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        電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)

        2015-09-22 09:47:11楊雷林開偉李澤研何小虎
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2015年9期

        楊雷+林開偉+李澤研+何小虎

        摘 要:中國電梯當(dāng)前的數(shù)量最少在四百萬臺以上,并且每年以10%的速度在不斷增長。但全國從事電梯維保行業(yè)的人員數(shù)量卻沒有相應(yīng)增長。根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》和電梯的安全技術(shù)規(guī)范,電梯維保工作對工作人員的綜合要求相對較高,同時電梯維保工作具有一定的危險性,所以,培養(yǎng)一個合格的維保人員的過程很漫長,因此電梯維保市場長期處于缺乏維保員的狀態(tài)。電梯物聯(lián)網(wǎng)的推出有效解決了這個問題。據(jù)統(tǒng)計,安裝電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)后,可以大大提高維保人員的工作效率,原來一個維保員同時可以維保30臺梯,現(xiàn)在可維保40臺以上。電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工作,需要移動網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù),并且后臺服務(wù)器也需要一定的費用,安裝電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)后還需要按月繳納維護(hù)費,由于該維護(hù)費相對較高,實際情況是,安裝完電梯物聯(lián)網(wǎng)后,很多物業(yè)和維保公司都不愿意出服務(wù)費,這就導(dǎo)致之前的電梯物聯(lián)網(wǎng)都沒能持續(xù)發(fā)展下去。因此,需要設(shè)計一種功能完善但維護(hù)成本低的電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

        關(guān)鍵詞:電梯物聯(lián)網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng);ZigBee;DTU;電力線技術(shù)

        中圖分類號:TP273 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號:2095-1302(2015)09-00-04

        0 ?引 ?言

        隨著中國房地產(chǎn)的迅速發(fā)展和高樓層建筑的不斷涌現(xiàn),電梯的需求數(shù)量也越來越多,因此,電梯和我們的日常生活結(jié)合的越來越緊密。電梯的使用程度很高,幾乎是一天二十四小時持續(xù)運行,因此設(shè)備需定期做保養(yǎng),否則極容易出現(xiàn)事故。由于電梯屬于特種設(shè)備,對其維保的要求自然也會比較特別。根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》和相關(guān)電梯的安全技術(shù)規(guī)范,電梯的維保工作,對相關(guān)人員的綜合要求比較高。

        近些年,電梯維保公司越來越多,彼此間為了拿到保單,競爭異常激烈。很多維保公司都是通過壓縮維保成本的方式跟對手競爭,因此目前電梯維保費用越來越低。據(jù)統(tǒng)計,十年前一臺居民樓電梯每月的維保費用普遍在六百元人民幣以上,然而在十年后物價上漲的今天,電梯的維保費不僅沒有增加,反倒降到300元人民幣以下。試想現(xiàn)在的人力成本如此高,維保費卻這么低,維保公司為了能夠獲取相應(yīng)利潤,要么就增加每個維保員維保的電梯數(shù)量,要么降低電梯維保的質(zhì)量,再或者就是欺騙物業(yè),原本還沒到使用年限的電梯部件,用質(zhì)量差的提前更換掉,這樣會進(jìn)一步增加電梯事故的概率。

        電梯維保員維保的電梯數(shù)太多,會帶來以下幾個問題。首先,《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》規(guī)定,每臺電梯每14天需要保養(yǎng)一次,每次保養(yǎng)時間不小于兩小時,維保員忙不過來,維保工作就沒法認(rèn)真執(zhí)行,這就給今后電梯出現(xiàn)事故留下隱患。其次,由于每個維保員負(fù)責(zé)的電梯數(shù)量太多,導(dǎo)致維保區(qū)域變大,一旦電梯出現(xiàn)事故,搶險時間勢必會被延長,往往一個小的事故最終會變成無法挽救的災(zāi)難。最后,電梯屬于特種設(shè)備,一般人對其都不了解。很多維保公司為了獲取利潤,經(jīng)常更換電梯尚未到達(dá)工作年限的部件,而且會用質(zhì)量差的部件欺騙業(yè)主,這又增加了電梯事故的概率。為了解決上述問題,我們設(shè)計了電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),安裝物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)后,物業(yè)、維保人員及質(zhì)監(jiān)局可在電梯出現(xiàn)事故前對其進(jìn)行預(yù)防。安裝電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)后,維保人員平時無需去現(xiàn)場,在家里通過網(wǎng)絡(luò)即可觀測電梯的運行情況,到更換時會通知物業(yè)、維保及質(zhì)監(jiān)局。同時《電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)平臺》也會給出各個型號的電梯部件的市場價格作為參照。

