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《AI从0到0.5》之AIoT人工智能物联网

时间:2024-11-07 09:16:09浏览次数:5  
标签:AIot AI 0.5 联网 学习 智能 AIoT 传感器 设备

说明:笔者自行拟定了文案框架,利用豆包、讯飞星火两个大模型生成文案草稿,最终人为修改、拼接形成文案终稿发布。

目录

什么是AIot

AIot的行业发展情况

市场规模与增长

技术创新与融合

芯片领域发展良好

应用领域广泛拓展

竞争格局与挑战

AIot的应用场景

智能家居

智能健康医疗

智能工业制造

智慧城市

智能农业

畅想AIot与人类的共生关系

家居生活方面

交通出行方面

医疗保健方面

教育学习方面

工作就业方面

城市管理方面

AIot相关工作必备的技能

需要具备的专业技能

基础学科知识

编程语言

硬件知识

通信与网络

人工智能与机器学习基础

自我提升路径

在校期间

        课程学习与实践

        在线学习与开源项目

毕业后初期

        入职初级岗位积累经验

        考取相关证书

长期自我提升

        深入技术研究与项目实践

        拓展行业视野与跨领域合作


什么是AIot

        AIot,即人工智能物联网(Artificial Intelligence of Things),是人工智能(AI)技术与物联网(IoT)在实际应用中的落地融合。它通过物联网产生、收集来自不同维度的海量数据,存储于云端、边缘端,并利用大数据分析以及更高形式的人工智能技术,实现万物数据化、万物智联化

        AIot并不是一项新技术,而是一种新的IoT应用形态。如果物联网是将所有可以行使独立功能的普通物体实现互联互通,那么AIot则是在此基础上赋予其更智能化的特性,做到真正意义上的万物互联。AIot的目标是建构一种更高级形式的智能化生态体系,在该体系内,不同智能终端设备之间、不同系统平台之间、不同应用场景之间能够实现互融互通。


AIot的行业发展情况

        AIot行业正处于快速发展阶段,市场规模不断扩大,技术创新持续涌现,应用领域不断拓展。然而,也面临着竞争格局严峻、数据安全和隐私保护等挑战。未来,随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展,AIot行业有望继续保持高速增长态势。

市场规模与增长

        市场规模迅速扩大:随着国内产业互联网、产业智能化进程及“新基建”的步伐进一步深入,加之数字化转型浪潮来袭,AIot产业下游应用场景需求进入爆发增长阶段。2023年我国智能物联网(AIOT)市场规模已从2018年的2590亿元增长至11868亿元,年复合增长率为35.59%。这一数据表明,AIot行业具有巨大的市场潜力和增长空间。

        投融资活跃:近年来,AIot行业的投融资活动也相当活跃。尽管投资数量有所波动,但投资者对物联网领域的关注度持续上升,特别是关注产业链上游的技术突破,如传感器、芯片、通信协议等。这些技术是实现物联网设备互联互通、数据采集和分析的基础,对于推动整个行业的发展具有重要意义。

技术创新与融合

        AI与IoT深度融合:AIot是人工智能与物联网技术的深度融合,通过物联网产生、收集来自不同维度的海量数据,存储于云端、边缘端,并利用大数据分析以及更高形式的人工智能技术,实现万物数据化、万物智联化。这种融合不仅提升了IoT应用的智慧化程度,还拓展了应用层次和范围。

        新技术推动发展:随着5G、区块链等先进技术的不断发展和应用,AIot行业将迎来更多的创新机遇。例如,5G技术的普及将使得物联网设备之间的通信更加快速、稳定,为AIot应用提供更强大的网络支持;区块链技术则可以为AIot数据的安全性和可信度提供保障。

芯片领域发展良好

        需求回升带动业绩增长:2024 年,AIoT 芯片下游市场快速回暖。多家 A 股上市公司,如瑞芯微、乐鑫股份、晶晨股份和全志科技等,在 2024 年上半年或前三季度都呈现出净利润大幅提升的情况。例如,瑞芯微 2024 年前三季度实现营业收入约 21.60 亿元,同比增长约 48.50%;归母净利润 3.40 亿元到 3.60 亿元,同比增长约 339.75% 到 365.62%。

