第一章 导论
1、GIS与CAD的区别（补充结论一） 2、地理信息系统的基本功能（P22-25）
（1）数据采集与编辑（数据采集与编辑功能就是把各种地理要素转化为空间坐标及属性对应的代码输入到计算机中。）
（2）数据存储与管理（空间数据库：地理信息系统数据库（或称为空间数据库）是地理要素特征以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。）
（3）数据处理和变换（对系统管理的数据向规范和满足应用要求的转换，数据处理的任务和操作内容有：数据变换、数据重构、数据抽取 ）
（4）空间分析和统计（对数据进行专间操作从而使信息容易被识别，常用的空间分析：叠合分析、缓冲区分析、数字地形分析） （5）产品制作与演示 （6）二次开发和编程
3、计算机分析地图内容并提供信息，是从自然资源的管理和土地规划任务的开始，在这个基础上，Roger Tomlinson 从1963年开始创建世界上第一个地理信息系统即加拿大地理信息系统（CGIS）。因此，Roger Tomlinson被誉为地理信息系统之父。
4、什么是地理信息系统？它与一般的计算机应用系统有哪些异同？
地理信息系统即是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地理科学、信息科学和空间科学的应用基础学科，其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 GIS脱胎于地图学，是计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学等众多学科交叉融合而成的新兴学科。但是，地理信息系统与这些学科和系统之间既有联系又有区别。 （1） GIS与机助制图系统
机助制图是地理信息系统得主要技术基础，它涉及GIS中的空间数据采集、表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能，此外它还应具有丰富的空间分析功能。
（2）GIS与DBMS(数据库管理系统)
GIS除需要功能强大的空间数据的管理功能之外，还需要具有图形数据的采集、空间数据的可视化和空间分析等功能。因此，GIS在硬件和软件方面均比一般事务数据库更加复杂，在功能上也比后者要多地多。 （3）GIS与CAD系统
二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形、属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。 （4）GIS 与遥感图像处理的系统
遥感图像处理的系统是专门用于对遥感图像数据处理进行分析处理的软件。它主要强调对遥感栅格数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取。这种系统一般缺少实体的空间关系描述，难以进行某一实体的属性查询和空间关系查询以及网络分析等功能。
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5、根据你的了解，阐述GIS的相关学科及关联技术，并就GIS基础理论的建立和发展问题，发表你的意见和观点。
地理信息系统与其他相关学科系统间的关系 （1）GIS与 地图学：
GIS 是以地图数据库（主要来自地图）为基础，其最终产品之一也是地图，因此它与地图有着极密切的关系。GIS 是地图学理论、方法与功能的延伸， GIS与地图学一脉相承，它们都是空间信息处理的学科，地图学强调图形信息传输，而GIS 则强调空间数据处理与分析，地图学与GIS之间的联系是通过地图可视化工具与他们的潜力来增强GIS 的数据综合和分析能力。
（2）GIS与一般事务数据库
GIS 离不开数据库技术。数据库技术主要通过属性来管理和检索，但一般没有空间概念，GIS 恩能够处理空间数据。 （3）GIS 与计算机地图制图
计算机地图制图技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用，GIS的出现又反过来为地图制图提供了现代化的先进技术手段。数字地图是GIS的数据源，也是GIS的表达形式，计算机地图制图是GIS的重要组成部分。 （4）GIS 与计算机辅助制图（CAD）
