CN103207602B - 自适应调度多机器人巡逻方法和系统 - Google Patents

自适应调度多机器人巡逻方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自适应调度多机器人巡逻方法,上述自适应调度多机器人巡逻方法和自适应调度多机器人巡逻系统,通过判断巡逻区域内的巡逻任务量是否变化,在巡逻任务量产生变化时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担巡逻区域内的巡逻任务量。同时,本发明还公开了一种自适应调度多机器人巡逻系统。

Description

自适应调度多机器人巡逻方法和系统
技术领域
本发明涉及机器人巡逻领域,特别是涉及一种自适应调度多机器人巡逻方法和一种自适应调度多机器人巡逻系统。
背景技术
随着社会经济的发展,超级市场、机场、车站、会展中心及物流仓库等大型人流、物流场所的规模和数量不断扩大,以往以人防为主的防范措施已满足不了人们的需求。
在这样的背景下,能够自主巡逻的机器人应运而生。巡逻机器人是一个集成环境感知、路线规划、动态决策、行为控制以及报警模块为一体的多功能综合系统,能够实现定时、定点监控巡逻或者流动巡逻。在巡逻区域较大或巡逻情况较复杂时,采用多机器人巡逻系统进行巡逻。
现有多机器人巡逻区域时,只考虑了巡逻区域任务量固定的多机器人巡逻区域的方法,而没有考虑巡逻区域内巡逻任务量会产生变化的情况。在多机器人巡逻的过程中,可能会出现巡逻区域的巡逻任务量增加的情况,例如有的巡逻区域发生了应急事件,巡逻任务量会增加;也可能会出现巡逻区域的巡逻任务量减少的情况,例如巡逻区域内的应急事件解决后巡逻任务量也会相应的减少等。在这些情况下,如果不对巡逻区域的巡逻机器人的数量及时进行调整,使巡逻区域内的巡逻任务量分布不均衡,就会影响巡逻的效果。
发明内容
基于此,有必要针对多机器人巡逻时巡逻区域内的巡逻任务发生变化时不能及时调整巡逻区域内巡逻机器人数量的问题,提供一种在巡逻区域巡逻任务量发生变化时能及时调整巡逻区域内巡逻机器人的数量的自适应调度多机器人巡逻方法。
同时,还提供一种自适应调度多机器人巡逻系统。
一种自适应调度多机器人巡逻方法,包括如下步骤:
判断巡逻区域内每个巡逻子区域的巡逻任务量是否增加或是否减少;
当所述巡逻区域内的巡逻任务量增加时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使所述增加的巡逻任务量被至少一部巡逻机器人承担;
当所述巡逻区域内的巡逻任务量减少时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使所述巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担所述巡逻区域内的巡逻任务量。
在其中一个实施例中,所述自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量为根据所述每个巡逻子区域之间巡逻任务量的比例重新调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量。
在其中一个实施例中,所述当巡逻区域内的巡逻任务量增加时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量的步骤具体包括如下步骤:
获取巡逻区域内巡逻子区域的数量、每个巡逻子区域的巡逻任务量,巡逻子区域数量记为m,第i个巡逻子区域记为Ri,Ri内的巡逻任务量记为Ai,Ri内的巡逻机器人的第一数量记为Ci
定位巡逻任务量增加的巡逻子区域Rj,标记增加的巡逻任务量为S,标记巡逻任务量增加后每个巡逻子区域的巡逻任务量为Ai',计算第一中间量Ci':
C i ′ = C 1 + C 2 + · · · + C m A ′ 1 + A ′ 2 + · · · A ′ m * A ′ i
其中,A'j=Aj+S,1≤i≤m,1≤j≤m;
将所述第一中间量Ci'向下取整得调整后巡逻子区域Ri内的巡逻机器人的第二数量Di
判断D1+D2+…+Dm是否等于C1+C2+…+Cm
如果否,则计算第二中间量Ei,其中Ei=Ci'-Di,将Ei从大到小排序,将与C1+C2+…+Cm与D1+D2+…+Dm之间差值对应数量的Ei从大到小所对应的Di分别加1使D1+D2+…+Dm等于C1+C2+…+Cm
如果是,则在第二数量Di小于相应的第一数量Ci时,从第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内撤出Ci-Di个巡逻机器人,在第二数量Di大于相应的第一数量Ci时,向第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内加入Di-Ci个所述撤出的巡逻机器人。
在其中一个实施例中,所述当巡逻区域内的巡逻任务量减小时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量的步骤具体包括如下步骤:
获取巡逻区域内巡逻子区域的数量、每个巡逻子区域的巡逻任务量,巡逻子区域数量记为m,第i个巡逻子区域记为Ri,Ri内的巡逻任务量记为Ai,Ri内的巡逻机器人的第一数量记为Ci
定位巡逻任务量减小的巡逻子区域Rl,标记减少的巡逻任务量为S',标记巡逻任务量减小后每个巡逻子区域的巡逻任务量为Ai'',计算第三中间量Ci'':
C i ′ ′ = C 1 + C 2 + · · · + C m A ′ ′ 1 + A ′ ′ 2 + · · · A ′ ′ m * A ′ ′ i
其中,Al''=Al-S',1≤i≤m,1≤l≤m;
将所述第三中间量Ci''向下取整得调整后巡逻子区域Ri内的巡逻机器人的第三数量Di';
判断D1'+D'2+…+D'm是否等于C1+C2+…+Cm
如果否,则计算第四中间量Ei',其中E'i=Ci''-D'i,将Ei'从大到小排序,将与C1+C2+…+Cm与D1'+D'2+…+D'm之间差值对应数量的Ei'从大到小所对应的Di'分别加1使D1'+D'2+…+D'm等于C1+C2+…+Cm
如果是,则在第二数量Di'小于相应的第一数量Ci时,从第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内撤出Ci-Di'个巡逻机器人,在第二数量Di'大于相应的第一数量Ci时,向第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内加入Di'-Ci个所述撤出的巡逻机器人。
一种自适应调度多机器人巡逻系统,包括:
自适应调度判断模块,用于判断巡逻区域内每个巡逻子区域的巡逻任务量是否增加或是否减少;
增加调整模块,连接所述自适应调度判断模块,用于当所述巡逻区域内的巡逻任务量增加时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使所述增加的巡逻任务量被至少一部巡逻机器人承担;
减少调整模块,连接所述自适应调度判断模块,用于当所述巡逻区域内的巡逻任务量减少时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使所述巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担所述巡逻区域内的巡逻任务量。
在其中一个实施例中,所述自适应调度判断模块包括定时单元,用于间隔定时判断巡逻区域内每个巡逻子区域的巡逻任务量是否增加或是否减少。
上述自适应调度多机器人巡逻方法和自适应调度多机器人巡逻系统,通过判断巡逻区域内的巡逻任务量是否变化,在巡逻任务量产生变化时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担巡逻区域内的巡逻任务量。上述自适应调度多机器人巡逻方法和自适应调度多机器人巡逻系统避免了某个巡逻子区域巡逻任务量增加时,相应的巡逻子区域内的巡逻机器人巡逻能力不足以完成相应的巡逻任务,降低巡逻效率;或在某巡逻子区域的巡逻任务量减少时,相应的巡逻子区域内的巡逻机器人的巡逻能力远大于相应的巡逻任务量,产生资源浪费的现象,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担巡逻区域内的巡逻任务量,整体的巡逻效果更好。
附图说明
图1为本发明一实施例的自适应调度多机器人巡逻方法流程图;
图2为图1所示实施例步骤S130的流程图;
图3为图1所示实施例步骤S150的流程图;
图4本发明一实施例的自适应调度多机器人巡逻系统模块图。
具体实施方式
一种自适应调度多机器人巡逻方法和一种自适应调度多机器人巡逻系统,通过监测巡逻区域内巡逻任务量的变化,当巡逻区域内巡逻任务量发生变化时自动调整巡逻区域内每个巡逻子区域的巡逻机器人的数量。通过自动调整巡逻区域内每个巡逻子区域中巡逻机器人的数量,能够对巡逻区域内的巡逻任务量进行合理的分配,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担巡逻区域内的巡逻任务量,整体的巡逻效果更好。
下面结合附图和实施例对本发明一种自适应调度多机器人巡逻方法和一种自适应调度多机器人巡逻系统进行进一步详细说明。
图1所示,为本发明一实施例的自适应调度多机器人巡逻方法流程图。
参考图1,上述自适应调度多机器人巡逻方法包括如下步骤:
步骤S110:判断巡逻区域内每个巡逻子区域的巡逻任务量是否增加或是否减少。在多机器人巡逻的过程中,可能会出现巡逻任务量增加的情况,例如某个巡逻子区域发生了应急事件,巡逻任务量会增加;也可能会出现巡逻区域的巡逻任务量减少的情况,例如某个巡逻子区域的应急事件解决后巡逻任务量会相应的减少等。
进一步的,可间隔定时判断巡逻区域内每个巡逻子区域的巡逻任务量是否增加或是否减少,作为巡逻区域内的巡逻任务量发生变化时自动调整巡逻区域内每个巡逻子区域中巡逻机器人数量的基础。