        新产品研发与应用拓展:芯片厂商不断推出新的 AIoT 芯片产品,以满足市场对高算力、低功耗、多模态交互等方面的需求。例如,炬芯科技正逐步全线升级 CPU、DSP+NPU 三核异构 AI 计算架构,致力于打造低功耗端 AI 算力。

应用领域广泛拓展

        AIot技术的应用领域正在不断拓展,涵盖智能家居、智能交通、智能医疗、智能工业等多个方面。在智能家居领域,AIot技术使得人们可以通过语音指令实现家电控制、环境监测等多种功能;在智能交通领域,AIot技术可以实现车辆间的通信和协同,提高道路安全和交通效率;在智能医疗领域,AIot技术也被广泛应用于远程医疗、健康监测等方面。

竞争格局与挑战

        竞争格局严峻:AIot行业竞争形势严峻,存在多个强有力的竞争者,包括微软、IBM、谷歌等全球科技巨头以及华为、小米、海尔等国内外知名企业。这些企业在技术创新、资金实力和市场份额方面具有显著优势。

        面临的挑战:尽管AIot行业发展迅速,但也面临着一些挑战。例如,数据安全和隐私保护问题日益凸显,需要加强数据加密、身份验证等安全技术的研发和应用;标准化和互操作性成为行业发展的关键因素之一,需要推动标准化开发平台的建设和完善。


AIot的应用场景

        AIot技术的应用场景非常广泛,涵盖了家居、城市、工业、医疗、农业、物流、交通等多个领域。随着技术的不断发展和应用场景的不断拓展,AIot技术将在未来发挥更加重要的作用。

智能家居

        智能照明系统:通过在灯具中嵌入传感器和智能芯片,实现根据环境光强度、时间、用户行为习惯等因素自动调节灯光亮度和颜色。例如,当傍晚光线变弱时,智能灯自动亮起;在用户看电视时自动调暗灯光营造氛围。同时,用户也可以使用手机应用远程控制家中灯光,在外出时也能让家里灯火通明,起到防盗警示作用。

        智能家电控制:智能冰箱能够实时监测食物的储存状态,如食物的保质期、库存数量等。当某种食物快过期时,它可以通过手机提醒用户。智能洗衣机可以根据衣物的重量、材质自动选择合适的洗涤模式。并且,所有这些家电都可以通过智能音箱或手机应用进行集中控制,用户可以用语音指令开启或关闭家电,如说 “打开空调并设置为 26 摄氏度”。

        家庭安防监控:智能摄像头结合人工智能的图像识别技术,能够区分家庭成员和陌生人。当识别到陌生人入侵时,会立即向用户手机发送警报信息,并上传视频片段。同时,一些智能门锁具备人脸识别、指纹识别等多种开锁方式,还可以记录开锁时间和人员信息,提高家庭安全性。

智能健康医疗

        可穿戴设备:智能手环和智能手表是最常见的可穿戴设备,它们能够实时监测人体的心率、血压、血氧饱和度、睡眠质量等生命体征数据。这些设备中的加速度传感器可以记录用户的运动步数、运动距离和运动强度。例如,运动爱好者可以通过手表的数据分析自己的运动状态,调整运动计划。另外,在睡眠监测方面,设备可以分析用户的睡眠周期,提供改善睡眠的建议。

        远程医疗诊断:在偏远地区医疗资源有限的情况下,通过 AIoT 设备可以实现远程医疗。例如,基层医护人员可以使用便携式医疗检测设备为患者检查,这些设备将检测数据(如心电图、超声影像等)通过网络传输给城市大医院的专家。专家借助人工智能辅助诊断系统对这些数据进行分析,做出诊断建议,从而实现医疗资源的共享。

        医院智能化管理:在医院内部,AIoT 技术可以用于医疗设备管理和病房环境监控。通过在医疗设备上安装传感器,实时追踪设备的位置、使用状态和维护周期。例如,确保急救设备随时处于可用状态。同时,病房的环境监测系统可以自动调节温度、湿度和空气质量,为患者提供舒适的康复环境。

智能工业制造

        设备预测性维护:在工厂的生产线上,通过在各种工业设备(如机床、电机、输送带等)上安装振动传感器、温度传感器等多种传感器,实时收集设备运行时的数据。利用人工智能算法对这些数据进行分析,预测设备可能出现的故障时间和故障部位。例如,通过监测电机的振动频率和温度变化,提前发现电机轴承磨损等问题,在设备故障发生之前安排维修,减少设备停机时间,降低维修成本。