GIS 处理的多为自然目标，CAD处理的多为规则几何图形及其组合。GIS的属性库内容结构复杂，功能强大，图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征。 （5）GIS与RS和GPS
GIS（地理信息系统）、RS（遥感）、GPS（全球定位系统）被统称为3S技术，是测绘学的新技术。GIS 是地理学、测量学、地图学、遥感等与计算机科学相结合发展起来的一门新的边缘学科。在这些相关学科、技术中，测量和遥感主要从数据源的角度为GIS 服务。地理信息系统是3S技术的中枢模块。遥感主要提供全天候、全时域、全空间和定量化的时空数据源、如大范围、高精度的地球空间信息和图像。GPS可以提供全天候、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度以及时间数据，定位数据可以直接输入或者加工后输入计算机，用于数据和遥感影像的校正。3S技术的集成和一体化形成了一个数据实时获取、处理、分析、查询和决策的快速、高精度、可视化系统。
第二章 地理信息系统的数据结构
1、CAD和GIS的选用（只供参考）
CAD一般用来画平面图，如机械，建筑，装饰的剖面图，和其它一些视图，CAD画三维图的功能不强。它的设计对象有两大类，一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；另一类是工程设计产品，即工程建筑，因此设计到相关方面的设计可以使用CAD。
地理信息系统的应用范围较CAD 来说就广泛得多。如资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等，几乎涵盖了所有领域。
2、目前，我国采用的大地地理坐标系为1980年中国国家大地坐标系，该坐标系选用1975年国际大地测量协会推荐的国际椭圆，其具体参数为半径a=6 378 140m，极半径b=6 356 755。288 157 528 7m，地球扁率f=1/298.257
3、1980年中国国家大地坐标系的大地原点，即国家水平控制网中推算大地坐标的起标点，设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇。
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4、我国现在规定的高程基准面为“1985国家高程基准”，它是采用青岛验潮站1953年至1979年验潮资料计算确定的，1987年5月经国务院批准。该基准面比原先使用的“黄海平均海平面”高29mm。 5、P49、P51 通读
6、游程编码结构（重点，但考得不多）
游程指栅格矩阵一行内相邻同值栅格的数量，也称为行程。游程编码结构是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（即游程），其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。
游程编码结构的建立方法是：将栅格矩阵的一行数据序列X1 X2 X3···Xn，映射为相应的二元组序列（Ai，Pi），i=1，···，k，，且k<=n。其中，Ai为属性值，Pi为游程，i为游程序号。
栅格数据经过压缩处理，得到游程编码数据序列，为了提高系统对这些数据的访问效率通常采用索引顺序文件的方法来组织数据。
7、TIN的曲面数据结构（可能考名词解释）
TIN的曲面数据结构通常用于数字地形的三维建模和显示。它是将离散分布的实测数据点连成三角网，网中的每个三角形要求尽量接近等边形状，并保证由并保证由最近邻的点构成三角形，即三角形的边长之和最小。在所有可能的三角网中，狄洛尼三角网在地形拟合方面运用的较普遍，因此常备用于TIN的生成。