步骤S130:当巡逻区域内的巡逻任务量增加时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使增加的巡逻任务量被至少一部巡逻机器人承担。在巡逻区域内的巡逻任务量增加时,自动调整巡逻区域内每个巡逻子区域的巡逻机器人的数量,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担巡逻区域内的巡逻任务量,使巡逻效果更好。
步骤S150:当巡逻区域内的巡逻任务量减少时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担所述巡逻区域内的巡逻任务量。当巡逻区域内的巡逻任务量减少时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,避免巡逻资源浪费的现象,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担所述巡逻区域内的巡逻任务量,整体的巡逻效果更好。
图2所示,为图1所示实施例步骤S130的流程图。
具体的,参考图2,上述当巡逻区域内的巡逻任务量增加时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使增加的巡逻任务量被至少一部巡逻机器人承担的步骤具体包括如下步骤:
步骤S131:获取巡逻区域内巡逻子区域的数量、每个巡逻子区域的巡逻任务量,巡逻子区域数量记为m,第i个巡逻子区域记为Ri,Ri内的巡逻任务量记为Ai,Ri内的巡逻机器人的第一数量记为Ci
步骤S133:定位巡逻任务量增加的巡逻子区域Rj,标记增加的巡逻任务量为S,标记巡逻任务量增加后每个巡逻子区域的巡逻任务量为Ai',计算第一中间量Ci':
C i ′ = C 1 + C 2 + · · · + C m A ′ 1 + A ′ 2 + · · · A ′ m * A ′ i
其中,A'j=Aj+S,1≤i≤m,1≤j≤m。
步骤S135:将第一中间量Ci'向下取整得调整后巡逻子区域Ri内的巡逻机器人的第二数量Di
步骤S137:判断D1+D2+…+Dm是否等于C1+C2+…+Cm。如果D1+D2+…+Dm等于C1+C2+…+Cm,则执行步骤S139,如果不等于则执行步骤S138。
步骤S138:如果D1+D2+…+Dm不等于C1+C2+…+Cm,则计算第二中间量Ei,其中Ei=Ci'-Di,将Ei从大到小排序,将与C1+C2+…+Cm与D1+D2+…+Dm之间差值对应数量的Ei从大到小所对应的Di分别加1使D1+D2+…+Dm等于C1+C2+…+Cm
通过执行步骤S138,使D1+D2+…+Dm等于C1+C2+…+Cm,然后执行步骤S139。
步骤S139:如果D1+D2+…+Dm等于C1+C2+…+Cm,则在第二数量Di小于相应的第一数量Ci时,从第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内撤出Ci-Di个巡逻机器人,在第二数量Di大于相应的第一数量Ci时,向第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内加入Di-Ci个所述撤出的巡逻机器人。
在其他的实施例中,几个巡逻子区域同时发生巡逻任务量增加的情况时,相当于多次单个巡逻子区域巡逻任务量进行增加。
在巡逻区域内的巡逻任务量发生变化时,通过上述步骤对巡逻区域内的巡逻机器人进行重新调配,能够对巡逻区域进行全面合理的监控,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担巡逻区域内的巡逻任务量。
图3所示,为图1所示实施例步骤S150的流程图。
具体的,参考图3,上述当巡逻区域内的巡逻任务量减少时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量的步骤具体包括如下步骤:
步骤S151:获取巡逻区域内巡逻子区域的数量、每个巡逻子区域的巡逻任务量,巡逻子区域数量记为m,第i个巡逻子区域记为Ri,Ri内的巡逻任务量记为Ai,Ri内的巡逻机器人的第一数量记为Ci
步骤S153:定位巡逻任务量减小的巡逻子区域Rl,标记减少的巡逻任务量为S',标记巡逻任务量减小后每个巡逻子区域的巡逻任务量为Ai'',计算第三中间量Ci'':
C i ′ ′ = C 1 + C 2 + · · · + C m A ′ ′ 1 + A ′ ′ 2 + · · · A ′ ′ m * A ′ ′ i
其中,Al''=Al-S',1≤i≤m,1≤l≤m。
步骤S155:将第三中间量Ci''向下取整得调整后巡逻子区域Ri内的巡逻机器人的第三数量Di'。
步骤S157:判断D1'+D'2+…+D'm是否等于C1+C2+…+Cm。如果等于则执行步骤S159,如果不等于则执行步骤S158。
步骤S158:如果D1'+D'2+…+D'm不等于C1+C2+…+Cm,则计算第四中间量Ei',其中E'i=Ci''-D'i,将Ei'从大到小排序,将与C1+C2+…+Cm与D1'+D'2+…+D'm之间差值对应数量的Ei'从大到小所对应的Di'分别加1使D1'+D'2+…+D'm等于C1+C2+…+Cm
