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        陜西省城市人居環(huán)境質量的時空差異

        2017-03-27 10:14:16楊海娟羅佳麗
        水土保持通報 2017年1期
        關鍵詞:耦合度環(huán)境質量人居

        徐 納, 楊海娟, 羅佳麗

        (西北大學 城市與環(huán)境學院, 陜西 西安 710127)

        陜西省城市人居環(huán)境質量的時空差異

        徐 納, 楊海娟, 羅佳麗

        (西北大學 城市與環(huán)境學院, 陜西 西安 710127)

        [目的] 對陜西省10個地市2003—2013年的城市人居環(huán)境進行研究,為該省城市人居環(huán)境質量提升和城市可持續(xù)健康發(fā)展提供理論參考。[方法] 以陜西省的10個地市為研究對象,建立人居環(huán)境質量評價體系,利用耦合協調度模型對4個子系統的耦合協調度進行測量,分析陜西省2003—2013年10個城市人居環(huán)境質量的時空變化差異。[結果] (1) 2003—2013年陜西省人居環(huán)境質量呈現總體上升、局部下降的趨勢。(2) 陜西省城市人居環(huán)境質量在空間上分布不均衡,關中平原城市人居環(huán)境質量較陜南地區(qū)高。(3) 從耦合協調度來看,各市人居環(huán)境4個子系統的耦合度和耦合協調度變化趨勢基本呈上升趨勢,但耦合協調度較耦合度而言具有一定的滯后性。[結論] 陜西省各個城市人居環(huán)境發(fā)展不均衡,省會城市及其周邊城市發(fā)展較好,陜南地區(qū)城市人居環(huán)境發(fā)展較慢,今后更應注意各個城市之間人居環(huán)境的協調發(fā)展。

        人居環(huán)境質量; 熵值法; 耦合協調度

        文獻參數: 徐納, 楊海娟, 羅佳麗.陜西省城市人居環(huán)境質量的時空差異[J].水土保持通報,2017,37(1):341-347.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.060; Xu Na, Yang HaiJuan, Luo Jiali. Spatial-temporal differences of urban human settlements environment quality in Shaanxi Province[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1):341-347.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.060

        近些年來,隨著改革開放進程的加快,中國無論是在經濟發(fā)展還是城市建設方面都取得了巨大的進步,但這在很大程度上是以生態(tài)環(huán)境破壞和環(huán)境污染為代價。隨著社會的發(fā)展,可持續(xù)和綠色發(fā)展將成為新時期城市建設的導向。所以研究城市人居環(huán)境問題對提升居民生活質量,促進“智慧城市”、“田園城市”等的建設具有重大意義。

        20世紀50年代,道薩迪亞斯提出“人類聚居學”理論,人居環(huán)境科學應運而生[1]。國內學者吳良鏞最早在1990年提倡建立人居環(huán)境科學,認為人居環(huán)境是人類聚居生活的地方,由自然系統、人類系統、社會系統、居住系統和支撐系統等5個系統組成[2]。在1996年召開的第二屆聯合國人類住區(qū)會議上,提出了綱領性文件《人居環(huán)境議程》,并要求在世界上建設健康、安全、公正和可持續(xù)的城市[3]。由此人居環(huán)境質量問題成為研究的焦點。

        顧文選等提出從社會文明、經濟富裕、環(huán)境優(yōu)美、資源承載、生活便利和公共安全6個方面來評價城市是否宜居[4];張文忠[5]則從城市安全性、環(huán)境健康性、生活方便性、出行便利性和居住舒適性5個方面,研究城市的宜居性。學者們對居民生活質量的研究采用的分析方法有模糊綜合評價法、要素分析法、因子分析法、變異系數法和距離綜合評估法等[6-12]。

