ES2237541T3 - Proceso de guiado y aparato para insertar elementos en el suelo. - Google Patents

Proceso de guiado y aparato para insertar elementos en el suelo.

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ES2237541T3 ES01401856T ES01401856T ES2237541T3 ES 2237541 T3 ES2237541 T3 ES 2237541T3 ES 01401856 T ES01401856 T ES 01401856T ES 01401856 T ES01401856 T ES 01401856T ES 2237541 T3 ES2237541 T3 ES 2237541T3
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Abstract

Procedimiento de guiado de un dispositivo (1) destinado a insertar elementos (2) en el suelo para la realización de una obra, caracterizado porque comprende las etapas siguientes: - establecimiento de puntos topográficos (8) y levantamiento de las coordenadas de estos puntos (8) en un sistema de referencia X, Y, Z; - colocación de una estación de medición (3) en la proximidad de la obra y determinación de la posición en X, Y, Z de la citada estación de medición (3) referida con respecto a uno o varios de los citados puntos topográficos (8); - determinación, con la ayuda de la estación de medición (3), de la distancia y del ángulo que separan el citado dispositivo de inserción (1) de la estación de medición (3); - cálculo de la posición del dispositivo (1) con la ayuda de la distancia medida y de la posición conocida de la estación de medición (3); - el desplazamiento del dispositivo de inserción (1) es mandado por un autómata embarcado unido a un ordenador (31) embarcado, en función de losdatos de distancia y de orientación comunicados al ordenador (31) en cada instante por la estación de medición (3), de manera que los citados elementos (2) soportados por el dispositivo de inserción (1) se llevan sensiblemente enfrente y en el eje de inserción de posiciones dadas cuyas coordenadas están almacenadas en una memoria del ordenador (31).

Description

Proceso de guiado y aparato para insertar elementos en el suelo.
La invención se refiere a un procedimiento de guiado de un dispositivo destinado a insertar elementos en el suelo para la realización de una obra y, especialmente, a un procedimiento de guiado de un dispositivo de inserción de placas de asiento de carril para la realización de una vía de ferrocarril, del tipo del descrito en la solicitud de patente EP 0 803 609, que permite obtener la inserción de placas de asiento de carril en hormigón, a nivel de una posición dada, con una precisión inferior al milímetro. La invención se refiere, igualmente, a un dispositivo de inserción de elementos en el suelo que pone en práctica dicho procedimiento de guiado.
Por el documento EP 0 803 609, se conoce un dispositivo de inserción de placas de asiento de carril en hormigón que permite realizar rápidamente una vía de ferrocarril a coste reducido. Un dispositivo de inserción de placas de asiento de carril de este tipo, necesita, sin embargo, para ser eficaz, colocar de modo preciso el dispositivo de inserción a fin de obtener una posición precisa de cada placa de asiento de carril. Hasta ahora, con este dispositivo de inserción se utilizan carriles de guiado de obra, instalados previamente a lo largo del recorrido de la vía férrea con respecto a referencias fijas determinadas con la ayuda de levantamientos topográficos, para servir de referencia para el posicionamiento del dispositivo de inserción de placas de asiento de carril.
Sin embargo, la colocación previa de los carriles de guiado de obra a lo largo del recorrido de la vía férrea presenta el inconveniente de ser larga y molesta y de retardar, así, considerablemente la realización de la vía de ferrocarril. Por otra parte, para obtener una buena precisión en el posicionamiento del dispositivo de inserción, es necesario que el terreno que soporta los carriles de guiado de obra esté perfectamente estabilizado para evitar cualquier desplazamiento de estos últimos, bajo la presión de los puntos de apoyo del dispositivo de inserción que asegura la puesta en referencia del dispositivo de inserción de placas de asiento de carril. Además, los trabajos efectuados habitualmente en las obras son susceptibles de desplazar accidentalmente los carriles de guiado.
Por el documento DE-A-198 08812 se conoce un procedimiento de guiado de un dispositivo destinado a insertar elementos en el suelo para la realización de una obra, según el cual el dispositivo es guiado por geodesia.