通过执行步骤S158,使D1'+D'2+…+D'm等于C1+C2+…+Cm,然后执行步骤S159。
步骤S159:如果D1'+D'2+…+D'm等于C1+C2+…+Cm,则在第二数量Di'小于相应的第一数量Ci时,从第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内撤出Ci-Di'个巡逻机器人,在第二数量Di'大于相应的第一数量Ci时,向第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内加入Di'-Ci个所述撤出的巡逻机器人。
在其他的实施例中,如果同一时刻多个巡逻子区域内的巡逻任务量发生减少,则相当于多次单个巡逻子区域内的巡逻任务量发生减少。
上述当巡逻区域内的巡逻任务量减小时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担巡逻区域内的巡逻任务量,避免巡逻任务量减少的巡逻子区域内的巡逻机器人的巡逻能力远大于相应的巡逻任务量,产生资源浪费的现象。
图4所示,为本发明一实施例的自适应调度多机器人巡逻系统模块图。
一种自适应调度多机器人巡逻系统,在巡逻区域内的巡逻任务量发生变化时,自动调整巡逻区域内每个巡逻子区域中巡逻机器人的数量,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担巡逻区域内的巡逻任务量。
参考图4,上述自适应调度多机器人巡逻系统包括自适应调度判断模块110、增加调整模块130和减少调整模块150。上述自适应调度判断模块110的信号输出端分别连接上述增加调整模块130和减少调整模块150。
自适应调度判断模块110通过监控巡逻区域内巡逻任务量的变化,当巡逻区域的巡逻任务量增加时,自适应调度判断模块110发送增加信号给上述增加调整模块130,当巡逻区域的巡逻任务量减少时,自适应调度判断模块110发送减少信号给上述减少调整模块150。
进一步的,上述自适应调度判断模块110包括定时单元(图未示),通过定时单元间隔定时判断巡逻区域内巡逻任务量是否增加或者减少,作为自动调整巡逻区域内每个巡逻子区域巡逻机器人数量的基础。
当巡逻区域的巡逻任务量增加时,增加调整模块130接收上述自适应调度判断模块110发送的增加信号,自动调节每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使增加的巡逻任务量被至少一部巡逻机器人承担。
当巡逻区域的巡逻任务量减少时,减少调整模块150接受上述自适应调度判断模块110发送的减少信号,自动调节每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担巡逻区域内的巡逻任务量。
上述自适应调度多机器人巡逻系统,在巡逻区域内的巡逻任务量发生变化时,通过自动调整巡逻区域内每个巡逻子区域中巡逻机器人的数量,能够对巡逻区域内的巡逻任务量进行合理的分配,避免了某个巡逻子区域巡逻任务量增加时,相应的巡逻子区域内的巡逻机器人巡逻能力不足以完成相应的巡逻任务、降低巡逻效率的现象;也避免了在某巡逻子区域的巡逻任务量减少时,相应的巡逻子区域内的巡逻机器人的巡逻能力远大于相应的巡逻任务量、产生资源浪费的现象,使巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担巡逻区域内的巡逻任务量,整体的巡逻效果更好。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种自适应调度多机器人巡逻方法,其特征在于,包括如下步骤:
判断巡逻区域内每个巡逻子区域的巡逻任务量是否增加或是否减少;
当所述巡逻区域内的巡逻任务量增加时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使所述增加的巡逻任务量被至少一部巡逻机器人承担;
当所述巡逻区域内的巡逻任务量减少时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使所述巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担所述巡逻区域内的巡逻任务量;所述自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量为根据所述每个巡逻子区域之间巡逻任务量的比例重新调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量。
2.根据权利要求1所述的自适应调度多机器人巡逻方法,其特征在于,所述当巡逻区域内的巡逻任务量增加时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量的步骤具体包括如下步骤:
获取巡逻区域内巡逻子区域的数量、每个巡逻子区域的巡逻任务量,巡逻子区域数量记为m,第i个巡逻子区域记为Ri,Ri内的巡逻任务量记为Ai,Ri内的巡逻机器人的第一数量记为Ci
定位巡逻任务量增加的巡逻子区域Rj,标记增加的巡逻任务量为S,标记巡逻任务量增加后每个巡逻子区域的巡逻任务量为A′i,计算第一中间量C′i
C i ′ = C 1 + C 2 + · · · + C m A ′ 1 + A ′ 2 + · · · + A ′ m * A ′ i
其中,A'j=Aj+S,1≤i≤m,1≤j≤m;
将所述第一中间量C′i向下取整得调整后巡逻子区域Ri内的巡逻机器人的第二数量Di
判断D1+D2+…+Dm是否等于C1+C2+…+Cm
如果否,则计算第二中间量Ei,其中Ei=C′i-Di,将Ei从大到小排序,将与C1+C2+…+Cm与D1+D2+…+Dm之间差值对应数量的Ei从大到小所对应的Di分别加1使D1+D2+…+Dm等于C1+C2+…+Cm
如果是,则在第二数量Di小于相应的第一数量Ci时,从第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内撤出Ci-Di个巡逻机器人,在第二数量Di大于相应的第一数量Ci时,向第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内加入Di-Ci个所述撤出的巡逻机器人。
3.根据权利要求1所述的自适应调度多机器人巡逻方法,其特征在于,所述当巡逻区域内的巡逻任务量减小时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量的步骤具体包括如下步骤:
获取巡逻区域内巡逻子区域的数量、每个巡逻子区域的巡逻任务量,巡逻子区域数量记为m,第i个巡逻子区域记为Ri,Ri内的巡逻任务量记为Ai,Ri内的巡逻机器人的第一数量记为Ci
定位巡逻任务量减小的巡逻子区域Rl,标记减少的巡逻任务量为S',标记巡逻任务量减小后每个巡逻子区域的巡逻任务量为A″i,计算第三中间量C″i
C i ′ ′ = C 1 + C 2 + · · · + C m A ′ ′ 1 + A ′ ′ 2 + · · · + A ′ ′ m * A ′ ′ i
其中,A″l=Al-S',1≤i≤m,1≤l≤m;
将所述第三中间量C″i向下取整得调整后巡逻子区域Ri内的巡逻机器人的第三数量D′i
判断D′1+D'2+…+D'm是否等于C1+C2+…+Cm
如果否,则计算第四中间量E′i,其中E'i=C″i-D'i,将E′i从大到小排序,将与C1+C2+…+Cm与D′1+D′2+…+D'm之间差值对应数量的E′i从大到小所对应的D′i分别加1使D′1+D'2+…+D'm等于C1+C2+…+Cm
如果是,则在第三数量D′i小于相应的第一数量Ci时,从第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内撤出Ci-D′i个巡逻机器人,在第三数量D′i大于相应的第一数量Ci时,向第一数量Ci所对应的巡逻子区域Ri内加入D′i-Ci个所述撤出的巡逻机器人。
4.一种自适应调度多机器人巡逻系统,其特征在于,包括:
自适应调度判断模块,用于判断巡逻区域内每个巡逻子区域的巡逻任务量是否增加或是否减少;
增加调整模块,连接所述自适应调度判断模块,用于当所述巡逻区域内的巡逻任务量增加时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使所述增加的巡逻任务量被至少一部巡逻机器人承担;
减少调整模块,连接所述自适应调度判断模块,用于当所述巡逻区域内的巡逻任务量减少时,自动调整每个巡逻子区域内巡逻机器人的数量,使所述巡逻区域内的巡逻机器人能够均衡的承担所述巡逻区域内的巡逻任务量。
5.根据权利要求4所述的自适应调度多机器人巡逻系统,其特征在于,所述自适应调度判断模块包括定时单元,用于间隔定时判断巡逻区域内每个巡逻子区域的巡逻任务量是否增加或是否减少。
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"Bio-Inspired Coordination of Multiple Robots Systems and Stigmergy Mechanims to Cooperative Exploration and Surveillance Tasks";Rodrigo Calvo 等;《2011 IEEE 5th International Conference on Cybernetics and Intelligent Systems (CIS)》;20111231;第223-228页 *

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CN103207602A (zh) 2013-07-17

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