最新刊期
      2018 年 第 22 卷 3 期

        国产卫星

      • 邓明军,张过,赵瑞山,李少宁,李建松
        2018, 22(3): 373-380. DOI: 10.11834/jrs.20187116
        摘要：针对大气延迟时变误差影响遥感卫星十三号(YG-13A)斜距标定精度的问题，提出利用顾及大气延迟时变误差的斜距标定方法提高其斜距标定精度的策略。首先，利用基于NCEP气象资料和全球TEC数据的大气延迟改正方法来计算各标定景的大气延迟改正量。其次，将各标定景的大气延迟改正量代入斜距标定模型中。最后，在地面布设高精度角反射器控制点的情况下通过顾及大气延迟时变误差的斜距标定模型求解斜距测量系统误差,从而提高和验证斜距测量精度，角反射器控制点的平面和高程精度均优于0.1 m。利用嵩山遥感定标场地区的4组不同拍摄模式下获得的YG-13A卫星影像数据对比试验表明，相较于传统的斜距定标方法，在顾及大气延迟时变误差的情况下，4组数据的斜距改正值离散度均有所下降。利用太原、天津两个区域3景影像验证斜距改正后的精度，最小值为0.55 m，最大值为0.91 m，均值为0.70 m。试验结果证明了顾及大气延迟时变误差的斜距标定方法的有效性和可行性。  
        关键词：大气延迟改正;YG-13A;斜距标定;卫星测距;几何精度   
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        发布时间：2021-06-07
      • 柳文杰,曾永年,张猛
        2018, 22(3): 381-391. DOI: 10.11834/jrs.20187298
        融合时间序列环境卫星数据与物候特征的水稻种植区提取
        摘要：获取高精度的区域水稻种植面积对于农业规划、配置与决策具有重要意义。区域尺度的水稻面积获取依赖于高时空分辨率影像，但受卫星回访周期和气候影响，难以获取足够时间序列的高时空分辨率影像，从而影响水稻种植面积遥感提取的精度。为此，提出适应于中国南方多雨云天气地区，基于国产环境卫星(HJ- 1A/1B)与MODIS 融合数据的水稻种植面积提取的新方法。以洞庭湖区为实验区，利用STARFM模型融合环境卫星NDVI数据与MODIS13Q1数据，获取时间序列的环境卫星NDVI数据，利用水稻关键期的NDVI数据结合物候特征参数对水稻种植区域进行提取。结果表明，该方法能有效提取区域水稻种植的面积，水稻种植面积提取的总体精度与Kappa系数分别达到91.71%与0.9024，分类结果明显优于仅采用多光谱影像或NDVI数据。该研究为中国南方多雨云天气地区水稻种植面积提取提供了有效的方法。  
        关键词：水稻;环境卫星;NDVI;时空融合;物候特征参数;分类   
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      • 倪文俭,张大凤,汪垚,庞勇,张志玉,刘见礼,何亚婷,郭伟
        2018, 22(3): 392-399. DOI: 10.11834/jrs.20187088
        高分二号异轨立体数据的森林高度提取
        摘要：森林植被碳储量的空间分布格局及其动态变化是陆地生态系统碳收支核算的基础。作为森林地上生物量的重要指示因子，森林高度的精确估算是提高森林植被碳储量估算精度的关键。现有研究已证明，由专业星载摄影测量系统获取的立体观测数据可用于森林高度提取，但光学遥感数据最大的问题是受云雨等天气因素的影响严重。区域森林地上生物量产品的生产需要充分挖掘潜在数据源。国产高分二号卫星(GF-2)虽然不是为获取立体观测数据而设计的专业星载摄影测量系统，但其获取的图像空间分辨率可达0.8 m，且具备±35°的的侧摆能力，在重复观测区域可构成异轨立体观测。本文以分别获取于2015年6月20日和2016年7月19的GF-2数据作为立体像对，其标称轨道侧摆角分别为0.00118°和20.4984°，以激光雷达数据获取的林下地形(DEM)和森林高度(CHM)为参考，对利用GF-2立体观测数据进行森林高度提取进行了研究。通过对立体处理得到的摄影测量点云的栅格化得到DSM，以激光雷达数据提供的DEM作为林下地形，得到了GF-2的CHM。结果表明GF-2提取的CHM与激光雷达CHM空间分布格局较为一致，两者之间存在明显的相关性，像素对像素的线性相关性(R2)达到0.51，均方根误差(RMSE)为3.6 m。研究结果表明，在林下地形已知的情况下，GF-2立体观测数据可用于森林高度估算。  