El objeto de la presente invención es, por tanto, poner remedio a estos inconvenientes proponiendo un procedimiento de guiado que permita el posicionamiento preciso y rápido de un dispositivo de inserción de elementos en el suelo y que sea simple y económico de poner en práctica.
Con este objeto, la invención tiene por objeto un procedimiento de guiado de un dispositivo destinado a insertar elementos en el suelo para la realización de una obra, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:
-
establecimiento de puntos topográficos y levantamiento de coordenadas de estos puntos en un sistema de referencia X,
\hbox{Y, Z;}
-
colocación de una estación de medición en la proximidad de la obra y determinación de la posición en X, Y, Z de la estación de medición referida con respecto a uno o varios puntos topográficos;
-
determinación, con la ayuda de la estación de medición, de la distancia y del ángulo que separan el dispositivo de inserción de los elementos en el suelo de la estación de medición;
-
cálculo de la posición del dispositivo de inserción con la ayuda de la distancia y del ángulo medidos y de la posición conocida de la estación de medición;
-
el desplazamiento del dispositivo de inserción es mandado por un autómata embarcado unido a un ordenador embarcado, en función de los datos de distancia y de orientación comunicados al ordenador en cada instante por la estación de medición, de manera que los elementos soportados por el dispositivo de inserción se llevan sensiblemente enfrente y en el eje de inserción de posiciones dadas cuyas coordenadas están almacenadas en una memoria del ordenador.
De acuerdo con modos particulares de realización, el procedimiento de guiado de acuerdo con la invención puede comprender una o varias de las características siguientes, tomadas aisladamente o según todas las combinaciones técnicamente posibles:
-
la estación de medición comprende un procedimiento de medición óptica por láser que coopera con reflectores montados en el dispositivo de inserción;
-
se efectúan levantamientos topográficos a nivel de diferentes puntos de referencia repartidos a lo largo de la obra y, a medida que se produce el avance del dispositivo de inserción, la estación de medición se desplaza al punto de levantamiento topográfico que permite obtener la mayor precisión de cálculo con la ayuda de la estación de medición;
-
la distancia que separa dos puntos de levantamiento topográfico sucesivos está comprendida entre 50 m y 100 m de manera que se obtiene una precisión en la medición de la posición de los elementos insertados en el suelo inferior a 1 mm;
-
el dispositivo de inserción comprende un brazo que soporta los elementos, estando motorizado el brazo en traslación y en rotación según tres ejes ortogonales entre sí, siendo mandado el movimiento del brazo por ordenador de manera que los elementos se llevan de modo preciso enfrente y en el eje de inserción de las posiciones dadas;
-
la obra es una vía de ferrocarril y los elementos son placas de asiento de carril destinadas a soportar un carril de ferrocarril, siendo insertadas las placas de asiento de carril en una losa de hormigón todavía no endurecido.
La invención se refiere, igualmente, a un dispositivo de inserción de, al menos, un elemento en el suelo que pone en práctica el procedimiento de guiado descrito anteriormente, que comprende, al menos, un reflector destinado a reflejar una emisión enviada por una estación de medición y que permite determinar con precisión la distancia y el ángulo que separan el reflector de la estación de medición y un brazo motorizado en traslación y en rotación según tres ejes ortogonales entre sí, soportando el brazo los elementos destinados a ser insertados en el suelo, y que comprende reflectores que permiten conocer, con la ayuda de la estación de medición, el emplazamiento en el espacio del brazo y de los elementos que hay que insertar en el suelo.
De acuerdo con modos de realización particulares, el dispositivo de inserción de elementos en el suelo de acuerdo con la invención puede comprender una o varias de las características siguientes tomadas aisladamente o según todas las combinaciones técnicamente posibles:
-
el dispositivo comprende ruedas motrices y/o directrices u orugas para constituir un vehículo autónomo en sus desplazamientos, estando el propio chasis del vehículo equipado con un reflector;
-
el vehículo comprende un ordenador que recibe los datos de la estación de medición y que calcula la posición del vehículo y del brazo, enviando el ordenador señales al autómata para mandar el desplazamiento del vehículo y del brazo a fin de asegurar la inserción de los elementos en el suelo en los lugares predeterminados;
-
los citados elementos son placas de asiento de carril destinadas a soportar un carril de ferrocarril, siendo insertadas las citadas placas de asiento de carril en una losa de hormigón todavía no endurecido.
