時(shí)空智能助推新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展

原文發(fā)表于《科技導(dǎo)報(bào)》2025 年第24 期 《 時(shí)空智能助推新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展 》

《科技導(dǎo)報(bào)》邀請(qǐng)武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李德仁院士團(tuán)隊(duì)撰文，文章給出了時(shí)空智能（STI）的定義，揭示了時(shí)空智能在測(cè)繪遙感地理信息學(xué)中的數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化與實(shí)時(shí)化特征，及其在人工智能領(lǐng)域的重要地位。回顧并展望了時(shí)空智能的創(chuàng)新演進(jìn)，探討了時(shí)空智能在低空經(jīng)濟(jì)、公共安全與大健康等領(lǐng)域的應(yīng)用案例，展示了其在推動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展中的重要作用。

新質(zhì)生產(chǎn)力是創(chuàng)新起主導(dǎo)作用，擺脫傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、生產(chǎn)力發(fā)展路徑，具有高科技、高效能、高質(zhì)量特征，符合新發(fā)展理念的先進(jìn)生產(chǎn)力質(zhì)態(tài)。新質(zhì)生產(chǎn)力的顯著特點(diǎn)是創(chuàng)新，關(guān)鍵在質(zhì)優(yōu)，本質(zhì)是先進(jìn)生產(chǎn)力。

時(shí)空智能（STI）是萬(wàn)物互聯(lián)與數(shù)字孿生時(shí)代測(cè)繪遙感地理信息學(xué)的數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化與實(shí)時(shí)化。隨著時(shí)空信息、定位導(dǎo)航服務(wù)、人工智能技術(shù)等重要新型基礎(chǔ)設(shè)施的深度融合，時(shí)空智能將成為新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的重要助推，提升中國(guó)科技，特別是定位導(dǎo)航服務(wù)與時(shí)空信息領(lǐng)域發(fā)展的獨(dú)立性、自主性與安全性。

1 時(shí)空智能：無(wú)所不在的PNT與PNTRC

以北斗為中心PNT（定位、導(dǎo)航與授時(shí)）系統(tǒng)是新質(zhì)生產(chǎn)力的重要組成部分。為充分發(fā)揮其潛力，應(yīng)積極推進(jìn)“北斗+”與“+北斗”融合應(yīng)用，加速構(gòu)建無(wú)處不在的PNT服務(wù)體系，推進(jìn)從PNT到PNTRC（定位、導(dǎo)航、授時(shí)、遙感與通信）服務(wù)的創(chuàng)新升級(jí)。

1.1 PNT服務(wù)

當(dāng)今的PNT服務(wù)主要以中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）及其增強(qiáng)系統(tǒng)為核心，通過(guò)與多種輔助定位導(dǎo)航技術(shù)的協(xié)同工作，提升系統(tǒng)的抗干擾能力和可用性。當(dāng)前導(dǎo)航定位正從“單一傳感器”向“多源泛在的智能感知+認(rèn)知”導(dǎo)航定位發(fā)展，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位技術(shù)體制創(chuàng)新。

陳銳志團(tuán)隊(duì)研發(fā)了聲、光、電、場(chǎng)融合的高精度室內(nèi)定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外一體化高精度位置服務(wù)。具體地，音頻定位系統(tǒng)涵蓋了從信號(hào)發(fā)射基站到用戶終端的全鏈條硬件方案，以及跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)的軟件解決方案（圖1）。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了音視頻一體化攝像頭，實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控與高精度室內(nèi)定位的集成，已成功應(yīng)用于智慧公安、智慧物流、網(wǎng)約車(chē)服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域，為國(guó)家平安工程2.0建設(shè)提供了有力支持。此外，還開(kāi)發(fā)了商用5G（第5代移動(dòng)通信）多波束智能定位新方法，為5G室內(nèi)定位提供了有效的解決方案。

圖1 手機(jī)多源融合室內(nèi)定位

北斗三號(hào)系統(tǒng)標(biāo)志著中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的重大突破，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有的飛躍。為了進(jìn)一步提升導(dǎo)航定位的精度，可以通過(guò)構(gòu)建低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)，打造全球領(lǐng)先的高精度定位服務(wù)。

