JP2007066183A - 信号制御装置及び信号制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】交通流円滑化と排出量低減を両立する信号制御パラメータ・エリアを得る信号制御装置及び信号制御方法を提供する。
【解決手段】信号制御装置１０のデータ収集部１１は、所定時間ごとに既存の感知器２５から得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データと制御エリア情報とを収集し、交通情報データベース１２に蓄積する。制御パラメータ・エリア生成部１４は、交通流データと制御エリア情報とを用いて、車両の推移を再現し、再現した車両の速度や交通量に基づいて汚染物質排出量を算出し、算出した汚染物質排出量が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成する。これにより、車両の排気ガスによる環境汚染を最小限に抑えるための交通量の制御を容易に且つリアルタイムに行うことができるとともに、交通量制御にかかるコストを最小限に抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路網に設置された信号機群の灯火を決定付ける制御パラメータ及び制御エリアを生成する信号制御装置及び信号制御方法に関し、特に車両の排気ガスによる環境汚染を低減する制御パラメータ及び制御エリアを生成する信号制御装置及び信号制御方法に関する。

従来、車両の排気ガスによる環境汚染の改善を目的とした信号制御方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２及び非特許文献１参照）。特許文献１では、複数の地域夫々にガスセンサを設置して、それらによって大気中の環境汚染ガスの濃度を分析し、その結果に基づいて濃度の高い地域への車両の流入を抑制し、既に流入しているものは迅速に通過させるように信号表示を制御するようにしている。特許文献２では、道路を走行する車両を撮影するカメラを設置して、このカメラで走行車両を撮影し、その撮影画像から車種の特定と速度の推定を行い、検出された車両の車種と速度に基づいて汚染物質の排出量を推定し、推定した排出量に応じて撮影対象車両の走行方向の上流側交差点に設置されている信号機を制御するようにしている。非特許文献１では、交通流シミュレーションモデルを用いて車両走行軌跡を導出し、その車両走行軌跡から速度プロファイルを求め、これに対して速度変動に基づいた排出量推計モデルを適用することにより、排出量を算出するようにしている。

特開２００１−３１９２９１号公報 特開２００５−４４２５号公報 ２００２年１１月、第２６回土木計画学研究・講演集、「直線近似された車両軌跡からの排出量推計手法」（小根山、大口、赤羽、桑原）

しかしながら、上述した従来技術においては、次のような問題がある。特許文献１においては、大気中の濃度を観測し、その結果に基づいて交通量を制御するが、大気中の濃度にはバックグラウンドの汚染排出に起因する量が含まれることから、交通制御のためには車両の排出分を特定する必要があり、これを何らかの手段によって濃度から特定する必要がある。また、一般的には排気された物質が計測器に到達するまでに時間がかかるため、制御に用いる場合のタイムラグとなり、リアルタイムに制御を行うことが困難である。また、このような設備は大掛かり且つ高価であるため、設置コストが大きく、現状では十分に整備できていない。

特許文献２においては、走行車両を撮影するためのカメラの設置場所が限られることと、カメラが既存の超音波感知器などに比べて設置コストが嵩むことから、増設も難しく、現状では信号制御に十分な数を確保できていない。

非特許文献１においては、排出量の算出に走行軌跡から求めた速度推移を用いているため、リンクごとや日種、時間帯ごとに軌跡のプロファイルを用意しなければならない。そのためには個々の車両の走行情報を要するが、現状、車両感知器の観測データからは得られず、何らかの手段によって適切に設定しなければならない。すなわち、この方法の実施は現実的に非常に困難である。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、車両の排気ガスによる環境汚染を最小限に抑えるための交通量の制御を容易に且つリアルタイムに行うことができるとともに、交通量制御にかかるコストを最小限に抑えることができる信号制御装置及び信号制御方法を提供することを目的とする。