        关键词：森林生物量;森林高度;摄影测量;立体观测;高分二号(GF-2);激光雷达   
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      • 聂娟,邓磊,郝向磊,刘明,贺英
        2018, 22(3): 400-407. DOI: 10.11834/jrs.20187067
        高分四号卫星在干旱遥感监测中的应用
        摘要：高分四号(GF-4)是国家高分辨率对地观测系统重大专项天基系统中的一颗地球同步卫星，为探索GF-4号卫星在大面积干旱监测中的应用，本文对该卫星在快速监测大面积干旱方面的应用能力进行了初步探讨。以2016年内蒙古自治区巴林左旗和巴林右旗地区严重旱灾为例，利用NDVI差值对该区域的干旱情况进行了监测，并与MODIS NDVI产品进行对比分析，得到了研究区内2016年干旱分布情况，结果表明其总体趋势与MODIS NDVI产品一致，且细节信息更加丰富。本文主要是GF-4卫星数据结合GF-1卫星数据对内蒙部分干旱区域进行监测和分析，体现了国产高分辨率卫星数据，尤其是GF-4卫星数据，对提高中国突发灾害的应对能力具有重要意义。  
        关键词：高分四号;高分一号;干旱监测;NDVI;内蒙古自治区   
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        发布时间：2021-06-07

        综述

      • 郝大磊,肖青,闻建光,游冬琴,吴小丹,林兴稳,吴胜标
        2018, 22(3): 408-423. DOI: 10.11834/jrs.20187070
        摘要：尺度效应是地理科学中普遍存在的现象，制约着遥感等空间科学的发展。发展合理的尺度转换方法以促进遥感技术的全面应用迫在眉睫。本文分别从面—面升尺度转换、点—面升尺度转换两个角度对目前定量遥感领域存在的升尺度转换方法进行综述。其中，面—面升尺度转换方法按照转换原理可分为先反演后聚合、先聚合后反演两种；点—面升尺度转换方法依据定权策略可分为简单平均法、经验回归法、地统计方法、贝叶斯方法等。不同的升尺度转换方法具有各自的特点和优势，本文分别从模型构架、基本原理、特点、局限性和适用条件等方面对现有升尺度转换方法进行分析和讨论，并从离散型与连续型、统计型与物理型、普适型与针对型以及先验知识有和无4个方面总结了现有研究中存在的不足，剖析了升尺度转换研究中存在的问题与挑战，并预测了可能的发展方向。  
        关键词：升尺度转换;尺度效应;尺度纠正;真实性检验;定量遥感   
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        发布时间：2021-06-07

        基础理论

      • 温颜沙,邓建明,毛志华,石静,周杨,鲁婷,陆应诚
        2018, 22(3): 424-431. DOI: 10.11834/jrs.20187251
        摘要：叶绿素荧光是光合作用的有效探针，可用于海洋浮游植物的监测与定量评估。太阳诱导叶绿素荧光覆盖可见光—近红外650—800 nm，在~685 nm与~740 nm表现出两个形态不同的荧光峰特征。基于~685 nm荧光峰的叶绿素浓度反演算法较为成熟，但在高悬浮物和高叶绿素浓度的水体中，算法的有效性不足。基于叶绿素荧光在氧气吸收谱段(O2-A)的填充作用，水体遥感反射率光谱~761 nm峰值中包含有太阳诱导叶绿素荧光信号，能用于水体叶绿素浓度的估算，但该反射峰形态特征还取决于传感器的光谱分辨率。