分析山區(qū)無信號(hào)區(qū)域遠(yuǎn)程抄表問題解決方案及產(chǎn)品選型
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：隨著計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的逐步完善，電網(wǎng)全用戶表碼信息采集成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)得以深化應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。利用無線公網(wǎng)通信是目前實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表的主要手段之一，但仍存在公網(wǎng)難以覆蓋的偏遠(yuǎn)山區(qū)、公網(wǎng)信號(hào)屏蔽地下室或弱信號(hào)區(qū)域，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，無公網(wǎng)信號(hào)問題成為解決遠(yuǎn)程抄表的首要難題。列舉了4種解決無信號(hào)區(qū)域遠(yuǎn)程抄表解決方案，詳細(xì)對(duì)比說明各技術(shù)特點(diǎn)，供專業(yè)人員參考、借鑒，達(dá)到解決實(shí)際抄表問題的目的。
關(guān)鍵詞：計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)；遠(yuǎn)程抄表；無線公網(wǎng)；無信號(hào)區(qū)域
0.引言
隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，各行業(yè)加強(qiáng)智能化建設(shè)也邁向新的臺(tái)階。目前，無線公網(wǎng)在配電自動(dòng)化和計(jì)量自動(dòng)化中的應(yīng)用都頗為廣泛，促進(jìn)了供電企業(yè)抄表方式的轉(zhuǎn)變[1]。為此，供電企業(yè)加快智能電表和低壓集抄全覆蓋工作，逐步取消人工抄表模式，實(shí)現(xiàn)全量客戶自動(dòng)化模式抄表，以適應(yīng)新一輪電力體制改革新要求，提升企業(yè)管理水平，提高工作效率[2-4]。公網(wǎng)無信號(hào)區(qū)域大部分為偏遠(yuǎn)山區(qū)，人工抄表耗時(shí)費(fèi)力且人身風(fēng)險(xiǎn)較大。顯然，解決公網(wǎng)無信號(hào)區(qū)域的遠(yuǎn)程抄表問題是必行之舉。
1.計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)
搭建計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)電能量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集。這套系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集、通信通道、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用分析、前端WEB展現(xiàn)等多模塊的有機(jī)組合。數(shù)據(jù)采集是計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)主站*基本業(yè)務(wù)，采集終端將存儲(chǔ)的電能表數(shù)據(jù)通過上行通信傳送至計(jì)量主站（上行通信方式包括廠站調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道、專線通道、撥號(hào)通道、公網(wǎng)等多種），計(jì)量主站對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和平臺(tái)展現(xiàn)，并發(fā)送相應(yīng)采集任務(wù)指令至采集終端。因此，終端與電表之間的下行通道，與主站之間的上行通道，兩通道鏈路的穩(wěn)定可靠傳輸是整個(gè)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)良好運(yùn)行的基礎(chǔ)。計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)抄表率、終端在線率、數(shù)據(jù)完整率等多項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。借助系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，基層運(yùn)維人員可有針對(duì)性的加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維，提升電能量數(shù)據(jù)采集完整性、可靠性。
- 采集終端遠(yuǎn)程抄表實(shí)現(xiàn)過程
- 變電站電能表數(shù)據(jù)采集，廠站終端與電能表通過RS485進(jìn)行下行通信，廠站終端將采集的電能量數(shù)據(jù)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與計(jì)量主站的雙向通信。廠站側(cè)電能量數(shù)據(jù)采集通信可靠[5]。
- 專變用戶電能量數(shù)據(jù)采集，負(fù)控終端與電能表通過RS485進(jìn)行下行通信，負(fù)控終端內(nèi)置GPRS通信模塊，使用SIM卡，通過無線公網(wǎng)（移動(dòng)、聯(lián)通、電信），實(shí)現(xiàn)計(jì)量主站與負(fù)控終端的雙向通信。
- 公變臺(tái)區(qū)考核戶電能量數(shù)據(jù)采集，配變終端可直接計(jì)量，數(shù)據(jù)通信方式與負(fù)控終端通信方式相同[6]。
（4）集中器電能量數(shù)據(jù)采集，集中器與電能表可通過多種方式實(shí)現(xiàn)下行通信，較為常用的是電力載波、微功率無線、RS485總線等，集中器上行通信部分則與負(fù)控終端通信方式相同。無線公網(wǎng)因覆蓋范圍廣、無需額外投資、維護(hù)成本低而被廣泛應(yīng)用，但單一通信始終牽制著電能量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?
