地图符号系统的设计与实现

地图符号系统的设计与实现

　　本文由开到荼靡２２３贡献

　　ｐｄｆ１。

　　测绘信息与工程　　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ　　　２００４　　　Ｄｅｃ．　；　２９　（６）　文章编号　：１００７２３８１７　（２００４）　０６２００２５２０３　以及　ＣｏｒｅｌＤｒａｗ　等　等

　　［４～１０　］　［１～３　］

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　　中图分类号　：Ｐ２８３．　１　　　　　文献标识码　：Ｂ

　　地图符号系统的设计与实现

　　（　武汉大学资源与环境科学学院　，武汉珞喻路　１２９　号　，４３００７９）

　　张园玉　　　霖　　　毅　　　李　龙　尹章才　　　申　　　应　李志涛　　　菁　　　洋　黄　梅

　　摘　　　　要　设计并实现了一套地图符号系统　，提出了线状符号的附属属性设置实现　，并采用了程序符号的思想实现　一些相对特殊的如沙丘　、　河流　、　沼泽等地图符号　，成功地对国家标准系列地形图图式进行了设计　，实现了各种比例　尺下的地图符号的绘制　，完成了在　Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ　＋　＋　平台上所研制的地图符号软件系统的设计与开发　。　关键词　　　地形图图式　；　地图符号系统　；　地图符号　；　程序符号　部填充可通过点符号或线符号　，以一定的方式如井字　、　品字　、　随机排列构成　。线状符号表达呈线状分布的地物　，但有些符　号　，如陡崖　、　沙砾滩符号等　，　同时又具有一定的分布范围　，　可　定义成半线半面状符号　。另外　，线状符号和面状符号中都包　含了一些不能制作或不方便制作的需要单独的程序来绘制　的地图符号如新月型沙丘　、　河流　、　沼泽符号等　，将其定义为程　序符号　。

　　１．　３　　　地图符号库系统的类结构

　　一般来说　，地图符号的设计和实现方法分为两种　：　一是

　　在已有软件的基础上利用其二次开发语言及自身的图形编　辑功能进行自定义符号　，如　ＡｒｃＩｎｆｏ　，ＡｕｔｏＣＡＤ　，ＭａｐＩｎｆｏ　，ＡｒｃＶｉｅｗ

　　；　二是利用程序语言自己开发符号设计

　　软件平台实现符号　，　目前最　流　行　的　就　是　ＯＯＰ　或　ＣＯＭ　技　术　。针对目前符号库系统都是面向计算机而不是面向　地理信息的可视化　，忽略了地图符号中一些计算机较难实现　的或比较复杂的特殊符号　，如难以处理复杂的线　、　面符号　［４　］　，　不能绘制河流渐变线符号　［５　］　等情况　，选择对比了大中小比例　尺中如　１∶　０００　，１∶　０００　，１∶　０００　，１∶　０００　０００等比例尺下　５　１００　２５０　１　的符号　，包括普通地图符号和相对特殊的地图符号　，　设计了　一套地图符号系统　，　在　ＶＣ　＋　＋　６．　０　环境下开发并完成了该系　统。

　　根据上述分析　，　系统的类结构为多个点图元　、　线图元和　面图元对象聚合成一个符号基类对象　，而一个符号基类对象　又包含于点状符号　、　线状符号对象中　，　多个点状符号和线状　符号对象聚合而成一个面状符号对象　。点　、　、　线　面状符号被　符号库类对象包含　，　其间没有复杂的继承关系　，　只是一种管　理组合机制　，充分体现了面向对象管理的优势　，　提高了系统　的效率　。以符号数据库类为例　：

　　ｃｌａｓｓ　ＣＳｙｍｂｏｌＤａｔａＢａｓｅ　｛　ｐｕｂｌｉｃ　：　）　ΠΠ调用点　、　、　ｖｏｉｄ　Ｓｙｍｂｏｌｉｚｅ　（　ＣＤＣ　３　ｐＤＣ　，　ｌｏｎｇ　ｌＳｙｍＣｏｄｅ　，　…　；　ΠΠΠ　线　ＣＡｒｅａＳｙｍｂｏｌ　３　ａｒｒａｙＡｓｙｍ　；　ΠΠΠΠΠ　ΠΠΠΠ面符号对象集合　ＣＬｉｎｅＳｙｍｂｏｌ　３　ａｒｒａｙＬｓｙｍ　；　ΠΠΠΠΠ　ΠΠΠΠ线符号对象集合　ＣＰｏｉｎｔＳｙｍｂｏｌ　３　ａｒｒａｙＰｓｙｍ　；　ΠΠΠΠΠ　ΠΠΠΠ点符号对象集合　　　　１　　地图符号库系统的结构