        生产质量检测:在生产过程中,利用机器视觉系统对产品进行外观质量检测。这些视觉系统可以快速识别产品表面的划痕、裂缝、孔洞等缺陷。例如,在电子元件生产中,通过摄像头拍摄元件的外观,人工智能算法对图像进行分析,精确地判断元件是否合格,检测速度比人工检测快很多,而且准确性更高。

        智能仓储物流:在仓库管理中,采用自动导引车(AGV)和机器人进行货物的搬运和存储。AGV 通过传感器感知周围环境,按照预设的路线自动行驶,将货物从仓库的一个位置搬运到另一个位置。同时,库存管理系统利用物联网技术实时更新货物的存储位置和数量信息,结合人工智能算法优化仓库布局和货物调度,提高仓储空间利用率和物流效率。

智慧城市

        智能交通信号灯控制:交通信号灯通过安装在路口的车辆传感器和行人传感器,实时感知车流量和人流量。人工智能算法根据这些数据动态调整信号灯的时长。例如,在车流量大的方向延长绿灯时间,减少车辆等待时间,缓解交通拥堵。

        自动驾驶和辅助驾驶:汽车配备多种传感器,如激光雷达、摄像头、毫米波雷达等,收集车辆周围的环境信息。人工智能算法对这些数据进行处理,实现自动驾驶功能,如自动跟车、自动变道、自动泊车等。即使是在辅助驾驶模式下,也能为驾驶员提供诸如车道偏离预警、前方碰撞预警等功能,提高行车安全性。

        智能停车系统:在停车场中,通过安装在车位上的传感器感知车位是否空闲。智能停车系统可以将空闲车位信息发送给用户的手机应用,引导用户快速找到车位。并且,在停车场出口处,自动计费系统根据车辆的入场时间和停车时长进行自动收费,提高停车场的管理效率。

        智能环保监测系统:智能环保监测系统通过先进的技术手段实时监测和评估环境状况(如空气质量、水质等环境指标),为城市环境保护和科学管理提供数据支持。

智能农业

        精准农业生产:在农田中安装土壤湿度传感器、肥力传感器、气象站等设备,收集土壤和气象数据。人工智能算法根据这些数据,为农民提供精准的灌溉、施肥和播种建议。例如,根据土壤湿度传感器的数据,当土壤湿度低于一定阈值时,自动启动灌溉系统;根据肥力传感器的数据,精确地施加肥料,提高肥料利用率,减少浪费。

        农产品质量追溯:利用物联网技术,为每一个农产品贴上唯一的身份标签,记录其从种植、加工到销售的全过程信息。消费者通过扫描产品标签上的二维码,可以获取产品的产地、种植过程中使用的农药化肥情况、采摘时间等信息,确保农产品的质量和安全。

        农业设施智能化管理:在温室大棚中,通过调节温度、湿度、光照等环境控制设备,利用传感器和人工智能算法实现自动控制。例如,当光照强度不足时,自动开启补光灯;当温度过高时,自动开启通风设备或遮阳网,为农作物创造适宜的生长环境。


畅想AIot与人类的共生关系

        未来的人类生活将更加依赖于AIot技术,而AIot技术也将在不断满足人类需求的同时,推动人类社会的进步和发展。然而,也需要注意到技术带来的挑战和风险,并采取相应的措施来应对和解决这些问题。

家居生活方面

        高度个性化与智能化的居住体验:房屋将成为一个高度智能的整体,能够根据居住者的生活习惯、健康状况、情绪状态等多方面因素自动调整。例如,清晨,智能系统会根据居住者的睡眠数据和日程安排,自动调节灯光、温度、湿度,播放舒缓的音乐唤醒居住者,并准备好合适的早餐。当居住者感到疲劳时,智能沙发会自动调整角度和按摩模式,为其提供舒适的休息环境。