本研究基于不同光谱分辨率的大气吸收谱线特征，模拟了水体遥感反射率光谱(750—775 nm)上太阳诱导叶绿素荧光的信号响应特征；分析了利用遥感反射率(~761 nm)计算叶绿素荧光的原理，阐明了不同光谱分辨率条件下水体叶绿素荧光信号在反射光谱上的形态变化规律。采用水面以上测量法获取的离水光谱辐亮度，包含了水面的菲涅尔反射信号，由于真实的菲涅尔系数难以准确测量，这给基于~761 nm处遥感反射率峰值的荧光信号估算带来不确定性影响。研究表明，假定菲涅尔系数为0时，虽然~761 nm叶绿素荧光信号与其浓度具有较好的线性统计关系，但却带来较大的不确定性；这种不确定的影响，在低浓度叶绿素水体中表现明显，在高浓度叶绿素水体中，影响相对较小；准确估算菲涅尔系数，有助于减少这种不确定性影响。对基于遥感反射率~761 nm叶绿素荧光信号的深入探讨，将能推动未来水体叶绿素荧光的识别与利用。  
        关键词：太阳诱导叶绿素荧光;海洋光学;遥感反射率;菲涅尔反射;填充效应;O2-A波段   
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        发布时间：2021-06-07

        技术方法

      • 路璐,郑光,马利霞
        2018, 22(3): 432-449. DOI: 10.11834/jrs.20187076
        摘要：叶面积指数(LAI)是定量模拟和刻画植被冠层结构、生理过程以及研究森林生态系统碳水循环中物质和能量交换的重要生物物理参数之一。定量分析林冠元素的3维空间分布是准确估算森林叶面积指数的重要基础和关键步骤。本文利用地面激光雷达扫描系统(TLS)，获取了不同树种、密度、年龄和空间分布的森林3维点云数据，利用“径向半球点云切片”和“点云法向量重建”算法分别计算森林的角度孔隙率和消光系数，进而得到森林冠层的有效叶面积指数。通过与利用传统光学仪器得到的结果比较发现：单站半球式激光雷达扫描得到森林样方尺度的结果与LAI-2200和数字半球摄影观测所得结果的相关性分别为R2=0.7084(N=9，p<0.01)和0.7409(N=14，p<0.01)。通过角度分辨率(LBA)和角度孔隙率(AGF)的敏感性分析，建议径向半球切片算法的角度分辨率应参考中心单站TLS半球式扫描所设置的采样间距。本文所采用的径向半球切片算法可以有效地利用单站半球式扫描所获取的3维点云进行森林冠层有效叶面积指数的定量估算。  
        关键词：叶面积指数;地基激光雷达;角度孔隙率;消光系数;叶倾角   
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      • 李烁,王慧,王利勇,于翔舟,杨乐
        2018, 22(3): 450-457. DOI: 10.11834/jrs.20187389
        摘要：针对Mask匀光法对低通滤波器及其尺寸参数依赖的问题，提出一种变分Mask自适应匀光算法。根据影像自身的先验信息，结合Mask数学模型构造变分能量函数，分别利用各向异性和各向同性全变分正则项约束理想影像和背景影像，采用分裂Bregman方法交替迭代求解，可同时获取最优化背景影像和理想影像。利用3幅光照不均匀的遥感影像进行实验并与3种不同滤波尺寸的Mask匀光法进行了比较，本文方法在目视效果和定量评价指标上均呈现明显的优势，在消除亮度不均的同时能够保持影像的纹理和细节信息。  
        关键词：影像匀光;变分Mask;亮度不均;背景影像;分裂Bregman   
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        发布时间：2021-06-07
      • 孙伟伟,李飞,杨刚,张殿发
        2018, 22(3): 458-465. DOI: 10.11834/jrs.20187284