        近些年來新技術新方法開始運用到人居環(huán)境研究中。張亮等[13]在對安徽城市居民生活質量評價時引入ESDA空間計量分析方法。研究尺度從大到小,李雪銘等[14]從國家級層面構建了城市人居環(huán)境質量綜合評價指標體系,運用熵值法對中國286個地級以上城市的人居環(huán)境質量特征與時空差異變化進行分析。李伯華等[15]從區(qū)域層面,對長株潭城市群人居環(huán)境空間差異性演變進行研究。李帥等[16]等基于層次分析法和熵權法,從城市層面對寧夏城市人居環(huán)境質量進行評價。朱彬等[17]從鄉(xiāng)村層面運用熵值法及空間分析方法對江蘇省鄉(xiāng)村人居環(huán)境質量評價及空間格局分析。研究視角多元化,有學者從旅游視角[18]、房地產開發(fā)視角[19],對城市的適宜度進行評價。

        人居環(huán)境這個復雜的系統中,各個子系統并不是獨立的,它們之間相互作用,相互影響。各個子系統之間的耦合度是否協調,可以在很大程度上反映一個城市發(fā)展是否健康和可持續(xù)?,F有研究中有關城市人居環(huán)境質量系統中各個子系統的耦合協調性的文章較少,本文擬選取陜西省10個地級城市,從4個方面構建城市人居環(huán)境質量評價體系,從時間序列和空間序列評價陜西省人居環(huán)境質量,并且引入耦合協調度模型,深入研究人居環(huán)境4個子系統的耦合協調度的時空變化情況,以期為陜西省城市人居環(huán)境質量提升和城市可持續(xù)健康發(fā)展提供理論引導和決策依據。

        1 研究區(qū)概況

        陜西省位于中國內陸中心位置,東經105°29′—111°15′,北緯31°42′—39°35′。東鄰山西、河南,西連寧夏、甘肅,南抵四川、重慶、湖北,北接內蒙古,居于連接中國東、中部地區(qū)和西北、西南的重要位置。全省土地面積為2.056×105km2,占全國土地面積的2.1%。全省有10個地級市,分別是西安市、銅川市、寶雞市、咸陽市、渭南市、延安市、漢中市、榆林市、安康市和商洛市。

        2 數據和方法

        2.1 數據來源和指標體系構建

        2.1.1 數據來源 本文以陜西省的10個地級市為研究對象,數據來源于2003—2013年的《中國城市統計年鑒》和2003—2013年《陜西統計年鑒》。

        2.1.2 指標體系的構建 城市人居環(huán)境是一個由多方面組成的復雜系統,涉及經濟、社會、文化、生態(tài)環(huán)境等多個方面。對城市人居環(huán)境質量的評價既要反映城市建設的外在,即城市環(huán)境是否改善,又要反映人居環(huán)境的內在,即人們的生活質量是否提升。

        本文遵循全面性、針對性、可比性、可操作性和以人為本等原則,根據已有的評價指標體系[14],并結合陜西省各地級市的實際情況,從社會經濟環(huán)境、居住環(huán)境、基礎設施和公共服務環(huán)境及生態(tài)環(huán)境4個方面,建立人居環(huán)境評價指標體系(見表1)。

        2.2 研究方法

        2.2.1 指標的無量綱化 由于指標體系中存在量綱以及數量級大小的差異,本文采用極差標準化方法對指標進行標準化以排除量綱的差別。

        (1)

        (2)

        式中:xij,Xij——第i年第j個指標的原數值和標準化后的數值; maxxij,minxij——xij所在序列的最大值和最小值。

        2.2.2 指標權重的確定和城市人居環(huán)境質量計算模型 指標權重的確定方法有很多,為了較準確地確定權重,避免主觀的臆斷,本文采用熵值法確定城市人居環(huán)境評價體系的指標權重。信息論中的熵值理論反映了信息的無序化程度,既可用來評定信息量的大小,又可用來評價各指標的有序性及其效用,即由評價指標值構成的判斷矩陣確定各評價指標權重[17]。熵值法確定權重的計算過程如下:

        (1) 計算指標Xij的比重Pij,公式為:

        (i=1,2,3,…,n;j=1,2,3,…,m)

        (3)

        式中:Pij——第i年第j個指標所占比重。下同。

        (2) 計算第j項指標的熵值ej,公式為:

        (i=1,2,3…n;j=1,2,3…m)

        (4)

        (3) 計算第j屬性下各方案貢獻度的一致性程度dj:

        dj=1-ej

        (5)

