新型视频监控系统的发展.docx

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1、 目录(一)、视频监控系统的发展历程 1.1、第一代视频监控技术 1.2、第二代视频监控技术 1.3、第三代视频监控技术(二)、视频监控系统的发展历程 2.1、视频监控系统概念 2.2、 视频监控系统的设计原则 2.3、 视频监控系统内容结构(三)、视频监控系统的现状 3.1、模拟监控系统 3.2、数字网络监控系统 3.3、移动数字监控系统 (四)、视频监控系统的发展方向 4.1、数字化 4.2、网络化 4.3、智能化 (五)、视频监控系统的工作原理和功能 5.1、视频监控系统工作原理 5.2、视频监控的功能(六)、视频监控的整体发展分析 新型视频监控系统的发展 摘要:本文论述了视频监控系统的

2、发展历程,分析新型视频监控系统的具体内容。指出了未来视频监控系统的发展趋势。重点阐述了第三代视频监控系统的特点、发展方向,以及在发展的过程中所需要解决的问题。关键词:视频监控系统;数字化;智能化;网络化;应用一、视频监控系统的发展历程随着科学技术的发展,在短短的二十年里视频监控系统的发展大致可以分为下三代视频监控系统。1.1 第一代视频监控系统在上世纪90年代初期以前图像信息采用视频电缆、以仿真方式传辖的模拟监控系统是主流的视频监控系统。模拟监控系统主要应用于小范厨内的监控,监控图像一般只能在控制中心杳看。它的核心设备有:仿真视频矩蹿和磁带式最像设备VCR。”模拟监控系统的特点是:系统设备多造

3、价昂贵安装复杂维护成本高;采用专用视频线缆,传输距离有限;远程传输需要增加信号放大设备,而且图像衰减严重,主要应用于大楼等区域的小范围内的监控。监控图像只能在控制中心(本地)查看;系统的可扩展能力差:对于已经建好的监控系统,如果需要增加新的监控点,往往是重新布线,新的设备不容易添加到原有的系统之中,要形成有效的报警联动很困难。模拟的监控系统中,由于各部分独立运作,相互之间的控制协议很难互通,联动只能在有限的范围内进行。模拟监控系统的优点是技术成熟、稳定。短距离实时性好,图像清晰。存在的问题是:经多级级联后视频图像质量严重下降,大规模视频源的控制与管理困难,系统的维护与监控困难,数据存储和调用困

4、难。1.2 第二代视频监控系统 20世纪90年代中期,以数字控制的视频矩阵逐渐取代原来的模拟视频矩阵,用于模拟监控系统的录像机也被数字硬盘录像机DVR代替,磁带存储模式变成了数字存储录像,实现了将模拟视频转为数字录像。硬盘录像机DVR集合了录像机、画面分割器等功能,这一进步跨出了数字监控的第一步。在此基础上产生的全数字的视频监控系统,被称为第二代视频监控系统。它可以基于PC机或嵌入式设备构成监控系统。一般采用远端监控现场,有若干个摄像机和各种检测设备、数据设备与报警探头,监控系统利用视频压缩卡和通信接口卡,通过通信网络,将这些信息传到一个或多个监控中心。监控终端可以是一台PC机,也可以是由电视

5、墙、视频矩阵等设备组成的多媒体监控终端。第二代监控系统特点:采用PC机作为控制主机,使用WINDOWS操作系统,系统易受病毒侵袭,容易死机,稳定性较差。采用集中式布线系统,即系统所有视音频线缆、控制线以及报警线缆都需要连接至监控中心,系统安装复杂,维护成本高。功耗高,需有人值守(需要外接报警主机)。需要使用静态IP,因此适合在局域网或专网中应用。存在的问题是:DVR受限于主CPU性能,动态图像效果变差,只适合使用在图像变化不大的环境,属分散型的业务模式,安全和稳定性差。几十台或上百台DVR很难组成稳定的联网系统,无法实现存储集中管理,视频信息的共享和综合利用困难,数据存储可靠性差。不同厂家的设