狄洛尼三角网中的每个三角形可视为一个平面，平面的几何特性完全由三个顶点的空间坐标值所决定。存储的时候，每个三角形分别构成一个记录，每个记录的数据项包括：三角形的标识码、该三角形的相邻三角形标识码、该三角形的顶点标识码等。顶点的空间坐标值则另外存储。利用这种相邻三角形信息，便于连续分布现象的顺序追踪和查询检索，例如对等高线的追踪，是非常便捷的。利用这种数据结构，可方便地进行地形分析，如坡度和坡向信息的提取，填挖方计算，阴影和地形通视分析，等高线自动生成和三维显示等。因此，TIN被广泛用于各种GIS。
8、规则格网的曲面数据结构
规则格网的曲面数据结构类似于矩阵形式的栅格数据，只是其属性值为地面的高程或其他连续分布现象的数值。
第三章 空间数据处理
1、我们常用的地图投影为高斯-克吕格投影 2、矢量数据结构和栅格数据结构的比较 矢量 栅格 优 点 1、 便于面向实体的数据表达 2、 数据结构紧凑、冗余度低 1、 数据结构相对简单 2、 空间分析较容易实现 3、 有利于遥感数据的匹配应用和分析
缺 点 1、 数据结构较复杂 2、 软件实现的技术要求比较高 1、 数据量较大，冗余度高，需要压缩处理 2、 定位精度比矢量低 3、 拓扑关系难以表达 3
3、 拓扑结构有利于网络分析、空间查询 3、 多边形叠合等分析相对困难 地理信息系统概论复习资料 资源10
3、多元空间数据融合：GIS技术经过40多年的发展和应用，已经积累了大量的数据资源。但是，由于地理数据的多语意性、多尺度性、获取手段的多样性、存储格式的不同以及数据模型与数据结构的差异等，导致多元数据的产生，给数据的集成和信息共享带来困难。为了实现空间数据的共享，特别是随着因特网的发展、数字地球的兴起和GIS应用的日益深入，多源数据的融合已成为GIS设计者和用户的共同要求。
（空间数据融合：是指多种数据合成后，不再保存原来的数据，而产生了一种新的综合数据，数字地球的多种数据融合，包括多种分辨率数据，多维数据以及不同类型数据的融合，并且需要将融合得到的数据进行可视化表现，通常是将数据叠加在数字高程模型上，形成三维立体景观影象。实现数字地球中的空间数据融合，需要地理数据互操作以及高速网络的支持。） 4、优化插值方法是由法国地理数学家G . Matheron和南非矿山工程师D . G . Krige研究出来的。
5、区域的内插：根据一组多边形分区的已知数据来推求同一地区另一组多边形分区未知数据的内插方法。
第四章 空间数据库概述
1、空间数据引擎：是一种空间数据库管理系统的实现方法，即在常规数据库管理系统之上添加一层空间数据库引擎，以获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和管理的能力。代表性的是ESRI的SDE。 2、空间关系查询类型 通读P131、132 3、属性数据查询 4、空间属性联合查询 5、SQL语言
第五章 空间分析的原理与方法 1、数字地形模型分析（P147通读）
2、空间邻近度：描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。
3、DEM的通视分析：
通视分析就是利用DEM判断地形上任意两点之间是否可以相互可见的技术方法。通视分析可以用于架设通信基站等的工程设计，旅游景点规划等的应用领域。
通视分析的实现可以借助上述的地形坡面线来完成，在任意两点间先生成一条坡面线，再在两点间形成一条直线，判断直线与坡面线是否有交点，还要判断两点高程是否高于坡面线的高程，以此判断亮点是否通视。
4、空间叠合分析:空间叠合分析是指在相同的空间坐标系统下，将统一地区两个不同地理特征的空间和属性数据重叠相加，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。一般用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域。
4、线与多边形的叠合:线与多边形的叠合是通过确定一个线状空间特征中的线经过另一多边形空间特征中的哪个多边形，以便为线赋予新的多边形属性。
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5、空间缓冲区分析：是围绕空间的点、线、面实体，自动建立其周围一定范围内的多边形。