為了在不讓做和不能做地基增強(qiáng)的地區(qū)實(shí)現(xiàn)北斗高精度PNT服務(wù)，武漢大學(xué)設(shè)計(jì)并實(shí)施了國(guó)內(nèi)首套低軌導(dǎo)航增強(qiáng)載荷方案，研制了低成本、低功耗、緊湊型、高性能載荷，其技術(shù)指標(biāo)領(lǐng)先。珞珈一號(hào)衛(wèi)星搭載的導(dǎo)航增強(qiáng)載荷具備多項(xiàng)核心功能。珞珈二號(hào)01星測(cè)試結(jié)果與珞珈一號(hào)的導(dǎo)航增強(qiáng)試驗(yàn)結(jié)果相比，載噪比的一致性問(wèn)題得到有效解決，證明了技術(shù)的顯著進(jìn)步（表1）。

表1 北斗導(dǎo)航定位增強(qiáng)效果對(duì)比

將北斗與慣性測(cè)量技術(shù)集成的定位定向系統(tǒng)（POS），可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)高精度PNT服務(wù)，連續(xù)提供位置、姿態(tài)和速度9參數(shù)服務(wù)。利用光學(xué)傳感器和激光雷達(dá)的主被動(dòng)即時(shí)定位與地圖構(gòu)建方法（SLAM），可在無(wú)北斗、無(wú)全球定位系統(tǒng)（GPS）的區(qū)域，包括月球、火星上實(shí)現(xiàn)PNT服務(wù)，有效支持玉兔號(hào)、祝融號(hào)的自動(dòng)航行。

1.2 從PNT到PNTRC

當(dāng)前通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星系統(tǒng)各成體系，導(dǎo)致系統(tǒng)孤立、信息分離、服務(wù)滯后等問(wèn)題。因此，在抓緊實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在的PNT服務(wù)的同時(shí)，武漢大學(xué)在全球首先提出，推進(jìn)從PNT到PNTRC服務(wù)的創(chuàng)新，建立通導(dǎo)遙一體化的空天信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)系統(tǒng)，并構(gòu)建中國(guó)的空天信息全球?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。這將支持各類用戶在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間的信息獲取、高精度定位授時(shí)及通信服務(wù)，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的遙感數(shù)據(jù)從獲取到應(yīng)用終端的分鐘級(jí)遙感信息快速、準(zhǔn)確、靈活的服務(wù)（圖2）。

圖2 通導(dǎo)遙一體化天基信息實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)

為了驗(yàn)證PNTRC服務(wù)的可行性，武漢大學(xué)牽頭發(fā)射了珞珈三號(hào)01星、珞珈三號(hào)02星（武漢一號(hào)）衛(wèi)星。其中，珞珈三號(hào)01星搭載了多種成像模式，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星在軌智能處理，成功驗(yàn)證了實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)遙感數(shù)據(jù)從獲取到應(yīng)用終端的分鐘級(jí)高效服務(wù)能力（圖3）。繼此之后，珞珈三號(hào)02星也成功發(fā)射。

圖3 珞珈三號(hào)01星衛(wèi)星在軌智能處理模塊

珞珈二號(hào)01星是國(guó)際首顆Ka頻段高分辨率合成孔徑需達(dá)（SAR）衛(wèi)星與國(guó)際首顆試驗(yàn)多角度成像模式的毫米波雷達(dá)衛(wèi)星，成功獲取了全球首幅0.5 m分辨率的星載Ka波段SAR影像，并建立了業(yè)務(wù)化的“云+端”遙感應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)移動(dòng)設(shè)備操控高分辨率SAR衛(wèi)星的“天+端”服務(wù)。珞珈二號(hào)01星在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)首次，包括首次開(kāi)展低軌衛(wèi)星信號(hào)增強(qiáng)和信息增強(qiáng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)，首次實(shí)現(xiàn)Ka頻段相控陣SAR成像與數(shù)傳天線一體化，首次利用毫米波SAR衛(wèi)星開(kāi)展視頻成像試驗(yàn)驗(yàn)證等。珞珈二號(hào)01星還是國(guó)際首顆集遙感成像、氣象降水探測(cè)和水利應(yīng)用于一體化的衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了氣象水文一體化，能夠進(jìn)行高精度的降雨量及流速測(cè)量，已成功應(yīng)用于京津冀地區(qū)的堤防決口預(yù)警和洞庭湖的遙感防汛工作。