　　地图被看作空间符号模型　，空间现象的特征均是通过地

　　图图形语言加以表达的　。通过对地图图形分解　，　可区分点　、　线、　面三种地图符号类型　，根据符号的几何特征　，点　、　、　线　面符　号又可分解成更小的基本几何图形单元　，即图元　。图元是构　成符号的最小单位　。

　　１．　１　　　图元分析

　　面符号中　Ｓｙｍｂｏｌｉｚｅ　（）　符号化函数　…　…ΠΠΠΠΠ方法　ΠΠΠΠΠ　…　…　　；　｝

　　很多符号库系统都是采用以图元作为符号的基本单元

　　的思想制作的　［４～８　，１０　］　，然而大多数把各种图元单独作为一个　类　，就形成

地图符号系统的设计与实现

了多个图元类对象组成一个符号　，　如把点状符号　抽象成点　、　、　圆　圆弧　、　、　椭圆　矩形　、　多边形　、　线串　、　样条曲线等基　本图元类

　　［５　］

　　等　，　分类较为繁杂　。本文将各种图元进行总结

　　后　，只分成点图元　、　线图元和面图元三个图元类　，各种基本图　形都在类中用方法实现　，　如点图元包括三角形　、　矩形　、　菱形　、　扇形　、　圆弧　、　椭圆　、　正多边形等　，　线图元包括折线　、　曲线　，　面图　元包括边界分别为折线和曲线的多边形两种　。结构相对简　单　，可扩充性强　。

　　１．　２　　　符号的分类组织

　　２　　地图符号的设计与实现

　　各种图元的编辑功能　，从而减轻了点　、　、　线　面符号设计时的压

　　力　。在各种比例尺下　，　大部分符号都是规则的　，　可以在点状　号　，以程序符号方式实现　。而且　，　一般中小比例尺的符号比　大比例尺符号更抽象　，　其特殊符号相对较多　，　如沼泽符号在

　　１∶　０００比例尺中要比　１∶　０００　，１∶　０００　中复杂得多　。　２５０　１　２

　　符号　、　线状符号　、　面状符号分别实现　，　少部分相对特殊的符

　　采用面向对象的方法设计系统　，通过对三类符号之间的　关系分析可知　：　每一个点　、　线状符号都是点　、　、　线　面图元的有　序集合　。面状符号是由轮廓线和内部填充方式决定的　，其内

　　项目来源　：　国家　８６３　计划”　“　资助项目　（２００２ＡＡ１３１０３０）　。

　　ｉｎｔ　ｎＡｓｙｍＮｕｍ　；　ΠΠΠ面符号数　ΠΠΠ　ｉｎｔ　ｎＬｓｙｍＮｕｍ　；　ΠΠΠ线符号数　ΠΠΠ

　　ｉｎｔ　ｎＰｓｙｍＮｕｍ　；　ΠΠΠΠ　ΠΠΠ点符号数

　　在地图符号系统中　，　按点　、　、　线　面设计地图符号　，　强调了

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　　测绘信息与工程　　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ　　　２００４　　　Ｄｅｃ．　；　２９　（６）　和图元　２　（　竖短线　）　线图元组成　。陡坎横线图元属性可重复　、　不可变长　、　可变形　、　不渐变或不可重复　、　可变长　、　可变形　、　不渐　变　；　竖线图元属性　：　可重复　、　不可变长　、　不可变形　、　不渐变　。图　元　１　的附加属性设置情况可以和图元　２　一样具有可重复性　，　但也可把它设置成可变长　，在这两种附加属性设置都可满足　符号绘制要求时　，　选择可变长属性配置速度更快　，　因为可变　长属性决定配置方法是将图元单位长度拉长到地理目标实

　　［６　］

　　２．　１　　　点状符号

　　点状符号具有明确的定位点和方向　，　形状一般比较规　则　，基本上都是各种图元的组合　。点状符号的设计重点在组　成各种图元的设计　。点状符号中包含了一些有向点符号如　独立大坟　、　烟囱等　，对地物的方位有指示作用　。为此　，系统提　供了点状符号　０°　３６０°　～　之间的旋转功能　。

