最新刊期
      2018 年 第 22 卷 2 期

        国产卫星

      • 钟金凤,郭思岩,吴敬玉,裴甲瑞,贾艳胜
        2018, 22(2): 197-202. DOI: 10.11834/jrs.20187302
        双星敏感器在轨相对热变形分析及修正
        摘要：为了获取高质量的对地观测遥感图像，除了有效载荷成像的高分辨率外，还需要卫星平台姿态具有高精度。在双星敏联合姿态确定时，星敏感器之间的相对热变形会对姿态确定带来不利影响，需对热变形误差进行辨识与修正。通过对某遥感卫星在轨遥测数据进行分析，建立了星敏感器在轨结构热变形模型，并对星敏感器热变形进行了在轨修正。采用辨识得到的傅里叶级数的热变形模型参数，对星敏热变形进行在轨修正后，提高了星敏感器的测量精度，减小了星敏感器之间的热变形误差对姿态确定精度的影响，对得到高质量的对地观测遥感图像具有很大的工程应用价值。  
        关键词：遥感卫星;双星敏感器;热变形;在轨修正;测量精度   
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        发布时间：2021-06-07
      • 康晴,袁银麟,李健军,翟文超,吴浩宇,洪津,郑小兵
        2018, 22(2): 203-210. DOI: 10.11834/jrs.20187051
        光源发散角对DPC偏振定标的影响分析及验证
        摘要：多角度偏振成像仪(DPC)是一种多角度、多光谱具备偏振测量功能的大视场偏振遥感器。偏振定标光源的发散角与DPC像元对应的视场角匹配一致，是提升DPC实验室偏振定标精度的关键因素之一。通过比较实验室偏振定标与在轨定标的状态差异，参考DPC在轨运行光学系统的成像原理，通过微分运算方式，建立一种偏振定标光源的发散角与单像元视场角匹配的模型，分析结果给出了光源的发散角应大于0.14°才能满足DPC全视场的偏振定标要求。以490 nm偏振通道为例，设计了采用可调光谱积分球替代0.125°发散角扩束镜平行光源方案，验证所建立模型和分析结果的合理性。结果表明，DPC的线偏振度测量值和理论预测值间的平均差异由1.26×10–2减小至4.4×10–3，说明所建立模型和采用可调光谱积分球作为偏振定标光源方案可用于DPC的实验室偏振定标。  
        关键词：偏振遥感器;偏振定标;偏振光源;发散角;精度验证   
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        发布时间：2021-06-07
      • 陈林,张鹏,吴荣华,胡秀清,张璐
        2018, 22(2): 211-219. DOI: 10.11834/jrs.20186464
        月球目标监测风云二号静止气象卫星可见光辐射响应变化
        摘要：月球的光度具有纪年级的稳定性，其辐照度可作为可见—近红外光谱辐射基准，基于此的月球辐射定标方法有望成为辐射定标的新方法之一。本文介绍一种利用月球目标作为稳定辐射定标源，结合月球辐照度模型，跟踪风云二号静止气象卫星遥感仪器可见光通道辐射响应变化的方法。通过轨道预报遴选出风云二号E星(FY-2E)的扫描辐射计2010年1月—2014年10月的对月观测数据，经过月球图像提取和筛选、月球照度模型计算、卫星观测月球照度模型计算、星—月—日距离校正等环节处理后，获取了FY-2E扫描辐射计可见光通道的辐射响应变化，并且与深对流云辐射定标方法进行了对比验证。主要结果：(1)利用月球辐射作为基准可有效监测遥感仪器可见光通道的辐射响应变化情况，通过线性回归分析发现FY-2E可见光通道的辐射响应总衰减率是9.2%，年衰减率为1.96%，95%置信区间的不确定度和稳定性指标分别为±0.79%和2.66，其结果与基于深对流云目标监测的仪器辐射响应结果相近；(2)FY-2E可见光通道较低的量化等级(6 bit)、杂散光影响等因素对利用月球进行辐射响应定标和跟踪监测有一定的影响；(3)FY-2E辐射响应除了衰减趋势，还存在周期性震荡的特点。基于月球目标的辐射定标方法能够有效监测卫星的辐射响应衰减，可作为星载遥感仪器辐射响应定标和检验的一种可靠手段，特别是针对卫星全生命周期的历史数据再定标，从而提高辐射定标精度。  
