智慧水務(wù)能效管理：配電平臺的革新之路與前景展望

摘要：在本篇文章介紹了國內(nèi)智慧水務(wù)建設(shè)發(fā)展的技術(shù)背景和政策背景，也分析了當(dāng)前國內(nèi)城市實物發(fā)展的狀況，也論述了智慧水務(wù)發(fā)展的基本意義，同時研究了智慧水務(wù)系統(tǒng)發(fā)展時存在的若干問題，提出了未來的發(fā)展建議，進(jìn)一步助推城鎮(zhèn)水務(wù)系統(tǒng)向智能化、信息化等方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù)；信息技術(shù)；城鎮(zhèn)水務(wù)

0 引言

　　將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)信息技術(shù)集成到所有系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)建起智慧生物管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以感知到各設(shè)備運行狀態(tài)，分析目前水務(wù)信息數(shù)據(jù)及時處理，為管理人員決策提供更多的數(shù)據(jù)支撐，也形成了融合智能感知、仿真診斷、智能預(yù)警調(diào)度的水務(wù)系統(tǒng)，進(jìn)而實現(xiàn)水務(wù)系統(tǒng)安全、流程化、科學(xué)化、智能化的運作管理。智慧水務(wù)系統(tǒng)是城鎮(zhèn)水務(wù)信息化、數(shù)字化發(fā)展的基石，涉及到多個領(lǐng)域的水資源調(diào)度，水廠的智慧化管理和智慧管網(wǎng)的搭建，還包含了海綿城市開發(fā)建設(shè)，城市水體環(huán)境監(jiān)控，城市防洪排澇的監(jiān)管，智慧水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用能夠提高整個城市或者城鎮(zhèn)的水務(wù)管網(wǎng)的運行水平。

1 智慧水務(wù)發(fā)展的技術(shù)背景分析

　 全球開展了新一輪的信息產(chǎn)業(yè)革命，新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新方式正在蓬勃發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計算及新型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。在當(dāng)前有了突飛猛進(jìn)的提升，為水務(wù)系統(tǒng)的搭建提供了必要的技術(shù)支撐?；ヂ?lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)不斷的成熟，利用物聯(lián)網(wǎng)連接的人與人之間，物和物，人與物的連接系統(tǒng)。使用電信技術(shù)、GIS，實現(xiàn)了水務(wù)設(shè)施空間數(shù)據(jù)信息和屬性數(shù)據(jù)信息拓?fù)潢P(guān)系的一體化發(fā)展，為智慧水務(wù)系統(tǒng)掌控運營，而提供了堅實信息保障支持。互聯(lián)網(wǎng)融合了移動通信、互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了水務(wù)系統(tǒng)與智能手機(jī)的無縫銜接，為智慧水務(wù)系統(tǒng)與用戶的互動提供了更多的技術(shù)便捷，水務(wù)技術(shù)發(fā)展可以構(gòu)建起社會物聯(lián)、智能網(wǎng)絡(luò)，帶領(lǐng)社會走入了新時代互聯(lián)時代，為智慧水務(wù)系統(tǒng)搭建都帶來了通信技術(shù)平臺的支撐。大數(shù)據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展和云計算技術(shù)的革新，為智慧水務(wù)提供了海量數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析技術(shù)手段，為水務(wù)系統(tǒng)增加了智慧大腦，提高了決策的可靠性。

2 智慧水務(wù)建設(shè)對城鎮(zhèn)水務(wù)發(fā)展帶來的支撐作用

　　從水務(wù)系統(tǒng)運營管理的角度來講，智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)需要技術(shù)支持，在智慧經(jīng)營管理發(fā)展思想理念的指引之下，稅務(wù)公司的運營方式也發(fā)生創(chuàng)新變革，管理成效也得到提高。水務(wù)設(shè)施系統(tǒng)建設(shè)，也為城市的管理水平的提升和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了巨大的助推力。

2.1 推動傳統(tǒng)水務(wù)工作管理方式向智能化、精細(xì)化的方式發(fā)展轉(zhuǎn)變

　　智慧型水務(wù)系統(tǒng)發(fā)展是當(dāng)前城鎮(zhèn)水務(wù)來發(fā)展轉(zhuǎn)型的巨大契機(jī)，重視水務(wù)工作，能夠精細(xì)化動態(tài)反映出水務(wù)行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營服務(wù)的多個環(huán)節(jié)質(zhì)量，進(jìn)一步加強(qiáng)有關(guān)部門的監(jiān)控，從宏觀管理方向轉(zhuǎn)變，在結(jié)果性的觀念下，過程性管理方向不變，進(jìn)而感知通過利用智能仿真和調(diào)度和控制等相關(guān)的運營功能，為水務(wù)部門提供更科學(xué)的數(shù)據(jù)信息的支持，結(jié)合平臺聯(lián)動數(shù)據(jù)共享，加強(qiáng)管理部門之間協(xié)同配合運作，這時候企業(yè)之間協(xié)同的發(fā)展，提高水務(wù)部門的管理成效和辦事效率和工作的質(zhì)量水平。