6、Voronoi多边形分析：又称为泰森多边形分析，其原理是根据离散分布的已知数据点对研究区域进行划分，使得划分的多边形覆盖整个研究区域，形成一个Voronoi图，且每一个多边形中仅包含一个已知的数据点。则可以用该已知数据点的数据来表达和分析该多边形内的所有其他数据点，所以Voronoi多边形分析常常用于空间插值计算。
7、试解释缓冲区分析和叠合分析的概念，并举例说明这两种空间分析方法的用途。 答：叠合分析通过将同一地区若干个不同数据层项叠合，不仅建立新的空间数据，而且能将输入的属性数据予以合并，易于进行多条件的查询检索，地图裁剪，地图更新和统计分析等。 缓冲区分析是在点，线或面等不同实体周围建立一定宽度的缓冲多边形，以确定不同地理要素的空间邻近度或其影响范围。
如：规划拓宽一条道路，需要通知周边一定范围的居民动迁。在林业规划中需要按照距河流一定纵深范围来确定森林禁止砍伐区，以防水土流失。
8、比较缓冲区查询与缓冲区分析的概念。
答：缓冲区分析是指以点，线或面实体为基础，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形图层，然后建立该图层与目标图层的叠加，进行分析而得到所需结果。它是用来解决邻近度问题的空间分析工具之一。邻近度描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。
9、什么是Voronoi图，它有哪些主要特性和用途。（参考并结合第六个知识点） 答：Voronoi多边形分析又称泰森多边形分析
Voronoi图原理是根据离散分布的已知数据点对研究区域进行划分，使得划分成的多边形覆盖整个研究区域，形成一个Voronoi图，且每一个多边形中仅包含一个已知的数据点。 特征：所有的Voronoi多边形都是凸多边形。Voronoi多边形的顶点是相邻已知点构成的三角形外接圆的圆心。所有这些外接圆的内部不包含已知点。
第六章 地理信息系统的应用模型
1、GIS的应用模型，就是根据具体的应用目标和问题，借助于GIS自身的技术优势，使观念世界中形成的概念模型，具体化为信息世界中可操作的机理和过程。 2、GIS应用模型的分类：
(1)根据所表达的空间对象的不同分类：一类是基于理化原理的理论模型，又称为数学模型；一类是基于变量之间的统计关系或启发式关系的模型，这类模型统称为经验模型；还有一类是基于原理和经验的混合模型。
（2）按照研究对象的瞬时状态和发展过程分类：静态、半静态和动态三类。 （3）按对象的属性分类：空间模型和非空间模型。
3、应用模型的构建实际包括目的导向分析和数据导向操作两个过程。目的导向分析，是将要解决的问题与专业知识相结合，从问题开始，一步步地推导出解决问题所需要的原始数据、精度标准、模型的逻辑结构和方法步骤。数据导向操作，是将已经形成的模型逻辑结构域GIS技术相结合，从各类数据开始，一步步地将数据转换成问题的答案，必要时还需要进行反馈和修改，直到取得满意的结果，最后以图形或者图表的形式输出最终结果。
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应用模型建模的步骤包括： ①明确分析的目的和评价准则； ②准备分析数据； ③空间分析操作； ④结果分析；
⑤解释、评价结果（如有必要，返回第一步）； ⑥结果输出（地图、表格和文档）
4、适宜性分析：是指土地针对某种特定开发活动的分析，这些开发活动包括农业应用、城市化选址、作物类型布局、道路选线、选择重新造林的最适宜的土地等。
5、区位模型的选择（了解P186）：
区位选择考虑的标准一般包括环境、工程和经济三个方面。
6、P198课后习题：公园选址问题(重点) 分析目的：确定建立公园的合适区域
评价标准：（1）相对安静（离公路0.2公里之外）且交通方便（离公路0.8公里之内） （2）依附在大小适中的天然河流上，既等级为2的河流才适合建公园 （3）公园选址要避免沼泽地，即土地利用图中非沼泽地的适合建公园 所需数据：交通图、水系图（带有分级属性的水系图）、土地利用图 具体步骤：（1）对交通图中的公路建立0.8,0.2公里缓冲区；
（2）将缓冲区进行空间叠置（擦除分析）得到公园候选区域zones；
（3）通过赋属性在分类，将土地利用图分成沼泽地及非沼泽地两类（1为非沼泽
地，0为沼泽地）；