6、备图像不能互编互解,客户只能选一个厂商产品。1.3 第三代视频监控系统 随着网络的日益普及和带宽的增大,视频监控也逐渐向远程监控发展,出现了基于嵌入式软件的网络视频服务器为代表的远程网络视频监控系统。网络视频服务器内置嵌入式实时操作系统、应用软件,从图像采集开始就进行数字化处理,解决了视频流在网络上的传输问题,这就使得传输线路的选择更加多样性,只要有网络的地方,就提供了图像传输的可能。摄像机传送来的视频信号经专用高效压缩芯片压缩后,通过IntemetIntranet传送到监控中心。由于把视频压缩和视频处理功能都集成到一个体积很小的设备内,可以直接连入以太网,达到即插即看,省掉各种复杂的电缆,安

7、装方便(仅需设置一个IP地址),用户可通过专用软件做到实时观看。第三代视频监控系统是以网络为依托,以数字视频压缩、传输、存储和播放为核心,并能够处理音频和各种报警终端信息的传输、存储和播放。其特点是:基于IP网络的分布式监控系统架构,可扩展性和大规模部署能力有了很大提高,编码器IP Camera通过IP网络直接接入,网络以单播为主;通过系统管理软件调度视频信号,通过解码器还原视频图像并输出到显示设备上;存储采用以本地存储为主。也有采用SAN技术;对编码器的控制通过厂商私有协议实现;在编码格式上多选用MPEG 4的图像编码格式;体系架构进一步模块化,存储、网络都是相对标准化程度较高的产品。第三代

8、视频监控系统一定程度上改善了监控封闭技术体系的现状。但它存在的问题是:视频编解码、网络、存储及系统管理软件的简单组合,四者缺乏有机的融合;缺乏强有力的网络支撑技术(规划、稳定性、QoS、安全等)。采用单播技术,对网络带宽需求高;存储多采用DAS、FC SAN等存储方式,视频信息共享、数据集中、存储的可扩展性等需提升。视频存储管理与监控前端的管理脱节;编解码器的控制及管理信令采用私有技术实现,为封闭技术体系。近年来,随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展,视频监控制技术也得到飞速发展。由于视频控制系统应用领域广泛,而且发展迅速,目前在国内外市场上,推出了数字控制的模拟视频监控和数字视频

9、监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定,并在实际工程应用中得到广泛应用,特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛;后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统,该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起,但仍需进一步完善和发展。二、视频监控系统总体设计和分析2.1 视频监控系统概论随着数字信息时代的到来,数字化高新技术产品日益增加和完善。各行业为了提高和完善生产、管理水平和增加竞争性,都争先采用完善的高新技术产品,视频监控系统就是信息时代的产物之一。视频监控系统是管理人员高质量管理的理想工具;也是公共安全、防盗防范必不可少的强有力的得力助手。利用它可以大大减少不

10、必要的人力,实时监视可视区域,做到控制现场实际工作现状,实时快速的反映所发生的一切事物,便于管理者及时应付处理突发事件等。为了适应信息化的需要,按照视频监控系统的技术规范,并结合现代化需求的特点,本文采取先进合理的设计思想和较为完善的设备对视频监控系统进行了设计与实现,力争做到电子监控系统的可靠性和先进性完美结合。方案设计时充分考虑当前各项需求应用,又面向未来快速增长的发展需求,在系统整体功能设施配备时依据功能齐全、实用、使用方便、质量可靠、技术先进具有扩容能力;认真分析各系统产品的价格、功能、稳定性和可靠性,依据可靠性高、性价比高的原则,采用主流产品;按系统整体安全性高、性能稳定、可维护性故

11、障少、系统操作简单的原则进行系统集成。总之要体现先进实用、操作方便、自动化程度高、安全可靠的总体设计思想。2.2 设计原则在视频监控系统时,主要遵循体现以下几个特性:()先进性严格按照国家有关规定,结合具体情况,用最佳设计方案,采用先进成熟的技术设备和材料,既满足当前的需求,又兼顾未来高速的数据传输需要,使整个系统在一段时期内保持先进性和良好的扩展性,以适应未来信息产业业务的发展和技术升级的需要。()规范性视频监控工程,是一个先进复杂的综合性系统工程,从系统设计开始,包括施工、安装、调试直到最后验收的全过程,都应严格按照国家有关的标准和规范,作好系统的标准化设计和管理工作。最后提交正规的测试验