2.2 城鎮(zhèn)水務(wù)系統(tǒng)社會監(jiān)督透明化和公共服務(wù)平臺便捷化

　　具有智慧水務(wù)系統(tǒng)搭建，可以建立起交互式的客戶服務(wù)平臺，在手機(jī)就能夠直接看到水務(wù)運行的具體信息，方便公眾實時查看水務(wù)物系統(tǒng)運作狀態(tài)，實現(xiàn)了社會監(jiān)督透明化，提高公眾參與城鎮(zhèn)管理的熱情，而且能夠提供線上的應(yīng)用。辦理信息查詢等相關(guān)的便捷性服務(wù)，提高公共水務(wù)服務(wù)質(zhì)量和社會公眾的滿意度水平。

2.3 為城市智能管理提供了有效的數(shù)據(jù)支持

　　城鎮(zhèn)水務(wù)系統(tǒng)是當(dāng)前城市基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成，系統(tǒng)建設(shè)成智慧化管理平臺，提供水務(wù)信息，也為城市精細(xì)化管理提供必要的保障支持。城市供水及污水排放，在數(shù)據(jù)內(nèi)部就會形成數(shù)據(jù)信息集成，管理員就可以利用這些信息，去了解居民居住狀況，影響到整個城市的水務(wù)系統(tǒng)狀況。利用城市供水排水的基本信息，來判斷整個城市發(fā)展?fàn)顩r，來對城市功能作以合理調(diào)整，也支撐城市系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)和城市城市規(guī)劃的建設(shè)，及實現(xiàn)社會科學(xué)治理管理。

3 國內(nèi)智慧水務(wù)實踐中存在的問題分析

　　智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)歷了水務(wù)信息系統(tǒng)的建設(shè)，數(shù)字化信息采集及網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)管的系統(tǒng)開發(fā)，逐步實現(xiàn)了水務(wù)系統(tǒng)自動化、信息化，構(gòu)建智慧水務(wù)平臺做到水物行業(yè)數(shù)據(jù)信息的共享互聯(lián)互通，深化數(shù)據(jù)信息的分析，實現(xiàn)了智慧化決策。國外智慧水務(wù)建設(shè)起步較早，目前已經(jīng)完成了三階段到四階段的探索，而且當(dāng)下我國智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)尚存低級階段發(fā)展，還在探索過程中。

3.1 缺少頂層的設(shè)計及統(tǒng)籌的規(guī)劃

　　地方省市的水務(wù)工作涉及到多個部門，出現(xiàn)了水務(wù)工作部門分割，城鄉(xiāng)建設(shè)分割，會出現(xiàn)多頭部門領(lǐng)導(dǎo)水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，但是整個系統(tǒng)建設(shè)缺少統(tǒng)一的規(guī)劃，統(tǒng)一規(guī)范化管理標(biāo)準(zhǔn)，水務(wù)的建設(shè)建設(shè)地比較分散，不同地區(qū)、不同領(lǐng)域的政府職務(wù)建設(shè)流程相差各異，數(shù)據(jù)挖掘能力較為薄弱，數(shù)據(jù)共享能力不足。

3.2 數(shù)據(jù)孤島的問題相當(dāng)突出

　　近年，國內(nèi)有許多省市政府部門發(fā)布了智慧水務(wù)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，但是在數(shù)據(jù)信息采集、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)施、數(shù)據(jù)通訊協(xié)議等領(lǐng)域，還沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享和標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，數(shù)據(jù)開放程度偏低，兼容性不足。另外不同軟件供應(yīng)商也存在著技術(shù)壁壘的問題，各軟件系統(tǒng)之間存在著不兼容問題，會導(dǎo)致各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)兼容性不強(qiáng)。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘深度不足

　　智慧水務(wù)的系統(tǒng)建設(shè)，在數(shù)據(jù)信息挖掘方面，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析挖掘的深度不足，智慧水務(wù)系統(tǒng)中大多都停留在數(shù)據(jù)信息實時監(jiān)測等，沒有實現(xiàn)水務(wù)信息的挖掘和數(shù)據(jù)智能化的分析決策方面仍然是依靠人工的經(jīng)驗。

4 國內(nèi)智慧水務(wù)發(fā)展的建議

　　智慧水務(wù)系統(tǒng)的搭建要著重處理系統(tǒng)建設(shè)的形式化問題，將人工智能物聯(lián)網(wǎng)與稅務(wù)工作相融合，建立起智慧化的水務(wù)系統(tǒng)調(diào)動平臺，提高水務(wù)工作的管理智能化水平。

