投影坐标)或地方坐标系下的投影坐标,高程坐标也不再是大地高(椭球高),而是水准高(正高)。有时还需要通过高精度GPS网与经典地面网的联合处理,加强和改善经典地面网,以满足用户的需要。这样就需要将WGS-84之间的坐标增量转换到大地坐标中去,从而得到用户所需要的坐标。由于坐标系之间的系统参数不一样以及水准异常等原因,这种转换理所当然地会带来误差。
根据平差所进行的坐标空间,可将GPS 网平差分为三维平差和二维平差。根据平差时所采用的观测值和起算数据的数量和类型,可将平差分为无约束平差约束平差和联合平差等。
所谓三维平差是指平差在空间三维坐标系中进行。观测值为三维空间中的观测值,解算出的结果为点的三维空间坐标。GPS 网的三维平差,一般在三维空间直角坐标系或三维空间大地坐标系下进行。所谓二维平差,是指平差在二维平面坐标系下进行,观测值为二维观测值,解算出的结果为点的二维平面坐标。
所谓无约束平差,指的是在平差时不引入会造成GPS 网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。常见的GPS 网的无约束平差,一般是在平差时没有起算数据或没有多余的起算数据。所谓约束平差,指的是平差时所采用的观测值完全是GPS 基线向量,而且,在平差时引入了使得GPS 网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。
GPS 网的联合平差,指的是平差时所采用的观测值除了GPS 观测值以外,还采用了地面常规观测值,这些地面常规观测值包括边长、方向、角度等观测值等。
3 、常遇问题的解决办法
1.如何处理不合格基线
通过设置卫星高度角、采样间隔、有效历元等参数可以对基线进行优化。
1 卫星高度截止角
卫星高度角的截取对于数据观测和基线处理都非常重要,观测较低仰角的卫星有时会因为卫星信号强度太弱、信噪比较低而导致信号失锁,或者信号在传输路径上受到较大的大气折射影响而导致整周模糊度搜索的失败。但选择较大的卫星高度角可能出现观测卫星数的不足或卫星图形强度欠佳,因此同样不能解算出最佳基线。
一般情况下处理基线中高度截止角默认设置为20度。如果同步观测卫星数太少或者同步观测时间不足,对于短基线来说,可以适当降低高度角后重新试算,这样可能会获得满足要求的基线结果,此时应注意,要求测站的数据要稳定,且环视条件要好,解算后的基线应进行外部检核(如同步环和异步环检核)以保证其正确性。
如果用默认设置值解算基线失败,且连续观测时间较长、观测的卫星数较多、图形强度因子GDOP值较小,则适当提高卫星的高度角重新进行解算可能会得到较好的结果,这主要是观测环境和低仰角的卫星信号产生了较严重的多路径效应和时间延迟所引起的。
2 采样间隔
一般的接收机具有较高的内部采样率(指野外作业设置的数据采集间隔,由1秒至255秒自由设置,默认为15秒)。而处理基线中并不是所有的数据都参与处理,而是从中根据优化原则选取其中一部分的数据采样进行处理。采集高质量的载波相位观测值是解决周跳问题的根本途径,而适当增加其采集密度,又是诊断和修复周跳的重要措施,因此在采用快速静态作业或者该基线观测时间较短的情况下,可以适当把采样间隔缩短。
在某些情况下,例如该卫星的健康情况恶劣;或者测站环境不理想、受电磁干扰而导致某些卫星数据信号经常失锁;又或者低仰角的卫星有时会因为卫星信号强度太弱、信噪比较低而导致信号失锁,或者信号在传输路径上受到较大的大气折射影响而导致整周模糊度搜索的失败。此时应该对该卫星的星历进行处理。
通过查看基线详解,可以对卫星观测中周跳的情况进行检查,对于失锁次数较多的卫星或者观测历元数过少的卫星进行剔除。
2如何确定坐标系统
1标准坐标系统
采用标准的WGS-84、北京54以及国家80坐标系可以直接在网平差设置里选择,但是必须按要求输入正确的原点经度(投影中央子午线)。
2自定义坐标系统(或者工程椭球)
① 已知参数
一般的自定义坐标系(或工程椭球)是从标准的国家坐标系转换而来,大多数情形下是对加常数或者中央子午线、投影椭球高重新进行定义,因此必须选择相应的参数,包括所用椭球的参数、加常数、投影中央子午线、投影椭球高等。
② 未知参数
假如是完全独立自定义的工程坐标系,尤其是没有办法与国家点联测、又或者投影变形超过规范要求的,可以选用标准椭球,例如北京54椭球参数,然后采用固定一点和一个方位角的办法来处理。具体方法如下:
采用基线某一端点的单点定位解作为起点,然后用高精度的红外激光测距仪测出到基线另一端点的边长,经过严格的改正后,投影到指定高度(一般是测区的平均高程面),然后假定一个方位角(一般是采用真北方向)算出基线终点的坐标,以此两点作为约束点,然后采用与前面一致的椭球参数,投影椭球高,此时注意原点经度(中央子午线)可以采用测区中央的子午线。这样,一方面使到其变形满足规范要求,另一方面在小比例尺的图上可以与国家标准坐标系联系起来。
工程施工单位经常使用的自定义坐标系统。如果设计单位在测设时候布设了控制点且提供控制坐标成果的情况下。施工单位在使用GPS加密控制点的时候进行网平差就比较简单。我们只需要联测设计院提供的成果进行平差就好。
但是如果设计单位没有提供控制点成果的情况下我们使用GPS进行控制点的观测时,就一定要确定好坐标系统。通常我们选择自定义坐标系统中的第二项即未知参数的情况进行网平差。例如某大桥的控制测量我们布设好控制点后进行观测。数据处理完后进行网平差时。我们就可在某端选取一个点将该点的大地坐标(经纬度)正算成平面直角坐标,然后用高精度的红外激光测距仪测出到基线另一端点的边长,经过严格的改正后,投影到指定高度(一般是测区的平均高程面),然后假定一个方位角(一般是采用真北方向)算出基线终点的坐标,以此两点作为约束点,然后采用与前面一致的椭球参数,投影椭球高,此时注意原点经度(中央子午线)可以采用测区中央的子午线。亦可将该点的平面直角坐标作为约束点,然后在平差选择中选择角度约束指定另外一端点的坐标方位角和距离进行约束平差
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