        智能家庭健康管理:家中的各种智能设备将与医疗系统紧密连接,实时监测居住者的健康状况。智能马桶可以分析尿液和粪便的成分,检测身体的基本健康指标;智能床垫能够监测睡眠质量和心率、呼吸等生理数据。一旦发现异常,系统会立即通知医疗人员或提供相应的健康建议。家庭机器人可以协助老人或残疾人进行日常活动,如穿衣、洗漱、进食等,同时还能陪伴他们聊天、娱乐,缓解孤独感。

交通出行方面

        自动驾驶成为主流:道路上几乎所有的车辆都将实现自动驾驶,交通效率和安全性将大幅提高。车辆之间通过物联网相互连接,实时共享路况信息,自动规划最佳行驶路线,避免交通拥堵和事故的发生。人们在出行时只需输入目的地,车辆便会自动将其送达。而且,自动驾驶车辆的内部将被设计成舒适的移动空间,人们可以在车内工作、学习、娱乐或休息。

        智能交通基础设施的协同运作:道路、桥梁、信号灯等交通基础设施都将配备智能传感器和通信设备,与车辆和行人实现互动。例如,当行人靠近路口时,信号灯会自动感知并调整为绿灯,方便行人通过;道路上的传感器可以检测到车辆的重量和行驶状态,及时发现道路损坏或车辆故障,并通知相关部门进行维修。

医疗保健方面

        精准医疗的全面实现:医疗领域将高度依赖 AIoT 技术,实现精准医疗。智能医疗设备可以对患者进行全方位的监测和诊断,收集大量的生理数据,并通过人工智能算法进行分析和预测。医生可以根据这些数据制定个性化的治疗方案,提高治疗效果和患者的康复速度。例如,对于癌症患者,智能医疗系统可以根据患者的基因数据、肿瘤特征等信息,精准选择最适合的治疗药物和治疗方式。

        远程医疗的普及:人们可以通过家中的智能医疗设备或可穿戴设备,随时随地与医生进行远程会诊。医生可以远程监控患者的健康状况,提供在线诊断和治疗建议。同时,医疗资源的分配将更加均衡,偏远地区的患者也能够享受到优质的医疗服务。

教育学习方面

        个性化学习的深化:教育系统将借助 AIoT 技术,为每个学生提供个性化的学习方案。智能学习设备可以根据学生的学习进度、兴趣爱好、知识掌握程度等因素,自动推送适合的学习内容和学习任务。例如,学生在学习数学时,智能学习系统会根据其薄弱知识点,推送相应的练习题和讲解视频,帮助其快速提高。

        虚拟学习环境的广泛应用:虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术将与 AIoT 相结合,为学生提供更加生动、直观的学习体验。学生可以通过 VR 设备进入虚拟的实验室、历史场景、宇宙空间等进行学习和探索,增强学习的趣味性和效果。同时,远程教学将更加普及,学生可以与世界各地的学生和教师进行互动和交流,拓宽视野。

工作就业方面

        人机协作的工作模式:在工作场所,人类和智能机器将形成紧密的协作关系。智能机器人和自动化设备将承担一些重复性、危险性和高强度的工作,而人类则专注于需要创造力、情感沟通和复杂决策的工作。例如,在制造业中,机器人可以进行零件组装、产品包装等工作,而工人则负责产品设计、质量检测和设备维护等工作;在客服领域,智能聊天机器人可以处理一些常见问题的咨询,而人工客服则负责处理复杂问题和客户投诉。

        工作方式的灵活化:AIoT 技术将使人们的工作方式更加灵活,远程办公和移动办公将成为常态。人们可以通过智能设备随时随地接入工作系统,与同事进行沟通和协作,完成工作任务。同时,工作场所的界限将变得模糊,人们可以在家庭、咖啡馆、公园等场所进行工作,提高工作效率和生活质量。

城市管理方面

        智能城市的全面建成:城市将成为一个高度智能化的有机整体,城市管理将更加高效和便捷。智能传感器和监控设备将遍布城市的各个角落,实时监测城市的环境、交通、能源等状况。城市管理者可以通过智能城市管理平台,对城市的运行进行全面的监控和管理,及时发现和解决问题。例如,当城市某个区域出现环境污染或能源浪费时,系统会自动发出警报,并采取相应的措施进行治理。

        资源的优化配置:AIoT 技术将帮助城市实现资源的优化配置,提高资源的利用效率。例如,通过智能电网和能源管理系统,可以实时监测和调控城市的能源消耗,实现能源的合理分配和节约;通过智能水务系统,可以对城市的水资源进行科学管理,提高水资源的利用效率。