        关键词：月球目标;月球辐照度模型;风云二号;可见光波段;辐射响应变化   
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        发布时间：2021-06-07
      • 孙越君,汪子豪,秦其明,韩谷怀,任华忠,黄敬峰
        2018, 22(2): 220-233. DOI: 10.11834/jrs.20186428
        高分四号静止卫星数据的地表反照率反演
        摘要：地表反照率(Albedo)是描述地表辐射能量平衡的重要参数，为了获得高分四号(GF-4)静止卫星的地表反照率产品，构建了一种基于核驱动双向反射率分布(BRDF)模型的反照率反演方法。首先，探索核驱动BRDF模型对GF-4卫星数据的适用性，加入地表分类信息，为核系数赋初值，并引入鲍威尔迭代算法优化模型结果。然后，对BRDF模型进行角度积分获得各个波段的地表窄波段反照率。在此基础上，结合GF-4卫星光谱响应函数与光谱库，首次建立了将窄波段反照率到宽波段反照率的转换系数，并反演得到0.4—0.7 μm和0.3—3.0 μm的宽波段反照率。最后，利用Landsat 8卫星数据和MODIS地表反照率产品对基于GF-4卫星数据的地表反照率反演结果进行交叉验证。Landsat 8与GF-4的反照率结果对比表明，GF-4卫星可见光范围内的反照率反演结果精度为85.6%，短波范围内的反照率反演结果精度为93.4%；MODIS与GF-4的反照率结果对比表明，可见光范围的地表反照率精度达到87.7%，短波范围的地表反照率精度达到85.9%。这说明GF-4卫星地表反照率反演结果具有较高精度，GF-4卫星反照率产品具有一定应用潜力。  
        关键词：高分四号(GF-4);高频次;反照率;BRDF;静止卫星   
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        发布时间：2021-06-07

        综述

      • 林尚荣,李静,柳钦火
        2018, 22(2): 234-254. DOI: 10.11834/jrs.20186456
        摘要：准确估算陆地总初级生产力GPP(Gross Primary Productivity)数值对碳循环过程模拟有重要影响。本文介绍了多种基于植被指数以及基于光能利用率的遥感GPP算法，综述了不同算法在其研究区域的估算精度；并分析了MODIS/GPP以及BESS/GPP两种遥感GPP产品在不同植被类型的估算精度。通过对比全球碳通量站网络GPP数据表明，MODIS/GPP产品在全球估算结果具显著相关性(R2=0.59)及中等标准误差(RMSE=2.86 gC/m2/day)，估算精度较高的植被类型有落叶阔叶林，草地等；估算精度较低类型包括常绿阔叶林，稀树草原等。本文对GPP产品中存在的不确定性进行分析，通过综述前人研究中发现的遥感估算GPP方法中存在的问题，指出可能的提高卫星遥感GPP产品估算精度的方法及发展趋势。  
        关键词：陆地总初级生产力;遥感陆地生态系统模型;MODIS/GPP产品;BESS/GPP产品;碳循环;全球变化;    
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        发布时间：2021-06-07

        技术方法

      • 朱晓辉,杨晓峰,杜延磊,井成,刘桂红,李紫薇
        2018, 22(2): 253-264. DOI: 10.11834/jrs.20186461
        摘要：目前可遥感反演的海上风能参量主要为平均风速和平均风功率密度，缺乏对风能方向性参量的反演。本文建立了以风向频率、风能密度方向分布为核心的风能方向性参量体系及相应的反演方法，使用2007年—2016年ASCAT星载散射计观测数据进行了反演实验，并利用海上现场观测数据对反演结果进行比较验证，通过理论分析和模拟实验对反演方法的数据量需求和误差传递进行了分析。结果表明，90%的反演结果通过了所有的同一性检验，验证了其有效性和准确性；风向频率和风能密度方向分布准确反演所需的最小数据量分别为350条和800条；遥感反演的风速风向数据的误差使得最终反演的风能方向性参量趋于离散，真实的风能方向分布越集中，对其影响越敏感。  