        式中:wj——第j項指標的權重;dj——第j屬性下各方案貢獻度的一致性程度;ej——第j項指標的熵值。下同。

        (4) 計算指標的權重wj,計算公式為:

        (6)

        (5) 最后,利用公式,計算第i個城市第j個指標的城市人居環(huán)境質量Rij。

        (7)

        根據公式(3)—(6)可以計算出人居環(huán)境系統中各個方面的權重,結果見表1。社會經濟環(huán)境,居住環(huán)境,基礎設施和公共服務環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境各系統的權重分別0.197 6,0.190 6,0.431 7,0.180 1。

        接下來根據公式(7)求出陜西省10個城市的人居環(huán)境質量。

        2.2.3 耦合協調度模型 耦合度最初屬于物理學概念,是指存在兩個及以上的系統或運動形式通過相互之間的作用而導致彼此影響的現象[20]。人居環(huán)境中社會經濟環(huán)境、居住環(huán)境、基礎設施和公共服務及生態(tài)環(huán)境4個系統是有機統一體,4個子系統之間相互作用、相互影響、相互促進的程度反映了協調發(fā)展的程度,可以借鑒耦合度模型[21],構建如下公式:

        C={u1u2u3u4/〔(u1+u2+u3+u4)/4〕4}

        (8)

        式中:u1,u2,u3,u4——指社會經濟環(huán)境、居住環(huán)境、基礎設施和公共服務環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境4個子系統對人居環(huán)境質量的綜合效用。

        耦合度C∈[0,1],參照已有研究成果[22],將耦合度劃分為6種類型: ① 3個子系統無關狀態(tài)且無序發(fā)展(C=0); ② 低水平耦合階段(C∈(0,0.3]); ③ 拮抗階段(C∈(0.3,0.5]); ④ 磨合階段(C∈(0.5,0.8]); ⑤ 高水平耦合(C∈(0.8,1.0]); ⑥ 3個子系統處于良性共振耦合且有序發(fā)展狀態(tài)(C=1.0)。耦合度反應的是一個系統內各個子系統發(fā)展的相互作用程度,有些子系統之間相互影響很強,但是發(fā)展水平較低。而耦合協調度可以反應出一個系統內各個子系統的協調發(fā)展程度,所以引入耦合協調度模型來更好地評價經濟環(huán)境、居住環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、基礎設施和公共服務環(huán)境4個系統之間的耦合協調程度,耦合協調度模型見下式:

        (9)

        T=au1+bu2+cu3+du4

        (10)

        式中:D——耦合協調度,代表4個子系統協調發(fā)展程度;C——耦合度;T——人居環(huán)境質量綜合評價值。由于T一般取值為T∈(0,1]。所以D∈(0,1]。參考相關研究成果[22],本文將D分為4種類型,即低水平協調耦合(D∈(0,0.4]),中度協調耦合(D∈(0.4,0.5]),高水平協調耦合(D∈(0.5,0.8])和極度協調耦合(D∈(0.8,1])。a,b,c,d為待定參數,為了客觀公正,選取各個子系統的權重a=0.191,b=0.432,c=0.180,d=0.198。

        3 結果分析

        根據上述指標體系和計算公式得出2003—2013年陜西省10個地級市的人居環(huán)境質量計算結果(結果經過歸一化處理)和城市人居環(huán)境中4個子系統的耦合協調度,在此基礎上對陜西省10個地級城市人居環(huán)境質量進行評價。

        3.1 陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量時序特征

        陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量呈現以下3個特征: ① 陜西省10個地級市人居環(huán)境質量總體上升,局部下降(圖1)。如2008年西安市和延安市以及2004年漢中市人居環(huán)境質量稍有下降。人居環(huán)境質量總體上升說明在城市建設中,人民生活質量不斷改善,而局部波動恰恰說明了各地市人居環(huán)境建設尚處于摸索階段,仍面臨諸多困難。② 從結構來看,共同拉動人居環(huán)境質量上升的主要因素是基礎設施和公共服務環(huán)境以及經濟環(huán)境,這說明經濟環(huán)境和基礎設施對于人居環(huán)境質量的提高貢獻較大,也說明2003—2013年城市人居環(huán)境質量的上升主要表現為形式上的提升,人居環(huán)境質量的內在需要更多的關注; ③ 人居環(huán)境質量的變化量說明陜西省各個城市人居環(huán)境發(fā)展速度不同,陜西省各地市人居環(huán)境質量提升速度地域差異顯著(圖2)。