（4）合并土地利用图中属性相同的相邻多边形的边界，得到Marsh层； （5）将March层和zones进行多边形空间叠置分析（相交分析或裁剪分析），得
到zones内的土地利用区域Zmarsh；
（6）将stream层与Zmarsh进行空间叠置（相交分析）；
（7）查询输出所选中的区域，查询“土地利用类型=‘1’”且“河流等级”=‘2’
的区域，该区域即为公园建立的候选地址。
具体操作步骤：（1）建立缓冲区：将交通层添加到新的Map中，Layers的Properties，General
栏中的Unit设置为meters点
（2）空间叠置分析
（3）查询：选择Selection菜单下的Selection By Attribution，在弹出
的对话框中输入查询语句
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第七章 地理信息系统的设计与评价
1、应用型GIS：是指在基础型GIS的基础上，经过二次开发，建成满足专门用户、解决特定实际问题的GIS。
2、可扩展性：要求系统在设计时留有接口，以便于将来在现行系统上不做大改动就可增加功能模块。
任何系统的开发都是从简单到复杂的不断求精和完善的过程，特别是GIS常常是从清查和汇聚空间数据开始，然后逐步演化到从管理到决策的高级阶段。因此，一个系统建成后，要使在现行系统上不做大改动或不影响整个系统结构，就可以在现行系统上增加功能模块，这就必须在系统设计时留有接口，否则，当数据增加或功能增加，系统就会推到重建，这就是一个没有生命力的系统。
第八章 地理信息系统产品的输出设计
1、戈尔认为，数字地球是一种基于英特网的嵌入海量数据的多分辨率的真实地球的三维表现。
2、为何说GIS同时具有显微镜、望远镜、计算机和复印机的功能（补充结论三）
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地理信息系统原理实验补充结论
一、地理信息系统与CAD的主要区别
CAD是计算机辅助设计（Computer Aided Design）的简称，它采用计算机辅助进行各种设计，广泛用于机械、建筑、工程和产品设计等方面。GIS是处理和分析空间数据的一类计算机技术系统的简称，设计制图也是其重要功能。
CAD和GIS之间有大量的技术重叠，两者都用计算机图形，相似的输入、输出设备，都能描述、处理、输出空间图形和空间关系，都能生成漂亮的图像，都具有坐标参考系统。
二者的根本区别在于使用目的不同，从而导致了功能和数据组织等方式上的区别。 总体上看，CAD较简单，这就使CAD得到了更快的发展；而GIS体系结构更复杂。 从使用目的来看，CAD主要目的是简化编辑、加快绘图，偏向于辅助制图，应用领域为规划、建筑和机电设计；而GIS更强调数据管理、空间分析，应用于实际问题的求解。
CAD的几何形式主要由制图员根据设计绘制而成，而GIS的几何形状是由数字化或测量方法得到的。
CAD擅长规则图形的处理，CAD几何形状包含水平和垂直线段，通常线段之间的夹角是规则的，图形编辑功能较强，具有较强的排版和制图能力；GIS处理各种复杂图形的能力较强，却很少存在规则图形，实际上不包含水平或垂直线段。
CAD的空间坐标为平面坐标；GIS使用地理坐标，与地球自身有明确的位置关联。 CAD中，诸如映射、旋转、比例、拷贝之类的操作频繁地被用到；在GIS中不常对图形进行简单操作，代之以投影变换、结构变换、格式变换和空间操作等常用操作。
在CAD中，目标间的拓扑关系实际上不存在，对空间拓扑关系的处理能力弱；而在GIS中，拓扑是主要的考虑之一，空间对象之间的拓扑关系更强，GIS的图形数据具有更强的语义。
CAD按点、线、面、文本、图框简单分层；GIS按数据类型和地物要素进行分层组织，避免冗余。
CAD很少空间查询和分析功能；GIS的主要功能是空间分析。
CAD挂联和管理属性数据的能力较弱；而GIS的属性数据丰富，管理完备。 CAD的输出主要为产品的图形，GIS输出的是地图和相关信息。 CAD数据量相对少；GIS为海量数据。 CAD不关联数据库；GIS常与数据库关联。
CAD只适应小范围，，不适合进行区域管理；GIS更能适应较大的空间范围，且能保持一定的精度。