        关键词：风能;风能方向性参量;ASCAT;风向频率;风能密度方向分布;海面风场;方向统计   
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        发布时间：2021-06-07
      • 袁博
        2018, 22(2): 265-276. DOI: 10.11834/jrs.20186445
        摘要：非负矩阵分解(NMF)技术是高光谱像元解混领域的研究热点。为了充分利用高光谱图像中丰富的空间与光谱相关性特征，改善基于NMF的高光谱解混算法性能，提出一种结合了空间与谱间相关性分析的NMF解混算法。算法针对NMF的通用性和局部极小问题，引入并结合高光谱图像两种典型的相关性特征，具体包括：基于马尔可夫随机场(MRF)模型，建立描述相邻像元空间相关特征的约束；通过复杂度映射技术，建立描述相邻波段谱间相关(光谱分段平滑)特征的约束；并将上述两种约束同时引入NMF解混目标函数中。实验结果表明，对于一般自然地物场景或人造地物场景，相对于分段平滑和稀疏约束的非负矩阵分解(PSNMFSC)、交互投影子梯度的非负矩阵分解(APSNMF)和最小体积约束的非负矩阵分解(MVCNMF)这3种代表性NMF解混参考算法，该算法可进一步提高高光谱解混精度；对于空间相关或谱间相关特征中某一种不显著的特殊场景，也具有更好的适应能力。通过将空间相关和谱间相关特征相结合，较全面地反映了高光谱数据与解混相关的重要特征，能够对绝大多数真实高光谱数据进行高精度解混，对高光谱解混及后续应用领域相关研究均具有参考价值。  
        关键词：非负矩阵分解;像元解混;空间相关性;谱间相关性;马尔可夫随机场;复杂度映射   
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        发布时间：2021-06-07
      • 何梦梦,郭擎,李安,陈俊,陈勃,冯旭祥
        2018, 22(2): 277-292. DOI: 10.11834/jrs.20186420
        特征级高分辨率遥感图像快速自动配准
        摘要：随着遥感图像分辨率的日益提高，遥感图像的尺寸和数据量也不断地增大，同时随着遥感应用的发展，对图像配准的性能也提出越来越高的要求，基于此，提出一种特征级高分辨率遥感图像快速自动配准方法。首先，对图像进行Haar小波变换，基于小波变换后的近似图像进行配准以提高配准速度；其次，根据不同的遥感图像来源使用不同的特征提取方法(光学图像使用Canny边缘提取算子，SAR图像使用Ratio Of Averages算子)，并将线特征转化为点特征；然后，依据特征点间最小角与次小角的角度之比小于某一阈值来确定初始匹配点对；最后，利用改进的随机抽样一致性算法滤除错误匹配点对，并结合分块思想均匀选取匹配点对计算仿射变换参数，进一步提高配准精度。为了验证本文方法的有效性，选择高分辨率WorldView-2图像、Pleiades图像和TerraSAR图像进行了实验，并与典型的SIFT算法、SURF算法进行比较分析，采用匹配率、匹配效率、均方根误差和时间消耗4个定量评价指标来客观评价算法的配准性能。实验结果表明，本文方法具有较好的有效性，且在不同的情况下具有较高的配准精度。本文提出的特征级高分辨率遥感图像快速自动配准方法，多组高分辨率遥感图像数据的配准实验结果表明该方法能快速实现并具有较高的配准精度和较好的鲁棒性。  
        关键词：遥感图像配准;高分辨率遥感图像自动配准;图像匹配;特征匹配;特征提取   
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        发布时间：2021-06-07
      • 王雷光,曹小汪,郑雅兰,代沁伶
        2018, 22(2): 293-303. DOI: 10.11834/jrs.20186439
