CN113238268A - 一种基于ppp-rtk区域增强大气改正数据的定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于PPP‑RTK区域增强大气改正数据的定位方法和系统。其中基于PPP‑RTK区域增强大气改正数据的定位方法，包括步骤：服务端获取所辖区域内所有参考站的观测数据并对应生成二次数据，生成并对外播发参考站排序列表；所述参考站排序列表包括参考站名称、参考站位置坐标；终端获取自身的概略坐标，同时接收所述参考站排序列表；基于所述概略坐标和所述参考站位置坐标得到若干可用参考站；从所述服务端获取每个所述可用参考站对应的所述二次数据，结合所述概略坐标得到终端位置的大气信息，进而得到终端的高精度位置信息。不需要对外发送自身的概略坐标，无需加载冗余数据，进而实现精准定位，方便快捷。

Description

一种基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法和系统

技术领域

本发明涉及电子设备，尤其涉及一种基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法和系统。

背景技术

PPP-RTK是一种融合了RTK(Real Time Kinematic)和PPP(Precise PointPositioning)技术优势的高精度定位方法，在改正卫星轨道、卫星钟差、卫星端相位小数偏差等误差源的基础上，通过进一步改正或者约束大气误差(包括电离层和对流层误差)，可以实现快速的厘米级定位。

当前的PPP-RTK技术涉及从服务端到终端的全套过程，其大致流程如下：

1、在服务区域内建设均匀分布的多个参考站，各参考站实时向服务端上传接收到的卫星观测数据。

2、服务端实时接收参考站传回的数据，并根据各测站的观测数据进行计算，生成每个测站所在位置的大气改正信息。

3、当终端用户需要进行高精度定位时，首先会通过SPP(Standard pointpositioning)获取自身位置的概略坐标，其精度在米级。

4、服务端通过网络或者卫星向外播发差分改正信息，差分信息包含各测站的坐标以及大气改正信息，接收机接收并存储区域内所有测站的差分信息。

5、终端用户根据SPP获取的自身概略位置筛选出周边几个可用参考站，确保用户处于几个参考站的中间位置。

6、终端用户根据周边几个参考站的大气信息进行反距离内插。

7、使用接收机所在位置的大气信息进行大气约束(电离层、对流层)，可以加快PPP的收敛速度，快速获得高精度(厘米级)的位置解。

在上述的PPP-RTK技术介绍中，步骤4、5、6需要用户端接收存储全部测站的大气改正信息，在用户端进行反距离内插获取用户位置的大气改正量。此外，还有一种双向通讯的方法，可以让服务端直接发播用户位置的大气改正信息。双向通讯的方法会将接收机的概略坐标[x,y]发送给服务端，待服务端获取接收机的位置信息后，会在参考网中根据用户位置[x,y]进行反距离内插，提取出用户位置的差分改正信息并发送给终端用户，用户接收并直接进行大气约束。

现有的PPP-RTK技术中，用户需要使用双向通讯或者接收全部测站大气信息的方式。使用双向通讯的方式，需要用户向服务端发送自己的位置信息，然后由服务端发送用户位置的差分信息，由此可能造成用户位置的泄密，当用户需要对自身位置进行保密时便无法使用该技术。使用用户接收和存储服务区内所有参考站大气改正信息的方式，需要接收机接收全部测站的差分改正信息，当整个服务区域的参考站数较多、大气信息量较大时，接收机会接收到大量的无用信息，会导致带宽占用过多、接收机内存不足的问题。

因而现有的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位技术存在不足，还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的之一在于提供一种基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，使用新的播发方案可以使用户不用上传自己的位置信息，就可以准确识别需要使用的参考站大气信息，最终只接收和存储所需参考站的大气改正信息，避免接收和存储整个服务区域内所有参考站的大气改正信息，节省接收机的带宽和内存空间，同时实现快速的精密定位。