        電梯物聯(lián)網(wǎng)運行也需要維護(hù)成本,相比而言,之前的電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)服務(wù)費相對較高。很多地方的業(yè)主認(rèn)為維保的費用應(yīng)由物業(yè)承擔(dān),但短時間內(nèi),有些物業(yè)還沒感覺到電梯物聯(lián)網(wǎng)的好處,因此不愿意出服務(wù)費。傳統(tǒng)的電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)最終都因為沒人愿意出服務(wù)費而無法安裝。電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)的最大優(yōu)勢就是系統(tǒng)成本和后期服務(wù)費比其他物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)低很多,這在很大程度上使電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能長期被使用。

        1 ?傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)

        1.1 ?傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)架構(gòu)

        傳統(tǒng)的電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)我們稱之為單節(jié)點電梯物聯(lián)網(wǎng),單結(jié)點電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)基本由電梯信息采集器、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、云服務(wù)器、應(yīng)用軟件組成。

        對于圖1所示架構(gòu)的電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng),每臺電梯都是一個獨立的網(wǎng)絡(luò)接入點。該系統(tǒng)的優(yōu)點就是系統(tǒng)運行穩(wěn)定性高、傳輸數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)傳輸速率快、單臺物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)故障不會影響其他電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的使用等。雖然單結(jié)點電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有著諸多優(yōu)點,但這種電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)架構(gòu)的缺點也很明顯,比如說該系統(tǒng)的硬件成本很高,每臺電梯都需要配一張SIM卡和一個移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。同樣是1 000臺電梯加裝物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),該系統(tǒng)的硬件成本、移動網(wǎng)服務(wù)費、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器運營成本等都高很多。

        圖1 ?單結(jié)點電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)圖

        1.2 ?傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)存在的缺點

        傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)主要存在以下缺點:

        (1)傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要是以單棟樓、單臺梯為單元的電梯網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng),并未將各種信息通過網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)電梯原廠、質(zhì)監(jiān)局、物業(yè)及維保公司之間的共享;

        (2)一般每臺電梯都需要一個移動上網(wǎng)設(shè)備,每個移動設(shè)備需要一張SIM卡,因此設(shè)備的硬件成本和移動網(wǎng)服務(wù)費都比較高;

        (3)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器費用比較高,在傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中,每臺電梯都是一個入網(wǎng)設(shè)備,因此一萬臺電梯裝上物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就需要支撐一萬個接入點的服務(wù)器。但是電梯的運行數(shù)據(jù)量比較小,這種方式對服務(wù)器資源的利用不是很合理;

        (4)當(dāng)電梯物聯(lián)網(wǎng)需要更新公告時,需要以每臺電梯為單位挨個更新,同樣是更新一個小區(qū)的公告信息,傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)要花費更多時間;

        (5)通常,傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)無法顯示電梯的運行狀態(tài)等信息,僅僅播放一些廣告,支持一些簡單的報警信息。

        1.3 ?傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)組件

        傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)組件見表1所列。

        表1 ?傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)組件

        小區(qū)有50臺電梯 組件名稱 數(shù) ? ?量

        1 SIM卡月租費 50張SIM卡的月租費用

        2 上網(wǎng)設(shè)備 50臺上網(wǎng)設(shè)備

        3 服務(wù)器費用 支持50臺接入點的服務(wù)器容量

        4 SIM卡流量費 50張SIM卡的流量費

        2 ?電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

        電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是新設(shè)計的一種電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),該系統(tǒng)最大的特點是以小區(qū)為單元,采用ZigBee技術(shù)實現(xiàn)無線局域網(wǎng)組網(wǎng),先將小區(qū)所有電梯組成一個局域網(wǎng)。局域網(wǎng)中,由一個網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)收集小區(qū)其他電梯的數(shù)據(jù),其他電梯作為結(jié)點。網(wǎng)關(guān)再通過DTU(Data Transfer Unit)設(shè)備,將這些數(shù)據(jù)上傳至物聯(lián)網(wǎng)后臺服務(wù)器。

        2.1 ?星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

        目前DTU設(shè)備價格是非常貴的,大約在500元人民幣左右,并且在當(dāng)前中國市場上,一般SIM卡都是按月收月租費的,對DTU來說,它傳送數(shù)據(jù)的帶寬主要取決于SIM卡的帶寬。經(jīng)過計算,一個DTU在SIM卡套餐選擇合適的情況下可同時傳送多達(dá)50臺電梯的運行參數(shù)。因此給傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)每個結(jié)點配一個DTU設(shè)備的應(yīng)用對資源是一種浪費。