        摘要：为了解决高光谱遥感影像分类中单一尺度特征无法有效表达地物类间差异和区分地物边界的不足，提高影像分类精度和改善分类目视解译效果，提出了采用引导滤波提取多尺度的空间特征的方法。首先，利用主成分分析对高光谱影像进行降维，移除噪声并突出主要特征；然后，将第1主成分作为引导影像，将包含信息量最多的若干主成分分别作为输入影像，应用依次增加的滤波半径分别进行引导滤波处理提取多个尺度的特征，获得影像不同尺度的结构信息；最后，将多尺度特征输入分类器中进行影像监督分类。采用仿真数据和帕维亚大学(Pavia University)、帕维亚城区(Pavia Centre)等3幅高光谱实验数据，提取了基于引导滤波的多尺度特征、多尺度形态特征和多尺度纹理特征，输入到支持向量机、随机森林和K近邻分类器中，进行了实验。实验结果表明：采用支持向量机分类Pavia University数据，相对于采用多尺度形态特征的分类结果，引导滤波特征的总体精度提高了6.5%；Pavia Centre和Salinas两幅影像最高分类精度均由引导滤波特征实现，分别达到98.51%和98.39%。实验证实基于引导滤波提取的多尺度特征能有效地描述地物结构，进而获得更高的分类精度和改善目视解译效果。  
        关键词：高光谱影像;引导滤波;多尺度特征;分类;空间信息   
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        发布时间：2021-06-07

        遥感应用

      • 张霞,吴兴,林红磊,王楠
        2018, 22(2): 304-312. DOI: 10.11834/jrs.20187046
        火星Eberswalde撞击坑三角洲矿物丰度反演
        摘要：矿物的种类与含量可限定其形成时特定的地质环境，因此火星表面矿物识别和丰度反演研究对了解火星的地质构造及历史演变过程具有重要意义。Eberswalde撞击坑具有复杂的水文系统，是火星探测的热点地区，而对该地区大范围矿物反演则鲜有研究。基于紧凑型侦查成像光谱仪(CRISM)目标探测模式数据和CRISM光谱库，首先，通过高光谱数据子空间识别算法(Hysime)分析CRISM数据信号子空间，并将光谱库所有矿物光谱投影到子空间上，保留投影误差较小的光谱作为约简后的端元光谱库；然后，使用协同稀疏解混对Eberswalde撞击坑西北部三角洲地区的矿物丰度进行定量反演，得到5种原生矿物：辉石、橄榄石、斜长石、菱铁矿、硬水铝石和1种蚀变矿物透闪石，并从矿物光谱、分布分别对反演结果进行验证；最后，从矿物学的角度对可能成因做出解释，推测该区域存在接触变质作用。  
        关键词：火星;Eberswalde撞击坑;矿物;协同稀疏分解;丰度反演   
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        发布时间：2021-06-07
      • 芶盛,岳宗玉,邸凯昌,徐懿
        2018, 22(2): 313-323. DOI: 10.11834/jrs.20187014
        火星Evros Vallis与塔里木盆地开都河流域河网形态和水文特征比较
        摘要：从比较行星学的角度，开展火星典型河网和地球类比区河网对比研究，对深入理解火星表面河网产生、发展和消亡的时空演变过程，甚至对探索火星古老生命遗迹均具有重要意义。分别基于MOLA和ASTER GDEM高程数据，提取了火星Evros Vallis和新疆塔里木盆地开都河流域的河网水系，定量计算并比较了各级河流平均长度、各级河流平均弯曲系数、河网密度、河道密度、河道比降、河网分维数等河网形态与水文特征参数。结果显示：(1)Evros Vallis流域各级河流平均长度是开都河流域长度的1.4—2.5倍，说明Evros Vallis流域河流的规模普遍较大；(2)Evros Vallis流域各级河流平均弯曲系数为1.19，为平直河流；开都河流域各级河流平均弯曲系数均值为1.35，为弯曲河流；(3)Evros Vallis和开都河流域的河网分维数分别是1.63和1.70，表明这两个流域的地貌发育均处于幼年期刚刚结束，壮年期才开始的阶段，但前者的河网密度和河道密度均远小于后者，说明其整体发育程度小于后者；(4)Evros Vallis干流纵剖面整体呈现下凹趋势，河道相对平缓，比降为1.63‰；整个开都河干流的河道比降为3.74‰，其纵剖面整体形态可划分为两部分，河源这一段为下凹型，河道较平缓，比降为2.54‰，河口这一段为上凸型，河道较陡峭，比降为5.18‰。Evros Vallis的流域形态与水文参数与地球上自然形成的流域的形态与水文特征参数非常相似，并且其干流河道内还能观察到心滩等典型河流地貌、河流干涸过程中形成的泥裂以及表明水/冰曾存在的壁垒撞击坑，这些特征强烈显示该流域是长期水流冲刷侵蚀形成。  