4.1 水務(wù)企業(yè)加強(qiáng)頂層設(shè)計，制定總體的統(tǒng)籌部署工作

　　水務(wù)公司在智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)期間，不能夠過于盲目的，推動系統(tǒng)的建設(shè)，要深度思考目前企業(yè)運行的狀態(tài)。結(jié)合職工工作業(yè)務(wù)需求，統(tǒng)籌考慮一些設(shè)施的搭建，安裝智能傳感器等裝置，并且將軟件與信息化需求相結(jié)合。注重硬件設(shè)備的優(yōu)化布局，注重數(shù)據(jù)信息采集分析，同時關(guān)注智慧系統(tǒng)的建立和水務(wù)工作問題的處理。在此背景之下，全力推動頂層規(guī)劃方案的設(shè)計和水務(wù)業(yè)務(wù)的科學(xué)部署，并參與到系統(tǒng)建設(shè)工作中來，信息化平臺能夠持續(xù)的開發(fā)建設(shè)成為企業(yè)運行的核心。

4.2 在行業(yè)和城市范疇內(nèi)，統(tǒng)一智慧水務(wù)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

　　企業(yè)消除水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)中數(shù)據(jù)庫問題，在整個水務(wù)行業(yè)內(nèi)，都面向水廠服務(wù)管理部門來建立起統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一信息化平臺。推動各地方職務(wù)部門按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)采集數(shù)據(jù)信息來獲取信息，形成大數(shù)據(jù)管理信息平臺，也通過利用規(guī)范數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)服務(wù)接口，進(jìn)而達(dá)成不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的聯(lián)通數(shù)據(jù)信息共享，不能互通實現(xiàn)多種系統(tǒng)聯(lián)動。另外在服務(wù)城市管理和行業(yè)管理等方面建立起跨部門統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)籌考慮基于城市模型的智慧稅務(wù)系統(tǒng)，進(jìn)而綜合集成不同的地區(qū)、不同的領(lǐng)域的水務(wù)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，跨部門的協(xié)同運作。

4.3 深化智慧決策系統(tǒng)，深入應(yīng)用云計算物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)

　　應(yīng)用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其學(xué)習(xí)的技術(shù)，打造起基于區(qū)塊鏈的多元數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，要將數(shù)據(jù)存儲起來，綜合運用融入到數(shù)據(jù)管理信息平臺中。結(jié)合大數(shù)據(jù)來對水務(wù)工作全部場景進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部模擬化仿真，并進(jìn)一步探索優(yōu)化進(jìn)一步加深對水物數(shù)據(jù)信息的深度挖掘。通過利用有效數(shù)據(jù)治理數(shù)據(jù)處理進(jìn)而實現(xiàn)智能化的應(yīng)用管理和業(yè)務(wù)智能信息平臺的搭建。

4.4 增強(qiáng)智慧水務(wù)領(lǐng)域跨界人才培養(yǎng)

向智慧水務(wù)發(fā)展，行業(yè)管理地方管理部門，服務(wù)企業(yè)，高校科研院所重視的水務(wù)人才的培養(yǎng)，培養(yǎng)跨界人才，包含智慧水務(wù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)人才，管理人才，搭建智慧水務(wù)的人才發(fā)展梯隊，同時加強(qiáng)從業(yè)人員業(yè)務(wù)培訓(xùn)，為智慧水務(wù)物的建設(shè)，而提供有力的保障支持。

5 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

5.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護(hù)、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。

5.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

5.3平臺拓?fù)鋱D

5.4平臺子系統(tǒng)

5.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

5.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

5.4.3電動機(jī)管理

馬達(dá)監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能，電動機(jī)保護(hù)器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測和報警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5.4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)度計算，標(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/先進(jìn)指標(biāo)對標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

5.4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能的目的。

5.4.6電氣安全

①電氣火災(zāi)監(jiān)測：監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

②消防應(yīng)急照明和疏散指示：根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

③消防設(shè)備電源監(jiān)測：監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。

④防火門監(jiān)控系統(tǒng)：防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

5.4.7 環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

5.4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機(jī)容量。

5.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動機(jī)保護(hù)，進(jìn)行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

6 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

7 結(jié)束語

　　在城市內(nèi)搭建智慧水務(wù)平臺，需要引入大量的科技技術(shù)和技術(shù)人才，政府部門制定頂層智慧水務(wù)系統(tǒng)規(guī)劃方案，同時給水務(wù)系統(tǒng)的加建分派一定的資金，來助推出系統(tǒng)穩(wěn)健的發(fā)展運營，智慧實務(wù)是未來水務(wù)工作方向發(fā)展。智慧水務(wù)系統(tǒng)也是整個水務(wù)系統(tǒng)中的大腦，要通過集成輸入信息統(tǒng)一，單位的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的匯集，數(shù)據(jù)流動，避免出現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息孤島問題發(fā)生。

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