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重庆古塔空间分布及自然影响因素研究
发布人:  2022-07-08

古塔,被誉为中国古代杰出的高层建筑,是我国古代建筑的重要组成部分。这种独特的建筑形式在我国古代建筑文化中占有重要地位。与其他古代建筑形式相比,古塔不仅遗存的数量众多,而且类型丰富。据统计,目前我国遗存的古塔数量达3000余处[1],包括覆盖亭阁式塔、楼阁式塔、密檐式塔、无缝式塔等多种类型。

重庆市历史悠久,文物资源丰富,是中国历史文化名城。据重庆市第三次全国文物普查统计显示,全市现存古塔200余座,年代从南宋延续至民国,涵盖了佛塔、风水塔、字库塔等几大类[2]。这些古塔不仅具有建筑学研究价值,更是社会学、历史学、考古学、地理学等学科研究的重要实物资料。

目前学者对古塔的研究主要有两种视角。一是从建筑和历史文化方面,探讨古塔的建筑学、美学价值及其挖掘利用。二是从时空分布角度对古塔建筑进行分析。本次研究利用GIS空间信息技术,结合空间分析模型,识别并展示这些古塔建筑的空间分布特征,揭示其空间分布规律及地理环境影响因素,不仅为科学制定古塔保护策略提供新的视角,而且丰富了当地古塔建筑历史和地理内涵,彰显了古塔建筑的自然和文化符号价值。

 

一、数据来源及研究方法

(一)数据来源与处理方法

重庆古塔数据包括古塔名称、类型、时代、坐标等基础属性信息和地理信息,来源于重庆市第三次全国文物普查相关资料,其中地理空间数据(包括坐标、投影),利用Arcgis软件进行了二次标准化处理,以便符合后期地理分析和展示的需要。重庆古塔空间分布如图1所示。

图1 重庆古塔空间分布图

 

(一)数据来源与处理方法

基础地理信息数据包括重庆市行政边界数据以及水系、高程、日照时长、降水量、土壤等自然地理数据。该类数据来源于国家地球系统科学数据共享平台和地理空间数据云。其中,重庆市行政边界、水系、高程(DEM,30 m空间分辨率)、土壤等类数据自带投影系统与属性信息,本研究未进行额外处理,直接采用以上数据进行分析;日照时长、降水量两类数据为原始的数值数据,利用ARCGIS空间插值功能进行了插值处理。

本研究数据处理环境为ARCGIS10.2平台,为了方便处理,所有空间数据坐标系统统一为WGS1984。

 

(二)研究方法

对重庆古塔的空间分布特征及影响因素进行系统化研究,主要应用的研究方法包括标准差椭圆法、泰森多边形、核密度分析法。标准差椭圆法是分析点要素空间分布方向性特征的经典方法之一,是从整体的空间视角中定量地分析对象分布的中心性、方向性和空间形态特征[3][4]。泰森多边形是一组由连接两邻点线段的垂直平分线组成的连续多边形组成。泰森多边形是对空间平面的一种剖分,其特点是多边形内的任何位置离该多边形的样点(如居民点)的距离最近,离相邻多边形内样点的距离远,且每个多边形内含且仅包含一个样点。核密度分析法用以计算点要素或线要素在其周围邻域中的密度,是衡量要素空间分布疏密程度及空间聚集状态的有效工具[5]。

 

二、重庆古塔空间分布特征

(一)古塔空间分布的方向特征

由于重庆古塔的空间分布在每个方向上的离散程度存在一定的差异,使用标准差椭圆可以从空间的视角定量分析古塔分布的方向与离散特征[7] 。因此,用标准差椭圆法对重庆不同时期的古塔空间分布的方向与离散程度进行分析,揭示古塔时空分布特征。利用“ARCGIS-空间统计工具—度量地理分布—方向分布(标准差椭圆)”工具,根据不同时代古塔数量设置合适的“椭圆大小”参数,计算出宋、明、清、民国四个时代重庆古塔的方向分布特征。

表1  重庆不同时代古塔的标准差椭圆参数

 

类型

X轴长/m

Y轴长/m

椭圆面积/km²

旋转角度/°

宋代古塔

29 605.80

71 120.70

6 142.70

54.59

明代古塔

64 554

178 080

33 342.70

59.43

清代古塔

90 375.60

205 682.40

53 251.40

66.72

民国古塔

90 709.50

217 035

56 184

71.86

 