本发明的目的之二在于提供一种定位系统，使用所述定位方法，将每个参考站的大气改正信息部署服务端，并在服务端生成参考站列表，终端用户可以先接收到参考站列表，然后根据自身位置判断所需要的参考站，并接入自己所需参考站以获取大气改正信息，由此可以大大减少接收信息所需要的带宽和内存，并防止了用户的位置泄密。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，包括步骤：

服务端获取所辖区域内所有参考站的观测数据并对应生成二次数据，生成并对外播发参考站排序列表；所述参考站排序列表包括参考站名称、参考站位置坐标；

终端获取自身的概略坐标，同时接收所述参考站排序列表；基于所述概略坐标和所述参考站位置坐标得到若干可用参考站；从所述服务端获取每个所述可用参考站对应的所述二次数据，结合所述概略坐标得到终端位置的大气信息，进而得到终端的高精度位置信息。

优选的所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，所述服务端包括多个挂载点，用于存储参考站的二次数据；服务端将所辖区域内的所有参考站的二次数据按照预定分组分别部署在多个所述挂载点；所述参考站排序列表还包括参考站与挂载点的关联信息；

所述终端从所述服务端获取每个所述参考站的二次数据具体包括：

基于所述可用参考站与所述关联信息，向服务端请求接入相应的挂载点；

获取挂载点内的所有二次数据；

筛选得到所述可用参考站的二次数据。

优选的所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，所述终端获取自身的概略坐标的具体步骤为：

获取观测文件和广播星历；

基于所述观测文件和广播星历进行SPP定位，得到所述概略坐标。

优选的所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，所述可用参考站的选择步骤具体包括：

将所述概略坐标在所述参考站排序列表中进行匹配筛选；

将与所述概略坐标直线距离在第一距离范围内的参考站坐标所对应的参考站确定为所述可用参考站。

优选的所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，在进行可用参考站的选择前，所述终端还执行自查操作，具体包括：

S201、判定是否为首次定位，若是，则直接执行可用参考站的选择步骤；若否，则执行步骤S202；

S202、判定终端当前的概略坐标与上一次定位的概略坐标之间的距离是否超多第一阈值，若是，则重新执行可用参考站的选择步骤；若否，则不执行可用参考站的选择步骤。

优选的所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，所述大气信息的获取步骤包括：

获取所有所述可用参考站的二次数据并存储；

结合所述概略坐标，使用反距离内插算法进行插值计算，得到所述大气信息。

优选的所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，所述反距离内插算法具体为：

其中，d_i为终端于第i个可用参考站之间的距离；[X_i,Y_i]是可用参考站的参考站位置坐标；Z(X_i,Y_i)是可用参考站位置处的二次数据；[X₀,Y₀]为终端的概略坐标；

为终端位置的大气信息。

8.根据权利要求1所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，获得所述高精度位置信息的具体包括：

对所述大气信息进行约束滤波，获得所述高精度位置信息。

优选的所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，所述终端还接收精密星历和精密钟差数据，结合所述大气信息进行约束滤波，获取高精度位置信息。

一种使用所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法的定位系统，包括服务端以及其所辖的若干参考站；终端能够分别与所述服务端、所述参考站进行数据交换，结合所述定位方法获得高精度位置信息。

相较于现有技术，本发明提供的一种基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法和系统，具有以下有益效果：

本发明提供的定位方法的使用服务端进行参考站排序列表，终端接收并根据参考站排序列表进行直接筛选，不需要对外发送自身的概略坐标，根据参考站排序列表即可得到可用参考站，进而根据可用参考站的二次数据即可进行高精度定位，无需加载冗余数据，进而实现精准定位，方便快捷；