2022年起，武漢大學(xué)與山東省煙臺(tái)市共同建設(shè)東方慧眼遙感衛(wèi)星星座，旨在建立一個(gè)全球?qū)崟r(shí)智能監(jiān)測(cè)的空天信息網(wǎng)絡(luò)，計(jì)劃在2030年前發(fā)射252顆遙感衛(wèi)星，目標(biāo)是讓全球用戶在任何地點(diǎn)都能在5 min內(nèi)享受到目標(biāo)看得快、看得清、看得準(zhǔn)、看得全、看得懂、送到位服務(wù)。

2024年2月3日，東方慧眼星座首顆OSE?HR01高分衛(wèi)星成功發(fā)射，具有3大特點(diǎn)。

• 一是通過(guò)北斗三代全球?qū)Ш较到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急測(cè)控和數(shù)據(jù)下傳的北斗短報(bào)文功能；

• 二是配備衛(wèi)星通信終端，實(shí)現(xiàn)前向5 Mbps、返向10 Mbps的雙向中繼通信能力；

• 三是搭載全國(guó)產(chǎn)化的智能處理單元，用于在軌數(shù)據(jù)處理（圖4）。

圖4 東方慧眼高分01星衛(wèi)星平臺(tái)及有效載荷介紹

此外，東方慧眼高幾何高光譜小衛(wèi)星OSE?01/02星對(duì)標(biāo)了Sentinel?2、LandSat?9、LandSat Next等國(guó)際一流光譜型遙感衛(wèi)星，具有4大特點(diǎn)。

（1）軌道相似性；

（2）光譜兼容性；

（3）指標(biāo)先進(jìn)性；

（4）應(yīng)用廣泛性。

實(shí)現(xiàn)PNTRC和人工智能上衛(wèi)星的東方慧眼星座計(jì)劃在2030年建成，將為全球提供快、準(zhǔn)、靈的空天智能服務(wù)，創(chuàng)造1∶10的新質(zhì)生產(chǎn)力。

2 時(shí)空智能助推新質(zhì)生產(chǎn)力

在萬(wàn)物互聯(lián)與數(shù)字孿生時(shí)代，時(shí)空智能將能夠自動(dòng)和實(shí)時(shí)地感知和理解自然及人類活動(dòng)，為大眾提供實(shí)時(shí)、智能化的空天信息服務(wù)，助推新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展。時(shí)空智能將有望創(chuàng)造空天信息、低空經(jīng)濟(jì)、公共安全與大健康、自動(dòng)駕駛、智慧電網(wǎng)、智慧工廠、自然資源、應(yīng)急管理等多個(gè)萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)（圖5）。

圖5 時(shí)空智能助推新質(zhì)生產(chǎn)力

2.1 低空經(jīng)濟(jì)

“低空經(jīng)濟(jì)”正迎來(lái)快速發(fā)展的新階段。2024年3月5日，《政府工作報(bào)告》中提出了“大力推進(jìn)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，積極培育新興產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)，積極打造生物制造、商業(yè)航天、低空經(jīng)濟(jì)等新增長(zhǎng)引擎”。2024年4月，工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、財(cái)政部、中國(guó)民用航空局聯(lián)合發(fā)布了《通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)施方案（2024—2030年）》，明確了到2030年推動(dòng)低空經(jīng)濟(jì)形成萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)規(guī)模的目標(biāo)。

盡管“低空經(jīng)濟(jì)”與無(wú)人機(jī)、通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)，但與美國(guó)等國(guó)家相比，中國(guó)的通用航空產(chǎn)業(yè)仍存在一定差距。目前，中國(guó)通用航空活動(dòng)使用低空空域的比例不足30%，且尚未形成網(wǎng)絡(luò)化和規(guī)模化。因此，中國(guó)低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展應(yīng)抓好3件事：

• 首先，研制高性能的有人和無(wú)人低空飛行器；

• 其次，建立智能而安全的低空管控系統(tǒng)；

• 最后，開(kāi)拓多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景，有可能催生多個(gè)萬(wàn)億級(jí)新興產(chǎn)業(yè)。