AIot相关工作必备的技能

需要具备的专业技能

基础学科知识

        高等数学:熟练掌握微积分、线性代数和概率论等内容。例如,在机器学习算法中,微积分用于优化模型的参数,线性代数帮助处理数据的矩阵运算,概率论用于理解数据的分布和模型的不确定性。

        离散数学:了解集合论、图论、数理逻辑等知识。这些在算法设计、数据结构以及理解计算机网络和物联网的拓扑结构方面非常重要。

        电学基础:掌握电路原理、电磁学等知识。这对于理解硬件设备的工作原理,如传感器、微控制器和通信模块的电路设计和工作机制至关重要。例如,在学习传感器时,需要理解其电学特性和信号转换原理。

编程语言

        C/C++ 语言:这是嵌入式系统和底层开发的核心语言。需要能够熟练运用 C/C++ 进行程序开发,包括数据类型、控制结构、函数、指针等基本概念。例如,在开发物联网设备的驱动程序或对硬件进行直接操作时,C/C++ 是必不可少的。 理解内存管理、编译原理和代码优化技巧,以提高程序的性能和效率。在资源有限的嵌入式设备中,优化代码可以更好地利用硬件资源。

        Python 语言:作为一种高级编程语言,Python 在数据处理、人工智能算法实现和快速原型开发方面应用广泛。掌握 Python 的基本语法、数据结构(如列表、字典、集合)和常用库(如 NumPy、Pandas 用于数据处理,Matplotlib 用于数据可视化)。能够使用 Python 进行简单的机器学习和数据分析任务,例如使用 Scikit - learn 库进行分类、回归等机器学习算法的实现,这在 AIoT 的数据处理和智能决策环节很有帮助。

硬件知识

        传感器原理与应用:了解常见传感器(如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光学传感器等)的工作原理、性能参数(如精度、分辨率、响应时间)和接口类型(如 I2C、SPI、模拟信号接口)。例如,在智能家居系统中,需要知道如何选择合适的温度传感器,并将其数据正确地读取和传输。掌握传感器的校准和故障检测方法,以确保传感器数据的准确性和可靠性。

        微控制器与嵌入式系统:熟悉至少一种微控制器(如 ARM Cortex - M 系列)的架构、寄存器配置和编程方法。了解微控制器的内部资源,如定时器、中断控制器、通用输入输出端口(GPIO)等,并能够使用它们进行简单的硬件控制,如控制 LED 闪烁、读取按键状态等。理解嵌入式系统的开发流程,包括硬件选型、电路设计基础(如电源电路、复位电路等简单电路的设计)、软件开发环境搭建和调试方法。

通信与网络

        物联网通信协议:了解常见的物联网通信协议,如 Wi - Fi(IEEE 802.11)、蓝牙(Bluetooth)、ZigBee(IEEE 802.15.4)、MQTT 等。理解它们的协议栈结构、通信模式(如点对点、星型、网状网络)和应用场景。例如,Wi - Fi 适用于高速数据传输和长距离通信的场景,而 ZigBee 更适合低功耗、短距离的传感器网络。能够进行简单的通信协议配置和数据传输实验,例如使用 MQTT 协议实现设备与服务器之间的消息发布和订阅。

        网络基础知识:掌握计算机网络的基本原理,包括 OSI 七层模型、TCP/IP 协议族等。理解 IP 地址、子网掩码、端口号等概念,这对于网络设备的配置和网络通信的实现非常重要。了解网络安全的基础知识,如加密算法(如 AES、RSA)的基本原理、数据安全传输的方法(如 SSL/TLS 协议)和身份认证机制,以保障物联网设备和数据的安全。

人工智能与机器学习基础

        人工智能概念:理解人工智能的基本概念,如机器学习、深度学习、自然语言处理、计算机视觉等领域的基本原理和应用场景。例如,知道机器学习是让计算机从数据中学习规律,而深度学习是机器学习的一个分支,通过神经网络模型来处理复杂的数据。掌握数据挖掘的基本方法,如数据清洗、特征提取、数据分类和聚类等操作,这是进行人工智能应用开发的基础。

