研究与开发

• 一步法制备烯丙基糖苷研究

  刘文清;

  为了解决烯丙基糖苷现有制备方法步骤较长、后处理繁琐等问题，对烯丙基糖苷合成方法进行了研究。基于糖端羟基pKa值小于结构中其他羟基的pKa值，设计了一步烷基化反应的制备方法。利用糖分子易溶于水的特性，以烯丙基溴为烯丙基试剂，在氢氧化钠碱性条件下，经端位烷基化反应得到目标化合物，并对合成方法进行条件优化。结果表明，烷基化反应中，以水为溶剂，n(糖)∶n(烯丙基溴)∶n(氢氧化钠)=1∶2∶1.25,室温反应8 h,后处理经乙酸乙酯萃取、减压浓缩和重结晶或柱层析分离纯化，得到以β异构体为主的烯丙基糖苷目标化合物，最终收率为72%～90%。所设计的一步制备方法条件温和，反应高效，后处理简单，可为快速构建新型糖缀合物提供理论依据。

  2022年05期 v.39;No.195 335-340页 [查看摘要][在线阅读][下载 266K]
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• 一步法制备烯丙基糖苷研究

  刘文清;

  为了解决烯丙基糖苷现有制备方法步骤较长、后处理繁琐等问题，对烯丙基糖苷合成方法进行了研究。基于糖端羟基pKa值小于结构中其他羟基的pKa值，设计了一步烷基化反应的制备方法。利用糖分子易溶于水的特性，以烯丙基溴为烯丙基试剂，在氢氧化钠碱性条件下，经端位烷基化反应得到目标化合物，并对合成方法进行条件优化。结果表明，烷基化反应中，以水为溶剂，n(糖)∶n(烯丙基溴)∶n(氢氧化钠)=1∶2∶1.25,室温反应8 h,后处理经乙酸乙酯萃取、减压浓缩和重结晶或柱层析分离纯化，得到以β异构体为主的烯丙基糖苷目标化合物，最终收率为72%～90%。所设计的一步制备方法条件温和，反应高效，后处理简单，可为快速构建新型糖缀合物提供理论依据。

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• 灰铸铁端盖消失模铸造工艺设计及数值模拟

  赵泽文;贾丽敏;于延龙;李春海;赵华社;谭建波;

  为了解决端盖消失模铸造过程中易产生气孔、夹渣、缩松、缩孔等问题、提高铸件合格率及工艺出品率，依据端盖铸件的工艺特点，设计了顶注、中注、底注3种浇注工艺方案。利用计算机模拟软件研究了浇注温度、负压度对消失模铸造端盖充型、凝固过程及铸件孔隙体积的影响；采用正交试验的方法研究了实施底注浇注工艺方案时浇注温度、负压度对端盖铸件孔隙体积的影响；按照优选出的浇注温度、负压度工艺参数进行生产验证。结果表明：顶注、中注浇注方案在铸件的顶部均出现了明显的缩孔，底注浇注工艺方案较好；优选出的浇注温度为1 420℃、负压度为0.06 MPa,采用此工艺参数时端盖铸件孔隙的缺陷体积最小，为3.005 cm~3,工艺出品率为77.7%,铸件的组织和性能均满足要求。研究结果可为端盖类铸铁件消失模铸造工艺的设计提供参考依据，具有实际应用价值。

  2022年05期 v.39;No.195 341-348页 [查看摘要][在线阅读][下载 540K]
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• 灰铸铁端盖消失模铸造工艺设计及数值模拟

  赵泽文;贾丽敏;于延龙;李春海;赵华社;谭建波;