12、收报告及全套施工图纸和技术资料供使用方存档。执行的主要规范内容包括中华人民共和国国家标准、中华人民共和国公共安全行业标准.()实用性和可扩充性在设计本监控系统方案的同时,应充分考虑到目前需要和将来长远利益。首先满足其基本功能需要,达到经济实用的要求,又应充分考虑今后的发展需要,具有可扩充性,充分保护现有的投资,而且具有较高的性价比。系统的建设要严格按照国家、地方和行业的有关标准与规范。在没有标准与规范的情况下,要参照国家、地方和行业的相关标准与规范,制订相应的标准与规范。系统的分析、设计、实现和测试要严格按照软件工程标准和规范,并尽可能采用开放技术和国际主流产品,以确保系统符合国际上各种开放标

13、准.(4)可靠性视频监控系统的建设,直接影响着使用效果、外部形象及投资回报,因此系统设计必须安全、可靠,本方案已充分考虑采用成熟的技术和产品,在设备选型和系统的设计中采用最优化的方案。并从线路敷设、设备安装、系统调试服务等方面,充分满足可靠性的要求。(5)应用广泛性为了提供使用者(在过程监视中,一般指管理人员及各级领导者)的监视区域(生产区域)以外场所的远程监视的需要,只需在现有的机器上安装应用软件或直接使用标准浏览器(不需要任何安装),即可实现此需求。2.3 视频监控系统内容结构视频信号处理部分应包括以下主要内容:在监控点设置视频信号采集用的摄像头;将摄像头摄取的视频信号通过视频电缆联入从事

14、监控活动工作的控制室;在各个控制室利用视频分频设备及信号放大设备将视频信号分频放大处理后,一组信号用于现场的视频监控使用,另外的信号向其它控制室或调度室的信号提供;现场监控用的信号通过画面分割器或矩阵控制器与工业用电视监视器相连,完成现场的视频信息的监控目的。在调度室利用视频2分频设备将视频信号2分频处理后,一组信号用于调度室的综合视频监控使用,另一组信号提供给数字信号处理部分进行处理。三、 视频监控系统的现状目前市场上的监控系统分为以下几种:3.1 模拟监控系统模拟监控系统是一种传统的监控方式,由模拟摄像设备组成。模拟系统由模拟摄像头采集视频信息,并通过视频线或射频线路直接输出到监视器,同时

15、由录像机实时将模拟数据记录下来存档。这种方式简单直接,成本低,适合短距离或现场监控。缺点是没有远程监控功能,录像质量较差,检索资料烦琐,需要经常更换录像带。3.2数字网络监控系统 以太网技术的日益成熟,使得网络已经深入到各个生产、生活领域。利用公司现有的计算机网络来传输视频,可以充分利用公司的资源并节省成本。网络监控系统在某些领域已经取代了原有的模拟监控系统,并充分发挥了网络监控的优势。网络监控系统是由数字摄像设备采集视频信息,并以数字的方式通过有线网络传输到监控中心的设备,百兆以及千兆网络可以提供足够的网络带宽,以支持多个高质量并发视频流稳定地传输。缺点是必需依赖有线的网络,当被监控点没有固

16、定网络的时候便无法传送实时的视像,并且受地形影响较大,对于需要移动监控的应用便无能为力。3.3 移动数字监控系统相对于传统的模拟监控和网络监控来说,移动视像监控采用了更新的技术和方法。在通常情况下,被监控点和中央控制中心相距较远且位置较分散,利用传统网络布线的方式不但成本非常高,而且一旦遇到河流山脉等障碍或对于目标监控点不固定或移动物体(如运钞车、轮船等)的监控时,有线网络更是束手无策。此时,移动网络无可比拟的优势就体现了出来。在移动数字视频监控系统中,CDMA、GSM等网络主要扮演连接被监控点和监控中心数据传输链路的角色。通过移动网络可以将远程的多个监控点设备连接起来,进行视频传输;移动数字