本发明提供一种定位系统，使用所述定位方法进行工作，节约了用户端的接收带宽及内存使用，并且不需要向服务端发送自身的定位概略坐标，防止位置泄密问题发生。

附图说明

图1是本发明提供的定位方法流程图；

图2是本发明提供的概略坐标获取过程流程图；

图3是本发明提供的自查操作流程图；

图4是本发明提供的可用参考站选择过程流程图；

图5是本发明提供的大气信息获取过程流程图；

图6是本发明提供的反距离内插示意图；

图7是本发明提供的定位方法一种实施例流程图；

图8是本发明提供的定位系统结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本领域技术人员应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述是本发明的示例性和说明性的具体实施例，不意图限制本发明。

本文中术语“包括”，“包含”或其任何其他变体旨在覆盖非排他性包括，使得包括步骤列表的过程或方法不仅包括那些步骤，而且可以包括未明确列出或此类过程或方法固有的其他步骤。同样，在没有更多限制的情况下，以“包含...一个”开头的一个或多个设备或子系统，元素或结构或组件也不会没有更多限制，排除存在其他设备或其他子系统或其他元素或其他结构或其他组件或其他设备或其他子系统或其他元素或其他结构或其他组件。在整个说明书中，短语“在一个实施例中”，“在另一个实施例中”的出现和类似的语言可以但不一定都指相同的实施例。

除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。

请参阅图8，本发明提供一种定位系统，包括服务端以及其所辖的若干参考站；终端能够与所述服务端之间、与所述参考站之间进行数据交换，结合所述定位方法获得高精度位置信息。进一步的，图中闪电符号为通信链路，表征使用一定的通信手段进行数据交互，优选的通信手段为网络通信和卫星通信；具体的，所述参考站为具有数据接收与发送功能、观测大气数据的电子设备，其应当包括但不限于依次连接的检测模块、存储模块、数据存取模块和通信模块；所述检测模块用于检测大气数据；通信模块用于与网络或卫星连接，用于接收或发送相应的数据；所述数据包括参考站检测的观测数据、服务端基于观测数据生成的二次数据、所述服务端发送的指令信息、根据服务端的指令信息反馈的数据、终端发送的请求信息、根据终端的请求信息反馈的数据等；进而辅助终端最终得到高精度定位信息。所述存储模块用于存储参考站的观测数据、二次数据以及正常运行的日志数据(不做具体限定，可以是本领域常用的日志数据生成)等，具体不做限定。所述数据存取模块用于基于服务端的指令信息或终端的请求信息进行数据的存储、调取等操作。服务端用于接收参考站的观测数据以及进行参考站基础参数的存档等工作，同时根据终端的请求信息进行的反馈操作。本发明旨在解决PPP-RTK作业过程中区域大气改正数据的播发和接收问题，规避传统方案需要双向通讯和需要占用较大带宽的缺陷。同时本发明的技术主要点在于服务端(服务端)增加了参考站列表的生成与播发，终端用户根据参考站列表可以选择出自己所需的参考站，并选择性接收参考站的大气信息，避免接收冗余信息。具体的，所述二次数据优选为大气改正信息。

作为优选方案，本实施例中，所述服务端包括多个挂载点，用于存储参考站的二次数据；服务端将所辖区域内的所有参考站的二次数据按照预定分组分别部署在多个所述挂载点；所述参考站排序列表还包括参考站与挂载点的关联信息。进一步的，所述服务端包括服务器、执行某些算法的电子设备等等，不做限定。

请一并参阅图1-图7，本发明提供一种基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，包括步骤：

S1、服务端获取所辖区域内所有参考站的观测数据并对应生成二次数据，生成并对外播发参考站排序列表；所述参考站排序列表包括参考站名称、参考站位置坐标；具体的，所述服务端获取所辖区域内所有参考站的观测数据具体包括：每个服务端具有一定的服务区域，在服务区域内有多个参考站，服务端端实时接收各参考站上传的观测数据，并对每个参考站进行大气建模(建模方法使用本领域的常用方法，本实施例中不做限定)，形成最终可被使用的二次数据；进一步的，所述观测数据，即参考站能观测到的所有卫星的斜向大气延迟信息。进一步的，所述对应生成二次数据为：针对不同的参考站的观测数据分别进行处理生成二次数据，并单独存储，避免数据之间存在影响情况。进一步的，所述二次数据为大气改正数据(大气改正信息)；进一步的，生成大气改正数据的方法不做赘述，使用本领域常用的技术方案即可。