3.公網(wǎng)信號(hào)盲點(diǎn)遠(yuǎn)程抄表解決方案
對(duì)抄表所在區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、公網(wǎng)信號(hào)情況、改造投資預(yù)算等多維度考量，采取有針對(duì)性的解決技方案。
3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
NB-IoT、LoRa物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)方向，是解決日漸擴(kuò)展的高級(jí)采集業(yè)務(wù)時(shí)下行通道阻塞的一種通信方案，現(xiàn)已在水表、燃?xì)獗?、電表等多領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中有初步嘗試。NB-IoT通信方式技術(shù)特點(diǎn)：是將通信模塊直接置于智能電能表中，免去集中器中間環(huán)節(jié)，避開下行通信帶寬受限瓶頸，實(shí)現(xiàn)電表與主站層的直接通信，兼容2G、3G、4G、5G通信網(wǎng)絡(luò)。
NB-IoT對(duì)聯(lián)通、電信、移動(dòng)、廣電有專門的頻段，不存在信號(hào)干擾。NB-IoT技術(shù)用于用電信息采集系統(tǒng)，能夠提高采集實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)停電事件主動(dòng)告警等高級(jí)應(yīng)用。但目前移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商N(yùn)B-IoT的基站未完全覆蓋，且NB-IoT采集方式帶來了SIM卡通信費(fèi)用，因此短時(shí)間內(nèi)難以全面推廣。
LoRa是一個(gè)靈活的自主網(wǎng)絡(luò)，是一種低功耗遠(yuǎn)距離局域網(wǎng)，一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可連接上千個(gè)乃至上萬個(gè)。
LoRa節(jié)點(diǎn)，但使用1GHz以下的免費(fèi)非授權(quán)頻段，可能會(huì)對(duì)其他使用公用頻段的設(shè)備產(chǎn)生信號(hào)干擾。此外，實(shí)現(xiàn)LoRa通信需要全新組建網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，前期設(shè)備投資大。
3.2信號(hào)中繼
目前，新建小區(qū)配電房多建于無信號(hào)或弱信號(hào)地下室，導(dǎo)致計(jì)量終端無法上線。針對(duì)這種弱信號(hào)區(qū)域，多臺(tái)終端處于同一信號(hào)盲區(qū)無法上線情況，可以加裝信號(hào)延長(zhǎng)設(shè)備，解決地下箱變無法抄表問題。在信號(hào)盲區(qū)的終端側(cè)加裝電力載波GPRS近端設(shè)備，在有信號(hào)的區(qū)域加裝電力載波GPRS發(fā)送設(shè)備，采集終端與近端設(shè)備通過以太網(wǎng)接口連接，近端設(shè)備與發(fā)送設(shè)備通過電力載波線建立連接，從發(fā)送設(shè)備接受來自主站的發(fā)送數(shù)據(jù)，識(shí)別數(shù)據(jù)目標(biāo)設(shè)備后，通過以太網(wǎng)口將通信數(shù)據(jù)返回給采集終端。在信號(hào)良好區(qū)域的發(fā)送設(shè)備通過GPRS獲取主站通信數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與計(jì)量主站的雙向數(shù)據(jù)交互。這種方案僅借用已有的電力載波線即可實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)信號(hào)延長(zhǎng)，施工簡(jiǎn)單、安裝靈活，可有效保障采集終端與主站的穩(wěn)定通信[8]。
3.3增益天線
針對(duì)偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村較為分散的弱信號(hào)區(qū)域，在考慮投資成本情況下，可將終端天線從配變箱中引出加長(zhǎng)終端天線或加裝信號(hào)放大器等方法解決弱信號(hào)。加長(zhǎng)終端天線，將天線引到信號(hào)較強(qiáng)的區(qū)域，涉及現(xiàn)場(chǎng)重新布線，且受制于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和用戶協(xié)調(diào)等多重問題，可結(jié)合實(shí)際條件選擇此改善方案。加裝信號(hào)放大器的方法，在信號(hào)弱區(qū)域可起到信號(hào)放大作用，完全的信號(hào)盲區(qū)則不適用。
4.安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)
4.1概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對(duì)水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對(duì)用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源計(jì)算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實(shí)可行的節(jié)能措施，并向縣級(jí)以上管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源計(jì)算報(bào)告。
4.2應(yīng)用場(chǎng)所
適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測(cè)與管理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。
4.3系統(tǒng)功能
4.3.1系統(tǒng)概況
平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。
4.3.2用能概況
對(duì)建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對(duì)比，支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢(shì)、當(dāng)月逐日趨勢(shì)曲線、分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對(duì)比、總能耗同環(huán)比對(duì)比。
4.3.3用能統(tǒng)計(jì)
對(duì)建筑、區(qū)域、分項(xiàng)、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報(bào)表的形式統(tǒng)計(jì)對(duì)分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，支持報(bào)表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。
4.3.4復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)
復(fù)費(fèi)率報(bào)表按日、月、年統(tǒng)計(jì)對(duì)單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。
4.3.5同比分析
對(duì)建筑、分項(xiàng)、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報(bào)表結(jié)合的方式進(jìn)行用能數(shù)據(jù)同比分析。
4.3.6能源流向圖
能源流向圖展示單棟建筑時(shí)段內(nèi)各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標(biāo)值查看。
4.3.7夜間能耗分析
夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對(duì)選擇支路分類能源在時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對(duì)比，支持導(dǎo)出報(bào)表。
4.3.8設(shè)備管理
設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺(tái)賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運(yùn)行。
4.3.9用戶報(bào)告
用戶報(bào)告針對(duì)選定的建筑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各能源的月使用的同環(huán)比趨勢(shì)，并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結(jié)果，針對(duì)用電提供單獨(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析，報(bào)告可編輯。
5.系統(tǒng)硬件配置
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應(yīng)用場(chǎng)景 |
型號(hào) |
圖 片 |
保護(hù)功能 |
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建筑能耗管理系統(tǒng) |