        2003—2013年,10個城市人居環(huán)境質量均有提高,西安市人居環(huán)境質量提高幅度最大,這是由于西安是省會城市,城市各方面的發(fā)展條件優(yōu)越。其次是榆林市,榆林近十年來依靠煤炭產業(yè)優(yōu)勢,經濟發(fā)展較快,同時很大程度上拉動人居環(huán)境等基礎設施建設。接下來的是渭南市、延安市、咸陽市、寶雞市、漢中市、安康市、銅川市和商洛市,分別提高了0.374,0.311,0.250,0.225,0.220,0.162,0.155,0.102,0.099,0.069(均一化值,表2)。

        圖2 2003—2013年10個市人居環(huán)境質量變化量

        3.2 陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量空間分布特征

        通過分析2003—2013年城市人居環(huán)境質量指標,考慮實際空間格局分布數據需求和數據質量,選擇2003,2007,2011,2013年4個年度為代表,進行陜西省城市人居環(huán)境質量空間分布特征研究。由于各市城市人居環(huán)境質量整體呈上升趨勢,但在不同時間段變化趨勢有一定差異,故將10個城市在不同年份的人居環(huán)境質量按照自然斷裂點法分為高中低3個等級,得出全省人居環(huán)境質量演變示意圖(圖3),以此分析10個地市城市人居環(huán)境質量的空間差異。

        圖3 2003,2007,2011,2013年陜西省人居環(huán)境質量分布

        2003年人居環(huán)境質量處于較高等級的是西安、咸陽和寶雞3個市,處于中等水平的是延安市、銅川市和漢中市,人居環(huán)境質量偏低的是榆林、渭南、安康和商洛4個市。在2007年,銅川市的人居環(huán)境質量下降到低等級。其他城市人居環(huán)境質量排名不變。在2011年,寶雞市人居環(huán)境下降到中等級別,銅川市、榆林市和渭南市人居質量上升到中等級別。2013年,寶雞市人居環(huán)境質量又上升到高等級別,銅川市人居環(huán)境質量又下降到低等級別。其余城市人居環(huán)境質量排名不變(圖3)。

        從上面4個年份的人居環(huán)境質量排名中可以看出西安市和咸陽市的人居環(huán)境質量一直較高,而商洛市和安康市的人居環(huán)境質量在10個市中排名最后。其余6市的人居環(huán)境質量基本處于中等水平。分析原因可知,西安市人居環(huán)境質量得分高的原因是西安市是陜西省的政治、社會、經濟和文化中心,交通路網發(fā)達,人居環(huán)境建設具有很大的優(yōu)勢,并且一直是城市化建設的重點區(qū)域。咸陽市位于中部,毗鄰西安,與其他城市的經濟聯系密切,近年來,由于西咸新區(qū)的建設,政府政策的大力支持,引進大量人才,所以咸陽市不論從經濟環(huán)境,基礎設施方面都有很大提高。商洛市和安康市位于秦嶺以南,地勢不平,交通不便,人居環(huán)境建設進程相對較慢??偟膩碚f,陜西省城市人居環(huán)境質量在空間分布上呈現不均衡性,關中平原區(qū)位條件優(yōu)越,是陜西省人口和經濟要素的集聚區(qū),城市服務體系較完備,人居環(huán)境質量普遍較高。陜北和陜南地區(qū)的地理位置和地形條件不及關中平原優(yōu)越,所以城市人居環(huán)境質量偏低。

        3.3 陜西省2003—2013年10個地級城市的人居環(huán)境質量耦合協調度分析

        3.3.1 陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量耦合協調度時序特征 利用公式計算出陜西省10個城市2003—2013年系統耦合度和耦合協調度(詳見圖4—5)。