17、监控 不受山川、河流、桥梁道路等复杂地形限制;加快建设周期、满足灵活机动应用需求。而CDMA 1X 技术在移动数字监控系统中的应用更具有得天独厚的优势,它的带宽更大,传输的速度也更快。 四、视频监控系统的发展方向4.1 数字化数字化是21世纪的特征,是以信息技术为核心的电子技术发展的必然,数字化是迈向成长的通行证,随着时代的发展,我们的生存环境将变得越来越数字化。视频监控系统的数字化是系统中信息流(包括视频、音频、控制等)从模拟状态转为数字状态,改变了传统闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心的结构,根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编

18、码压缩、开放式的协议,使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接,并在统一的操作平台上实现管理和控制,这也是系统集成化的含义。4.2网络化视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡,集散式系统采用多层分级的结构形式,具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应,组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计,系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化,系统运行互为热备份,容错可靠等功能系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩

19、展的地域和数量界限。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享,这也是系统集成的一个重要概念。4.3 智能化采用计算机为控制中心,通过系统软件实现控制界面的可视化,控制环境的多媒体化,可以方便地实现对视频切换、音频切换、镜头云台控制、报警输入、行动输出录像的智能化控制,进而达到对事件的分析、统计、处理,实现视频监控的智能管理。4.4 监控的应用规模和范围越来越大 过去,我国的视频监控应用主要集中在金融、公安、交通等特殊部门及行业,随着社会信息化的不断进展,越来越多的行业和领域对视频监控的需求大量增加。视频监控开始从银行、交通等个别领域向多领域延伸,大型公共活动场所和家庭

20、也成为视频监控应用的新市场。用户可以通过在家中安装摄像头,在远程通过Internet实时监控家庭安全。同时对一些大集团公司来说,分支机构遍布全国,各分公司之间的活动也非常频繁,而通过视频监控,就可以实现身处异地也能及时、直观地掌握公司情况。五、视频监控系统的工作原理和功能5.1视频监控系统工作原理: 监控是各行业重点部门或重要场所进行实时监控的物理基础,管理部门可通过它获得有效数据、图像 视频监控系统原理图或声音信息,对突发性异常事件的过程进行及时的监视和记忆,用以提供高效、及时地指挥和高度、布置警力、处理案件等。随着当前计算机应用的迅速发展和推广,全世界掀起了一股强大的数字化浪潮,各种设备数

21、字化已成为安全防护的首要目标。数码监控报警的性能特点是:监控画面实时显示,录像图象质量单路调节功能,每路录像速度可分别设置,快速检索,多种录像方式设定功能,自动备份,云台/镜头控制功能,网络传输等。 加装时间发生器,将时间显示叠加到图像中。在线路较长时加装音视频放大器以确保音视频监控质量。 适用范围银行、证券营业场所、企事业单位、机关、商业场所内外部环境、楼宇通道、停车场、高档社区家庭内外部环境、图书馆、医院、公园。 5.2 视频监控的功能(1)、本地录像,保存一定时间段内的本地视频监控录像资料,并能方便地查询、取证,为事后调查提供依据。 (2)、远程视频监控人员可远程任意调取网吧存储的监控图

22、像,并可远程发出控制指令,录像资料的智能化检索、回放、调整摄像机镜头焦距、控制云台进行巡视或局部细节观察。 (3)、权限管理为保证上网人员的隐私和录像资料的安全,系统具有操作权限管理,系统登录、操作进行严格的权限控制,保证系统的安全性。 (4)、服务器平台构架方便,在市公安局、区(县)公安局和各派出所,都可以方便的安装服务器软件,只需分配用户不同权限的登陆帐号,即可以查看所管辖区域的网吧监控信息。 (5)、系统中包含网吧基本信息的管理,并且电子地图相结合,当网吧出现突发状况时,可以及时的获取该网吧的基本信息(网吧电话、地址、负责人),更加快捷的联系到网吧相关负责人。 (6)、 网吧监控和电子地