上記目的は下記構成又は方法により達成される。
（１） 道路網に設置された信号機群の灯火を決定する制御パラメータ及び制御エリアを生成する信号制御装置において、所定時間ごとに車両を感知する既存の感知器のデータから得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データとその時点で運用されている制御パラメータ・エリア情報を取得し、記録媒体に蓄積するデータ収集手段と、前記データ収集手段で収集された各種情報から車両の推移を再現し、再現した車両の速度や交通量に基づいて汚染物質排出量を算出し、算出した排出量が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成する制御パラメータ・エリア生成手段と、を備える。

（２） 道路網に設置された信号機群の灯火を決定する制御パラメータ及び制御エリアを生成する信号制御装置において、所定時間ごとに車両を感知する既存の感知器のデータから得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データとその時点で運用されている制御パラメータ・エリア情報を取得し、記録媒体に蓄積するデータ収集手段と、前記データ収集手段で収集された各種情報から車両の推移を再現し、再現した車両の待ち時間と停止回数を算出し、算出した前記車両の待ち時間と前記停止回数を汚染物質排出量に相当する遅れ値に換算するための係数を用いて前記遅れ値を求め、求めた遅れ値が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成する制御パラメータ・エリア生成手段と、を備える。

（３） 上記（２）に記載の信号制御装置において、前記車両の待ち時間と停止回数の換算係数を介した総和である遅れ値と汚染物質排出量の関係に基づき、車両の待ち時間と停止回数とから排出量に相当する遅れ値へ換算する係数を求める遅れ値換算係数算出手段を備える。

（４） 道路網に設置された信号機群の灯火を決定付ける制御パラメータ及び制御エリアを生成する信号制御方法において、車両を感知する既存の感知器を利用し、所定時間ごとに感知器データから得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データとその時点で運用されている制御パラメータ・エリア情報を取得して記録媒体に蓄積する工程と、蓄積した各種情報から車両の推移を再現し、再現した車両の速度や交通量に基づいて汚染物質排出量を算出し、算出した排出量が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成する工程と、を備える。

（５） 道路網に設置された信号機群の灯火を決定付ける制御パラメータ及び制御エリアを生成する信号制御方法において、車両を感知する既存の感知器を利用し、所定時間ごとに感知器データから得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データとその時点で運用されている制御パラメータ・エリア情報を取得して記録媒体に蓄積する工程と、蓄積した各種情報から車両の推移を再現し、再現した車両の待ち時間と停止回数を算出し、算出した前記車両の待ち時間と前記停止回数を汚染物質排出量に相当する遅れ値に換算するための係数を用いて前記遅れ値を求め、求めた遅れ値が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成する工程と、を備える。

上記（１）に記載の信号制御装置では、車両を感知する感知器から得られる交通流データと制御パラメータ・エリア情報に基づいて汚染物質排出量を最小化する信号制御パラメータ及びエリア情報を得ることができる。また、既存の感知器を利用することで、コストの削減が可能となり、また排気ガスを検知する場合と比べて交通量の制御をリアルタイムに行うことができる。

上記（２）及び（３）に記載の信号制御装置では、車両を感知する感知器から得られる交通流データと制御パラメータ・エリア情報に基づいて汚染物質排出量に相当する待ち時間や停止回数を最小化する信号制御パラメータ及びエリア情報を得ることができる。また、上記（１）に記載の信号制御装置と同様に、既存の感知器を利用するので、コストの削減が可能となり、また排気ガスを検知する場合と比べて交通量の制御をリアルタイムに行うことができる。

上記（４）に記載の信号制御方法では、車両を感知する感知器から得られる交通流データと制御パラメータ・エリア情報に基づいて汚染物質排出量を最小化する信号制御パラメータ及びエリア情報を得ることができる。また、既存の感知器を利用することで、コストの削減が可能となり、また排気ガスを検知する場合と比べて交通量の制御をリアルタイムに行うことができる。

