BR102019013111A2 - REMOTE UNDERWATER VEHICLE - Google Patents
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Abstract
veículo subaquático de acionamento remoto. a presente invenção refere-se a uma plataforma que consiste num corpo hidrodinâmico de baixo arrasto, capaz de deslocamento em alta velocidade para buscar suas áreas de observação e deslocamento a baixa velocidade e de pairar sobre um determinado ponto para aquisição de dados de sonar e óticos (podendo também receber sensores de outros tipos, como acústicos ou físico-químicos, ou ainda receber equipamentos robóticos para coleta de amostras). esse corpo fusiforme tem duas asas laterais e umaaleta ventral, que tem como finalidade atuarem como estabilizadores no deslocamento de alta velocidade e alojamento de equipamentos: câmeras e luzes, transdutores de side-scan sonar e dutos de impulsão no sentido vertical nas asas, e sonares, câmeras de manobras e o conjunto de baterias na aleta ventral. os sinais do sistema de controle e dos sensores são trocados com o posto de pilotagem por fibra ótica, ligada num acoplamento na parte dorsal, enquanto a energia para os diversos sistemas é provida apenas pelo conjunto de baterias, configurando um veículo da classe rov mas semiautônomo.underwater remote-driving vehicle. the present invention relates to a platform consisting of a low drag hydrodynamic body, capable of displacement at high speed to search its areas of observation and displacement at low speed and hovering over a certain point for the acquisition of sonar and optical data (it can also receive sensors of other types, such as acoustic or physical-chemical, or even receive robotic equipment for sample collection). this fusiform body has two lateral wings and a ventral wing, which aims to act as stabilizers in high-speed displacement and equipment accommodation: cameras and lights, sonar side-scan transducers and vertical ducting ducts in the wings, and sonar , maneuver cameras and the battery pack on the ventral fin. the signals from the control system and sensors are exchanged with the pilot station by optical fiber, connected to a coupling on the dorsal part, while the energy for the various systems is provided only by the set of batteries, configuring a vehicle of the rov class but semi-autonomous .
Description
[1] CAMPO TÉCNICO[1] TECHNICAL FIELD
[2] Veículos, plataformas de instrumentos e outros meios para exploração e operações subaquáticas.[2] Vehicles, instrument platforms and other means for underwater exploration and operations.
[3] ANTECEDENTES[3] BACKGROUND
[4] As operações offshore têm se expandido significativamente no Brasil e no Mundo nos últimos anos tanto pela exploração de petróleo quanto pela busca de novos recursos em ambientes subaquáticos.[4] Offshore operations have expanded significantly in Brazil and in the world in recent years, both for oil exploration and the search for new resources in underwater environments.
[5] A exploração de petróleo offshore é um desafio mundial em que o Brasil tem sido bem sucedido graças ao seu pioneirismo nessa área. A medida que as operações avançam o petróleo é extraído em profundidades cada vez maiores o que requer um conjunto de técnicas/tecnologias e investimentos cada vez maiores e de maior complexidade. Entretanto, a exploração de petróleo é balizada por um conjunto legal cada vez mais rígido e militante, ou seja, a busca pelo petróleo é limitada por questões de natureza ambiental, trabalhista, etc. além da necessidade de expansão tecnológica para águas cada vez mais profundas.[5] The exploration of offshore oil is a worldwide challenge in which Brazil has been successful thanks to its pioneering spirit in this area. As the operations advance, oil is extracted at ever greater depths, which requires a set of techniques / technologies and investments that are ever greater and more complex. However, oil exploration is guided by an increasingly rigid and militant legal framework, that is, the search for oil is limited by environmental, labor, etc. issues. in addition to the need for technological expansion into ever deeper waters.
[6] Portanto, antes mesmo que sejam iniciados os procedimentos de extração com a montagem de grandes estruturas de plataformas e intrincados sistemas de tubulações e risers, estruturas de leito marinho, entre outras é necessário fazer o devido mapeamento da região subaquática para que seja inventariado o patrimônio biológico e os possíveis impactos da exploração sobre ele.[6] Therefore, even before the extraction procedures are started with the assembly of large platform structures and intricate systems of pipes and risers, seabed structures, among others, it is necessary to make the appropriate mapping of the underwater region so that it is inventoried. the biological heritage and the possible impacts of exploration on it.