  为了解决端盖消失模铸造过程中易产生气孔、夹渣、缩松、缩孔等问题、提高铸件合格率及工艺出品率，依据端盖铸件的工艺特点，设计了顶注、中注、底注3种浇注工艺方案。利用计算机模拟软件研究了浇注温度、负压度对消失模铸造端盖充型、凝固过程及铸件孔隙体积的影响；采用正交试验的方法研究了实施底注浇注工艺方案时浇注温度、负压度对端盖铸件孔隙体积的影响；按照优选出的浇注温度、负压度工艺参数进行生产验证。结果表明：顶注、中注浇注方案在铸件的顶部均出现了明显的缩孔，底注浇注工艺方案较好；优选出的浇注温度为1 420℃、负压度为0.06 MPa,采用此工艺参数时端盖铸件孔隙的缺陷体积最小，为3.005 cm~3,工艺出品率为77.7%,铸件的组织和性能均满足要求。研究结果可为端盖类铸铁件消失模铸造工艺的设计提供参考依据，具有实际应用价值。

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• 高速动车组制动盘热力耦合分析

  张琳琳;严春晨;秦志英;赵月静;杨光;

  高速动车在紧急制动工况下，制动盘表面温度分布不均致使制动盘热胀冷缩产生热应力，进而导致制动盘出现热裂纹失效，针对上述问题，以某型号高速动车组拖车制动盘为研究对象，对其在300 km/h紧急制动工况过程开展热力耦合特性研究。综合考虑制动盘材料随温度变化而变化，且制动闸片与制动盘接触面的几何形状和分布对热流密度的影响，建立了基于微元法的摩擦面热流密度计算模型；结合热传导、对流换热和热辐射模型，建立了制动盘的应力计算模型，并对制动盘进行热力耦合分析，得到制动盘的温度和应力分布规律。结果表明，制动过程中制动盘最高温度出现摩擦区域靠近外圈位置处，需采取必要的散热措施；最大应力出现在靠近内圈的散热筋部位，设计时需优化此处结构。新方法构建了基于多物理参数和变梯度微元法的热力耦合模型，有效模拟了高速动车组的紧急制动过程，研究结果可为高速动车组制动盘的选材和结构设计优化提供理论依据。

  2022年05期 v.39;No.195 349-357页 [查看摘要][在线阅读][下载 451K]
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• 高速动车组制动盘热力耦合分析

  张琳琳;严春晨;秦志英;赵月静;杨光;

  高速动车在紧急制动工况下，制动盘表面温度分布不均致使制动盘热胀冷缩产生热应力，进而导致制动盘出现热裂纹失效，针对上述问题，以某型号高速动车组拖车制动盘为研究对象，对其在300 km/h紧急制动工况过程开展热力耦合特性研究。综合考虑制动盘材料随温度变化而变化，且制动闸片与制动盘接触面的几何形状和分布对热流密度的影响，建立了基于微元法的摩擦面热流密度计算模型；结合热传导、对流换热和热辐射模型，建立了制动盘的应力计算模型，并对制动盘进行热力耦合分析，得到制动盘的温度和应力分布规律。结果表明，制动过程中制动盘最高温度出现摩擦区域靠近外圈位置处，需采取必要的散热措施；最大应力出现在靠近内圈的散热筋部位，设计时需优化此处结构。新方法构建了基于多物理参数和变梯度微元法的热力耦合模型，有效模拟了高速动车组的紧急制动过程，研究结果可为高速动车组制动盘的选材和结构设计优化提供理论依据。

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应用技术

• 公路路堑挡雪墙防雪效果预测与设计参数优化

  奚文彬;李亚军;常江芳;刘亚男;钱家珺;李志达;

  为了对延崇高速路堑风吹雪雪害问题进行防治，首先采用CFD数值模拟方法研究了挡雪墙防护措施下路堑积雪分布规律，其次基于正交试验方法建立了路堑挡雪墙防雪效果预测模型，最后优化了金家庄螺旋隧道口路堑挡雪墙设置方案。研究结果表明，路堑边坡比对挡雪墙防雪效果的影响程度最大，其次是挡雪墙高度、路堑深度、风速、风速-挡雪墙高度组合、挡雪墙布置距离和挡雪墙高度-挡雪墙布置距离组合，而风速-挡雪墙布置距离组合的影响程度最小。金家庄螺旋隧道口路堑风吹雪挡雪墙最优高度为6 m、挡雪墙和路堑之间最优距离为90 m。设置挡雪墙时路堑路段积雪体积分数减少了12.36%,证明了优化挡雪墙的布置可起到较好的防雪效果。因此，研究结果可为风吹雪挡雪墙的设置提供一种便捷快速的方法和科学依据，为路堑风吹雪灾害防治提供理论参考。