        為了解決傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)存在的成本高、維護(hù)不方便等問題,我們設(shè)計了一種電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),該電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用小區(qū)組網(wǎng)的方式,先將小區(qū)各電梯的數(shù)據(jù)采集器(結(jié)點)通過ZigBee(無線射頻)技術(shù)組成一個局域網(wǎng)。該局域網(wǎng)由一臺設(shè)備收集所有結(jié)點的信息,這個設(shè)備稱為網(wǎng)關(guān),然后網(wǎng)關(guān)將整個小區(qū)電梯的運行數(shù)據(jù)通過DTU發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。這種架構(gòu)的電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),每個小區(qū)可能只需要一臺DTU設(shè)備和一張SIM卡,硬件成本上降低了很多。新的電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在安裝時以小區(qū)為單位,安裝過程比傳統(tǒng)電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)簡單,這就是電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

        圖2 ?電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

        2.2 ?星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)點

        2.2.1 ?電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)廣播公告

        當(dāng)前的建筑以高層居多,去年國家要求六層及以上的建筑必須加裝電梯,因此電梯的數(shù)量今后將越來越多。并且當(dāng)前大多數(shù)公共場所的建筑都安裝了電梯,這給我們的生活帶來了極大的便利。電梯就像地鐵、公交一樣,已經(jīng)和我們的生活密不可分。

        電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)顯示器通過WiFi、電力線等方式,可以和電梯物聯(lián)網(wǎng)后臺服務(wù)器連接,因此,可以利用電梯轎廂傳播信息。比如,小區(qū)物業(yè)或者政府需要給居民發(fā)公告,可通過電梯轎廂的物聯(lián)網(wǎng)顯示器通知業(yè)主。再比如,在一個大商場里,如果你急著要找一個人,商場物業(yè)也可利用電梯轎廂發(fā)送尋人公告。電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)顯示器的內(nèi)容如圖3所示。

        圖3 ?電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)顯示器的顯示內(nèi)容

        2.2.2 ?電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組件

        電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組件如表2所列。

        表2 ?電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組件

        小區(qū)50臺電梯 組件名稱 數(shù)量

        1 SIM卡月租費 1張卡的月租費用

        2 上網(wǎng)設(shè)備 1臺上網(wǎng)設(shè)備

        3 服務(wù)器費用 支持1臺接入點的服務(wù)器容量

        4 SIM卡流量費 1張SIM卡的流量費

        2.2.3 ?電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)的顯示內(nèi)容

        當(dāng)前市場上電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)大概可分為兩種,第一種,所謂的電梯物聯(lián)網(wǎng)其實就是電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),可通過網(wǎng)絡(luò)對電梯進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,但這種系統(tǒng)成本都很高,且后期都因高昂的服務(wù)費而發(fā)展不下去。第二種,電梯物聯(lián)網(wǎng)僅僅是一個廣告播放器,顯示器上僅增加了語音對講和一些簡單的安撫功能而已。這種物聯(lián)網(wǎng)廣告顯示內(nèi)容單一,除了廣告幾乎沒什么其他的作用。并且該類型電梯物聯(lián)網(wǎng)傳媒系統(tǒng)和第一種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一樣,都面臨硬件成本高、服務(wù)器費用高、流量費高和月租費高等問題。

        而電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可通過低成本方式實現(xiàn)上述物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的所有功能,同時多媒體顯示器也可顯示電梯的運行狀態(tài)、當(dāng)前的天氣狀況、時間和新聞資訊等信息。如圖4所示。

        圖4 ?電梯物聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)顯示

        2.2.4 ?電梯物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量

        和其他電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相比,電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)最大的優(yōu)點就是有效利用了數(shù)據(jù)流量。通常情況下,電梯物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送給后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)量相對較小,據(jù)統(tǒng)計,在物聯(lián)網(wǎng)平臺對一臺電梯進(jìn)行實時監(jiān)控時,每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)約為200b/s。如果DTU采用心跳包機(jī)制,在不監(jiān)控電梯時幾乎沒有流量產(chǎn)生。我們通過對宏電H7210的2G版DTU做帶寬測試,該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上下行的實測數(shù)據(jù)為35 Kb/s左右,計算下來,用一臺DTU設(shè)備(H7210)同時對50臺電梯監(jiān)控,傳輸速率基本可滿足需求。即便電梯物聯(lián)網(wǎng)采用了多媒體顯示器,因該信息以圖片為主,圖片的數(shù)據(jù)量較小,一般每幅圖片只有幾十KB,而且圖片幾周才更新一次,因此電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)仍然滿足要求。

        3 ?關(guān)鍵技術(shù)分析

        3.1 ?ZigBee無線技術(shù)

        ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。ZigBee是一種可靠性高的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò),類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75米到幾百米、幾公里,并且支持無限擴(kuò)展。ZigBee是一個由可多到65 000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺,在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信,并且每個結(jié)點均可支持中繼器功能。