宋代重庆古塔呈现出东北—西南走向,古塔分布的方向特征明显;标准差椭圆的面积为6 142.7km²(见表1),古塔的空间分布比较聚集。这一时期古塔主要方位在渝西地区,以石质雕刻塔为主。

明代重庆古塔依旧呈现出东北—西南走向,但旋转角度较宋代有所提升,标准差椭圆的长半轴与短半轴比率为2.76,较宋代也有一定程度提升,方向特征较宋代进一步明显;标准差椭圆的面积达到33 342.7km²(见表1),面积是宋代古塔标准差椭圆面积的5.4倍,面积较大,古塔的空间分布较分散。这一时期的古塔全为石塔,塔的性质多样。

清代重庆古塔虽然分布更为广泛,但整体上仍然呈现出东北—西南走向,标准差椭圆的长半轴与短半轴比率为2.27,方向特征与宋、明两代相比,有所降低;标准差椭圆的面积为53 251.4km²(见表1),空间分布分散性进一步明显。这一时期古塔数量最多,材质多样。

 

图2 清代古塔分布方向特征图

 

民国时期重庆古塔呈现出东北—西南走向,标准差椭圆的长短半轴比率为2.39,较清代有所提升,古塔分布的方向特征较清代更为明显;标准差椭圆的面积为56 184.0km²(见表1),面积是各个时期最大,说明古塔的空间分布分散性呈现最大化。这期时期现存古塔数量不多。

综上,重庆古塔在宋、明、清、民国各个时期内,空间分布具有明显的方向性特征,且这种方向性都呈现出东北—西南走向;空间分布的分散性呈现逐步增强的态势,并且这种分散的扩展趋势呈现出自西向东演变的格局。

 

(二)古塔空间分布的聚集特征

针对泰森多边形其面积大小与点的密度、数量大小密切关联这一特点,通过计算泰森多边形面积的变异系数评估泰森多边形面积的变化离散程度,进而推断出创建泰森多边形的点的空间分布密度和数量特征。对于研究区内的古塔而言,当其聚集分布时,泰森多边形的数量较多而单个面积较小;反之,当其分布趋向均匀甚至分散时,泰森多边形的数量区域较少且单个面积较大。需要指出的是,位于分析边界附近的点其生成的泰森多边形面积,受到人为划分的边界线的影响:当边界范围较大时,生成的泰森多边形外边界范围就越大,反之越小。因此,在计算泰森多边形时,需要考虑边界对所生成的面积大小的影响。本研究的古塔全部位于重庆市域内,分析范围是重庆市行政区划界线,这样就将边界对泰森多边形面积变异系数的影响降到了最低。基于此,对重庆宋、明、清、民国四个时期的古塔分别进行泰森多边形的绘制和面积数值、面积平均值、面积变异系数等数值计算,见表2。

表2  重庆不同时期古塔的泰森多边形面积参数

类型

最小面积/km²

最大面积/km²

标准差Sd

平均值M

变异系数CV

宋代

0.01

2 353

618.50

397.60

1.56

明代

271.10

15 407.50

5 101

5 347.80

0.95

清代

2.90

4223

556.50

547.50

1.02

民国

3 442.40

14 828.60

4 311.40

9 298.80

0.46

从表2可知,宋代重庆境内古塔泰森多边形面积变异系数为1.56,呈现出较为强烈的集群式分布特征。这主要由于当时社会经济及对应的文化活动范围较小,主要在重庆市域西南部;明代重庆境内古塔泰森多边形面积变异系数为0.95,相比宋代变异系数大幅减小,但总体依然处于集群式分布模式,这种集群的效应比较微弱。清代重庆境内古塔泰森多边形面积变异系数为1.02,与明代相比,其变异系数略有提高,表明该时期的古塔集群性略有提升。民国时期,重庆境内古塔泰森多边形面积变异系数为0.46,较历史各个时期大幅减小,古塔的空间分布属于随机分布特征。

 