  2022年05期 v.39;No.195 358-363页 [查看摘要][在线阅读][下载 303K]
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• 公路路堑挡雪墙防雪效果预测与设计参数优化

  奚文彬;李亚军;常江芳;刘亚男;钱家珺;李志达;

  为了对延崇高速路堑风吹雪雪害问题进行防治，首先采用CFD数值模拟方法研究了挡雪墙防护措施下路堑积雪分布规律，其次基于正交试验方法建立了路堑挡雪墙防雪效果预测模型，最后优化了金家庄螺旋隧道口路堑挡雪墙设置方案。研究结果表明，路堑边坡比对挡雪墙防雪效果的影响程度最大，其次是挡雪墙高度、路堑深度、风速、风速-挡雪墙高度组合、挡雪墙布置距离和挡雪墙高度-挡雪墙布置距离组合，而风速-挡雪墙布置距离组合的影响程度最小。金家庄螺旋隧道口路堑风吹雪挡雪墙最优高度为6 m、挡雪墙和路堑之间最优距离为90 m。设置挡雪墙时路堑路段积雪体积分数减少了12.36%,证明了优化挡雪墙的布置可起到较好的防雪效果。因此，研究结果可为风吹雪挡雪墙的设置提供一种便捷快速的方法和科学依据，为路堑风吹雪灾害防治提供理论参考。

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• 高斯过程机器学习在临河地铁车站基坑变形预测中的应用

  夏宏运;

  为了更准确地对临河基坑开挖过程中出现的变形进行预测和风险预警，以天津地铁7号线王兰庄站出入口基坑临河施工为例，提出了一种基于改良高斯过程机器学习的临河基坑变形预测方法。首先，将施工过程收集的变形位移监测数据作为学习样本；其次，利用改良高斯过程回归算法对学习样本进行训练，并通过自适应不同的训练函数，获取较为合理的基坑变形代理模型；最后，通过代理模型预测基坑变形位移，并识别基坑风险，同时与传统高斯预测结果、有限元计算结果和实测值进行比较。结果表明：1)改良高斯过程回归方法较常规高斯过程的模拟效果更好，在样本点充足的条件下，可准确地根据基坑变形数据学习并预测后续基坑开挖的变形位移；2)相较于工程应用较多的有限元计算方法，采用改良高斯回归过程机器学习方法，可根据现场的实际监测数据对变形进行动态地学习、分析与预测。研究成果更贴近现场实际情况，具有较强的推广价值，可为基坑变形预测提供参考。

  2022年05期 v.39;No.195 364-372页 [查看摘要][在线阅读][下载 612K]
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• 高斯过程机器学习在临河地铁车站基坑变形预测中的应用

  夏宏运;

  为了更准确地对临河基坑开挖过程中出现的变形进行预测和风险预警，以天津地铁7号线王兰庄站出入口基坑临河施工为例，提出了一种基于改良高斯过程机器学习的临河基坑变形预测方法。首先，将施工过程收集的变形位移监测数据作为学习样本；其次，利用改良高斯过程回归算法对学习样本进行训练，并通过自适应不同的训练函数，获取较为合理的基坑变形代理模型；最后，通过代理模型预测基坑变形位移，并识别基坑风险，同时与传统高斯预测结果、有限元计算结果和实测值进行比较。结果表明：1)改良高斯过程回归方法较常规高斯过程的模拟效果更好，在样本点充足的条件下，可准确地根据基坑变形数据学习并预测后续基坑开挖的变形位移；2)相较于工程应用较多的有限元计算方法，采用改良高斯回归过程机器学习方法，可根据现场的实际监测数据对变形进行动态地学习、分析与预测。研究成果更贴近现场实际情况，具有较强的推广价值，可为基坑变形预测提供参考。