23、图相结合,可以通过电子地图更加直观的查看网吧所分布的地理位置,并且在电子地图上实时显显示网吧监控设备的运行状态,当用户需要查看某网吧的监控信息时只要在电子地图双击该网吧即可进入该网吧的监控界面。 (7)、当上网人员在网吧服务台出示身份证登记上网时,系统能自动将上网者拍照,和上网人员相应的上网卡信息传至公安机关监控中心服务器保存。 (8)、随时随地的监控录像功能,无论身在何处,任何密码授权的用户通过身边的电脑联网连接到监控网点,可以看到任意监控网点的即时图像并根据需要录像,避免了地理位置间隔原因造成监督管理的不便。 (9)、系统可扩容性强,若需要添加新的监控网点,在服务器端添加相应网吧信息和设备

24、信息即可。 (10)、安全性高,图像掩码技术,防止非法篡改录像资料;只有授权用户才可以进行录像备份,有效防止恶意破坏;强大日志管理功能,保证了专用系统的安全使用。服务器端和客户端之间所传输的数据,全部经过加密。六、视频监控的整体发展分析 从模拟技术到数字技术的转变在当今,网络摄像机的益处远非模拟技术能够比拟。IP视频的优势在成像质量、系统扩展性和易于安装等方面,特别是当安装25台摄像机以上的系统时,其优势更是突出。托管视频的出现更是大幅降低了IP视频的应用门槛。虽然许多消费者可能会惊讶地发现,直到2010年10月,索尼仍在生产卡带随身听产品,而且我们仍然会看到市面上有一些模拟摄像机在销售,但是

25、,随着年轻一族逐渐成为整个社会的中流砥柱,有关于模拟技术是否还会主导市场的争论就会变得苍白无力。这不仅是因为网络摄像机具有更易于安装、能够提供更佳的成像品质等特点,而且是因为青睐数字产品的年轻一族对IP应用的不断发展寄予了厚望和期待。 模拟视频一直占据市场主导地位,不乏有标准化生产的因素。就所有行业大规模的技术应用而言,我们已经认识到了标准化生产的重要性,满足高标化生产,将意味着易于使用。 鉴于各大IP监控厂家均在支持网络视频产品网络接口开放标准(ONVIF)方面有所投入(包括我自己的公司),笔者认为,ONVIF将会成为网络视频API(应用编程接口)的主导标准。同时,笔者认为,PoE,HDTV

26、和SMPTE的标准化将继续对视频监控产生重大的影响。成像质量和高清分辨率 过去15年间,大多数网络视频成像质量是基于对分辨率和帧速率的提升而进行的,而在未来,图像处理性能会备受重视。笔者预计未来普通监控摄像机的拍摄范围可以比肉眼视野更为宽广。从技术角度来看,基于显像管技术的摄像机已经转化为CCD传感和CMOS技术。15年中,CMOS将有望成为主导力量,但我们可能还会看到一些新兴的技术。新近的CMOS技术允许通过传感器扩大分辨率,第一台Terapixel(兆兆像素)摄像机也会随之而生。那时,我们采用的将是光技术,而不是在成像质量方面有局限性的传感器。 此外,过去70年来,我们一直生活在NTSC和

27、PAL模拟标准时代。如今,几乎每个家庭中都有高清电视。高清电视是较为完美的监控工具,SMPTE标准可以保证帧速率、分辨率、色彩保真度和画面高宽比。虽然兆像素的概念目前很流行,但它仅针对静态图像的像素,而移动成像则是另一回事。所以提起兆像素我们就会仅仅会想起静态图片,而高清电视却往往与家庭娱乐联系在一起。也许高清电视标准不会一直持续70年,但至少在未来15年中,大部分的摄像机将遵循高清电视标准。我们当然也会看到兆像素(和兆兆像素)摄像机将发挥更重要的作用,摄像头安装位置会更高,分辨率更高,更易于进行细节辨别或截取单个高清流。网络视频的优点就在于分辨率不受局限。热成像每个人都希望自己的摄像机照度等