(三)古塔的密度区分析

核密度分析是窥探地理事物或现象空间密度分布格局的有效方法。在作核密度分析时,搜索半径的大小直接影响到计算出的密度分布形态,因此通常需要多次试验,找到合适的搜索半径。同时,考虑到核密度分析本身对于样本数量有一定要求,而重庆宋代、民国两个时期的古塔数据较少,进行核密度分析的价值与可行性不足,因此拟对重庆全部时期的古塔进行核密度分析,从全局上探析其密度区分布格局。本研究经过多次试验对比,发现搜索半径r=25 km时分析与表达效果较好,因此选取搜索半径为25 km进行核密度分析。

 

图3 重庆各时期古塔空间分布核密度图

 

结果显示,重庆古塔空间分布具有多个密集区,尤其以市域西南部和东南部两个片区尤为明显。市域西南部密集区主要分布于现在的大足区、荣昌区、铜梁区和潼南区4区交界范围,其密度最大,达到0.03个/km²,是全市古塔分布的核心密集区。市域东南部密集区主要分布在现在的黔江区境内,其密度较西南部密集区稍低,属于古塔分布的次密集区。此外,在全市其他地方存在零散的密集区,主要分布在市域中部偏北和西南部位置,包括开州区和云阳县交界地区、万州区中部、綦江区的南部等,其特点是密集区范围小、连续性弱。

可见,重庆古塔空间分布密集区基本呈现双核心的特征,其他区域虽有一定密集分布带,但密度较低、总体范围较小,未形成多核心、大片区的密集分布特点。

 

三、古塔分布的自然影响因素分析

以上内容探讨了重庆各时期古塔空间分布特征。从自然环境方面解析古塔与自然环境因素之间的响应关系,以便更好地理解古塔建筑与自然环境的适应性、协调性,制定更加科学合理的保护策略。

(一)古塔分布与地形地貌的关系

在古代,生产力水平较低,包括古塔在内的建筑工程在建设选址时需要首先考虑高程、坡度甚至坡向等因素。对于具有历史时期社会风尚、宗教信仰、社会心理等文化含义特点的古塔建筑而言,“风水环境”因素也与地形地貌因素密切相关。考虑到地形地貌因素相对于气温、降水等其他自然因素,其稳定性更强,变异性较小,因此可以通过分析古塔与今天的地形地貌的空间关系,了解古塔选址时对于自然因素的选择。

1. 古塔分布与高程地貌的关系

通过ARCGIS加载重庆市DEM,和重庆古塔进行叠加展示,然后通过GIS空间分析工具中的提取值至点功能,获取重庆206座各时期古塔海拔高程点。然后按照不同地貌类型和海拔高程的关系,分别统计古塔分布在不同地貌类型的数量占比,见表5。

 

图4 重庆古塔分布与海拔高程的关系

 

图5 不同时代不同地貌类型古塔数量的占比

 

重庆古塔大部分位于海拔200~1000 m的丘陵和低山区域,其中位于丘陵地带的古塔数量最多,达到98座,占总数的47.60%;而位于海拔200 m以下的平原地区的古塔数量最少,仅有8座,占总数的3.90%。分时期来看,宋代古塔共18座,其中10座位于200~500 m的丘陵地带,8座位于500~1 000 m的低山地带,位于其他地貌类型的古塔数量为0。明代古塔共14座,其中11座位于200~500 m的丘陵地带,3座位于500~1000 m的低山地带,位于其他地貌类型的古塔数量为0。清代古塔共161座,其中8座位于0~200 m的平原地带,72座位于200~500 m的丘陵地带,66座位于500~1000 m的低山地带,15座位于1000 m以上的中高山地带。民国古塔共9座,全部位于200~500 m的丘陵地带。

由于历史上重庆市开发的范围由西部沿江丘陵地带逐步向东部山地区域拓展,西部沿江低山丘陵地区人口、经济和文化较其他区域更为密集和繁荣。整体来看,重庆古塔分布趋向于中低海拔地区,不同海拔和地貌类型的古塔数量分布差异显著。

2. 古塔分布与坡度的关系

坡度是影响人们生产生活的另一重要因素。坡度大的地面倾斜度较大,对人类居住、生产活动产生不利影响[6]。坡度较大的区域,一般容易造成滑坡、泥石流等地质灾害的多发,进而影响人类的活动;坡度较缓的区域,除了具有地质灾害少发的可能,而且对于开展建筑和排水等活动有利,适宜人类的居住和生产。因此,本研究对不同时期古塔分布的坡度区域进行统计分析。

