黃勇軍，王 皞，湯尊霖

（國網(wǎng)江西省電力公司九江供電分公司，江西 九江 332000）

0 引言

可視化技術(shù)隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展需要不斷進(jìn)步，從最初的電網(wǎng)單線圖的原始數(shù)據(jù)表示及列表表示，逐步向二維和三維圖形化、動(dòng)畫發(fā)展，并吸收了信息學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科技術(shù)，形成了一系列與電力系統(tǒng)運(yùn)行相適應(yīng)的可視化表達(dá)方式。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)可視化是通過圖表、曲線、餅圖等方式將電網(wǎng)運(yùn)行中各種枯燥的數(shù)據(jù)形象的顯示出來，更有效的利用操作人員視覺優(yōu)勢處理大量數(shù)據(jù)。現(xiàn)階段配電自動(dòng)化系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)PMS、能量管理系統(tǒng)EMS等業(yè)務(wù)系統(tǒng)中已經(jīng)具有可視化的功能，并具有很好的使用效果。而隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，需要多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)完成對電網(wǎng)的監(jiān)控，單一系統(tǒng)的信息已經(jīng)無法對智能電網(wǎng)進(jìn)行描述，只有對各系統(tǒng)的信息進(jìn)行統(tǒng)一集成處理，才有可能對智能電網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行描述、監(jiān)控和分析。

本文在分析與研究智能電網(wǎng)可視化技術(shù)的基礎(chǔ)上，對國家電網(wǎng)（以下簡稱“國網(wǎng)”）智能電網(wǎng)項(xiàng)目江西共青城智能電網(wǎng)的可視化集成應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行了介紹，并對其功能設(shè)計(jì)，技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用效果進(jìn)行了說明。

1 智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)與研究內(nèi)容

1.1 建設(shè)目標(biāo)

共青城智能電網(wǎng)運(yùn)行可視化平臺(tái)借助于圖形化手段，綜合共青城智能電網(wǎng)各系統(tǒng)及電網(wǎng)外部環(huán)境信息，同時(shí)基于地理GIS模式和電氣接線圖模式，擯棄簡單、枯燥的數(shù)據(jù)堆砌，綜合采用Flex、3DGIS等最新的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)及先進(jìn)的展示設(shè)備，對經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)智能電網(wǎng)集中進(jìn)行動(dòng)態(tài)、靈活、直觀和多維的可視化展示。主要完成下列目標(biāo)：

1）展示共青城智能電網(wǎng)綜合示范工程各子項(xiàng)目的亮點(diǎn)及特色；

2）實(shí)現(xiàn)發(fā)、輸、變、配、用各環(huán)節(jié)系統(tǒng)的綜合信息共享，實(shí)現(xiàn)集成應(yīng)用、綜合分析、全程、全景、全維度可視；

3）提高生產(chǎn)運(yùn)行和管理人員對電網(wǎng)的掌控和決策能力，為電網(wǎng)運(yùn)行管理提供智能輔助決策。

1.2 研究內(nèi)容

可視化平臺(tái)由基礎(chǔ)支撐平臺(tái)、調(diào)控一體及應(yīng)用、運(yùn)行全景管理、營配融合、可視化構(gòu)成，并實(shí)現(xiàn)與上級調(diào)度系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)、配網(wǎng)PMS系統(tǒng)和用電信息采集系統(tǒng)等的互聯(lián)。

1）在可視化平臺(tái)中，通過營配貫通，實(shí)現(xiàn)中低壓設(shè)備拓?fù)渲δ堋?/p>

2）在真實(shí)的地理信息系統(tǒng)上進(jìn)行三維建模，更直觀的查看各類充電設(shè)施的設(shè)備外觀以及運(yùn)行狀況。

3）在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中加入分布式電源模塊，實(shí)現(xiàn)對分布式電源的控制。

4）基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息通過信息交換總線集成到配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，參與負(fù)荷轉(zhuǎn)供等配電網(wǎng)運(yùn)行方式調(diào)整的輔助決策。