[7] Isso se torna um tanto mais complicado a medida que se opera a grandes profundidades. Existe uma limitação tanto para o pessoal quanto para os equipamentos utilizados. Grandes profundidades significam grandes massas de água e a pressão por elas exercida. Além da pressão, a uma determinada profundidade (zona de turbulência) se faz necessário lidar com as correntes e oscilações na dinâmica das imensas massas de água. O mar é um sistema altamente dinâmico e tal dinâmica está relacionada a forças colossais que atuam constantemente sobre o Homem e também sobre as máquinas.[7] This becomes somewhat more complicated as it operates at great depths. There is a limitation for both personnel and equipment used. Large depths mean large bodies of water and the pressure they exert. In addition to pressure, at a certain depth (turbulence zone) it is necessary to deal with currents and oscillations in the dynamics of immense bodies of water. The sea is a highly dynamic system and this dynamic is related to colossal forces that constantly act on Man and also on machines.
[8] O trabalho subaquático conta com a ação de mergulhadores e também com máquinas (robôs) que atuam em circunstâncias em que o fator humano estará sujeito a um alto risco ou mesmo fisicamente impossibilitado.[8] Underwater work relies on the action of divers and also with machines (robots) that operate in circumstances where the human factor will be subject to a high risk or even physically impossible.
[9] Quanto às máquinas, os ROV (remotely operated vehicle) é a solução mais empregada. Esses veículos operam a partir de cabos de serviço que fornecem energia para o acionamento do motor e dos equipamentos, para transmissão e recebimento de dados e para controle do veículo quando em operação.[9] As for machines, ROV (remotely operated vehicle) is the most used solution. These vehicles operate from service cables that supply power to the engine and equipment, to transmit and receive data and to control the vehicle when in operation.
[10] Exemplos de ROV são fartamente encontrados na literatura como no Comitê de ROV da Sociedade de Tecnologia Marinha (https://www.rov.org/). São conhecidos diversos modelos e variações dos veículos para atender à diferentes necessidades de operação subaquática. A despeito da grande variedade, um veículo de operação remota compreende uma complexa rede de sistemas e subsistemas que conferem a funcionalidade necessária para as tarefas desempenhadas. Os subsistemas basicamente são responsáveis pelo acionamento de funções tais como navegação e controle do veículo; ferramentas e sensores; controle e consoles de display; distribuição de energia elétrica; cabos; sistema de manuseio operacional. Portanto, além de complexos, os ROV também são significativamente caros, ou seja, o dano ou a perda de um veículo significa um prejuízo importante além da interrupção de serviços cruciais.[10] Examples of ROV are abundantly found in the literature such as the ROV Committee of the Marine Technology Society (https://www.rov.org/). Several vehicle models and variations are known to meet the different needs of underwater operation. Despite the wide variety, a remote operating vehicle comprises a complex network of systems and subsystems that provide the necessary functionality for the tasks performed. The subsystems are basically responsible for activating functions such as navigation and vehicle control; tools and sensors; control and display consoles; electricity distribution; cables; operational handling system. Therefore, in addition to being complex, ROVs are also significantly expensive, meaning that the damage or loss of a vehicle means a significant loss in addition to the interruption of crucial services.