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• 基于模糊联系度的危化品公路运输安全风险评估

  韦相宇;田世祥;代张音;范芮雯;

  为了有效降低危化品公路运输事故风险，提高危化品运输安全管控能力，构建了含23个动、静态指标的危化品公路运输安全风险评估指标体系，采用组合权重对评估指标赋权；基于集对分析理论，对专家打分分值与组合权重深入分析，引入综合差异度系数的概念，确定模糊联系度，提出一种危化品公路运输安全风险评估方法；以西安某公司至上海的运输任务为例，进行实例应用。结果表明：除危化品因素外，其余一级指标均存在风险上升趋势，其中人员因素风险上升趋势尤其明显，危化品公路运输整体风险状态处于微反势9级，风险较大，与实际情况相符。所提方法可实现危化品公路运输动、静态风险评估，为危化品公路运输风险研究提供参考。

  2022年05期 v.39;No.195 373-380页 [查看摘要][在线阅读][下载 359K]
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• 基于模糊联系度的危化品公路运输安全风险评估

  韦相宇;田世祥;代张音;范芮雯;

  为了有效降低危化品公路运输事故风险，提高危化品运输安全管控能力，构建了含23个动、静态指标的危化品公路运输安全风险评估指标体系，采用组合权重对评估指标赋权；基于集对分析理论，对专家打分分值与组合权重深入分析，引入综合差异度系数的概念，确定模糊联系度，提出一种危化品公路运输安全风险评估方法；以西安某公司至上海的运输任务为例，进行实例应用。结果表明：除危化品因素外，其余一级指标均存在风险上升趋势，其中人员因素风险上升趋势尤其明显，危化品公路运输整体风险状态处于微反势9级，风险较大，与实际情况相符。所提方法可实现危化品公路运输动、静态风险评估，为危化品公路运输风险研究提供参考。

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编审园地

• 向本期载文的审稿专家致谢

  本刊编辑部;

  <正>本期《河北工业科技》共发表论文10篇。这些论文的发表是与有关专家的认真审读、细查资料、推敲分析、中肯评价分不开的。对此，本刊编辑部特向这些专家表示敬意，对他们的辛勤劳动表示感谢。本期载文的审稿专家名单如下(按姓名的汉语拼音字母顺序排列):

  2022年05期 v.39;No.195 372页 [查看摘要][在线阅读][下载 51K]
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• 向本期载文的审稿专家致谢

  本刊编辑部;

  <正>本期《河北工业科技》共发表论文10篇。这些论文的发表是与有关专家的认真审读、细查资料、推敲分析、中肯评价分不开的。对此，本刊编辑部特向这些专家表示敬意，对他们的辛勤劳动表示感谢。本期载文的审稿专家名单如下(按姓名的汉语拼音字母顺序排列):

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通信技术与智能服务专栏

• 基于HHT及主成分分析的光缆识别信号特征提取

  韩晓伟;田晓蓓;

  为了解决当环境噪声较严重时光强难以维持稳定，容易误判目标光缆问题，根据干涉信号非线性、非平稳的时域特征，提出了一种希尔伯特-黄变换及主成分分析相结合的信号处理方法。探测器接收的干涉信号对进行经验模态分解，把分解得到的本征模态分量作为列向量构建主成分分析的样本矩阵，以奇异值的贡献率进行有效成分筛选；然后采用主成分分析算法完成降噪优化。最后将降噪后的信号进行希尔伯特-黄变换得到瞬时特征信号，完成目标光缆识别。结果表明，相同噪声环境下所提方法可有效提高回波干涉信号的信噪比。因此，研究结果可以降低误判目标光缆的概率，帮助工程人员更有效地完成光缆识别。