28、级尽可能低,但如果照度等级为零,那又会怎么样呢?今天,热成像已经发展成为一个专业市场,主要用于军事和政府应用情形。由于热成像网络摄像头组件价格在下降,而需求在增长,预期会出现许多新的应用领域。目前应用中,每400台常规监控摄像机中就有一台是热成像摄像机。由于产品价格在已经在监控专业人士的承受范围内,且更易于地连接到现有网络系统基础设施中,预计这个比例在未来几年中将会达到1:50。 随机存储技术与云存储 网络摄像机技术于1996年问世,而存储市场也随即孕育而生,包括闪存和硬盘存储技术,其发展速度也超过了摩尔定律规则。不久,我们将会实现摄像机随机存储,录制高清分辨率视频资料,录制长度一次可达数周之

29、久。这样,随着摄像机成为录制设备,行业游戏规则将会发生改变,通过模拟技术我们是无法实现这个目标的。届时,VMS制造商和混合DVR企业将要适应变革。我们知道,DVR可能会重蹈显像管摄像机的命运,在未来15年内将从我们的视线中消失。 托管视频方兴未艾 如今,消费者都依靠托管服务,如Hotmail,Gmail和Facebook等服务。对于专业人士而言,他们更多地依赖于S和基于云技术的人力资源系统。我们都依赖于网上银行。如果我们可以信任云技术,来处理我们的资金,那么,顺其逻辑,未来我们也会信赖安全视频系统。这种益处是显而易见的:我们不需要DVR,可选择本地NVR记录方式,也不再仅依赖于固定摄像机,因为

30、IP视频的益处已初现端倪。通过基于因特网的设备,您可以随时随地查看视频,其中包括手机视频。笔者认为,可以预见的是,托管视频在未来几年将对摄像机市场产生直接影响,特别是小企业这一目标市场,到2025年,用户数量级别将会大幅升级。一体化用户摄像机正如iPhone手机彻底改变了手机的设计模式一样,网络视频将对有线闭路监控行业产生革命性的影响。与消费电子产业相比,这种转变虽然较为缓慢,但在易于安装、灵活的安装选项和更高的PTZ摄像技术等方面预期会得到进一步改进。当然,保安人员还需要进行培训,配备连接于摄像机的移动装置,从而更有效地利用监控设备。 准确的分析预测难度较大准确的分析预测难度很大,因为很多对

31、过去5到10年的发展预测均被证实是错误的。但笔者相信,在未来15年中,分析技术将成为发展的主流。但要预测何时会成为主流,则是有难度的。显然,随着处理能力的提高,我们将看到分析技术在服务器和边缘技术领域(摄像机)会得到应用。那些与一流的分析技术及开放式系统供应商联手的企业将成为最终的赢家。边缘技术领域中分析技术应用得越来越好,据此,笔者认为未来的分析技术多数会聚焦元数据与提示信息的VMS输入。对于分析技术企业之成功运作而言,至关重要的是,在整个研发过程中,他们要始终考虑最终用户的需求,而不是凭自己的认识来实现摄像机的分析技术应用,让一体化摄像机的组装企业匹配完成最终的装配。值得提醒大家的是,苹果

32、公司正在着手研发AppStore机型。而监控设备市场预期会随之蓬勃发展。行业纵向发展及社会发展趋势如今,我们会看到零售市场有很多种监控摄像机。随着网络摄像机的不断改进,集成商及其用户会找到更多的应用领域。城市监控、交通和医疗保健行业的纵向发展将随着监控系统的高效运行而得到长足的发展。住宅市场是另一个值得关注的方向。目前很多人已尝试销售家庭用摄像机,笔者认为,随着托管视频的深入应用,家庭用摄像机也将成为一大发展亮点。在视频应用方面,也会出台更多的监管法规,但对于摄像机设置的位置之要求会相应减少。部署摄像机系统的成本将会降低,主要原因是储存和安装成本会下降,而且软件成本也可能下降。鉴于整个行业的增速和新的应用领域的出现,我们将在市场上看到比我们想象中更多的摄像机产品。参考文献:1杨磊,田艳生闭路电视监控系统M北京:机械工业出版社,200762中国安放网视频监控系统的发展历史和数字化的趋势Jhttp:wwwcpsnettradecont200863中国信息产业网视频监控市场焕发生机应用范围将更全面广阔Jhttp:wwwenetcomcneio20085

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