上記（５）に記載の信号制御方法では、車両を感知する感知器から得られる交通流データと制御パラメータ・エリア情報に基づいて汚染物質排出量に相当する待ち時間や停止回数を最小化する信号制御パラメータ及びエリア情報を得ることができる。また、上記（４）に記載の信号制御方法と同様に、既存の感知器を利用するので、コストの削減が可能となり、また排気ガスを検知する場合と比べて交通量の制御をリアルタイムに行うことができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る信号制御装置の概略構成を示すブロック図である。この図において、本実施の形態の信号制御装置１０は、データ収集部１１と、交通情報データベース１２と、待ち時間・停止回数・排出量記憶部（以下、記憶部と呼ぶ）１３と、制御パラメータ・エリア生成部１４とを備えて構成され、交通流を検出するための既存の感知器２５を用いて交通流を計測し、この計測によって得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データと制御パラメータ・エリア情報に基づいて道路網２０における複数の信号機２１を制御するための制御パラメータ及び制御エリア２２を生成する。道路網２０は、信号機２１が設置された交差点２３と交差点間を結ぶ道路２４からなる。また、道路網２０には、交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データを得るための感知器２５が設置されている。感知器２５は、通信回線を介して信号制御装置１０に接続されている。

信号制御装置１０のデータ収集部１１は、所定時間（例えば５分）ごとに交通流データと交通流データを得た時点で運用されている制御パラメータ・エリア（以下、運用制御パラメータ・エリアと呼ぶ）を収集して交通情報データベース１２に蓄積し、任意の時間帯で抽出可能とする。データ収集部１１及び制御パラメータ・エリア生成部１４は、例えばコンピュータの１つの機能として実現される。

次に、信号制御装置１０の動作について説明する。制御パラメータ・エリア生成部１４は、交通情報データベース１２に蓄積されている交通流データ及び運用制御パラメータ・エリアを抽出し、抽出した交通流データと運用制御パラメータ・エリアに基づいて車両の汚染物質排出量を算出する。そして、算出した車両の汚染物質排出量を最小化する制御パラメータ及び制御エリア２２を生成する。本実施の形態では、制御対象の道路網内において感知器データと運用制御パラメータ・エリアのいずれも５分周期で更新し、１周期を１時点として交通情報データベース１２に順次格納されているものとする。

図２及び図３は、制御パラメータ・エリア生成部１４の動作を示すフロー図である。また、図４は制御パラメータ・エリア生成部１４の動作概念図である。ここでは、制御パラメータ・エリア生成部１４が呼び出された時刻をｔ＝０とし、１時点の中で与えられた計算時間ｔ＝ｅを満たすまで以下の処理を行う。まず、交通情報データベース１２から最新の運用制御パラメータ・エリアを読み込み、これを次候補として図示しないメモリに格納する（ステップＳ１００）。また同様に、最新の感知器データを読み込む（ステップＳ１０１）。次いで、交通流シミュレーションモデル１５（図４参照）を用いて、感知器データから得られる交通量と速度を交通流シミュレーションモデル１５への入力情報として適用し、次候補の制御パラメータ・エリアにて車両（又は車群）の推移を計算する（ステップＳ１０２）。

車両（又は車群）の推移を計算した後、対象道路網に含まれる全てのリンク（道路）ｉ（ｉ＝１,２,…,Ｌ）について交通量Ｑｉ、速度Ｖｉ、待ち時間Ｄｉ、停止回数Ｓｉを抽出する（ステップＳ１０３）。そして、これらの値に基づいて車両の走行状態を「停止」、「等速」、「停発進」に分類し、予め走行調査などによって求めた各状態の排出係数を適用して排出量を算出する。この際、ＮＯｘ（窒素酸化物）排出量算出モデル１６（図４参照）を用いる。まず、待ち時間Ｄｉに停止時の排出係数Ｎdelayを乗じて停止時排出量ｐｄを求める（ステップＳ１０４）。これを下記の式（１）に示す。

ｐｄ＝Ｄｉ×Ｎdelay …（１）

次いで、停止回数Ｓｉに相当する台数が停発進を伴い走行するものとして、この停止回数Ｓｉに停発進時の排出係数Ｎstopを乗じて停発進時排出量ｐｓを求める（ステップＳ１０５）。これを下記の式（２）に示す。