        关键词：火星表面;Evros Vallis;开都河;形态特征;水文特征;定量比较   
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      • 张圳,张弥,肖薇,王伟,肖启涛,王咏薇,李旭辉
        2018, 22(2): 324-334. DOI: 10.11834/jrs.20186495
        太湖水生植被NDVI的时空变化特征分析
        摘要：为了明确太湖不同生态区水生植被长势的变化规律及其影响因子，利用MODIS传感器提供的NDVI数据，分析了太湖2000年—2015年NDVI的时间及空间变化特征。结果表明：太湖水生植被NDVI存在明显的季节变化和年际变化，NDVI每年最小值出现在冬季，最大值出现在植被生长旺盛的8月或9月，其值可达0.35；太湖全湖NDVI多年平均值为0.1，最大值为0.14，出现在2007年。太湖NDVI的空间差异可将太湖划分为不同的植被类型区，太湖西北部(竺山湾和梅梁湾)NDVI最大值可达0.2，植被类型主要以浮游藻类为主，东太湖区域最大值超过0.6，主要以沉水植被为主；太湖不同区域植被动态特征对气象因子的响应也不尽相同，沉水植物生长与平均气温有显著的正相关关系，而浮游植物区的生长状况受平均风速影响较大。  
        关键词：太湖;NDVI;时空变化;气象因子   
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      • 章吴婷,张秀英,刘磊,赵丽敏,卢学鹤
        2018, 22(2): 335-346. DOI: 10.11834/jrs.20187305
        多源卫星遥感的华北平原大气NO<sub>2</sub>浓度时空变化
        摘要：为探讨1996年以来华北平原对流层NO2柱浓度变化的空间特征，基于GOME、SCIAMACHY和OMI卫星传感器的监测数据，以SCIAMACHY的NO2柱浓度为基准，根据建立的GOME和SCIAMACHY，SCIAMACHY和OMI之间的相关关系，校正GOME和OMI监测的NO2数据；利用线性正弦曲线模型拟合方法研究1996年—2016年长时间序列华北平原对流层NO2变化的空间分布特征。结果显示，华北平原对流层NO2浓度自1996年开始持续上升，到2011年达到最高值，然后呈现下降趋势。该变化趋势主要受经济发展和环保政策的双重影响。1996年—2011年，NO2柱浓度高值区分布在北京市、天津市、河北唐山市和保定市、山东德州市和济南市、安徽滁州市以及江苏南京市、常州市和无锡市，并且具有较高增长率；2012年—2016年NO2柱浓度平均值远高于1996年—2011年NO2柱浓度平均值，高值地区范围扩大，分布在河北南部、河南北部和山东西部，但华北平原地区NO2柱浓度均呈现负增长，表明 “十二五”规划提出的大气环保政策取得了显著成效。同时，对流层NO2柱浓度可以反映典型环保事件如北京奥运会、国庆阅兵和南京青奥会时期大气环保政策的实施效果。  
        关键词：变化趋势;对流层NO2柱浓度;华北平原;多源遥感;长时间序列   
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      • 徐焕,付碧宏,郭强,时丕龙,薛国梁
        2018, 22(2): 347-359. DOI: 10.11834/jrs.20186474
        西咸一体化过程与城市扩展研究