坡度的划分无固定标准,参考“林业百科”中关于坡度大小的划分方法,并结合重庆市自然地理条件和本次研究目标,将坡度划分为5类:平坡(0°~5°)、缓坡(5°~15°)、斜坡(15°~25°)、陡坡(25°~45°)和险坡(45°~90°)。通过ARCGIS的坡度计算工具计算出重庆市DEM坡度,然后通过重分类、地理选择工具,得到重庆古塔在不同坡度中的空间分布数量及占比情况,见图6和表4。

 

图6 重庆古塔分布与坡度的关系

 

表4  重庆不同坡度类型下的古塔分布数量及占比情况

类别

平坡

缓坡

斜坡

陡坡

险坡

古塔数量/座

47

88

49

22

0

古塔占比/%

 22.80

 42.70

 23.80

 10.70

0

从表4可知,重庆古塔大部分位于海坡度25°以下的平坡、缓坡与斜坡地区,占总数的89.30%。其中,位于缓坡带的古塔数量最多,达到88座,占总数的42.70%;而位于陡坡(25°~45°)、险坡(45°以上)的古塔数量仅为总数量的10%,尤其是位于险坡地带的古塔数量为0。这表明,坡度是影响重庆古塔分布的重要因素,这一影响在25°以上的坡度体现最为明显。

分时期来看,宋代古塔共18座,其中10座位于0°~5°的平坡区域,7座位于5°~15°的缓坡地带,1座位于15°~25°的斜坡地带,位于陡坡和险坡的古塔数量均为0。明代古塔共14座,其中7座位于0°~5°的平坡区域,5座位于5°~15°的缓坡地带,2座位于15°~25°的斜坡地带,位于陡坡、险坡的古塔数量为0。清代古塔共161座,其中30座位于0°~5°的平坡区域,68座位于5°~15°的缓坡地带,42座位于15°~25°的斜坡地带,21座位于25°~45°的陡坡地带,位于险坡地带的古塔数量为0。民国古塔共9座,其中7座位于0°~5°的平坡区域,2座位于5°~15°的缓坡地带,位于斜坡、陡坡和险坡的古塔数量均为0。古塔数量在平坡中的占比呈现逐步下降趋势,缓坡和斜坡中的古塔数量基本呈现上升趋势,特别是在清代,古塔在陡坡中已占有一定比重。这些情况说明,随着时代的前进和生产力水平的提升,古塔及其承载的文化正逐步克服坡度因素的影响,使得其范围逐步扩大。

 

(二)古塔分布与光照的关系

光照是建筑得以保留的重要自然影响因素之一。光照充足、日照较长的区域,其建筑,特别是对古建筑的保护、修缮条件比较有利;而光照较少、湿度较大的区域,其古建筑的保护、修缮需要注意采取额外的措施。本次分析根据重庆市各区县近10年的年光照时长数据,利用GIS的克里金插值方法模拟全域的光照时长,然后利用自然断裂点法将光照时长区间划分为5类,分别为低光照区、较低光照区、中等光照区、较高光照区和高光照区,最后加载全市206座古塔数据进行叠加分析,获取不同光照时长区间下的古塔分布,见图7。

 

图 7 古塔在不同光照时长区间中的分布

 

从图7可知,重庆古塔位于较低光照区的数量最多,达到32.4%,接近全市古塔数量的1/3,其次是低光照区和中等光照区,占比分别为25.6%和23.2%;位于高光照区的古塔数量最少,仅为16座,占总数的7.7%;位于较高光照区的古塔数量次少,仅为21座,占总量的约1/10。综上不难看出,重庆市古塔总体上位于中等光照区及以下的比重最大,占总数量的82.2%,八成以上的古塔处于光照条件不利的区域,这种客观情况给全市的古塔保护及修缮工作带来较高的要求,需要予以关注。