ｐｓ＝Ｓｉ×Ｎstop …（２）

さらに、交通量Ｑｉから停止回数Ｓｉを除いた台数が速度Ｖｉで通過するものと見做し、Ｑｉ−Ｓｉに速度Ｖｉ時の排出係数Ｎconst(Vi)を乗じて等速時排出量ｐｃを求める（ステップＳ１０６）。これを下記の式（３）に示す。

ｐｃ＝（Ｑｉ−Ｓｉ）×Ｎconst(Vi) …（３）

停止時排出量ｐｄ、停発進時排出量ｐｓ及び等速時排出量ｐｃを求めた後、これらの合計をリンク（道路）ｉの排出量Ｐｉとする（ステップＳ１０７）。これを下記の式（４）に示す。

Ｐｉ＝ｐｄ＋ｐｓ＋ｐｃ …（４）

次に、リンク（道路）１〜Ｌの総排出量Ｅｐ（=ΣＰｉ）がこれまでの最小値であるかどうかを判定する（ステップＳ１０８）。リンク１〜Ｌの総排出量Ｅｐがこれまでの最小値であれば、リンク１〜Ｌの総排出量ＥｐをＥminに代入する（ステップＳ１０９）。そして、次候補を暫定案として上記した図示しないメモリに格納する（ステップＳ１１０）。次いで、終了条件を満足しているかどうか判定し（ステップＳ１１１）、終了条件を満たしていない場合は、次候補の一部を変更し、ステップＳ１０２以降を繰り返す。これに対して、終了条件を満たしている場合は、Ｅminとなる場合の待ち時間Ｄと停止回数Ｓを記憶部１３に保存する（ステップＳ１１２）。そして、暫定案を生成パラメータ・エリアとして道路網２０へ送出する（ステップＳ１１３）。

このように、本実施の形態の信号制御装置１０によれば、制御パラメータ・エリアに加えて、既存の感知器２５から得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データを用いて、車両の推移を再現し、再現した車両の速度や交通量に基づいて汚染物質排出量を算出し、算出した汚染物質排出量が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成するので、車両の排気ガスによる環境汚染を最小限に抑えるための交通量の制御を容易に且つリアルタイムに行うことができるとともに、交通量制御にかかるコストを最小限に抑えることができる。すなわち、交通流円滑化と排出量低減を両立させることができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る信号制御装置の概略構成を示すブロック図である。この図において、上述した実施の形態１で説明した図１と重複する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態の信号制御装置３０は、実施の形態１と同様のデータ収集部１１と交通量データベース１２と記憶部１３に加えて、制御パラメータ・エリア生成部３１と遅れ値換算係数算出部３２とを備えている。

次に、信号制御装置３０の動作を説明する。制御パラメータ・エリア生成部３１は、交通情報データベース１２から交通流データを抽出し、それに基づいて車両の待ち時間と停止回数を算出し、これらを換算した汚染物質排出量相当の遅れ値に基づいて制御パラメータ及び制御エリアを生成する。遅れ値換算係数算出部３２は、遅れ値と汚染物質排出量の関係に基づいて、待ち時間と停止回数から排出量に換算する係数を算出する。本実施の形態は、実施の形態１と同様に、制御対象の道路網２０内において感知器データと運用制御パラメータ・エリアをいずれも５分周期で更新し、１周期を１時点として交通情報データベース１２に順次格納するものとする。

以下、制御パラメータ・エリア生成部３１と遅れ値換算係数算出部３２の動作の詳細について説明する。図６及び図７は、制御パラメータ・エリア生成部３１の動作を示すフロー図である。また、図８は制御パラメータ・エリア生成部３１の動作概念図である。ここでは、制御パラメータ・エリア生成部３１が呼び出された時刻をｔ＝０とし、１時点の中で与えられた計算時間ｔ＝ｅを満たすまで以下の処理を行う。まず、交通情報データベース１２から最新の運用制御パラメータ・エリアを読み込み、これを次候補として図示しないメモリに格納する（ステップＳ２００）。同様に、最新の感知器データを読み込む（ステップＳ２０１）。次いで、交通流シミュレーションモデル１５（図８参照）を用い、感知器データによる交通量と速度を交通流シミュレーションモデル１５への交通流情報として適用し、次候補の制御パラメータ・エリアにてシミュレーション上の信号制御を実施した場合の待ち時間Ｄと停止回数Ｓを算出する（ステップＳ２０２）。次いで、遅れ値換算係数算出部３２により予め算出した係数を上記した図示しないメモリから読み込み（ステップＳ２０３）、式（５）に従って待ち時Ｄと停止回数Ｓを汚染物質排出量に相当する遅れ値Ｅｐに換算する（ステップＳ２０４）