　　２．　２　　　线状符号

　　线状符号的设计和实现在模板方法

　　的基础上进行了

　　际长度　，一步到位　；　而可重复性决定符号采用重复配置方法　，　即将线符号分解成基本线符号单元　，然后沿线符号定位线连　续绘制线符号单元　。其特点是能够表达几乎任何的复杂线　符号　。但是由于每次绘制时都要将局部坐标系下的线符号　单元坐标映射到实际地理坐标系中　，绘制效率受到定位线的　弯曲和线符号单元复杂程度的影响　。增加可变长属性的设　置选择就是对重复配置方法的改进　，提高那些既可重复又可　变长符号的配置效率如双线路　、　电力线等　。对于半依比例的　天桥符号来说　，中间的矩形图元只能是可变长的而不能是可　重复的　，两侧的阶梯符号是不可重复也不变长的　，　如图　１　（　ｃ　）　和图　１　（　ｄ）　所示　。

　　改进　，提出了线状符号附加属性设置　，　即先得到线状符号的　最小符号单元及其长度　，　这个单元就是符号配置的模板　，　然　后对组成模板的各种图元的附加属性进行设置　，属性决定了　各图元在符号配置时的绘制方式　。　附加属性包含重复性　、　变长

地图符号系统的设计与实现

性　、　变形性和渐变性　。重复

　　（变长Π　渐变）　性又分为不可重复　（变长Π　渐变）　、　Ｘ　（　水平）　方向　沿

　　可重复　（变长Π　渐变）　、　Ｙ　（垂直）　方向可重复　（变长Π　沿　渐变）　。　线状符号图元附属属性设置实例如图　１　所示　。一个符　号变长与重复属性两种不可能兼得　。以陡坎为例　，如图　１　（　ａ　）　和图　１　（　ｂ）　，陡坎符号单元由单位长度的两个图元　１　（　横短线　）

　　图１　　线状符号图元附属属性设置实例

　　变形性主要是指在符号转弯处的图元形状变化情况　，可　分为不可变形　、　折线变形　、　曲线变形三种　。　渐变性主要针对具有渐变元素的特殊符号　，如河流的渐　变元素是宽度　，渐变属性是沿　Ｘ　方向渐变的　；　再如沙质崩崖　中的圆形沙粒符号的半径大小则是垂直于符号轴线方向逐　渐变小的　，其渐变元素是半径　，渐变属性是沿　Ｙ　方向渐变的　。　另外　，对于符号本身变形也随着数据采集方法不同而各有差　异　，如果是折线采集　，则符号本身是折线变形的　，如果是曲线　采集　，则符号本身是曲线变形的　。

　　２．　３　　　面状符号

　　采用了分层填充的思想　，　用户可设置不同的点　、　线状符号分　层填充一个面状符号　。

　　２．　４　　　程序符号

　　地图符号中有一部分符号是不能用上述一般规则来描　述的　，如整个河系的粗细渐变一致性　、　小比例尺沼泽符号中　短线组合其形态随意中又带有一种曲线美的特性　、　垄状沙丘　中沙丘的随机性等　。虽然现在地图符号的发展趋向于抽象　化、　简洁化和规范化　［１１　］　，但是这些符号还是必须保留的　。首　先在视觉上　，这些符号更接近于所表达的地理实体　，　更能表　达自然现象的规律　。如新月形沙丘就是地图设计人员根据　航片上拍下来的沙丘形状进行模拟抽象的　，直观形象的表达　效果优于用规则图案组成的简单符号　；　其次从艺术性看　，　地　图具有科学美和艺术美的双重性　，符号设计时既要考虑到规　范简洁又要考虑到艺术性　，所以有必要对这些符号进行设计　和实现　。　在地图符号系统中　，把这些特殊的符号都定义为程序符　号来实现　。特殊符号的实现如图　２　所示　。图　２　（　ａ）　制作新月

　　面状符号由线状符号构成其轮廓线　，　点　、　线状符号的各　种不同排列方式构成其内部填充　，面状符号的填充方式有规　则填充　、　随机填充　、　半随机规则填充　、　晕线填充和位图填充　５　种　。在不考虑点　、　线状符号的具体结构　，只考虑点　、　线状符号　方向的情况下　，先将各种配置方式制作成模板　，　用户选定后　再选择所需配置的点　、　线状符号　。针对当前某些符号库系统　不能处理含有多种点填充符号以不规则填充方式的情况

　　［４　］

　　，

　　图２　　特殊符号的实现

　　测绘信息与工程　　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ　　　２００４　　　Ｄｅｃ．　；　２９　（６）　　　　２７

　　在的特殊或复杂的符号　，用程序符号实现并建立了相应的符　号库　，可满足实际生产的需要　。目前这个软件正在完善之　中　，在出图时各种符号的压盖关系处理　、　加强符号的编辑功　能等不足之处　，正在解决之中　。　例　。图　２　（　ｂ）　中点状符号是由函数生成的　，　其形态采用　ｙ　＝