        ZigBee 射頻產(chǎn)品工作在IEEE802.15.4 的PHY 上,其頻段是免費開放的,分別為2.4 GHz(全球)、915 MHz(美國)和868 MHz(歐洲)。各頻段的傳輸速率如圖5所示。

        圖5 ?ZigBee 射頻電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)各頻段的傳輸速率

        由圖5可以知道,在電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為各結(jié)點的通訊選擇2.4 GHz的ZigBee方案,結(jié)點之間通訊的波特率最大為250 Kb/s。

        前面已經(jīng)提到,當(dāng)一個小區(qū)有50臺電梯,先通過局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù),將所有電梯數(shù)據(jù)匯總到網(wǎng)關(guān),再通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)平臺。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平臺對其所有電梯監(jiān)控時,需要的傳輸速率不超過35 Kb/s。因此采用ZigBee無線技術(shù)實現(xiàn)小區(qū)電梯局域網(wǎng)組網(wǎng),從數(shù)據(jù)傳輸速率上講是滿足的。

        電梯機(jī)房一般都在樓頂,每臺電梯的監(jiān)控結(jié)點一般都安裝在機(jī)房,同一個小區(qū),樓的高度、距離以及建筑風(fēng)格有可能都不一致,這會使得無線信號的傳輸遇到衰減。ZigBee模塊目前加了信號放大器后,最大傳輸距離可達(dá)到一公里以上,再加上ZigBee的每個結(jié)點都支持中繼功能,當(dāng)兩棟樓由于距離遠(yuǎn)而無法通訊時,可在建筑中間增加中繼器。因此從傳輸距離上講,ZigBee無線技術(shù)用在電梯物聯(lián)網(wǎng)中也是很合適的。

        3.2 ?電力線載波通信技術(shù)

        電力線載波通信(Power Line Communication,PLC)是利用高壓電力線(通常情況下是指35 kV及以上電壓等級)、中壓電力線(指10 kV電壓等級)或低壓配電線(380/220 V)用戶線作為信息傳輸媒介,通過載波的方式將模擬或者數(shù)字信號在電力線上進(jìn)行高速傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。

        電力線載波通訊方式最大的優(yōu)點就是通訊直接利用現(xiàn)有電力線,無需重新布線,可以節(jié)約線纜的成本和布線浪費的人力成本。尤其是對一些特殊行業(yè),接線環(huán)境很惡略,重新布線非常困難,如煤礦里面增加的通訊設(shè)備,此時如果重新布線,實現(xiàn)起來是非常困難的,而且成本也會很高。同時,電力線載波通訊的理論傳輸距離非常遠(yuǎn),并且傳輸速率很高。

        上文講過,電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)廣告顯示器是安裝在電梯轎廂里面,然而廣告數(shù)據(jù)是從機(jī)房傳輸下來的。圖6為電梯控制系統(tǒng)框圖,想實現(xiàn)廣告數(shù)據(jù)從機(jī)房到轎廂的傳輸,方法只有兩種:要么在電梯井道中安裝無線傳輸設(shè)備,要么就在機(jī)房和井道中重新布信號線。這兩種方式都需要耗費大量的人工成本,并且外部的硬件成本也比較高。然而電梯系統(tǒng)要求,每臺電梯的井道中都需要布置AC 220 V電力線做井道照明用,因此電梯機(jī)房到轎廂的廣告數(shù)據(jù)傳輸采用電力線載波通訊最合適不過。采用電力線載波通訊技術(shù),即可利用當(dāng)前電梯井道的資源,并且安裝要方便許多。

        4 ?結(jié) ?語

        電梯物聯(lián)網(wǎng)可將電梯的信息共享給物業(yè)、維保、電梯廠以及質(zhì)監(jiān)局,這些單位可在電梯出問題的第一時間得到故障信息,甚至可通過電梯物聯(lián)網(wǎng)平臺防患于未然,在電梯發(fā)生故障前將事故避免。由于電梯行業(yè)比較特殊,物業(yè)覺得既然他們出了維保費,電梯就不應(yīng)該有問題,即便出了問題也應(yīng)由維保公司承擔(dān)。但當(dāng)前電梯維保行業(yè)競爭太激烈,導(dǎo)致各個維保公司都通過降低維保費用的方式去爭得保單,他們的心態(tài)是享受電梯物聯(lián)網(wǎng)帶來的便利是應(yīng)該,這個功能的費用不應(yīng)該由他們承擔(dān),也不愿意出電梯物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)費。電梯星辰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)擁有其他物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的所有功能,同時,該系統(tǒng)硬件成本和維護(hù)費用也比其他電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)低很多。

        參考文獻(xiàn)

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