遅れ値Ｅｐ＝排出量Ｐ＝αＤ＋βＳ＋γ …（５）

次いで、換算した遅れ値Ｅｐがこれまでの最小値であるかどうかを判定し（ステップＳ２０５）、最小値であれば、ＥｐをＥｍｉｎに代入し（ステップＳ２０６）、次候補を暫定案として上記した図示しないメモリに格納する（ステップＳ２０７）。次に、終了条件を満たしているかどうかを判定し（ステップＳ２０８）、満たしていない場合は、次候補の一部を変更し、ステップＳ２０２以降を繰り返す。終了条件を満たしている場合は、Ｅｍｉｎとなる場合の待ち時間Ｄと停止回数Ｓを記憶部１３に保存し（ステップＳ２０９）、暫定案を生成パラメータ・エリアとして道路網２０に送出する（ステップＳ２１０）。

図９は、遅れ値換算係数算出部３２の動作を示すフロー図である。また、図１０は遅れ値換算係数算出部３２の動作概念図である。本実施の形態では、交通情報データベース１２に蓄積された情報から既知の交通流ミクロシミュレーションモデル（道路上の各車両の挙動を各瞬間ごとにコンピュータ上で再現し、交通流の予測を行うもの）を用いて求めた複数時点ｔ(＝ｉ,ｉ−１,ｉ−２, … ,ｉ−ｎ)分の待ち時間、停止回数、汚染物質排出量のセットが記憶部１３に蓄積されているものとする。遅れ値換算係数算出部３２は、記憶部１３に蓄積された複数時点ｔ(＝ｉ,ｉ−１,ｉ−２, … ,ｉ−ｎ)の待ち時間ｄｔ、停止回数ｓｔ、排出量ｐｔを読み込む（ステップＳ３００）。本実施の形態では、図１０に示すように、待ち時間ｄｔ、停止回数ｓｔ及び排出量ｐｔの３つを軸とする空間上の各値の分布から、これらの関係を表すモデルを構築する。ここでは、ＮＯｘ（窒素酸化物）排出量を目的関数、待ち時間と停止回数を説明変数（各々の変量はα、β）とする重回帰モデル（式（６））を用いることとし、この重回帰モデルにｄｔ、ｓｔ、ｐｔを入力する（ステップＳ３０１）。

Ｐｔ＝αｄｔ＋βｓｔ＋γ …（６）

次いで、最小二乗法を用いてα、β、γを算出する（ステップＳ３０２）。このα、β及びγを遅れ値換算係数として上記した図示しないメモリに保存し（ステップＳ３０３）、処理を終了する。

このように、本実施の形態の信号制御装置３０によれば、制御パラメータ・エリアに加えて、既存の感知器２５から得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データを用いて、車両の推移を再現し、再現した車両の待ち時間と停止回数を算出し、算出した車両の待ち時間と停止回数を汚染物質排出量に相当する遅れ値に換算するための係数を用いて遅れ値を求め、求めた遅れ値が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成するので、車両の排気ガスによる環境汚染を最小限に抑えるための交通量の制御を容易に且つリアルタイムに行うことができるとともに、交通量制御にかかるコストを最小限に抑えることができる。すなわち、交通流円滑化と排出量低減を両立させることができる。

本発明は、交通流円滑化と排出量低減を両立する信号制御のための制御パラメータ及び制御エリアを得ることができるといった効果を有し、信号制御装置等への適用が可能である。