        圖4 陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量的耦合度

        圖5 陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量的耦合協調度

        從圖4—5中可以看出: ① 2003—2013年耦合度和耦合協調度變化趨勢基本相同,都呈上升趨勢,表明人居環(huán)境質量4個子系統彼此相互作用程度不斷加強,而且協調性也在不斷增強; ② 耦合度值從2003年的0.444上升到2013年的0.985,經歷了拮抗階段,磨合階段和系統良性耦合階段。耦合協調度值從2003年的0.126上升到2013年的0.449,處于低水平耦合協調和中度耦合協調階段,但整體協調效果已經開始出現。耦合度說明陜西省城市人居環(huán)境質量處于中等偏上的階段,但是個別地區(qū)離高水平耦合且有序協調發(fā)展還有較大的距離; ③ 從變化過程來看,10個地市的耦合度值處于拮抗階段和高水平耦合階段;耦合協調度值處于低度耦合協調和中度耦合協調,與耦合度相比,沒有出現高水平協調階段,所以耦合度的值比耦合協調度理想。

        這表明人居環(huán)境質量耦合性的強度大于內部協調性,既反映了政府在人居環(huán)境建設中所做的貢獻,同時也說明在建設過程中4個子系統之間的協調性仍有待加強。

        3.3.2 陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量耦合協調度空間特征 為了全面地反映耦合度和耦合協調度的時空變化,對陜西省10個城市10個年份的耦合度和耦合協調度進行組合分類(表2)。可以看出: ① 陜西省耦合協調度較耦合度有一定的滯后性。西安市和寶雞市同屬于高水平耦合,其耦合協調度卻屬中度協調耦合。耦合協調度的空間分布與耦合度分布特征基本相似,高、低值區(qū)的空間分布差異主要受到經濟社會發(fā)展水平、城市發(fā)展等因素制約。 ② 10個城市10個年份中同時屬于低水平協調耦合區(qū)為商洛市和安康市,屬于中耦合中協調區(qū)為西安市和寶雞市。其他6個市的耦合協調類型出現了由低級類型向中級類型轉變的不同組合。 ③ 從組合類型空間分布上來看,目前沒有出現高度協調耦合的地區(qū),低耦合低協調區(qū)集中分布在陜南地區(qū),中度協調耦合區(qū)主要分布在關中平原,其它不同組合類型則集中于中度協調耦合區(qū)外圍。

        陜西省從南到北呈現出低—高—較低—較高的空間分布,高人居環(huán)境質量區(qū)主要分布于省會城市以及周邊城市。

        表2 陜西省2003—2013年10個城市人居環(huán)境質量的耦合度和耦合協調度

        注:O為耦合度; OX為耦合協調度; M為磨合階段; ZX中度協調耦合階段; DO為低水平協調階段; GO為高水平耦合階段。

        4 結論與討論

        (1) 陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量時序特征:從總體上看,陜西省大部分城市人居環(huán)境質量總體上升,局部下降;從結構上看,共同拉動人居環(huán)境質量總體上升的主要是基礎設施和公共服務環(huán)境以及經濟環(huán)境,生態(tài)環(huán)境和居住環(huán)境的貢獻較??;從發(fā)展速度上看,陜西省10個城市人居環(huán)境質量提升速度地域差異較大,2003—2013年,西安市人居環(huán)境質量提升最多,榆林市和渭南市次之。

        (2) 陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量空間分布特征:位于關中平原地區(qū)的西安市和咸陽市,地理位置優(yōu)越,地形平坦,交通便利,人居環(huán)境質量較高。而位于陜南山區(qū)的商洛市和安康市,受地形條件制約,發(fā)展條件受限制,人居環(huán)境質量一直是排在最后兩位。榆林市、渭南市、延安市、寶雞市、漢中市和銅川市發(fā)展條件一般,人居環(huán)境質量排名不穩(wěn)定,居于中間。上述人居環(huán)境質量空間分布格局跟城市的發(fā)展實力在一定程度上存在相似性,基本符合現實情況。