[11] Como uma característica comum dos ROVs todos são acionados a partir de cabos de serviço para os fins acima mencionados. Os cabos além de suprir o veículo com energia e permitir a execução de suas funcionalidades, também possibilita uma forma de proteção porque ao primeiro sinal de pane, o veículo pode ser recuperado ao ser içado de volta a uma embarcação. A necessidade dos cabos se justifica na medida da preocupação com uma possível perda do veículo ou do custo de uma operação de resgate, se for o caso. Entretanto, os cabos causam uma limitação no que tange ao alcance conseguido pelo ROV. Por conta dos cabos, os ROV possuem um alcance limitado e mesmo que seja liberada uma grande extensão de cabo para aumentar a liberdade do veículo isso acarreta um outro problema como o enrolamento dos cabos, o risco de fixação desses no leito marinho ou em estruturas submersas, etc.[11] As a common feature of ROVs, all are driven from service cables for the purposes mentioned above. The cables, in addition to supplying the vehicle with energy and allowing the execution of its functionalities, also provide a form of protection because at the first sign of failure, the vehicle can be recovered by being lifted back to a vessel. The need for cables is justified to the extent of concern about a possible loss of the vehicle or the cost of a rescue operation, if applicable. However, the cables cause a limitation regarding the range achieved by the ROV. Because of the cables, the ROVs have a limited range and even if a large length of cable is released to increase the freedom of the vehicle, this causes another problem such as the winding of the cables, the risk of fixing them in the seabed or in submerged structures. , etc.
[12] Além das aplicações na exploração de petróleo em alto mar, os ROV também são utilizados em outras finalidades, tais como comercial, acadêmica, militar, etc. em todos os casos o ROV mantém a sua característica básica de operação acionada por cabos. Normalmente, os veículos são adaptados para essas aplicações a partir do modelo utilizado na exploração do petróleo.[12] In addition to applications for offshore oil exploration, ROVs are also used for other purposes, such as commercial, academic, military, etc. in all cases the ROV maintains its basic feature of cable-driven operation. Vehicles are typically adapted for these applications based on the model used in oil exploration.
[13] Uma questão importante é quanto à hidrodinâmica dos veículos. Em geral, os ROVs possuem o formato de uma caixa dentro da qual são instaladas as funcionalidades desejadas. Do ponto de vista hidrodinâmico, a forma de caixa não é muito eficiente, ou seja, o deslocamento do veículo subaquático é demasiado lento em função do alto arrasto da estrutura. Evidentemente que já são conhecidos ROVs conformado como submarinos ou mesmo torpedos, o que confere ainda um melhor desempenho ao se deslocar.[13] An important issue is regarding vehicle hydrodynamics. In general, ROVs are shaped like a box inside which the desired features are installed. From a hydrodynamic point of view, the box shape is not very efficient, that is, the displacement of the underwater vehicle is too slow due to the high drag of the structure. Obviously, ROVs conformed as submarines or even torpedoes are already known, which gives an even better performance when traveling.
[14] OBJETIVOS DA INVENÇÃO[14] OBJECTIVES OF THE INVENTION
[15] A presente invenção objetiva proporcionar um veículo subaquático de operação remota que seja capaz de adquirir dados na forma de imagens e registros de sonar, inicialmente em comunidades organismos em águas profundas, de forma a permitir, com maior precisão a avaliação de efeitos das atividades humanas nesses ambientes particulares.[15] The present invention aims to provide a remote operating underwater vehicle that is capable of acquiring data in the form of images and sonar records, initially in deep water organisms communities, in order to allow, with greater precision, the evaluation of the effects of human activities in these particular environments.
[16] DESCRIÇÃO DAS FIGURAS[16] DESCRIPTION OF THE FIGURES
[17] DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE PREFERIDA DA INVENÇÃO[17] DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
[18] De acordo com a presente invenção, em observação às figuras 1A-C, o veículo subaquático de acionamento remoto compreende uma plataforma consiste num corpo hidrodinâmico de baixo arrasto, capaz de deslocamento em alta velocidade para buscar suas áreas de observação e deslocamento a baixa velocidade e de pairar sobre um determinado ponto para aquisição de dados de sonar e óticos (podendo também receber sensores de outros tipos, como acústicos ou físico-químicos, ou ainda receber equipamentos robóticos para coleta de amostras). Esse corpo fusiforme tem duas asas laterais e uma aleta ventral, que tem como finalidade atuarem como estabilizadores no deslocamento de alta velocidade e alojamento de equipamentos: câmeras e luzes, transdutores de side-scan sonar e dutos de impulsão no sentido vertical nas asas, e sonares, câmeras de manobras e o conjunto de baterias na aleta ventral.[18] In accordance with the present invention, in observance of figures 1A-C, the underwater underwater vehicle comprises a platform consisting of a low drag hydrodynamic body, capable of displacement at high speed to search its observation areas and displacement at low speed and hovering over a certain point for the acquisition of sonar and optical data (it can also receive sensors of other types, such as acoustic or physical-chemical, or even receive robotic equipment for sample collection). This fusiform body has two lateral wings and a ventral fin, whose purpose is to act as stabilizers in high-speed displacement and equipment accommodation: cameras and lights, sonar side-scan transducers and vertical ducting ducts in the wings, and sonar, maneuver cameras and the battery pack on the ventral fin.