  2022年05期 v.39;No.195 381-387页 [查看摘要][在线阅读][下载 534K]
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• 基于HHT及主成分分析的光缆识别信号特征提取

  韩晓伟;田晓蓓;

  为了解决当环境噪声较严重时光强难以维持稳定，容易误判目标光缆问题，根据干涉信号非线性、非平稳的时域特征，提出了一种希尔伯特-黄变换及主成分分析相结合的信号处理方法。探测器接收的干涉信号对进行经验模态分解，把分解得到的本征模态分量作为列向量构建主成分分析的样本矩阵，以奇异值的贡献率进行有效成分筛选；然后采用主成分分析算法完成降噪优化。最后将降噪后的信号进行希尔伯特-黄变换得到瞬时特征信号，完成目标光缆识别。结果表明，相同噪声环境下所提方法可有效提高回波干涉信号的信噪比。因此，研究结果可以降低误判目标光缆的概率，帮助工程人员更有效地完成光缆识别。

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• 基于改进最大信漏噪比准则的波束赋形算法

  赵子涛;宋志群;王荆宁;李勇;

  为了使通信系统能更加契合实际传输环境、保证系统公平性，提出了一种基于改进最大信漏噪比准则功率分配方式的波束赋形算法。首先根据接入节点的类型(基站或者终端)以及用户所处传输环境的不同对发射功率进行分配；其次依据用户执行任务的重要程度和设定的阈值上限的不同对发射功率进行二次调整，保证公平性。仿真结果表明，随着用户数目的增加，传统算法的公平性为一条下降的曲线，改进算法近似为一条水平直线，且用户数目越大，二者差值越大，改进算法的优势越明显；在用户数为12,权重间隔为1,阈值上限为1.4时，改进算法有着0.39 bps/Hz的系统容量提升。所设计的改进资源分配方式的算法能有效提高系统的公平性，在工程实际中有一定的使用价值。

  2022年05期 v.39;No.195 388-395页 [查看摘要][在线阅读][下载 356K]
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• 基于改进最大信漏噪比准则的波束赋形算法

  赵子涛;宋志群;王荆宁;李勇;

  为了使通信系统能更加契合实际传输环境、保证系统公平性，提出了一种基于改进最大信漏噪比准则功率分配方式的波束赋形算法。首先根据接入节点的类型(基站或者终端)以及用户所处传输环境的不同对发射功率进行分配；其次依据用户执行任务的重要程度和设定的阈值上限的不同对发射功率进行二次调整，保证公平性。仿真结果表明，随着用户数目的增加，传统算法的公平性为一条下降的曲线，改进算法近似为一条水平直线，且用户数目越大，二者差值越大，改进算法的优势越明显；在用户数为12,权重间隔为1,阈值上限为1.4时，改进算法有着0.39 bps/Hz的系统容量提升。所设计的改进资源分配方式的算法能有效提高系统的公平性，在工程实际中有一定的使用价值。

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人工智能专栏

• 基于表情识别技术的学生课堂状态检测

  苏悦;杨春金;王建霞;

  为了解决在线教学模式下学生学习状态难以监测的问题，提出了利用表情识别技术对学生课堂状态进行检测的方法。首先，利用摄像头定时截取学生课堂图像，对其进行预处理，识别获取人脸数据；其次，利用表情识别方法分析学生上课状态，将人脸表情分类为7种，并再次划分为积极、消极、中性3种状态来判断学生课堂参与度与专注度；最后，将可视化数据推向教师，教师可根据学生上课状态，优化课堂教学，提高教学质量。实验过程中为了降低计算功耗，提高表情识别准确度，采用添加通道注意力机制的轻量级模型mini＿Xception作为表情识别的训练网络，并使用该改进的mini＿Xception网络在公开数据集Fer2013,CK+上进行训练。实验结果表明，该网络相较于ResNet-18网络在Fer2013,CK+上的识别准确率分别提高了7.97%和3.81%,且与原始mini＿Xception网络和已有的几个文献的表情识别结果相比均有提高，能更好地检测到学生的学习状态和表情变化。因此，将表情识别技术应用于在线教学，可辅助教师获取屏幕前学生的课堂学习状态，并据此适时优化课堂教学，提升教学效果，对提高线上教学质量有实际的应用价值。