所述生成并对外播发参考站排序列表具体包括：服务端将生成的大气信息按参考站排序整理，同时生成一个参考站排序列表，其内容包括参考站名称、参考站位置坐标等信息。

作为优选方案，本实施例中，所述服务端对外播发所述参考站排序列表以网络或卫星信号为载体。具体的，服务端向外播发参考站列表，播发以网络或者卫星信号为载体，播发的间隔根据实际需要来确定。

S2、终端获取自身的概略坐标，同时接收所述参考站排序列表；基于所述概略坐标和所述参考站位置坐标得到若干可用参考站；从所述服务端获取每个所述可用参考站获取对应的二次数据，结合所述概略坐标得到终端位置的大气信息，进而得到终端的高精度位置信息。优选的，此处接入可用参考站的二次数据，是通过服务端进行播发得到，可以是所述终端向服务端发送可用参考站列表，进而服务端筛选后播发得到。具体的，请着重参阅图2，所述终端获取自身的概略坐标的具体步骤为：

S211、获取观测文件和广播星历；优选的，所述观测文件为终端设备自行得到的观测文件，为本实施例中终端设备具有的相应功能，获取观测文件的方法为本领域中定位技术常用方法，不做限定

S212、基于所述观测文件和广播星历进行SPP(Standard point positioning，伪距单点定位)定位，得到所述概略坐标。用户端(终端)根据接收到的观测文件和广播星历(通过卫星或网络获得)进行SPP定位，获取当前时间的自身概略坐标，其精度为米级。

作为优选方案，请着重参阅图3本实施例中，在进行可用参考站的选择前，所述终端还执行自查操作，具体包括：具体的，此处进行是否为首次定位也是用于减少终端的计算量，首次定位肯定要进行可用参考站的选择，但是只要是非首次定位需求，只要相邻的两次定位需求之间的移动范围不大，就可以不需要重新选择可用参考站，减少终端计算量。

S201、判定是否为首次定位，若是，则直接执行可用参考站的选择步骤；若否，则执行步骤S202；

S202、判定终端当前的概略坐标与上一次定位的概略坐标之间的距离是否超多第一阈值，若是，则重新执行可用参考站的选择步骤；若否，则不执行可用参考站的选择步骤。进一步的，所述第一阈值优选为所有可用参考站中与终端设备最近的可用参考站与终端之间的距离值的预定比例，这样只要移动的范围不会造成选择的可用参考站失去参考价值，就可以继续使用已经选择的可用参考站，否则就重新选择可用参考站。优选的，所述预定比例为0％-200％。

作为优选方案，请着重参阅图4，本实施例中，所述可用参考站的选择步骤具体包括：

S221、将所述概略坐标在所述参考站排序列表中进行匹配筛选；进一步的，前述或后述中，凡涉及坐标称谓者，皆用于表征使用经纬度的地理坐标。

S222、将与所述概略坐标直线距离在第一距离范围内的参考站坐标所对应的参考站确定为所述可用参考站。进一步的，所述第一距离可以固定设定，例如M公里；也可以是动态设定，例如首先确定距离终端最近的参考站，以二者之间的距离的n倍作为所述第一距离。优选的，n为大于1的数，具体可以按照实际情况设定，不做限定。

具体的，当用户(终端)首次进行定位时，接收到服务端发播的参考站列表信息，根据用户自身的概略坐标以及参考站列表信息，进行参考站选择，最终选出几个可用的参考站。参考站选择时，要确保用户在几个参考站之间，并且所选参考站的大气信息可用性较强。当用户非首次定位时，根据用户自身的概略坐标判断用户是否在之前所选参考站的覆盖范围内。如果仍旧在所选范围内，则不重新选择参考站；如已超出所选范围，则重新进行参考站的选择。