Los objetos, aspectos y ventajas de la presente invención, se comprenderán mejor con la descripción dada seguidamente de un modo de realización, presentada a título de ejemplo no limitativo, refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:
- La figura 1 es una vista esquemática, en corte, de un dispositivo de inserción de placas de asiento de carril destinadas al soporte de un carril de ferrocarril que utiliza un procedimiento de guiado de acuerdo con la técnica anterior;
- La figura 2 es una vista en perspectiva de un dispositivo de inserción de placas de asiento de carril que utiliza un procedimiento de guiado de acuerdo con un modo particular de realización de la invención;
- La figura 3 es una vista esquemática desde arriba del dispositivo de inserción de placas de asiento de carril de la figura 2 en una curva;
- La figura 4 es una vista de detalle del brazo articulado del dispositivo de inserción de placas de asiento de carril de la figura 2;
- La figura 5 representa un ejemplo de placa de asiento de carril que puede ser utilizada para realizar una vía de ferrocarril.
Para facilitar la lectura de los dibujos, sólo se han representado los elementos necesarios para la comprensión.
La figura 1 representa un vehículo 11 de transporte de un dispositivo de inserción de placas de asiento de carril guiado en posición de acuerdo con la técnica anterior, por encima de una losa 10 de vía antes del endurecimiento del hormigón. De acuerdo con la figura 1, el guiado del vehículo 11 de inserción de placas de asiento de carril a lo largo del recorrido de la vía férrea se efectúa por medio de dos carriles de guiado de obra 12 dispuestos a una y otra parte de la losa de hormigón 10 y que sirven de referencia para el posicionamiento del vehículo 11. El vehículo 11 de inserción de placas de asiento de carril está equipado con un rodillo 13 de mantenimiento del vehículo 11 sobre el carril 12 que se apoya en la cara superior de uno de los carriles de guiado 12 y que sirve de referencia según el eje de inserción Z, y de dos rodillos 13 de mantenimiento que se apoyan lateralmente a una y otra parte del segundo carril de guiado 12 que permiten referenciar el vehículo 11 en el plano X, Y perpendicular al eje de inserción Z.
Un procedimiento de guiado de este tipo presenta el inconveniente de necesitar la colocación previa de los carriles de guiado de obra en el transcurso de una operación larga y minuciosa que retarda considerablemente la velocidad de progresión en la realización de la vía férrea.
Las figuras 2 y 3 representan un dispositivo 1 de inserción de placas de asiento de carril 2 guiado a lo largo del recorrido de la vía férrea por un modo particular de realización del procedimiento de guiado de acuerdo con la invención.
De acuerdo con la figura 2, el dispositivo de inserción de placas de asiento de carril 2 está constituido por un vehículo 1 montado sobre cuatro ruedas, de las cuales dos son directrices y las otras dos son motrices, que permiten asegurar un desplazamiento autónomo del vehículo 1 según una dirección dada. El vehículo 1 comprende una cara trasera equipada con un brazo 5 motorizado en traslación y en rotación según tres ejes ortogonales X, Y, Z provisto de un mecanismo que permite desplazamientos de una gran precisión.
El brazo 5 representado solo en la figura 4, tiene una forma general de H y soporta en su parte inferior dos gatos 6 en cuyos extremos están fijadas los dos placas de asiento de carril 2 destinadas a ser insertadas en una losa de hormigón 10 recientemente colada, siendo mantenidas las dos placas de asiento de carril 2 por el brazo 5, a una distancia una de otra correspondiente a la plantilla de la vía que hay que instalar. El brazo 5 está equipado con un inclinómetro doble, no representado, que mide permanentemente la orientación del brazo 5 con respecto a los ejes X e Y.