5）可視化基礎(chǔ)平臺(tái)采用面向服務(wù)的設(shè)計(jì)理念（SOA），主要由商用庫、實(shí)時(shí)庫、實(shí)時(shí)消息總線、服務(wù)總線以及WEB發(fā)布功能等部分構(gòu)成，支持配電網(wǎng)運(yùn)行可視化。

6）服務(wù)總線包括系統(tǒng)運(yùn)行管理服務(wù)、權(quán)限服務(wù)、資源定位服務(wù)、告警服務(wù)、文件傳輸服務(wù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信服務(wù)、簡單消息郵件服務(wù)、日志服務(wù)等各類服務(wù)。

7）可視化基礎(chǔ)平臺(tái)主要用以支持監(jiān)控運(yùn)行、分析研究和生產(chǎn)管理，構(gòu)建信息共享、技術(shù)公用、接口開放的軟件開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境。

8）配電在線監(jiān)控主要包括配電SCADA功能、饋線自動(dòng)化、電能質(zhì)量監(jiān)控、基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、圖模管理等功能模塊。

9）調(diào)控應(yīng)用支持功能包括：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觥顟B(tài)估計(jì)、配網(wǎng)潮流、負(fù)荷轉(zhuǎn)供、負(fù)荷預(yù)測等功能模塊。

10）配網(wǎng)運(yùn)行管理功能包括：運(yùn)行全景監(jiān)視、停電管理等。

11）營配融合功能包括：業(yè)擴(kuò)報(bào)裝輔助功能。

12）基于IEC61970/IEC61968的信息交換總線是可視化基礎(chǔ)平臺(tái)和應(yīng)用軟件與配電企業(yè)內(nèi)/外部系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的紐帶，通過信息交換總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和模型的自動(dòng)同步、配電數(shù)據(jù)管理的流程化、信息化和應(yīng)用集成。

13）可視化模塊利用可視化人機(jī)交互子系統(tǒng)提供的各種可視化手段，實(shí)現(xiàn)立體GIS、電網(wǎng)運(yùn)行可視化、輔助決策可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)可視化等功能。

2 智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)基于J2EE＋Flex＋ActiveX體系框架，以瀏覽器方式提供三維應(yīng)用系統(tǒng)的瀏覽，綜合查詢，綜合統(tǒng)計(jì)，二、三維聯(lián)動(dòng)等功能滿足系統(tǒng)更廣范圍應(yīng)用需求。其中三維GIS發(fā)布服務(wù)基于Skyline的TerraGate，二維GIS地圖采用GIS平臺(tái)的地圖服務(wù)。B/S系統(tǒng)通過整合技術(shù)將二維地圖和三維立體模型瀏覽有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)瀏覽器視圖中，為用戶提供良好的人機(jī)交互界面。

系統(tǒng)采用多層架構(gòu)，有數(shù)據(jù)層（包括數(shù)據(jù)管理層）、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層，其中系統(tǒng)安全體系貫穿于各個(gè)層之間。數(shù)據(jù)管理層通過對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫引擎的管理完成數(shù)據(jù)的組織、處理、優(yōu)化和控制；業(yè)務(wù)邏輯層通過多個(gè)模塊對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)完成查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等操作，具有可擴(kuò)展性和靈活性；表現(xiàn)層基于多種模式，展現(xiàn)數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式，并能夠獨(dú)立運(yùn)行或嵌入其他應(yīng)用系統(tǒng)，圖1為系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)圖

系統(tǒng)軟件架構(gòu)采用組件形式構(gòu)成，組件之間通過標(biāo)準(zhǔn)接口定義相互訪問。組件開發(fā)采用插件式框架，能夠較方便地進(jìn)行系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。

界面層采用可定制方式。通過權(quán)限管理系統(tǒng)，對不同權(quán)限的用戶進(jìn)行系統(tǒng)功能和資源的分配，將不同的界面呈現(xiàn)給不同的用戶。B/S體系應(yīng)用界面采用JSP＋Flex＋ActiveX模式，以富客戶端方式提供良好的用戶體驗(yàn)。