[19] Os sinais do sistema de controle e dos sensores são trocados com o posto de pilotagem por fibra ótica, ligada num acoplamento na parte dorsal, enquanto a energia para os diversos sistemas é provida apenas pelo conjunto de baterias, configurando um veículo da classe ROV mas semiautônomo. A presente invenção será descrita em pormenor a seguir:[19] The signals from the control system and sensors are exchanged with the pilot station by optical fiber, connected to a coupling on the back, while the energy for the various systems is provided only by the set of batteries, configuring a vehicle of the class ROV but semi-autonomous. The present invention will be described in detail below:
[20] a) Motorização - Para que seja possível deslocamento em alta velocidade (20 nós), o equipamento deverá possuir um motor de potência compatível, instalado na sua parte traseira e acionando um hélice protegido por um duto de empuxo, para evitar danos ao cabo de dados. O direcionamento do aparelho será feito pelo deslocamento do eixo de empuxo, evitando o uso de planos de comando, mais vulneráveis a eventuais danos em caso de choque com rochas. Para que o aparelho possa deslocar-se pairando, junto ao objeto de estudos, serão montados seis dutos de impulsão, cada qual com um motor que poderá ser comandado independentemente. Quatro desses dutos estão localizados nas asas, e são usados em paralelo para movimentação no plano vertical ou de forma diferencial para controlar os movimentos de cabeceio e rolamento lateral. Dois outros dutos estão localizados nas extremidades da aleta ventral, e são usados em paralelo para pequenos deslocamentos no plano horizontal, conservando o rumo, ou de forma diferencial para controlar a direção do equipamento quando pairando (figuras 1A-B).[20] a) Motorization - In order to be able to travel at high speed (20 knots), the equipment must have a compatible power motor, installed at its rear and operating a propeller protected by a thrust duct, to avoid damage to the data cable. The device will be directed by displacing the thrust axis, avoiding the use of control planes, which are more vulnerable to possible damage in case of impact with rocks. In order for the device to move hovering, next to the object of study, six impulse ducts will be installed, each with a motor that can be controlled independently. Four of these ducts are located on the wings, and are used in parallel for movement in the vertical plane or in a differential way to control the head and lateral rolling movements. Two other ducts are located at the ends of the ventral fin, and are used in parallel for small displacements in the horizontal plane, keeping the course, or in a differential way to control the direction of the equipment when hovering (figures 1A-B).
[21] b) Câmeras e Iluminação - Em observação às figuras 2A-C, o veículo será equipado com 6 câmeras de diferentes resoluções, e 5 sistemas de iluminação por LEDs. Uma câmera de alta resolução será montada no domo transparente da proa, com movimento horizontal e vertical, e duas outras nas extremidades das asas, com movimento apenas horizontal. Esse sistema será iluminado por dois conjuntos de LEDs na superficie dianteira de cada asa. Três câmeras fixas de baixa resolução e três sistemas LEDs de baixa intensidade serão montados na parte de trás das asas e da aleta ventral, como dispositivos auxiliares de manobras. Essas câmeras são fixas. O movimento das três câmeras de alta resolução será controlado na superfície por um joystick na posição de controle.[21] b) Cameras and Lighting - In compliance with figures 2A-C, the vehicle will be equipped with 6 cameras of different resolutions, and 5 LED lighting systems. A high resolution camera will be mounted on the transparent dome of the bow, with horizontal and vertical movement, and two others on the ends of the wings, with only horizontal movement. This system will be illuminated by two sets of LEDs on the front surface of each wing. Three fixed low-resolution cameras and three low-intensity LED systems will be mounted on the back of the wings and the ventral fin, as auxiliary maneuvering devices. These cameras are fixed. The movement of the three high-resolution cameras will be controlled on the surface by a joystick in the control position.