为了进一步观察各区域古塔光照条件的差异情况,将目光下钻到区县层级。从图7容易发现,低光照区主要覆盖在全市南部的大足区、荣昌区、綦江区彭水苗族土家族自治县和酉阳土家族苗族自治县五个区域,经统计,这五区县的古塔位于低光照区的49座,占全市低光照区古塔数量的92.5%,占五区县古塔总量的87.5%,可见这五区县古塔所处的光照条件比较不利,在以后的古塔保护与修缮中需要重点考虑光照因素的考量;高光照区其空间分布注意分布在重庆市东北部的巫溪、奉节、巫山三县,三县现存16座古塔,其中15座位于高光照区,占比93.8%,相对而言,这些地区的古塔在光照方面的条件良好,有利于后期的保护和修缮。

 

(三)古塔分布与降水量的关系

降水量对古建筑后期的保护有着重要影响,主要体现在空气相对湿度和土壤水分对古塔的影响上。较高的空气湿度和土壤水分对古塔的保护及开发存在不利影响,导致空气腐蚀、塔基松散等可能性增大,在开发保护过程中需要采取额外的工程措施。根据张旭辉、居为民[7]、卢麾、施建成[8]等人的研究,平均降水量与土壤水分、空气相对湿度有着强烈正相关关系。因此,通过对古塔所在地降水情况的统计分析,可以揭示古塔所在地的土壤水分、空气相对湿度等状况,进而了解当地古塔预防性保护方面存在的相关风险的可能性。根据获取到的重庆市38个区县的降水观测站多年平均降水量资料,将其分为5个类别,分别为低降水量区(968~1051 mm)、较低降水量区(1051~1111 mm)、中等降水量区(1111~1169 mm)、较高降水量区(1169~1254 mm)和高降水量区(1254~1356 mm),与现有古塔点数据进行叠加,通过地理选择工具统计出不同降水量等级区中的古塔数量及其占比情况,见图8和表5。

图8 古塔在不同降水量等级区的分布

 

表5 不同降水量等级区的古塔数量及其占比情况

类别

低降水量区

较低降水量区

中等降水量区

较高降水量区

高降水量区

古塔数量/座

78

36

48

42

2

古塔占比/%

37.90

17.50

23.30

20.40

0.90

从表5可知,全市古塔中,位于低降水量区的数量最多,达到78座,占总量的37.90%;其次分别为中等降水量区(48座)、较高降水量区(42座)、较低降水量区(36座),分别占总量的23.30%、20.40%、17.50%;位于高降水量等级区的古塔数量最少,仅为2座,占总量的0.90%。

如果以中等降水量等级区作为过渡地带,分别统计高于与低于该过渡带的降水量等级区所包含的古塔数量,可知位于中等降水量等级区(不含)以上的古塔数量共44座,占总数的21.40%,位于中等降水量等级区(不含)以下的古塔数量共114座,占总数的55.30%。不难发现,重庆古塔在降水量分布式更趋向于降水量较少的区域。一是降水量相对较低、土壤质地较好以及天气较为干燥的地区,为古塔的保护提供了有利条件;二是上述现象正好与前文古塔分布更趋向于高程较低、坡度较缓的低山丘陵地带的结论吻合,因为叠加降水分布图与重庆市高程、坡度图可以发现,两者具有较为明显的关联。海拔较高、坡度较大的山地区域降水量明显多于海拔较低坡度较小的西部沿江平原河谷地带。在古代,洪水、地质灾害等极端现象给人们的生产生活带来的威胁和损失更大,而降水量较低的区域相对而言发生洪水、地质灾害等问题的可能性较高降水量区小,因而造成古塔分布趋向于海拔较低、坡度较小,而同时降水量较低的低山丘陵地带。

古塔分布的上述特征,总体上对全市古塔的后期保护存在有利影响,相对于高降水量区,降低其遭受极端气象灾害的威胁,这一有利影响在全市的西南部和东北部更为明显。

 

(四)古塔分布与土壤类型的关系

土壤类型对古塔保护的影响主要表现在土壤应对侵蚀的能力方面。重庆市地处我国南方亚热带季风气候区,降水丰富、洪涝灾害频繁,不同性质的土壤对雨水侵蚀的耐力方面存在一定差异。基于重庆市土壤类型分布,以中华人民共和国水利行业标准《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190-2007)为依据,结合不同土壤类型土壤质地、侵蚀能力的相关资料,对重庆市不同土壤类型的水土侵蚀保护能力进行分类,得出不同土壤的侵蚀保护能力类型,见表6。