3 智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)功能模塊實(shí)現(xiàn)

3.1 電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視

本模塊監(jiān)視電網(wǎng)的整體運(yùn)行狀況，通過瀏覽基于地理信息背景的監(jiān)視圖能夠迅速發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)異常情況，并提供異常信息告警、追溯等功能，便于運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處理電網(wǎng)異常故障。

按照分界面方式設(shè)計(jì)各類電網(wǎng)運(yùn)行狀況全局監(jiān)視子功能，運(yùn)行人員可根據(jù)需要調(diào)用查看各子功能，選擇所關(guān)心的局部區(qū)域，進(jìn)入平臺(tái)設(shè)計(jì)的各類子功能，查看該子功能相關(guān)信息。

若出現(xiàn)電網(wǎng)異常情況，平臺(tái)自動(dòng)彈出相應(yīng)監(jiān)視界面，并發(fā)出相應(yīng)提示，運(yùn)行人員可從全局監(jiān)視界面中點(diǎn)擊選擇相關(guān)區(qū)域，通過彈窗或分屏方式顯示該子功能的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)故障追溯、分析功能。各全局監(jiān)視功能及子功能可自定義，靈活顯示及保存，圖2為電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測主界面。

圖2 電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測

通過對主網(wǎng)線路、變電站等運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測，達(dá)到對主網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測的目的，通過整體電網(wǎng)功能界面可進(jìn)入相應(yīng)的子功能。

3.2 停電管理應(yīng)用

本模塊基于信息交互總線有機(jī)連接配電自動(dòng)化系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)XPMS/PMS、地理信息系統(tǒng)GIS、營銷管理信息系統(tǒng)等配電網(wǎng)相關(guān)系統(tǒng)，通過基于可靠性預(yù)控機(jī)制的計(jì)劃分解，科學(xué)合理的安排停電計(jì)劃，減少重復(fù)停電；通過對故障的準(zhǔn)確定位及研判，快速有效明確停電原因，縮短停電時(shí)間實(shí)現(xiàn)搶修的快速化、安全化、可視化。

3.3 用電能效服務(wù)全方位可視

利用國網(wǎng)營銷管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)等系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)信息，在地理信息圖中顯示電網(wǎng)構(gòu)架和互動(dòng)化營業(yè)廳落點(diǎn)，分析共青城整體用能及重要企業(yè)用能情況；說明互動(dòng)化營業(yè)廳業(yè)務(wù)辦理工作流程及實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)處理信息，統(tǒng)計(jì)評估互動(dòng)化營業(yè)廳運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)及服務(wù)質(zhì)量。

3.4 清潔能源應(yīng)用可視

利用九江地縣一體化調(diào)度系統(tǒng)、光伏發(fā)電管理系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)信息，在共青城地形圖中顯示清潔能源落點(diǎn)分布，清潔能源發(fā)電整體運(yùn)行情況，便于運(yùn)行人員整體掌握、實(shí)時(shí)關(guān)注清潔能源對電網(wǎng)的影響。

3.5 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可視

利用配電自動(dòng)化系統(tǒng)、XPMS/PMS系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)信息，在共青城地形圖中顯示配電線路及電氣設(shè)備整體運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備異常告警信息，并為配網(wǎng)運(yùn)行分析提供輔助數(shù)據(jù)支撐；通過介紹智能電力戶外設(shè)施綜合防盜預(yù)警系統(tǒng)對監(jiān)控范圍內(nèi)配電設(shè)備全方位防護(hù)作用。

3.6 充/換電設(shè)施運(yùn)行監(jiān)視可視

利用電動(dòng)汽車充電設(shè)施綜合監(jiān)控及管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)信息，在共青城地形圖中展現(xiàn)電動(dòng)汽車充電設(shè)施的分布，顯示電動(dòng)汽車充電設(shè)施視頻監(jiān)控信息，各個(gè)充電設(shè)施的設(shè)備狀態(tài)，說明智能電網(wǎng)對電動(dòng)汽車發(fā)展的促進(jìn)作用。