作为优选方案，请着重参阅图5，本实施例中，所述大气信息的获取步骤包括：

S231、获取所有所述可用参考站的二次数据并存储；具体的，用户根据选择的几个可用参考站信息，分别接入对应的参考站，对各参考站发播的大气改正信息(二次数据)进行接收存储。

S232、结合所述概略坐标，使用反距离内插算法进行插值计算，得到所述大气信息。具体的，终端根据接收存储到的几个可用参考站的大气改正信息和自身的概略坐标，使用反距离内插公式(反距离内插算法)进行插值，便可以获得用户位置处的大气信息。

作为优选方案，请着重参阅图6，本实施例中，所述反距离内插算法具体为：

其中，d_i为终端于第i个可用参考站之间的距离；[X_i,Y_i]是可用参考站的参考站位置坐标；Z(X_i,Y_i)是可用参考站位置处的二次数据；[X₀,Y₀]为终端的概略坐标；

为终端位置的大气信息。

作为优选方案，本实施例中，获得所述高精度位置信息的具体包括：

对所述大气信息进行约束滤波，获得所述高精度位置信息。具体的，使用终端所在位置的大气信息进行大气约束(电离层、对流层)，可以加快PPP的收敛速度，快速获得高精度(厘米级)位置信息。当然，具体的约束滤波操作使用本领域公知技术即可，不做限定。

所述终端还接收精密星历和精密钟差数据，结合所述大气信息进行约束滤波，获取高精度位置信息。用户接收到精密星历、精密钟差信息，再加入插值得到的大气信息进行约束滤波，便可以实时获得高精度定位结果。

作为优选方案，本实施例中，所述服务端包括多个挂载点，用于存储参考站的二次数据；服务端将所辖区域内的所有参考站的二次数据按照预定分组分别部署在多个所述挂载点；所述参考站排序列表还包括参考站与挂载点的关联信息；具体的，所述预定分组不做具体限定，可以是根据相近参考站的地理位置进行排序，例如同样都是在北纬33°东经120°的位置附近，所述附近为相距预定距离，例如100公里范围内的；也可以是根据参考站的序号进行排列，还可以是随意打乱顺序；还可以，将多组有关联的参考站进行匹配挂载，例如有三组参考数据，分别为组一[11,12,13]、组二[21,22,23]、组三[31,32,33]，分别在三个挂载点：挂载点一[11,22,33]、挂载点二[31,12,23]、挂载点三[21,32,13]，挂载点的数量越多、每组参考站的数据越多，终端地理位置隐藏的越好，目的在于即使知道终端接入了哪些挂载点，也无法确定终端的地理位置。

所述终端从所述服务端获取每个所述可用参考站的二次数据具体包括：

S241、基于所述可用参考站与所述关联信息，向服务端请求接入相应的挂载点；进一步的，所述挂载点在服务器中均有独立的挂载ID，所述关联信息优选的为参考站名称、参考站坐标位置、挂载ID之间三维关联，只要确定了可用参考站的名称和参考站坐标位置，即可确定其二次数据所在的挂载点的挂载ID，向服务端发送挂载ID，服务端实现终端与对应挂载点对接。进一步的，多个可用参考站的二次数据可能部署在多个挂载点中，当向服务端请求对接时，需要向服务端发送挂载ID列表。