表6 不同类型土壤对应的土壤侵蚀保护能力划分

土壤类型

棕壤

黄棕壤、黄壤

潮土、红壤、紫色土、南方水稻土

石灰(岩)土

土壤侵蚀保护能力类型

低保护能力

较低保护能力

较高保护能力

高保护能力

通过地理选择工具统计出不同土壤侵蚀能力保护区古塔数量及其占比情况,见表7。

 

图9 古塔分布与不同土壤侵蚀保护能力图

 

表6 不同土壤侵蚀保护区的古塔数量及其占比情况

类型

低保护能力区

较低保护能力区

较高保护能力区

高保护能力区

古塔数量/座

0

91

115

0

古塔占比/%

0

44.20

55.80

0

重庆古塔分布于土壤侵蚀保护能力类型区的较低保护能力区和较高保护能力区,位于低保护能力区和高保护能力区的古塔数量均为0(见表6)。通过分析发现,这主要是由于低保护能力区和高保护能力区的棕壤和石灰(岩)不仅面积较小,而且主要分布在研究区东北部和最南部较为偏僻的地域。这两个片区在自然区位中分别位于大巴山脉的高海拔山地以及与贵州接壤的山区,也属于历史上人口较稀少、经济社会和文化发展相对落后的山区。而以黄棕壤、黄壤、潮土、红壤、紫色土、南方水稻土等土壤类型为代表的较低保护区和较高保护区是重庆市主要的土壤类型,对土壤侵蚀的保护能力比较接近,也是自古以来重庆市农业发展较为成熟、人口较为稠密、开发较早的区域,因而聚集了全部的古塔。相对而言,古塔位于潮土、红壤、紫色土、南方水稻土等具有较高侵蚀保护能力的土壤类型区的数量占优,这也从侧面验证了在古代社会耕作条件优越的地区是聚集经济和文化要素的主要区域。

 

四、结论

古塔作为承载一定文化意义的建筑,研究其空间分布特征以及与自然环境的响应关系,不仅可以深化对其历史文化意义的理解,而且可为当下制定保护策略提供参考。通过对重庆206座不同时期古塔的空间分布特征及自然条件影响因素分析,得到如下结论。一是重庆古塔空间分布在整个历史时期具有明显的方向性特征,且这种方向性都呈现出东北—西南走向;空间分布的分散性呈现逐步增强的态势,这表明随着时代的推进,古塔的分布及其所承载的文化活动范围在逐步扩大。二是重庆古塔空间分布模式在不同时代有不同特征,明代集群性最为明显,民国分散性最强,总体上呈现分散性增强、集群式减弱的特征。三是重庆古塔空间分布密集区基本呈现双核心的特征,未形成多核心、大片区的密集分布特点,说明古塔在少数地区呈现密集分布、多数地区随机分布的特征。四是重庆古塔分布与自然地理条件存在较为明显的依赖,主要体现在:在高海拔和低海拔区域古塔数量均较少,大部分分布在海拔偏低同时面积较大的低山丘陵区;坡度中低度的地区聚集着重庆最多的古塔;重庆古塔分布基本聚集于具有良好的土壤侵蚀保护能力的土壤类型区;在低光照区、较低光照区,以及降水量偏少的地区分布了更多古塔,这种分布特征总体有利于后期的保护。

本次分析由于资料收集不足,缺少关于古代人口、经济等诸多因素对古塔分布综合影响力的评估,这些都需要在以后的研究中进一步完善。

 

参考文献:

[1] 刘朝.北朝至两宋时期河南古塔研究[D].郑州:郑州大学,2013.

[2] 刘继东.重庆古塔[M].北京:科学出版社,2013:1.

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[6] 毕硕本,郭文政,闾国年.郑洛地区史前聚落遗址坡向坡度分析[J].测绘科学,2010, 35(6): 139-141.

[7] 张旭辉,居为民.江苏省近40年农业干旱发生规律[J].灾害学,2000,15(3):42-45.

[8] 卢麾,施建成.基于遥感观测的21世纪初中国区域地表土壤水及其变化趋势分析[J].科学通报,2012,57(16):1412-1422.

(原文刊于《重庆科技学院学报》社会科学版2022年第3期,略有删减)

图文:吴广

 

 

 

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