3.7 業(yè)擴(kuò)報(bào)裝輔助分析

基于配電網(wǎng)自動(dòng)化和GIS技術(shù)，以配電網(wǎng)地理信息圖形和現(xiàn)有營銷業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)，依托地理信息技術(shù)，有效整合營銷業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)的信息，根據(jù)客戶業(yè)擴(kuò)報(bào)裝信息，生成簡要的供電方案，同時(shí)對不同方案的可行性進(jìn)行對比分析，實(shí)現(xiàn)信息化供電方案快速制定，實(shí)現(xiàn)業(yè)擴(kuò)報(bào)裝業(yè)務(wù)的智能化提升，提高客戶服務(wù)水平、提升客戶服務(wù)能力，提高營銷管理水平。

3.8 電網(wǎng)三維全景模擬

以三維GIS地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建共青城電力設(shè)施全景分布圖，包括變電站、地下管線走向、設(shè)備周圍環(huán)境等信息，實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)、航拍影像和三維城市配電網(wǎng)場景的三者的無縫集成，如圖3為電網(wǎng)三維GIS模擬界面。

圖3 電網(wǎng)三維GIS模擬界面

同時(shí)，通過數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)裝載、圖形漸進(jìn)描繪、多重細(xì)節(jié)層次和虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)等技術(shù)，在全景分布圖上，可實(shí)現(xiàn)多種新式的三維動(dòng)態(tài)可視化功能，支持界面漫游、多級放大、動(dòng)態(tài)捕捉、精細(xì)測距等，并通過疊加柱狀圖、曲面等三維圖形展現(xiàn)共青城電網(wǎng)的運(yùn)行信息、模擬仿真結(jié)果信息。

4 智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)

1）融合物聯(lián)網(wǎng)信息的配網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化與協(xié)同控制。

利用基于物聯(lián)網(wǎng)的配電設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合配電自動(dòng)化系統(tǒng)等相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)信息，在共青城地形圖中顯示配電線路及電氣設(shè)備的溫度、桿塔傾斜度、水浸等整體運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備異常告警信息。根據(jù)配電設(shè)備溫度等運(yùn)行及告警信息，評估對配網(wǎng)線路運(yùn)行的影響，為配網(wǎng)運(yùn)行方式調(diào)控優(yōu)化提供輔助數(shù)據(jù)支撐，優(yōu)化配網(wǎng)運(yùn)行方式調(diào)度。

2）基于多源信息綜合的配電生產(chǎn)搶修全過程閉環(huán)監(jiān)控。

綜合利用95598、調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化、用電信息采集、故障指示器及人工錄入等多種手段作為故障信息來源，并基于GIS實(shí)現(xiàn)綜合輔助研判及智能故障定位，動(dòng)態(tài)追蹤當(dāng)前用戶的供電電源點(diǎn)，準(zhǔn)確快速實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的查找和定位，縮短用戶停電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自愈及信息發(fā)布，提高供電可靠性，提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。

3）配電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵指標(biāo)集成展示。

集成展示配電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵指標(biāo)，包括供電可靠率（RS-1、RS-2、RS-3）、電壓合格率（綜合、A類、B類、C類、D類）、當(dāng)前配網(wǎng)停電概況（當(dāng)前故障停電電路總數(shù)、當(dāng)前計(jì)劃停電線路總數(shù)、當(dāng)前停電受影響戶數(shù)）；集成展示終端在線率、遙控成功率、DA等配電自動(dòng)化運(yùn)行統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。通過與電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的信息交互，綜合展示包括電流諧波畸變率、電壓波動(dòng)率、三相電電壓及電流的不平衡度和諧波越限告警信息和諧波越限告警記錄等電能質(zhì)量信息。為調(diào)度員掌握配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，合理安排運(yùn)行方式提供全景輔助分析。