Las placas de asiento de carril 2, de las cuales solo está representada una en la figura 5, son de tipo clásico y comprenden una placa 21 de material rígido, tal como fundición, y dos anclajes 22 que tienen cada uno un vástago fileteado que permite fijar un carril a la placa de asiento de carril 2 por tuercas. La placa de asiento de carril 2 comprende, igualmente, dos vástagos 23 de empotramiento que tienen una forma general cilíndrica que asegura la retención en la losa 10 de hormigón una vez endurecido éste.
De acuerdo con la figura 4, el brazo 5 comprende en su cara trasera tres reflectores 7 destinados a cooperar con una estación de medición 3 instalada en el borde de la vía de ferrocarril que hay que instalar. Un reflector 7' está montado, igualmente, en el techo del vehículo 1.
La estación de medición 3 dispuesta en el borde del recorrido de la vía férrea está instalada en un trípode en la vertical de un mojón 8 de levantamiento topográfico. La estación de medición 3 comprende un dispositivo láser de medición de distancia equipado con una óptica emisora y una óptica receptora que permiten conocer con una gran precisión la distancia y el ángulo que separan la estación de medición del conjunto de los reflectores 7 llevados por el brazo 5 y el vehículo 1. El dispositivo láser de medición utilizado es, por ejemplo, el dispositivo comercializado con la referencia TC/TCA 2003 por la sociedad LEICA.
La estación de medición 3 comprende, igualmente, un emisor radio 9 que envía los resultados de las mediciones efectuadas en cada instante por el dispositivo láser de medición en dirección a un receptor 30 montado en el vehículo 1. El receptor 30 del vehículo 1 está unido a un ordenador 31 embarcado en el vehículo 1, asegurando el ordenador 31 el cálculo de la posición exacta del brazo 5 en el espacio a partir de las informaciones enviadas por la estación de medición 3 y de la posición conocida del mojón 8 de levantamiento topográfico. El ordenador 31 está unido a un autómata, no representado, que manda el desplazamiento del brazo 5 y de los gatos 6 así como los motores que permiten orientar y desplazar el vehículo 1.
Va a describirse ahora el procedimiento de guiado del dispositivo de inserción de placas de asiento de carril.
De acuerdo con la figura 3, previamente a la etapa de inserción de las placas de asiento de carril 2, se efectúan sucesivamente varios puntos de levantamiento topográfico a lo largo del recorrido de la vía férrea con intervalos del orden de 50 m a 100 m y marcados por mojones 8.
El día de la inserción de las placas de asiento de carril 2, el vehículo de inserción 1 es llevado por encima de una porción de vía cuya losa de hormigón 10 acaba de ser colada y todavía no está endurecida. A partir de esta posición de partida del vehículo 1, la estación de medición 3 se dispone, ventajosamente, en el mojón 8 más próximo que permita una visión directa de la cara trasera del vehículo 1 y en particular de los reflectores (7, 7') del brazo 5 y del vehículo 1. El posicionamiento de la estación de medición 3 en el mojón 8 se efectúa de manera muy precisa, poniendo la estación de medición 3 en la vertical del mojón 8, y las coordenadas de la estación de medición 3 en X, Y, Z se determinan midiendo la distancia vertical que separa la estación de medición 3 del mojón 8 con la ayuda de un bastón. En una variante de realización del procedimiento de acuerdo con la invención, la estación de medición 3 puede ser dispuesta, igualmente, en un punto cualquiera cerca de la vía férrea que permita una visión directa de los reflectores (7, 7'), determinándose, entonces, las coordenadas X, Y, Z de la estación de medición 3 visando diferentes puntos topográficos 8 conocidos con la ayuda de la estación de medición 3 y determinando, a partir de los ángulos y de las distancias medidas, la posición exacta de la estación de medición 3.
Una vez conocida la posición de la estación de medición 3, el dispositivo láser de medición de distancia se orienta en dirección a la cara trasera del vehículo 1 de manera que éste pueda medir la distancia y el ángulo que le separan de cada uno de los reflectores (7, 7'), especialmente del reflector 7' dispuesto en el techo del vehículo 1.
El resultado de estas mediciones es enviado inmediatamente por ondas radio del emisor 9 hacia el ordenador 31 dispuesto a bordo del vehículo 1, que calcula, entonces, la posición exacta del vehículo 1 en el espacio a partir de los datos enviados por la estación de medición 3 y de la posición conocida de la estación de medición 3.