2.2 公共安全與大健康

實(shí)踐證明，時(shí)空智能技術(shù)在提升公共安全和大健康領(lǐng)域的效率和效果方面具有重要作用。“北斗+高精度室內(nèi)定位”技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)亞米級(jí)定位精度，“北斗+5G”的結(jié)合顯著提升了公共安全資源調(diào)配的精準(zhǔn)度，而時(shí)空位置大數(shù)據(jù)為構(gòu)建平安中國(guó)和健康中國(guó)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。以武漢交警數(shù)據(jù)大腦“北斗+交通”智慧應(yīng)急應(yīng)用系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)依托全息感知、時(shí)空分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，集成了應(yīng)急資源接入、動(dòng)態(tài)展示、視頻核查、實(shí)時(shí)調(diào)度導(dǎo)航、重大活動(dòng)安保和綜合研判分析等多項(xiàng)功能（圖6）。

圖6 數(shù)據(jù)大腦“北斗+交通”智慧應(yīng)急應(yīng)用示意

此外，借鑒人腦思維鏈技術(shù)開(kāi)發(fā)的智能手機(jī)上下文思維引擎，能夠自動(dòng)理解老年人的日常獨(dú)立活動(dòng)，并進(jìn)行心理學(xué)、生理學(xué)和行為學(xué)的分析，成為老年人的專屬生活助理。可以預(yù)期，“北斗+公共安全與大健康”產(chǎn)業(yè)可創(chuàng)造萬(wàn)億產(chǎn)值。

2.3 自動(dòng)駕駛與機(jī)器人

智能汽車(chē)在面對(duì)城市中的復(fù)雜使用場(chǎng)景，迫切需要依賴時(shí)空智能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性的導(dǎo)航，以解決“最后一公里”的導(dǎo)航難題。

為此，應(yīng)將智能傳感器盡可能部署在道路上，以便所有車(chē)輛共享。同時(shí)，車(chē)輛上搭載的智能感知、定位定姿傳感器和智能駕駛系統(tǒng)也應(yīng)追求高性價(jià)比。因此，需要積極推動(dòng)人、車(chē)、路、網(wǎng)、云的基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)，實(shí)現(xiàn)路端感知、云端決策、車(chē)端控制的一體化。通過(guò)集成感知、高精定位、決策等技術(shù)，智能汽車(chē)的高性能定位測(cè)姿光器件可以重點(diǎn)解決高精度定位問(wèn)題，并提升多源數(shù)據(jù)融合的性能，從而實(shí)現(xiàn)智能汽車(chē)在復(fù)雜城市環(huán)境中的安全可靠運(yùn)行。

2.4 智慧電網(wǎng)與智慧工廠

武漢大學(xué)楊必勝團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了用于電力走廊多要素的精準(zhǔn)定位、識(shí)別與建模，以及3D空間關(guān)系計(jì)算模型一體化的軟硬件系統(tǒng)，有效解決了電力走廊安全風(fēng)險(xiǎn)的定位和預(yù)警問(wèn)題。此外，設(shè)計(jì)的電力巡檢機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電、輸電、配電設(shè)備進(jìn)行全天時(shí)、全方位、全自主的智能巡檢和安全防護(hù)，降低了人員安全風(fēng)險(xiǎn)，保障了電網(wǎng)安全運(yùn)行，并提升了電網(wǎng)智能化巡檢技術(shù)水平。

基于這些技術(shù)，楊必勝團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了電力走廊無(wú)人機(jī)巡檢與智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這是國(guó)內(nèi)外首次大規(guī)模應(yīng)用的大型無(wú)人機(jī)電力巡檢技術(shù)。在未來(lái)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)將從智慧電網(wǎng)推廣到石油化工、智慧采礦、智慧物流多個(gè)行業(yè)，形成萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)。