[22] c) Sonares - Um conjunto de sonares será montado no equipamento. O sonar principal será um multi-bean, montado na parte anterior da aleta ventral e dirigido para frente. Esse será o "olho" do equipamento na função de aproximação e reconhecimento de estruturas submersas. Um segundo sonar, monofeixe, será montado na parte inferior dianteira da aleta ventral para funcionar como altímetro em relação ao fundo para o mapeamento de side-scan sonar. O sidescan sonar será montado num módulo de instrumentos, com seus dois transdutores ocupando a superficie lateral das duas asas. O equipamento poderá ser pilotado a baixa velocidade para fazer levantamento de side-scan, ou pode-se usar o sonar monofeixe como altímetro num modo automático de varredura, desde que haja um prévio conhecimento da batimetria local. O veículo também será equipado com um pinger acústico ligado a um sistema de hidrofones no casco do navio de suporte, de forma que o seu posicionamento possa ser feito em tempo real (figura 3A-B).[22] c) Sonars - A set of sonars will be mounted on the equipment. The main sonar will be a multi-bean, mounted on the front of the ventral fin and directed forward. This will be the "eye" of the equipment in the function of approaching and recognizing submerged structures. A second sonar, single beam, will be mounted on the lower front part of the ventral fin to function as an altimeter in relation to the bottom for mapping sonar side-scan. The sonar sidescan will be mounted on an instrument module, with its two transducers occupying the lateral surface of the two wings. The equipment can be piloted at low speed to perform a side-scan survey, or the single beam sonar can be used as an altimeter in an automatic scanning mode, as long as there is prior knowledge of the local bathymetry. The vehicle will also be equipped with an acoustic pinger connected to a hydrophone system in the support vessel's hull, so that its positioning can be done in real time (figure 3A-B).
[23] d) Painel de controle - A interface principal do sistema de controle será o posto de pilotagem do veículo, organizado como mostrado abaixo. Em princípio, deverá haver três telas ou painéis principais: uma tela de visualização, na qual serão projetados os sinais e controles dos sonares principal, secundário e laterais, bem como as imagens das câmeras e seus controles. Uma outra tela ou painel será receberá os dados de localização, e, caso possível, deverá ser capaz de projetar a posição do equipamento na carta batimétrica digital local, fazendo um relay entre o posicionamento do barco de suporte por GPS e a posição do equipamento no fundo via pinger. Uma outra tela ou painel deverá corresponder ao painel elétrico principal, com os dados do sistema de controle dos motores, luzes e bateria principal. Essa interface deverá ser equipada com dois joysticks, um para o controle do posicionamento e outro, menor, para o controle das câmeras. Novos painéis poderão ser adicionados à medida que o equipamento for sendo aperfeiçoado e equipado com outros acessórios (figura 4).[23] d) Control panel - The main interface of the control system will be the vehicle's pilot position, organized as shown below. In principle, there should be three main screens or panels: a visualization screen, on which the signals and controls of the main, secondary and side sonars will be projected, as well as the images of the cameras and their controls. Another screen or panel will receive the location data, and, if possible, it should be able to project the position of the equipment on the local digital bathymetric chart, making a relay between the positioning of the GPS support boat and the position of the equipment in the background via pinger. Another screen or panel must correspond to the main electrical panel, with the data from the engine control system, lights and main battery. This interface must be equipped with two joysticks, one for controlling positioning and the other, smaller, for controlling cameras. New panels can be added as the equipment is being perfected and equipped with other accessories (figure 4).
[24] e) Estrutura básica - De acordo com a figura 5, os principais componentes estruturais serão mostrados a seguir, entretanto, ainda que seja uma concretização preferida, outros componentes equivalentes ou em outras combinações são igualmente preferidos e compreendidos no escopo da presente invenção.[24] e) Basic structure - According to figure 5, the main structural components will be shown below, however, although it is a preferred embodiment, other equivalent components or in other combinations are equally preferred and understood within the scope of the present invention .