4）電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)三維全景展示。

以三維GIS地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建共青城電力設(shè)施全景分布圖，包括變電站、線路、及供電公司周圍環(huán)境等信息，實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)、航拍影像和三維城市配電網(wǎng)場景的三者的無縫集成，綜合展示各業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對輸電線路、智能變電站、配電線路、配網(wǎng)設(shè)備等重點(diǎn)設(shè)施完成針對對象的精細(xì)化建模，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)設(shè)備屬性數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)查詢，動(dòng)態(tài)反映電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。

5）基于融合地理信息及配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的業(yè)擴(kuò)報(bào)裝輔助分析。

以地理信息技術(shù)為基礎(chǔ)，有效整合營銷業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和配電自動(dòng)化系統(tǒng)。結(jié)合營銷系統(tǒng)業(yè)擴(kuò)報(bào)裝工作流程，根據(jù)客戶業(yè)擴(kuò)報(bào)裝信息，基于地理信息、桿塔走向、結(jié)合報(bào)裝客戶類型等信息，分析可行的供電路徑，并根據(jù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息同步計(jì)算配電線路的負(fù)載能力，并利用營銷系統(tǒng)中的報(bào)裝容量等信息，生成供電方案，同時(shí)對不同方案的可行性進(jìn)行對比分析，實(shí)現(xiàn)信息化供電方案快速制定，業(yè)擴(kuò)報(bào)裝業(yè)務(wù)的智能化提升，提高客戶服務(wù)水平、提升客戶服務(wù)能力，提高營銷管理水平。

6）營配調(diào)數(shù)據(jù)集成與貫通。

通過營配貫通，實(shí)現(xiàn)對配變所覆蓋低壓用戶信息的動(dòng)態(tài)抽取和展示，并結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，直觀展現(xiàn)配電網(wǎng)局部區(qū)域的供電能力，為業(yè)擴(kuò)報(bào)裝，及負(fù)荷轉(zhuǎn)供、線路切改提供支持。

7）清潔能源多點(diǎn)接入及綜合智能監(jiān)測。

通過集成調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、光伏發(fā)電管理系統(tǒng)的運(yùn)行管理數(shù)據(jù)，綜合展示光伏、風(fēng)能、小水電落點(diǎn)分布，清潔能源發(fā)電整體運(yùn)行情況，便于運(yùn)行人員整體掌握和實(shí)時(shí)關(guān)注清潔能源對電網(wǎng)的影響。

8）用電能效綜合監(jiān)測。

通過集成營銷管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)等系統(tǒng)中的信息，分析共青城重要用戶用電能效，展示互動(dòng)化營業(yè)廳實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)處理狀態(tài)信息，統(tǒng)計(jì)評估互動(dòng)化營業(yè)廳運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)及服務(wù)質(zhì)量。

9）基于綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的配用電系統(tǒng)碳流分析與展示。

基于綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，采用適應(yīng)于配用電系統(tǒng)的碳流分析技術(shù)，將電力系統(tǒng)潮流與碳排放相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對配用電系統(tǒng)碳排放的可觀和可測，為配用電系統(tǒng)面向低碳的優(yōu)化運(yùn)行提供依據(jù)，面向社會(huì)分析、展示智能電網(wǎng)建設(shè)帶來的低碳減排效益。

5 結(jié)束語

智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)建設(shè)是對各個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一集成，改進(jìn)了現(xiàn)有的各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的功能局限性，通過綜合各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)配電網(wǎng)的全面的展示，有助于電網(wǎng)工作人員更全面、更深入地了解電網(wǎng)運(yùn)行的方方面面及其之間的聯(lián)系，從而為電網(wǎng)的可靠運(yùn)行、高效運(yùn)行和決策水平提供保證，也有助于減少電網(wǎng)的運(yùn)行管理維護(hù)成本。同時(shí)智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)提供綠色能源展示系統(tǒng)，通過綠色能源能量流、運(yùn)行與使用情況，以及減少碳排放的統(tǒng)計(jì)等多方面的可視化，向社會(huì)公眾直觀地感受到智能電網(wǎng)和綠色能源的發(fā)展情況和好處，從而有助于提高公眾的節(jié)能減排的意識(shí)。

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