S242、获取挂载点内的所有二次数据；此处，接收所有二次数据目的在于即使知道终端获取了哪些挂载点的存储数据，也无法判定终端的地理位置，实现隐蔽终端地理位置。

S243、筛选得到所述可用参考站的二次数据。此处筛选使用本领域常用的筛选方式即可，不做具体限定。

现有技术中，在用户位置信息保密或无法上传的情况下，服务端端生成服务区的参考站的大气改正信息后，通过卫星或网络进行播发；终端用户需要接收服务区域内所有参考站的大气改正信息并进行储存，而后终端用户进行SPP定位获取自身位置，从所有参考站中选取所需要的几个参考站进行反距离内插，以获得用户位置处的大气信息进行约束，然后得到精确的位置数据；终端用户接收和存储服务区域内所有参考站的信息，意味着需要较大的带宽和内存，存在一定的使用风险。本发明提出在服务端生成一个参考站列表并进行播发，终端用户可以先接收到参考站列表，然后根据自身位置判断所需要的参考站，并接入自己所需参考站以获取大气改正信息，由此可以大大减少接收信息所需要的带宽和内存，并防止了用户的位置泄密。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，其特征在于，包括步骤：

服务端获取所辖区域内所有参考站的观测数据并对应生成二次数据，生成并对外播发参考站排序列表；所述参考站排序列表包括参考站名称、参考站位置坐标；

终端获取自身的概略坐标，同时接收所述参考站排序列表；基于所述概略坐标和所述参考站位置坐标得到若干可用参考站；从所述服务端获取每个所述可用参考站对应的所述二次数据，结合所述概略坐标得到终端位置的大气信息，进而得到终端的高精度位置信息。

2.根据权利要求1所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，其特征在于，所述服务端包括多个挂载点，用于存储参考站的二次数据；服务端将所辖区域内的所有参考站的二次数据按照预定分组分别部署在多个所述挂载点；所述参考站排序列表还包括参考站与挂载点的关联信息；

所述终端从所述服务端获取每个所述参考站的二次数据具体包括：

基于所述可用参考站与所述关联信息，向服务端请求接入相应的挂载点；

获取挂载点内的所有二次数据；

筛选得到所述可用参考站的二次数据。

3.根据权利要求1所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，其特征在于，所述终端获取自身的概略坐标的具体步骤为：

获取观测文件和广播星历；

基于所述观测文件和广播星历进行SPP定位，得到所述概略坐标。

4.根据权利要求1所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，其特征在于，所述可用参考站的选择步骤具体包括：

将所述概略坐标在所述参考站排序列表中进行匹配筛选；

将与所述概略坐标直线距离在第一距离范围内的参考站坐标所对应的参考站确定为所述可用参考站。

5.根据权利要求4所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，其特征在于，在进行可用参考站的选择前，所述终端还执行自查操作，具体包括：

S201、判定是否为首次定位，若是，则直接执行可用参考站的选择步骤；若否，则执行步骤S202；

S202、判定终端当前的概略坐标与上一次定位的概略坐标之间的距离是否超多第一阈值，若是，则重新执行可用参考站的选择步骤；若否，则不执行可用参考站的选择步骤。

6.根据权利要求1所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，其特征在于，所述大气信息的获取步骤包括：

获取所有所述可用参考站的二次数据并存储；

结合所述概略坐标，使用反距离内插算法进行插值计算，得到所述大气信息。

7.根据权利要求6所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，其特征在于，所述反距离内插算法具体为：

其中，d_i为终端于第i个可用参考站之间的距离；[X_i,Y_i]是可用参考站的参考站位置坐标；Z(X_i,Y_i)是可用参考站位置处的二次数据；[X₀,Y₀]为终端的概略坐标；

为终端位置的大气信息。

8.根据权利要求1所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，其特征在于，获得所述高精度位置信息的具体包括：

对所述大气信息进行约束滤波，获得所述高精度位置信息。

9.根据权利要求8所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法，其特征在于，所述终端还接收精密星历和精密钟差数据，结合所述大气信息进行约束滤波，获取高精度位置信息。

10.一种使用权利要求1-9任一所述的基于PPP-RTK区域增强大气改正数据的定位方法的定位系统，其特征在于，包括服务端以及其所辖的若干参考站；终端能够分别与所述服务端、所述参考站进行数据交换，结合所述定位方法获得高精度位置信息。

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