2.5 林草監(jiān)測(cè)與國(guó)家公園智能管理

時(shí)空智能的應(yīng)用推動(dòng)了“天空地”一體化林草感知監(jiān)測(cè)體系的建立。武漢大學(xué)眭海剛團(tuán)隊(duì)和立得公司通過(guò)構(gòu)建實(shí)景三維高精地圖底座、天空地傳感網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)感知立體檢測(cè)網(wǎng)、智慧林草運(yùn)營(yíng)與管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家公園智慧林草一體化感知監(jiān)測(cè)，達(dá)到了世界先進(jìn)的林草治理水平，打造國(guó)家公園智慧林草的“中國(guó)名片”（圖7）。

圖7 “天空地”一體化林草感知監(jiān)測(cè)

在地基監(jiān)測(cè)方面，眭海剛團(tuán)隊(duì)和立得公司設(shè)計(jì)了多功能移動(dòng)方艙和集裝箱式監(jiān)測(cè)站，有效適應(yīng)國(guó)家公園等惡劣環(huán)境。便攜式監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠在不干擾和不傷害旗艦動(dòng)物的情況下進(jìn)行近距離監(jiān)測(cè)，獲得監(jiān)控視頻、位置信息等數(shù)據(jù)。

在天基方面，通過(guò)集成衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離傳輸。高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有通信容量大、速率高、抗干擾的特點(diǎn)，能夠支撐更廣闊地理區(qū)域下快速的通信。

結(jié)合“天空地”立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)，構(gòu)建了智慧林草數(shù)字孿生平臺(tái)，通過(guò)數(shù)字空間編碼對(duì)各類林草監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行精細(xì)網(wǎng)格管理，并建立唯一性標(biāo)識(shí)。將監(jiān)測(cè)設(shè)備與“3DGIS”模型疊加，構(gòu)建數(shù)字孿生國(guó)家公園的“身體和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，實(shí)現(xiàn)國(guó)家公園全時(shí)空、全方位的感知監(jiān)測(cè)和管理，顯著提升了智能化管理水平。

此外，武漢大學(xué)梁欣廉團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了全球首套全自動(dòng)林冠下激光雷達(dá)森林調(diào)查系統(tǒng)，開(kāi)辟了森林調(diào)查和精準(zhǔn)碳匯計(jì)算的全自動(dòng)新路徑。

2.6 應(yīng)急管理

武漢大學(xué)牽頭的“區(qū)域協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)與應(yīng)急服務(wù)技術(shù)體系”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目與長(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司合作，共同開(kāi)發(fā)了星載在軌處理應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)體系，并在吉林一號(hào)光譜01/02星上進(jìn)行了在軌測(cè)試，成功展示了自動(dòng)檢測(cè)森林火點(diǎn)、海面船舶等目標(biāo)的能力。通過(guò)北斗短報(bào)文通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了秒級(jí)的“從傳感器到用戶”的信息傳遞，顯著提高了應(yīng)急響應(yīng)的速度。

3 結(jié)論

時(shí)空智能作為數(shù)字時(shí)代萬(wàn)物互聯(lián)與數(shù)字孿生技術(shù)的核心，不僅集成了測(cè)繪遙感地理信息學(xué)的數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化與實(shí)時(shí)化，也是人工智能領(lǐng)域的重要分支。它通過(guò)自動(dòng)和實(shí)時(shí)地感知與認(rèn)知自然和人類活動(dòng)，為人工智能開(kāi)拓了廣闊的應(yīng)用前景。在萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代背景下，時(shí)空智能已經(jīng)成為推動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的關(guān)鍵力量，特別是在低空經(jīng)濟(jì)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、公共安全、自動(dòng)駕駛、智慧電網(wǎng)、智慧工廠、自然資源監(jiān)測(cè)、應(yīng)急管理等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。時(shí)空智能將增強(qiáng)中國(guó)在全球科技競(jìng)爭(zhēng)中的獨(dú)立性、自主性與安全性，為中國(guó)在全球科技舞臺(tái)上贏得更多的話語(yǔ)權(quán)和影響力。

本文作者：李德仁、郭昊南

作者簡(jiǎn)介：李德仁，武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，教授，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士，研究方向?yàn)閿z影測(cè)量與遙感；郭昊南（通信作者），武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，博士后，研究方向?yàn)檫b感智能解譯。

文章來(lái) 源 ： 李德仁, 郭昊南. 時(shí)空智能助推新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展[J]. 科技導(dǎo)報(bào), 2025, 43(24): 27?34 .

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