本発明の実施の形態１に係る信号制御装置の概略構成を示すブロック図 図１の制御パラメータ・エリア生成部の動作を説明するためのフロー図 図１の制御パラメータ・エリア生成部の動作を説明するためのフロー図 図１の制御パラメータ・エリア生成部の動作概念図 本発明の実施の形態２に係る信号制御装置の概略構成を示すブロック図 図５の制御パラメータ・エリア生成部の動作を説明するためのフロー図 図５の制御パラメータ・エリア生成部の動作を説明するためのフロー図 図５の制御パラメータ・エリア生成部の動作概念図 図５の遅れ値換算係数算出部の動作を説明するためのフロー図 図５の遅れ値換算係数算出における処理を説明するための図

符号の説明

１０、３０ 信号制御装置
１１ データ収集部
１２ 交通情報データベース
１３ 記憶部
１４、３１ 制御パラメータ・エリア生成部
１５ 交通流シミュレーションモデル
１６ ＮＯｘ排出量算出モデル
２０ 道路網
２１ 信号機
２２ 制御エリア
２３ 交差点
２４ 道路
２５ 感知器
３２ 遅れ値換算係数算出部

Claims (5)

1. 道路網に設置された信号機群の灯火を決定する制御パラメータ及び制御エリアを生成する信号制御装置において、
   所定時間ごとに車両を感知する既存の感知器のデータから得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データとその時点で運用されている制御パラメータ・エリア情報を取得し、記録媒体に蓄積するデータ収集手段と、
   前記データ収集手段で収集された各種情報から車両の推移を再現し、再現した車両の速度や交通量に基づいて汚染物質排出量を算出し、算出した排出量が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成する制御パラメータ・エリア生成手段と、
   を備える信号制御装置。
2. 道路網に設置された信号機群の灯火を決定する制御パラメータ及び制御エリアを生成する信号制御装置において、
   所定時間ごとに車両を感知する既存の感知器のデータから得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データとその時点で運用されている制御パラメータ・エリア情報を取得し、記録媒体に蓄積するデータ収集手段と、
   前記データ収集手段で収集された各種情報から車両の推移を再現し、再現した車両の待ち時間と停止回数を算出し、算出した前記車両の待ち時間と前記停止回数を汚染物質排出量に相当する遅れ値に換算するための係数を用いて前記遅れ値を求め、求めた遅れ値が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成する制御パラメータ・エリア生成手段と、
   を備える信号制御装置。
3. 前記車両の待ち時間と停止回数の換算係数を介した総和である遅れ値と汚染物質排出量の関係に基づき、車両の待ち時間と停止回数とから排出量に相当する遅れ値へ換算する係数を求める遅れ値換算係数算出手段を備える請求項２に記載の信号制御装置。
4. 道路網に設置された信号機群の灯火を決定付ける制御パラメータ及び制御エリアを生成する信号制御方法において、
   車両を感知する既存の感知器を利用し、所定時間ごとに感知器データから得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データとその時点で運用されている制御パラメータ・エリア情報を取得して記録媒体に蓄積する工程と、
   蓄積した各種情報から車両の推移を再現し、再現した車両の速度や交通量に基づいて汚染物質排出量を算出し、算出した排出量が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成する工程と、
   を備える信号制御方法。
5. 道路網に設置された信号機群の灯火を決定付ける制御パラメータ及び制御エリアを生成する信号制御方法において、
   車両を感知する既存の感知器を利用し、所定時間ごとに感知器データから得られる交通量、速度、大型車混入率を含む交通流データとその時点で運用されている制御パラメータ・エリア情報を取得して記録媒体に蓄積する工程と、
   蓄積した各種情報から車両の推移を再現し、再現した車両の待ち時間と停止回数を算出し、算出した前記車両の待ち時間と前記停止回数を汚染物質排出量に相当する遅れ値に換算するための係数を用いて前記遅れ値を求め、求めた遅れ値が最小となる制御パラメータ及び制御エリアを生成する工程と、
   を備える信号制御方法。

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