  2022年05期 v.39;No.195 396-403页 [查看摘要][在线阅读][下载 472K]
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• 基于表情识别技术的学生课堂状态检测

  苏悦;杨春金;王建霞;

  为了解决在线教学模式下学生学习状态难以监测的问题，提出了利用表情识别技术对学生课堂状态进行检测的方法。首先，利用摄像头定时截取学生课堂图像，对其进行预处理，识别获取人脸数据；其次，利用表情识别方法分析学生上课状态，将人脸表情分类为7种，并再次划分为积极、消极、中性3种状态来判断学生课堂参与度与专注度；最后，将可视化数据推向教师，教师可根据学生上课状态，优化课堂教学，提高教学质量。实验过程中为了降低计算功耗，提高表情识别准确度，采用添加通道注意力机制的轻量级模型mini＿Xception作为表情识别的训练网络，并使用该改进的mini＿Xception网络在公开数据集Fer2013,CK+上进行训练。实验结果表明，该网络相较于ResNet-18网络在Fer2013,CK+上的识别准确率分别提高了7.97%和3.81%,且与原始mini＿Xception网络和已有的几个文献的表情识别结果相比均有提高，能更好地检测到学生的学习状态和表情变化。因此，将表情识别技术应用于在线教学，可辅助教师获取屏幕前学生的课堂学习状态，并据此适时优化课堂教学，提升教学效果，对提高线上教学质量有实际的应用价值。

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污染防治专栏

• 2016—2021年石家庄市洨河水质变化趋势分析

  罗毅;李秋芳;路娜;李治国;宋利娜;徐娜;

  为了有效促进洨河水质的持续改善，采用水质指数法评价2016—2021年石家庄市洨河水质污染特征，对氨氮、总磷(TP)、五日生化需氧量(BOD_5)等主要污染物的时间和空间分布特征及污染现状进行评价。结果表明，洨河接纳的沿岸生活污水和农田地表径流是主要污染源。近六年来，经过综合治理，氨氮、TP和BOD_5等主要污染物下降幅度分别为86.1%,69.5%,76.0%,水质虽有明显提升，但仍处于污染状态，主要污染物下降幅度呈逐年收窄趋势，因此，现行治污措施存在局限性，洨河水质仍需进一步精准治理。建议“十四五”期间水利、环保部门在水质监测及数据收集上加大投入力度，更为准确地分析水质变化趋势，持续做好污染源精准管控治理，同时开展好农业生产模式调整和生活污水综合治理等工作。

  2022年05期 v.39;No.195 404-410页 [查看摘要][在线阅读][下载 362K]
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• 2016—2021年石家庄市洨河水质变化趋势分析

  罗毅;李秋芳;路娜;李治国;宋利娜;徐娜;

  为了有效促进洨河水质的持续改善，采用水质指数法评价2016—2021年石家庄市洨河水质污染特征，对氨氮、总磷(TP)、五日生化需氧量(BOD_5)等主要污染物的时间和空间分布特征及污染现状进行评价。结果表明，洨河接纳的沿岸生活污水和农田地表径流是主要污染源。近六年来，经过综合治理，氨氮、TP和BOD_5等主要污染物下降幅度分别为86.1%,69.5%,76.0%,水质虽有明显提升，但仍处于污染状态，主要污染物下降幅度呈逐年收窄趋势，因此，现行治污措施存在局限性，洨河水质仍需进一步精准治理。建议“十四五”期间水利、环保部门在水质监测及数据收集上加大投入力度，更为准确地分析水质变化趋势，持续做好污染源精准管控治理，同时开展好农业生产模式调整和生活污水综合治理等工作。

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