Estando almacenadas previamente en una memoria del ordenador 31 las coordenadas exactas de los puntos a nivel de los cuales hay que insertar las placas de asiento de carril 2, el ordenador 31 calcula a partir de estos puntos y de la posición del vehículo 1 medida por la estación 3, el desvío que separa el brazo 5, entonces en una posición de reposo a partir de la cual es posible un desplazamiento de algunos centímetros según los seis grados de libertad, de la posición a nivel de la cual deben insertarse las próximas placas de asiento de carril 2. A partir de este desvío, el ordenador 1 envía señales al autómata que manda las ruedas motrices y directrices de manera que el vehículo 1 se desplace según el eje de la vía hasta llevar el brazo articulado 5, inmóvil en posición de reposo, sensiblemente a la altura de los puntos teóricos de inserción de las placas de asiento de carril 2. Naturalmente, habida cuenta de las holguras existentes en la transmisión del vehículo 1, el posicionamiento del vehículo 1 en la vía no es, entonces, muy preciso, del orden del centímetro.
Una vez parado el vehículo 1 en esta posición, el ordenador 31 verifica la posición del brazo 5 en el espacio, a partir de los datos emitidos por la estación de medición 3, y envía señales al autómata para mandar entonces el movimiento del brazo articulado 5 según los seis grados de libertad de manera que las placas de asiento de carril 2 llevadas por el brazo 5 se llevan, con una gran precisión, frente a los puntos teóricos de inserción de placas de asiento de carril 2. Los gatos 6 son accionados después para insertar las placas de asiento de carril 2 en el hormigón 10 todavía no endurecido de acuerdo con un procedimiento descrito en la solicitud de patente EP 0803 609.
Una vez insertadas las dos placas de asiento de carril 2, el brazo 5 es llevado a la posición de reposo y el ordenador 31 busca las coordenadas de los puntos siguientes a nivel de los cuales deben insertarse nuevas placas de asiento de carril 2. El procedimiento de guiado para llevar el vehículo 1 frente a estos nuevos puntos es similar al descrito anteriormente.
A fin de conservar una precisión suficiente en el guiado del vehículo 1 de inserción de las placas de asiento de carril 2 para obtener un posicionamiento de las placas de asiento de carril con una precisión inferior al milímetro, la estación de medición 3 es desplazada regularmente al mojón de levantamiento topográfico 8 más próximo al vehículo 1 que permita una visión directa del conjunto de los reflectores 7.
Un procedimiento de guiado de este tipo presenta la ventaja de estar muy rápidamente operativo y de ser poco costoso de poner en práctica, necesitando solamente la instalación de mojones de levantamiento topográfico cada 50 m a 100 m y la colocación de la estación de medición el día de la operación de inserción de las placas de asiento de carril. Además, un procedimiento de guiado de este tipo presenta la ventaja de no utilizar contacto directo entre el dispositivo de inserción de placas de asiento de carril y el sistema de referencia utilizado, suprimiendo, así, las limitaciones físicas que pueden ser generadas por el dispositivo de inserción de placas de asiento de carril en el sistema de referencia.
Naturalmente, la invención no está limitada en modo alguno al modo de realización descrito e ilustrado, que se ha dado solamente a título de ejemplo.
Así, el ejemplo describe un dispositivo de inserción de placas de asiento de carril en una losa de hormigón, pero el procedimiento de guiado de acuerdo con la invención puede utilizarse, igualmente, para el guiado de un dispositivo de inserción en el suelo de cualquier elemento necesario para la realización de una obra.
Así, en variantes de realización no representadas, el dispositivo de inserción podrá estar equipado con orugas en lugar de ruedas, o con cualquier otro medio que permita el desplazamiento del dispositivo de inserción.