在CAD中，栅格很少用；但在GIS中，这是获取地图库或卫星数据的一个有效、经济的方法。 比较内容 坐标 主要功能和用途 通常处理数据量 数据的地理语义 空间拓扑关系 属性信息 空间分析
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地理信息系统（GIS） 地理坐标 空间数据分析和处理 海量数据 强 强 丰富 有 计算机辅助设计（CAD） 平面坐标 表达和制图 相对小 弱 弱 较少 无 地理信息系统概论复习资料 资源10
二、地理信息系统区别于一般信息系统的主要特点 1、地理空间数据和信息的特殊复杂性
①包含一般信息系统没有的位置和空间关系数据
②位置、空间关系数据和相关图形处理的难度远大于一般属性和图形 2、必须具备科学可视化功能
①可视化能极大地提高信息、知识的理解和传播效益
②地图、图表、虚拟现实和多媒体可更好地反映研究对象的空间结构，进而揭示其内在联系和发展变化规律。
③GIS始终使用可视化，还需进步完善。
因此，地图是地理学的第二语言，GIS是地理学的第三语言。 3、区域性和层次性 ①区域性
地理信息系统常以区域来组织；区域常跨越地图分幅 ②层次性
同一工作空间因比例尺的变化可以表现不同大小的区域(区域大小和比例尺对应)； 区域的专题要素是分层表示的，并可叠加；
区域和层次性增强了显示的能力和灵活性，导致地理信息系统的复杂性。 4、海量数据
系统要素众多、区域性、层次性、可视化图形图像的巨大数据量 5、注重空间分析
①地理信息系统为何需要空间分析功能？
GIS专业提供空间格局和空间关系的答案，否则使用普通的管理信息系统和决策支持系统就可以解决
②地理信息系统为什么有空间分析功能？
地理信息系统输入位置及相互关系数据，借助分析模型，使之具有空间分析的能力，并偏重空间数据的输出。
而一切涉及空间位置要素的分析及区域性分析，用以提取地理空间信息乃至关于地物时空分布、组合、联系和发展的知识，都叫空间分析。因此空间分析是GIS的核心任务，是与其它系统的主要区别。
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三、GIS同时具有显微镜、望远镜、计算机和复印机的功能
GIS是地理信息系统的简称，是„„ 接下来详述地理信息系统的功能（此部分要求500字以上）
后接论述（应主要围绕地理信息系统可以对空间信息进行微观、宏观查询与分析，可以对空间信息进行运算和统计，以及对空间信息进行制图展开。也可穿插在功能详述部分加以论述。以下是分开并分项的论述，仅供参考）
地理信息系统通过空间建模、数据采集与输入功能，将地表数字化保存；地理信息系统还可以通过数据输出、制图和可视化功能，随时打印输出地表状况，直观再现地面，是真实世界的复印机。
地理信息系统具备5大构成要素（加以说明），其中就包含完整的计算机硬件系统、软件系统和网络，它是地理信息系统的技术支撑，地理信息系统本身就是一个基于计算机的信息系统。通过计算机软硬件系统和地理信息系统的专业功能软件，完成数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析与统计、产品制作与演示、二次开发与编程功能。而计算机的运算能力，帮助用户实现算法、进行众多运算与统计，提取隐含信息，这是人们最关心的，有人又改称地理信息系统为“地计算（geomatics，空间信息学）”，因此地理信息系统就是在计算机系统之上的扩展，本质就是计算机。
传统地图的表现法总是强调迅速的，显著的地理变化，而对于那些微小的或模糊的变化往往忽略不计，制图过程中重要的一步就是简化，看图者所获得的信息又是制图者所获得信息的一小部分。而地理信息系统改变了这一问题，它通过制图和可视化功能，具备动态比例尺和多尺度描绘能力，能直观表现现实世界，不但能在小比例尺展示大范围宏观空间格局，更能动态变换比例，以最大比例尺对细部进行探查，在窗口显示小范围的细部特征，这就相当于望远镜的功能；同时地理信息系统还能通过空间分析手段，获取隐含的、非直观的信息，因此相当于显微镜的功能。
因此我们说，地理信息系统同时具有显微镜、望远镜、计算机和复印机的功能。
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