        摘要：随着国家“一带一路”倡议的推进和“新型城镇化建设”战略的实施，中西部城市群建设的步伐大大加快，坚持“集约、节能、生态”的绿色发展理念和落实“以人为本”的城市发展核心价值已经成为具有中国特色城市发展的新潮流，中国中西部大城市群的时空扩展过程及其驱动力分析已经成为热点研究课题。本研究以丝绸之路起点大城市—西安市为研究对象，利用近30年来的多时相(1985年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年)Landsat卫星遥感数据，提取城市化扩展过程的时空变化信息。通过引入扩展强度指数、扩展速率指数、紧凑度等定量变化指数，从时间和空间尺度上分析西安市城市化扩展的数量及几何学特征。同时，选取西安市相应的社会经济统计数据，从人口、国内生产总值(GDP)、宏观政策(包括西咸经济一体化规划)、道路交通4个方面对城区扩展的驱动力进行了综合分析。研究结果表明：(1)城市面积的变化方面：西安市城区从1985年的107.44 km2增长到2015年的724.19 km2，30年间城区面积扩展了6.74倍。扩展强度和扩展速率都呈现先降后升的趋势，在2005年—2010年达到了最大值。(2)空间特征方面：1985年至2000年西安市主要向东部、北部及西北部扩展，2000年至2015年城区则转变为主要向西部、南部与西南部扩展。(3)紧凑度方面：1985年至2000年城市紧凑度呈快速下降趋势，由紧凑型(0.367)转变为较紧凑型(0.262)，2000年之后表现为缓慢下降，15年间下降了0.07。(4)城市扩展驱动因子方面：GDP和人口是城市扩展的关键因素，城区面积与GDP呈现出二次幂关系，而城区面积与人口数量则表现为线性正相关关系；此外，“西咸一体化”政策决定了西安市扩展和发展的宏观格局和规模；道路交通基础设施的配套建设也对城市发展起到牵引作用。西安市作为中国中西部“新型城镇化建设”的引领示范城市，城市发展面临着人口快速增长、水资源不足、生态环境脆弱等问题。因此，在今后的城市化发展过程中，应当秉持“绿色、生态、低碳”可持续发展理念，要加强生态功能区的规划，加快生态屏障区建设；统一渭河、泾河、灞河等主要河流的协调管理，合理配置水资源；优化产业结构，大力发展旅游等绿色产业，提高城市竞争力。  
        关键词：西安市;城市扩展;时空变化;遥感监测;驱动力分析   
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        发布时间：2021-06-07
      • 王小标,谢顺平,都金康
        2018, 22(2): 360-372. DOI: 10.11834/jrs.20186463
        水体指数构建及其在复杂环境下有效性研究
        摘要：针对复杂环境下水体提取精度易受到低反射率地表影响的问题，本文以秦淮河流域为实验区，选用2015年10月12日ETM+影像，在水体、低反射率地表和其他地表纯净像元平均反射率基础上构建Multi-Band Water Index (MBWI)。搜集1985年—2016年已有的12种水体指数，选取南京、南宁和烟台地区3景影像中不同地表环境的6个测试点，采用基于K均值聚类的水体指数法提取水体后分析水体指数在复杂环境下的有效性。结果表明，MBWI以平均总体精度、Kappa系数、错分和漏提误差分别为98.62%、0.95、3.46%和3.74%，总体上较其他水体指数具有一定的优势；实验发现TCW(Tasseled Cap Wetness index)不能有效地消除山体阴影，TCW和AWEInsh(Automated Water Extraction Index with no shadow)误将白色高反射率建筑噪声分为水体，水体提取结果中均有低反射率非水体信息存在；水体在可见光而非水体在红外反射率较高，基于二者的差异及从绿到红外波段水体似呈递减现象构建的MBWI能有效的抑制低反射率噪声，对水文水资源的研究与应用具有一定的实际价值。  
        关键词：秦淮河流域;多波段水体指数;K均值聚类法;精度分析   
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        发布时间：2021-06-07
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