        摘要：传统的基于鲁棒主成分分析的高光谱异常探测模型中，稀疏异常矩阵假设为非低秩且其非零元素满足随机分布条件。这导致稀疏矩阵的非零元素影响低秩背景矩阵的估计，进而制约背景信息和异常信息的有效分离。提出列式鲁棒主成分分析的异常探测方法，改进异常矩阵为列稀疏条件来解决上述问题。该方法分解高光谱影像2维矩阵为低秩背景矩阵，列稀疏异常矩阵和噪声矩阵，松弛目标方程为凸优化问题，并采用非精确增强拉格朗日乘子算法来求解得到列稀疏异常矩阵的最优估计。最后，对稀疏异常矩阵中所有列的L2范数值进行阈值分割来探测得到异常像元。利用两个高光谱影像数据集，对比5种主流的异常探测方法来验证提出方法的有效性。实验结果表明，列式鲁棒主成分分析方法优于包括传统鲁棒主成分分析模型在内的5种异常探测方法，且计算效率适中。  
        关键词：高光谱遥感;异常探测;鲁棒主成分分析;列稀疏;非精确增强拉格朗日乘子   
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        发布时间：2021-06-07
      • 汪垚,倪文俭,张志玉,刘见礼,于浩洋,张大凤
        2018, 22(3): 466-477. DOI: 10.11834/jrs.20187152
        激光雷达回波模型辅助的坡地森林冠层高度反演
        摘要：大光斑激光雷达数据已广泛应用于森林冠层高度提取，但通常仅限于地形坡度小于20°的平缓地区。在地形坡度大于20°的陡峭山区, 地形引起的波形展宽使得地面回波和植被回波信息混合在一起，给森林冠层高度提取带来巨大挑战。本文利用激光雷达回波模型和地形信息，提出了一种模型辅助的坡地森林冠层高度反演算法。该方法以激光雷达回波信号截止点为参考，定义了波形高度指数H50和H75，使用激光雷达回波模型与已知地形信息模拟裸地的激光雷达回波，将裸地回波信号截止点与森林激光雷达回波信号截止点对齐，利用裸地回波计算常用的波形相对高度指数RH50和RH75，对森林冠层高度进行反演。并与高斯波形分解法和波形参数法的反演结果进行了比较。研究结果表明：(1)利用所提取的波形指数RH50和RH75对胸高断面积加权平均高(Lorey’s height)进行了估算，在坡度小于20°时，高斯波形分解法、波形参数法和模型辅助法的估算结果与实测值线性拟合的相关系数(R2)分别为0.70，0.78和0.98，对应的均方根误差(RMSE)分别为2.90 m, 2.48 m和0.60 m, 模型辅助法略优于其他两种方法；(2)在坡度大于20°时，高斯波形分解法、波形参数法和模型辅助法的R2分别为0.14，0.28和0.97，相应的RMSE分别为4.93 m, 4.53 m和0.81 m, 模型辅助法明显优于其他两种方法；(3)在0°—40°时，模型辅助法对Lorey’s height估算结果与实测值的R2为0.97，RMSE为0.80 m。本研究提出的模型辅助法具有更好的地形适应性，在0°—40°的坡度范围内具备对坡地森林冠层高度反演的潜力。  
        关键词：激光雷达;地形;波形展宽;GLAS;森林冠层高度   
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      • 胡娇静,张继贤,许君一,赵争
        2018, 22(3): 478-486. DOI: 10.11834/jrs.20187304
        指数型多尺度影像序列的C-V模型SAR岸线快速自动分割
        摘要：为提高SAR影像岸线自动分割的精度和效率，针对传统二进制(影像序列生成的金字塔步长底数为a=2)多尺度C-V模型对初始条件敏感、收敛速度低的问题，提出指数型(影像序列生成的底数为a≥1)多尺度影像序列生成方法，本方法将传统多尺度影像序列的生成方式的底数2量化为a≥1的任意数，并应用筛选因素进行自动地快速识别海岸线。从海岸线分割结果和所需时间方面与已有传统二进制C-V模型算法进行对比，实验表明本文算法在保证精度的条件下单次迭代逼近海岸线的计算量上小于传统即二进制多尺度C-V模型的单次迭代计算量，总迭代次数有所减少，时间效率有所提高，提高了岸线自动分割的精度和效率。  
        关键词：SAR;指数型影像序列;海岸线分割;多尺度;C-V模型   
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        发布时间：2021-06-07