        机器学习算法基础:熟悉常见的机器学习算法,如线性回归、逻辑回归、决策树、支持向量机等算法的原理、优缺点和适用场景。能够使用现有的机器学习库(如 Scikit - learn)实现简单的机器学习模型训练和预测任务。例如,使用线性回归算法来预测物联网设备的能耗与运行参数之间的关系。

自我提升路径

在校期间

        课程学习与实践

        认真学习专业课程:确保在学校期间学好相关的基础课程和专业课程,如上述提到的数学、物理、编程语言、硬件原理等课程。积极参加实验课程和课程设计,通过实际操作巩固所学知识。例如,在嵌入式系统课程设计中,自己动手制作一个简单的物联网设备,如基于微控制器的温湿度监测系统。

        参加校内竞赛:积极参与校内的学科竞赛,如电子设计竞赛、机器人大赛、物联网应用创新大赛等。这些竞赛可以锻炼团队合作能力和实际项目开发能力。例如,在电子设计竞赛中,与团队成员一起设计并实现一个具有一定功能的电子产品,从硬件设计到软件编程,全面提升自己的技能。

        在线学习与开源项目

        利用在线课程资源:利用在线学习平台,如 Coursera、EdX、Udemy 等,学习人工智能和物联网方面的进阶课程。这些课程通常由行业专家授课,可以拓宽知识面。例如,在 Coursera 上学习深度学习专项课程,深入了解神经网络的架构和训练方法。

        参与开源项目:在 GitHub 等开源平台上寻找简单的 AIoT 开源项目进行学习和参与。通过阅读优秀的开源代码,可以学习到先进的开发思路和技巧。例如,参与一个开源的物联网传感器数据采集和可视化项目,学习如何构建高效的物联网数据处理系统。

毕业后初期

        入职初级岗位积累经验

        选择合适的岗位切入点:可以先从嵌入式开发工程师助理、物联网测试工程师、AI 算法实现工程师助理等初级岗位入手。在工作中,向有经验的同事学习,了解企业级项目的开发流程和规范。例如,作为嵌入式开发工程师助理,协助资深工程师进行硬件调试和软件开发,熟悉实际项目中的开发工具和技术栈。

        深入学习企业技术栈:根据所在企业的技术要求,深入学习相关的技术和工具。如果企业主要使用某种特定的微控制器或通信协议,要深入研究并熟练掌握。例如,企业主要使用 ZigBee 通信协议进行物联网设备开发,那么就需要深入学习 ZigBee 协议的高级特性和应用案例。

        考取相关证书

        行业认证证书:考取一些与 AIoT 相关的证书来提升自己的竞争力,如华为 HCIA - IoT(华为认证物联网工程师)、ARM 认证工程师等。这些证书可以证明自己在相关领域的专业能力,增加在求职和职业晋升中的优势。

长期自我提升

        深入技术研究与项目实践

        技术深耕:随着工作经验的积累,选择一个或几个自己感兴趣的技术方向进行深入研究,如人工智能在物联网中的边缘计算应用、物联网安全技术等。阅读专业书籍、研究论文和行业报告,参加技术研讨会和学术会议,了解最新的研究成果和技术趋势。

        承担复杂项目:争取在工作中承担更复杂的项目,从项目的规划、设计到实施,全面锻炼自己的能力。例如,负责一个大型智能工厂的物联网系统升级项目,涉及到多种设备的集成、数据的高效处理和智能决策系统的构建,通过这个项目提升自己的综合技术能力和项目管理能力。

        拓展行业视野与跨领域合作

        关注行业动态:定期阅读行业杂志、新闻网站和社交媒体上的技术账号,了解 AIoT 行业的宏观发展趋势、市场需求变化和政策法规影响。例如,关注物联网行业的市场调研报告,了解不同应用领域(如智能家居、智能交通、智能医疗)的增长趋势和竞争格局。

        跨领域学习与合作:由于 AIoT 涉及多个领域的融合,尝试与其他领域的专业人士合作,如计算机科学家、通信工程师、自动化工程师等。通过跨领域的交流和合作,拓宽自己的技术视野,学习新的思维方式和技术方法,为解决复杂的 AIoT 问题提供更多的思路。

标签:AIot,AI,0.5,联网,学习,智能,AIoT,传感器,设备
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