　　ｓｉｎ　（　Ａｘ　＋　Ｂ　）　来控制　，做法与图　２　（　ａ　）　类似　；　图　２　（　ｃ　）　沼泽符号和　　　　参考文献

　　［１　］　　　姚兴海　，马秋云　．　基于　ＣｏｒｅｌＤｒａｗ　的地图符号库建库　［Ｊ　］　．　测绘通　　　　图　２　（　ｄ）　中整个河系的绘制相对前两者要复杂一些　，因为其是　具有一定的规律性的　，故采用瓦晕的方法

　　［１２　］

　　制作沼泽　，　能基

　　报　，２００３　（２）　：３６～３８

地图符号系统的设计与实现

　　［２　］　　　罗庆洲　，张卫民　，李先华　．　在常用　ＧＩＳ　软件中实现自定义地图符　　　　本实现符号　，但是由于太规则　，　失去了随意性　。本系统制作　沼泽符号的算法是　，　先将面按竖直方向分割成几个块　，　然后　在各块内填充短线　，　再对每个块内的每一条短线段两个端　点　，产生　２　个随机数决定其缩进或拉伸变化及变化的大小　。　当然　，这个变化的大小也要经过计算以规定其变化的范围　，　如考虑其最短不能小于多少和最长不能和邻接块中同一行　的短线产生重叠等　。如此制作出的符号既有随意性　，又保持　了其曲线的形态　。图　２　（　ｄ）　中要对整个河系中主流和支流粗　度进行控制　，要保持一致性　，　输入整个河系基线定位数据后　结构可以自动判断　，　符号化一步完成　，　形成一个结构化的完　整符号　。

　　２．　５　　符号设计环境

　　号　［Ｊ　］　．　测绘通报　，２００３　（１）　：４４～４５

　　［３　］　　　程朋根　．　ＧｅｏＳｔａｒ　地图符号的实现方法　［Ｊ　］　．　地矿测绘　，１９９９　（３）　：３

　　～６

　　［４　］　　　谈晓军　，边馥苓　，　何忠焕　．　地图符号可视化系统的面向对象设　　　　计与实现　［Ｊ　］　．　测绘通报　，２００３　（１）　：１１～１３

　　［５　］　　　杨春成　，　宋志刚　，　吴文会　．　基于　ＯＯＰ　技术的地图符号制作工具　　　　的设计与实现　［Ｊ　］　．　测绘科学　，　２００２　，２７　（１）　：５０～５３

　　［６　］　　　蔡忠亮　，李　　　．　普通地图符号的全开放式设计　［Ｊ　］　．　武汉测绘　霖　　　　科技大学学报　，１９９９　，２４　（３）　：２５９～２６１

　　［７　］　　　吴立新　，刘纯波　，陈桂茹　，等　．　地图符号库的面向对象技术和引　　　　用接口　［Ｊ　］　．　矿山测量　，１９９９　（１）　：３２～３５

　　［８　］　　　程朋根　，龚健雅　，眭海刚　．　ＧＩＳ　中地图符号设计系统的设计与实

　　为方便符号设计和制作　，　编写一个稳定　、　编辑功能强大　且使用方便的符号设计环境是很重要的　。ＣａｒｔｏＳｙｍｂｏｌ　系统　的符号设计程序系统界面如图　３　所示　，图　３　（　ａ　）　是符号设计界　面　，图　３　（　ｂ）　是符号测试界面　。普通符号单元在符号设计界面　进行设计入库　，部分难以提取出符号单元的特殊符号　，　则由　程序设计完成直接入库　，所有符号均可在符号测试界面中测　试　，单元设计精度控制在　０．　１　ｍｍ　内　，而且设计界面网格具有　自动咬合功能　，符号的设计　、　编辑都十分方便　。

　　现　［Ｊ　］　．　中国图形图象学报　，２００２　，５　（Ａ）　（１２）　：１００６～１０１１

　　［９　］　　　Ｆｒａｎｋ　Ａ　Ｕ　，　Ｅｎｇｅｎｈｏｆｅｒ　Ｍ　Ｊ　．　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙ　ｆｏｒ　ＧＩＳ　，　Ａｎ　Ｏｂ２　ｓｃｉｅｎｃｅｓ　，１９９２　，１８　（８）　：９７５～９８７　［１０　］　王　　　，张　　　，殷赣华　．　基于　ＣＯＭ　技术的地图符号库结构设　伟　波　［　１１　］　凌善金　．　论地图符号的发展趋势　［Ｊ　］　．　地图　，１９９７　（１）　：３～４　ｊｅｃｔ２ｏｒｉｅｎｔｅｄ　Ｖｉｅｗ　ｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　［Ｊ　］　．　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｇｅｏ２