        遥感应用

      • 王圆圆,李贵才,郭徵,郭兆迪
        2018, 22(3): 487-496. DOI: 10.11834/jrs.20187359
        1979年—2014年三峡库区月平均气温的时空变化分析
        摘要：三峡区域气温变化长期以来受到科研人员和公众的关注。受三峡复杂地形的影响，仅仅基于气象站点观测数据很难准确获取区域气温变化的空间格局，遥感技术则可以通过提供空间连续的地表观测数据来辅助气温变化分析。以广义加性模型GAM(General Additive Model)为插值算法，以高程和夜间地表温度(LSTnight)遥感产品为辅助变量，估算三峡库区1979年—2014年1 km空间分辨率的月气温数据，在此基础上分析了气温变化趋势的时空特征及其与高程和森林覆盖率的关系。研究表明，(1)在插值算法中引入遥感产品LSTnight作为辅助变量可以明显改善气温估算精度，冬春季的改善幅度高于夏秋季；(2)三峡库区年平均气温在1997年后明显上升，但在2003年库区蓄水后无明显变化趋势，几乎所有月(除12月以外)的气温都呈现上升趋势，增温趋势最显著是3月和9月，3月增温主要来自于库区东部山区的贡献，而9月增温主要来自于库区西部平原的贡献；(3)多数月份(除7月、8月、9月以外)的低温上升速度超过高温上升速度，导致区域气温的动态变化范围缩小；(4)三峡库区年平均气温上升速度与高程呈正相关，即海拔越高，升温越快，但在同一海拔高度处，森林覆盖率越高，年均气温上升速度越慢，暗示森林具有抑制增温的作用。  
        关键词：三峡库区;气温变化;广义加性模型;地表温度   
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      • 邵全琴,郭兴健,李愈哲,汪阳春,王东亮,刘纪远,樊江文,杨帆
        2018, 22(3): 497-507. DOI: 10.11834/jrs.20187267
        无人机遥感的大型野生食草动物种群数量及分布规律研究
        摘要：以黄河源玛多县为研究区，利用无人机分别于2017年冬春季开展了航拍调查，航拍有效面积达326.6 km2，获取影像23784张，建立了藏野驴、藏原羚、岩羊等野生动物，以及牦牛、藏羊和马等家畜的无人机图像解译标志库。通过人机交互方式解译，获取调查样带内的种群数量：藏野驴的样带密度为1.15只/km2，藏原羚为0.61只/km2，岩羊为0.62只/km2，家养牦牛为4.12只/km2，家养藏羊为7.34只/km2，马为0.06只/km2。利用冷暖季草场的估算方法，通过地面同步调查验证、统计数据验证，估算出玛多县藏野驴、藏原羚和岩羊，以及家牦牛、藏羊和马的种群数量为：藏野驴17109头，藏原羚15961只，岩羊9324只，牦牛70846头，藏羊102194只，马1156匹。大型野生食草动物藏野驴、藏原羚和岩羊总计8.57万羊单位；家畜藏羊、牦牛和马总计38.90万羊单位；大型野生食草动物和家畜总计47.5万羊单位。大型野生食草动物羊单位数量与家畜羊单位数量之比为1∶4.5。并分析了野生动物分布密度与栖息地生境因子的关系：藏野驴偏好选择高程4200—4400 m，坡度为2°—5°，离农村居民点距离1—2 km和4—5 km，离水源距离小于1 km，离公路距离2—3 km和4—5 km的范围内，草地盖度60—80%。藏原羚偏好选择高程4100—4200 m和4400—4500 m，坡度为大于5°，草地盖度80%以上，离农村居民点距离2—3 km，离水源距离小于1—2 km，离公路距离小于1—2 km和4—5 km的范围内。岩羊偏好选择高程4100—4200 m，坡度为大于5°，草地盖度较低，离农村居民点距离小于1 km，离水源距离小于1—2 km，离公路距离大于5 km的范围内。与传统的地面调查方法相比，基于无人机遥感的大型野生食草动物种群数量调查，具有快速、经济、可靠等优点，为今后野生动物调查提供了一种有效、可靠的技术途径。  
        关键词：无人机遥感;黄河源区;大型野生食草动物;种群数量;分布规律   