[25] Ο corpo principal deverá ser montado em aluminio, compreendendo dois componentes estruturais transversais em forma de cruz, que deverão dar suporte ao corpo principal, às asas e a aleta ventral. Além disso, diversos componentes estruturais longitudinais, com seções em forma de caixa, ligarão as duas unidades transversais compondo diversas "caixas de força", que suportarão as acelerações e o empuxo dos motores, e o peso das baterias, principalmente. Nas extremidades dianteira e traseira serão montados respectivamente a seção da câmera principal e a seção do suporte do motor e dos acionadores do cone de cauda móvel direcional. Todos os demais componentes serão montados apoiados nas laterais das caixas de força, incluindo os impulsionadores e seus dutos. Esses equipamentos serão suportados por peças de alumínio em seção de caixa, instalados em locais específicos. O conjunto deverá ser revestido por uma "pele" plástica sem função estrutural, de forma que abaixo da "pele", apenas alguns componentes serão realmente estanques. Esse é o padrão de construção dos ROVs convencionais de hoje. Alguns componentes, contudo, talvez precisem ser adaptados para esse padrão de construção. Uma vez montada e configurada a estrutura, o sistema de baterias deverá ser posicionado de forma a corrigir a distribuição de peso, sem necessidade de lastro.[25] The main body must be mounted on aluminum, comprising two cross-shaped structural components, which should support the main body, the wings and the ventral fin. In addition, several longitudinal structural components, with box-shaped sections, will connect the two transverse units composing several "power boxes", which will support the accelerations and thrust of the engines, and the weight of the batteries, mainly. At the front and rear ends, the main camera section and the motor support section and the directional movable tail cone drivers are respectively mounted. All other components will be mounted on the sides of the power boxes, including the impellers and their ducts. This equipment will be supported by aluminum parts in a box section, installed in specific locations. The set should be covered with a plastic "skin" without structural function, so that below the "skin", only some components will be really watertight. This is the building pattern of today's conventional ROVs. Some components, however, may need to be adapted to this construction standard. Once the structure is assembled and configured, the battery system must be positioned in order to correct the weight distribution, without the need for ballast.
Claims (17)
- • Um primeiro subsistema de motorização que corresponde a um motor de potencia compatível, instalado na sua parte traseira e acionando um hélice protegido por um duto de empuxo, para evitar danos ao cabo de dados;
- • Um segundo subsistema de câmeras e iluminação que compreende 6 câmeras de diferentes resoluções, e 5 sistemas de iluminação por LEDs;
- • Um terceiro subsistema de sonares que compreende um primeiro sonar "multi-beam" e um segundo sonar monofeixe; e
- • Um quarto subsistema de painel de controle que compreende três telas ou painéis principais: uma tela de visualização, na qual serão projetados os sinais e controles dos sonares principal, secundário e laterais, bem como as imagens das câmeras e seus controles. Uma outra tela ou painel será receberá os dados de localização.
- • A first motorization subsystem that corresponds to a compatible power motor, installed at its rear and activating a propeller protected by a thrust duct, to avoid damage to the data cable;
- • A second camera and lighting subsystem comprising 6 cameras of different resolutions, and 5 LED lighting systems;
- • A third sonar subsystem comprising a first "multi-beam" sonar and a second single beam sonar; and
- • A fourth control panel subsystem comprising three main screens or panels: a visualization screen, on which the main, secondary and side sonar signals and controls will be projected, as well as images from the cameras and their controls. Another screen or panel will receive location data.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
BR102019013111-0A BR102019013111A2 (en) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | REMOTE UNDERWATER VEHICLE |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112977775A (en) * | 2021-01-29 | 2021-06-18 | 鹏城实验室 | Underwater vehicle and control method thereof |
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2019
- 2019-06-24 BR BR102019013111-0A patent/BR102019013111A2/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112977775A (en) * | 2021-01-29 | 2021-06-18 | 鹏城实验室 | Underwater vehicle and control method thereof |
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B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
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