　　计与实现　［Ｊ　］　．　武汉大学学报？　信息科学版　，２００２　，２７　（３）　：２９６～３００　　　　［１２　］　鲍秀芝　，达汉桥　，张祖勋　．　矢量式地图符号的数字表达　［Ｊ　］　．　武测　　　　科技　，１９９６　（１）　：９～１２　大学出版社　，１９９３

　　［　１３　］　徐庆荣　，杜道生　．　计算机地图制图原理　［Ｍ］　．　武汉　：　武汉测绘科技　［１４　］　Ｒｉｃｈａｒｄ　Ｊ　Ｐ　，Ｎｏｙｅｓ　Ｌ．　Ａｎ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｖｉｓｕａｌ　Ｃｌｕｔｔｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｔ　２　ｏｐｏ　ｇｒａｐｈｉｃ　Ｂａｓｅ　ｏｆ　ａ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｍａｐ　［Ｊ　］　．　Ｔｈｅ　Ｃａｒｔｏ　Ｇｒａｐｈｉｃ　Ｊｏｕｒｎａｌ　，　１９８２　，　１９　（２）　：１２２～１３２　［　１５　］　Ｃｈｅｎｇ　Ｐ　Ｇ，　Ｇ　Ｊ　Ｙ．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｍａｐ　Ｓｙｍｂｏｌｓ　Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｏｎｇ　ｍａｔｉｃｓ’　Ｃ］　．　Ｗｕｈａｎ　，１９９６　９６［

　　图３　　系统界面

　　３　　结束语

　　分析了当前符号库系统的特点　，提出了解决的方案　。把　地图符号分成点　、　、　线　面状符号　，以点　、　、　线　面图元作为基本图　元　，提出了各种符号的一般绘制方法　，并分析了各种符号中存

　　ＤＥＳＩＧＮ　ＡＮＤ　ＩＭＰＬ　ＥＭＥＮＴＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＭＡＰ　ＳＹＭＢＯＬ　ＳＹＳＴＥＭ

　　ＺＨＡＮ　Ｇ　Ｙｕａｎｙｕ　　　Ｌｉｎ　　　ＬＩ　ＬＯＮ　Ｇ　Ｙ　　ＹＩＮ　Ｚｈａｎｇｃａｉ　　ＹＩＮ　Ｇ　Ｓｈｅｎ　　　Ｚｈｉｔａｏ　　　ｉ　ＬＩ　ＨＵＡＮ　Ｇ　Ｊ　ｉｎｇ　　　ＭＥＩ　Ｙａｎｇ

地图符号系统的设计与实现

　　（　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｒｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　，　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　，　１２９　Ｌｕｏｙｕ　Ｒｏａｄ　，Ｗｕｈａｎ　，　４３００７９　Ｃｈｉｎａ　）

　　ｔｅｍ　，　ＣａｒｔｏＳｙｍｂｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　，　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｈｅ　ｍａｐ　ｓｙｍｂｏｌｓ　ｂｙ　ａｎ　ｏｂｊｅｃｔ２ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ａｐｐｒｏａｃｈ．　ｓｙｍｂｏｌｓ

　　ＡＢＳＴＲＡＣＴ　　　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｐ　ｓｙｍｂｏｌｓ　ｉｎ　ａ　ｍａｐ　ｓｙｍｂｏｌ　ｓｙｓ２

　　＋　＋

　　６．　０　ｐｌａｔｆｏｒｍ　，　ａｎｄ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｈｏｗ

　　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ　　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃａｌ　ｓｙｍｂｏｌｓ　；　ｍａｐ　ｓｙｍｂｏｌｓ　ｓｙｓｔｅｍ　；　ｍａｐ　ｓｙｍｂｏｌｓ　；ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ

　　收稿日期　：２００４２０２２２７．　Π　修回日期　：２００４２０４２１６．　息系统的可视化　。　　　　Ｅ　ｍａｉｌ　：ｙｕａｎｙｕ－ｚｈａｎｇ　＠１６３．　ｃｏｍ　２

　　第一作者简介　：张园玉　，硕士研究生　，现主要研究地图符号　、　地理信

　　Ｏｂｊｅｃｔ２ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ＧＩＳ［　Ａ　］　．　Ｉｎ　：　ＧｅｏＩｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ＧｅｏＩｎｆｏｒ２

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