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      • 王欣,晋锐,杜培军,梁昊
        2018, 22(3): 508-520. DOI: 10.11834/jrs.20187153
        青藏高原地表冻融循环与植被返青期的变化趋势及其气候响应特征
        摘要：青藏高原特殊的地理环境使其对全球气候变化十分敏感，所以研究其地表冻融循环和植被返青期的时空动态对于回顾和预测青藏高原对全球气候变化的响应具有重要意义。本文通过利用双指标地表冻融状态识别算法和被动微波亮温数据(SMMR、SSMI和SSMIS)来获取青藏高原长时间序列(1982年—2013年)逐日地表冻融状态，通过对GIMMS全球植被指数数据产品进行NDVI的滤波重建和返青期提取来获取青藏高原植被长时间序列(年份)的返青期；并且分析了地表冻融循环和植被返青期的变化趋势、相互关系及对青藏高原气候变化的响应特征。总体来看，在空间上，青藏高原的地表冻结集中发生在10月30日至次年4月2日，平均地表融化首日集中在5月12—27日，平均植被返青期集中在5月19—29日。植被返青期平均发生在地表融化首日后的3.94±5.58日，两者具有显著的相关关系(R=0.51，P=0.003)。青藏高原的地表融化首日和植被返青期在1982年—2013年间经历了推迟、提前再推迟的3个过程，融化时间和返青期在1982年—1987年分别以1.93±1.81 d/a和0.28±1.01 d/a的速度推迟；在1987年—2006年分别以0.67±0.20 d/a和0.13±0.16 d/a的速度提前；在2006年—2013年分别以0.97±0.84 d/a和1.04±0.52 d/a的速度推迟。中国气象局布设在青藏高原的CMA气象站的温度数据表明，高原的春季地表0 cm土壤温度呈持续上升的趋势，而植被返青期和地表融化首日并未持续提前，这可能是由几十年来高原不同地区降水等其他环境因素变化的差异造成。同时在气温持续升高期间，植被返青期的返青温度阈值也不断具有上升的趋势(R=0.72, P<0.001)，这可能与植被适应气候变化的自身调节能力有关。  
        关键词：青藏高原;地表冻融循环;返青期;气候变化   
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        发布时间：2021-06-07
      • 马威,陈登魁,杨娜,马超
        2018, 22(3): 521-534. DOI: 10.11834/jrs.20187259
        时序双极化SAR开采沉陷区土壤水分估计
        摘要：开采沉陷地质灾害诱发矿区生态环境恶化的关键因子是土壤水分变化。研究提出了一种利用Sentinel-1A双极化SAR和OLI地表反射率数据联合反演土壤含水量的方法，即基于归一化水体指数(NDWI)反演植被含水量；采用Water-Cloud Model(WCM)模型消除植被对Sentinel-1A后向散射系数产生的影响，将其转化为裸土区的后向散射系数；利用基于AIEM模型和Oh模型建立的经验模型反演研究区地表参数，并用OLI光学反演结果进行验证；最后比较了开采沉陷区内外土壤水分含量。研究表明：(1)与基于OLI的土壤水分监测指数(SMMI)的土壤水分含量反演结果相比，两种极化方式中VH极化反演的水分结果具有更好的一致性，且两种极化方式反演结果也表明荒漠化草原区比黄土丘陵沟壑区反演效果更好，说明地形对后向散射的影响不可忽略。(2)在2016年内72期数据中，VH极化反演结果对比区土壤水分含量大于沉陷区的有41期，所占比例为57%；VV极化反演结果对比区土壤水分含量大于沉陷区的有36期，所占比例为50%，且不同矿区内的沉陷区受到的影响不同。说明开采沉陷造成的地表粗糙度的增加会对地表土壤水分产生负面影响，但不同矿区之间又有差异。  
        关键词：极化雷达;土壤水分;合成孔径雷达干涉测量;开采沉陷;时间序列   
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