        (3) 陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量耦合協調度時序特征:從總體看,2003—2013年耦合度和耦合協調度變化趨勢基本相同,呈上升趨勢;從發(fā)展階段來看,耦合度值從2003年的0.444上升到2013年的0.985,經歷了拮抗階段,磨合階段和系統良性耦合階段。耦合協調度值從2003年的0.126上升到2013年的0.449,處于低水平耦合協調和中度耦合協調階段,整體協調效果已開始出現;從變化過程來看,10個地市的耦合度值處于拮抗階段和高水平耦合階段;耦合協調度值處于低度耦合協調和處于中度耦合協調,與耦合度相比,沒有出現高水平協調階段,所以耦合度的值比耦合協調度理想。

        (4) 陜西省2003—2013年城市人居環(huán)境質量耦合協調度空間分布特征:陜西省耦合協調度較耦合度來講,有一定的滯后性。西安市和寶雞市同屬于高水平耦合,其耦合協調度卻屬中度協調耦合;10個市10個年份中同時屬于低水平協調耦合區(qū)的有2個,商洛市和安康市,屬于中耦合中協調區(qū)的有2個,西安市和寶雞市。其他6個市的耦合協調類型出現了由低級類型向中級類型轉變的不同組合;從空間分布上來看,目前沒有出現高度協調耦合的地區(qū),低耦合低協調區(qū)集中分布在陜南地區(qū),中度協調耦合區(qū)主要分布在關中平原,其它不同組合類型則集中于中度協調耦合區(qū)外圍。陜西省從南到北呈現出低—高—較低—較高的空間分布。

        該研究對于城市發(fā)展規(guī)劃,人居環(huán)境的建設以及城市間協調發(fā)展具有十分重要的理論和實踐意義。但是本文尚存在以下不足: ① 人居環(huán)境質量的體驗主體是人,本文客觀的評價了陜西省10個地市的人居環(huán)境質量,忽視人的主觀感受,所以實地走訪城市居民,從居民中獲得一手資料,對于城市人居環(huán)境方案的設計具有重要意義; ② 本文是基于城市尺度,未來的研究可以考慮基于居住社區(qū),或以街道為單位研究。

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        Spatial-temporal Differences of Urban Human Settlements Environment Quality in Shaanxi Province

        XU Na, YANG Haijuan, LUO Jiali

        (SchoolofCityandEnvironment,NorthwestUniversity,Xi’an,Shaanxi710127,China)

        [Objective] The study aims to evaluate the urban human settlements environment in Shannxi Province and provide a theoretical support for improving urban living environment quality and sustainable development of cities. [Methods] Taking 10 cities of Shaanxi Province as cases, we developed an evaluation system for living environment quality, and used the coupling coordination degree model to analyze the coupling coordination degree in the four subsystems, studied the temporal and spatial variations in human settlement environment in 10 cities from 2003 to 2013 in Shaanxi Province.[Results] (1) In general, the living environment quality was increasing but falling in some local areas from 2003 to 2013. (2) The quality of urban human settlements environment was spatially uneven. It was higher in Guanzhong plain while it was lower in Southern Shaanxi Province. (3) In terms of coupling coordination degree, the coupling coordination degree and coupling degree in the four subsystems of the living environment had increased but the coupling coordination degree was lagging behind the coupling degree. [Conclusion] The development of urban human settlements environment is uneven in Shaanxi Province, the provincial capital city and its neighboring urban area developed well, while urban human settlements environment developed slowly in Southern Shaanxi Province. More attention should be paid to the balanced development across different cities.

        human settlements environment; entropy evaluation method; coupling coordination degree.

        2016-06-17

        2016-07-12

        國家自然科學基金項目“跨國公司網絡視角下的中國城市網絡區(qū)域空間組織模式、動態(tài)和演化機制研究”(41401184); 教育部人文社會科學資助項目(14YJCZH222)

        徐納(1986—),女(漢族),山西省運城市人,碩士研究生,主要研究方向為土地利用規(guī)劃。E-mail:349214627@qq.com。

        楊海娟(1965—),女(漢族),陜西省銅川市人,博士,碩士生導師,主要從事土地規(guī)劃、房地產估價工作方面的研究。E-mail:xayhj@126.com。

        A

        1000-288X(2017)01-0341-07

        X821

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