Claims (10)

1. Procedimiento de guiado de un dispositivo (1) destinado a insertar elementos (2) en el suelo para la realización de una obra, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:
- establecimiento de puntos topográficos (8) y levantamiento de las coordenadas de estos puntos (8) en un sistema de referencia X, Y, Z;
- colocación de una estación de medición (3) en la proximidad de la obra y determinación de la posición en X, Y, Z de la citada estación de medición (3) referida con respecto a uno o varios de los citados puntos topográficos (8);
- determinación, con la ayuda de la estación de medición (3), de la distancia y del ángulo que separan el citado dispositivo de inserción (1) de la estación de medición (3);
- cálculo de la posición del dispositivo (1) con la ayuda de la distancia medida y de la posición conocida de la estación de medición (3);
- el desplazamiento del dispositivo de inserción (1) es mandado por un autómata embarcado unido a un ordenador (31) embarcado, en función de los datos de distancia y de orientación comunicados al ordenador (31) en cada instante por la estación de medición (3), de manera que los citados elementos (2) soportados por el dispositivo de inserción (1) se llevan sensiblemente enfrente y en el eje de inserción de posiciones dadas cuyas coordenadas están almacenadas en una memoria del ordenador (31).
2. Procedimiento de guiado de un dispositivo de inserción (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la citada estación de medición (3) comprende un procedimiento de medición óptica por láser que coopera con reflectores (7) montados en el dispositivo de inserción (1) de los elementos (2).
3. Procedimiento de guiado de un dispositivo de inserción (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque se efectúan levantamientos topográficos a nivel de diferentes puntos (8) de referencia repartidos a lo largo de la obra y porque a medida que se produce el avance del dispositivo de inserción (1), la estación de medición (3) se desplaza al punto (8) de levantamiento topográfico que permite obtener la mayor precisión de cálculo con la ayuda de la estación de medición (3).
4. Procedimiento de guiado de un dispositivo de inserción (1) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la distancia que separa dos puntos (8) de levantamiento topográfico sucesivos está comprendida entre 50 m y 100 m de manera que se obtiene una precisión en la medición de la posición de los elementos (2) inferior a 1 mm.
5. Procedimiento de guiado de un dispositivo de inserción (1) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el citado dispositivo de inserción (1) comprende un brazo (5) que soporta los citados elementos (2), estando el citado brazo (5) motorizado en traslación y en rotación según tres ejes ortogonales entre sí, siendo mandado el movimiento del citado brazo (5) por el ordenador (31) de manera que los elementos (2) se llevan de modo preciso enfrente y en el eje de inserción de las posiciones dadas.
6. Procedimiento de guiado de un dispositivo de inserción (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la citada obra es una vía de ferrocarril y porque los citados elementos (2) son placas de asiento de carril destinadas a soportar un carril de ferrocarril, siendo insertadas las citadas placas de asiento de carril (2) en una losa de hormigón (10) todavía no endurecido.
7. Dispositivo de inserción (1) de, al menos, un elemento (2) en el suelo, que pone en práctica un procedimiento de guiado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende, al menos, un reflector (7') destinado a reflejar una emisión enviada por una estación de medición (3) y que permite determinar con precisión la distancia y el ángulo que separan el citado reflector de la citada estación de medición (3) y un brazo (5) motorizado en traslación y en rotación según tres ejes ortogonales entre sí, soportando el citado brazo (5) los elementos (2) destinados a ser insertados en el suelo, y que comprende reflectores (7) que permiten conocer, con la ayuda de la estación de medición (3), el emplazamiento en el espacio del citado brazo (5) y de los citados elementos (2).
8. Dispositivo de inserción (1) de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende ruedas motrices y/o directrices u orugas para constituir un vehículo (1) autónomo en sus desplazamientos, estando equipado el propio chasis del vehículo (1) con un reflector (7').
9. Dispositivo de inserción (1) de acuerdo con las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque comprende un ordenador (31) que recibe los datos de la estación de medición (3) y que calcula la posición del vehículo (1) y del citado brazo (5), enviando el citado ordenador (31) señales al autómata para mandar el desplazamiento del citado vehículo (1) y del brazo (5) a fin de asegurar la inserción de los elementos (2) en el suelo en los lugares predeterminados.
10. Dispositivo de inserción (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque los citados elementos (2) son placas de asiento de carril destinadas a soportar un carril de ferrocarril, siendo insertadas las citadas placas de asiento de carril (2) en una losa de hormigón (10) todavía no endurecido.
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