Acrel-5000web |
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采用泛在物聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊、智能傳感等技術(shù)手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析、能效分析、用能預(yù)警、設(shè)備管理等服務(wù)，平臺(tái)可以廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。 |
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智能網(wǎng)關(guān) |
ANet-1E2S1 |
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采用嵌入式硬件計(jì)算機(jī)平臺(tái)，具有多個(gè)下行通信接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺(tái)系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺(tái)系統(tǒng)。 |
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高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜 |
APM810 |
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具有全電量測(cè)量，電能統(tǒng)計(jì)，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時(shí)，只需在背部插入對(duì)應(yīng)模塊即可。 |
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APM520 |
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三相全電量測(cè)量，2-63次諧波，不平衡度，支持付費(fèi)率，越限告警，SOE,4-20mA輸出。 |
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低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜 |
AEM96 |
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三相多功能電能表，均集成三相電力參數(shù)測(cè)量及電能計(jì)量及考核管理，提供上24時(shí)、上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測(cè)，帶有開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)“遙信”和“遙控”功能，并具備告警輸出，可廣泛應(yīng)用于多種控制系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。 |
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動(dòng)力柜 |
ACR120EL |
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測(cè)量所有的常用電力參數(shù)，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能，非常適合于實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)。 |
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DTSD1352 |
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DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測(cè)量電能及其他電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 |
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AEW100 |
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三相全電量測(cè)量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費(fèi)率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
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照明箱 |
DTSD1352 |
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DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測(cè)量電能及其他電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 |
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DDSD1352 |
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DDSD1352單相電子式電能表主要用于計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的單相有功電能，同時(shí)可測(cè)量電壓、電流、功率等電量，具有紅外通訊功能，并可選配RS485通訊功能，方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量，統(tǒng)計(jì)和分析。 |
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DDS1352 |
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，正反向電能計(jì)量，紅外及RS485通訊，電流規(guī)格10（60）A，有功電能精度1級(jí)。無功精度2級(jí)，尺寸:1P |
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ADW300/4G |
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計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量，統(tǒng)計(jì)和分析。 |
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ARCM300T-Z-4G |
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三相全電量測(cè)量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費(fèi)率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
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給水管道 |
水表 |
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計(jì)量流經(jīng)給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術(shù)，通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)。 |
- 結(jié)論
基于計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表技術(shù)，是推動(dòng)供電企業(yè)計(jì)量、營(yíng)銷工作向自動(dòng)化、智能化發(fā)展的動(dòng)力。解決信號(hào)盲區(qū)終端數(shù)據(jù)采集問題，實(shí)現(xiàn)全量用戶遠(yuǎn)程抄表，將企業(yè)多的基層人員從簡(jiǎn)單重復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)抄表工作中解放出來，優(yōu)化了企業(yè)人員配置，有效盤活了一線人力資源，促進(jìn)企業(yè)良性運(yùn)作，提高員工積極性。全量用戶數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程抄表，從根源上解決了人工抄表差錯(cuò)頑疾，及時(shí)、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)采集數(shù)據(jù)，減少電費(fèi)差錯(cuò)的同時(shí)，還可有利支撐電力大數(shù)據(jù)分析。引入多種通信技術(shù)解決公網(wǎng)無信號(hào)區(qū)域抄表問題，方能凸顯全量用戶遠(yuǎn)程抄表帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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