JP2022068866A - Gnss受信状況が突然かつ顕著に変化する場合における、車両のgnssに基づく位置特定装置の位置特定結果に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するための方法 - Google Patents

Gnss受信状況が突然かつ顕著に変化する場合における、車両のgnssに基づく位置特定装置の位置特定結果に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、GNSS受信状況が突然かつ顕著に変化する場合における、車両(1)のGNSSに基づく位置特定装置(2)の位置特定結果に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するための方法に関する。【解決手段】当該方法は、a)GNSSに基づく位置特定装置(2)を用いて、車両(1)の現在の自己位置を特定するステップと、b)GNSSに基づく位置特定装置(2)を用いて、ステップa)において特定された自己位置に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するステップと、c)突然かつ顕著に変化した又は顕著に変更されたGNSS受信状況を識別するステップと、d)少なくとも1つの完全性情報を決定するステップを、変化した又は変更されたGNSS受信状況に適合させるステップと、を少なくとも含む方法である。【選択図】図1

Description

本発明は、GNSS受信状況が突然かつ顕著に変化する場合における、車両のGNSSに基づく位置特定装置の位置特定結果に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するための方法に関する。さらに、本方法を実施するためのコンピュータプログラムと、機械可読記憶媒体と、対応して構成された車両のための位置特定装置とが提示される。本発明は、特に、自律運転又は半自律運転のためのGNSSに基づく位置特定システムにおいて使用可能である。
従来技術
全地球航法衛星システム(GNSS)を用いて、地球上の実質的にあらゆる箇所において地理空間的な位置特定を企図することが可能である。GNSS衛星は、地球を周回して、符号化された信号を送信し、この信号を用いて、GNSS受信機は、信号を受信した時点と送信時間との間の時間差を推定することによって受信機から衛星までの距離又は間隔を計算する。十分な数の衛星(典型的には6つ以上)が追跡されている場合には、衛星までの推定距離を、受信機の位置についての推定値に変換することができる。現在のところ、地球を周回しているGNSS衛星は130を超えており、このことは、即ち、通常、そのうちの最大65個の衛星が、局所的な水平面において可視となることを意味する。
(GNSS/INS)位置特定センサの性能について話題となる場合には、通常は、精度、継続性及び可用性の3つの基準に加えて、完全性基準も言及される。完全性とは、一般に、GNSS又はGNSS/INSシステムによって提供される情報の正確性に置くことができる信頼の尺度として定義される。これまでに研究された完全性を決定するためのアプローチは、実質的に、位置特定ソリューションのパラメータ推定値に対する現在の分散及び/又は標準偏差に基づいている。しかしながら、主として数学的であるこのアプローチは、外部の影響の変化を十分に考慮することができないという欠点を有し得るものであり、従って、場合によっては少なくとも一時的に、実際の状況を十分に反映していない完全性値、最悪の場合には、高過ぎる完全性を有する完全性値が決定される。この関連において、本明細書においては、特に、完全性の決定が実施される位置特定ソリューションをさらに改善することに焦点が当てられる。
発明の開示
本明細書においては、請求項1によれば、GNSS受信状況が突然かつ顕著に変化する場合における、車両の(少なくとも同様に)GNSSに基づく位置特定装置の位置特定結果に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するための方法であって、
a)GNSSに基づく位置特定装置を用いて、車両の現在の自己位置を特定するステップと、
b)GNSSに基づく位置特定装置を用いて、ステップa)において特定された自己位置に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するステップと、
c)突然かつ顕著に変化した又は顕著に変更されたGNSS受信状況を識別するステップと、
d)少なくとも1つの完全性情報を決定するステップを、変化した又は変更されたGNSS受信状況に適合させるステップと、
を少なくとも含む方法が提案される。
ステップa)、b)、c)及びd)は、本方法を実施するために、例えば、少なくとも1回及び/又は繰り返し、提示されている順序により実施可能である。さらに、ステップa)、b)、c)及びd)、特にステップa)及びb)並びに場合によってはc)は、少なくとも部分的に並行に又は同時に実施可能である。
本方法は、(純粋に又は主として)GNSSに基づく位置特定が不可能となっているフェーズ中に、特に推測航法(いわゆる非天測位置推測法(デッドレコニング:Dead Reckoning)、略してDR)中に、例えばいわゆる保護レベルのような少なくとも1つの完全性情報を決定するために貢献することができる。推測航法とは、特に位置特定装置が、例えば慣性航法のような慣性による位置特定方式を使用しているフェーズ又は動作モードに関連している。このことは、例えば、建物若しくは道路の谷間において、トラックの隣において、及び/又は、トンネル内において、観察され得るようにGNSS受信が妨害されている場合又は非常に制限されている場合に実施可能である。
位置特定装置(位置特定センサ)は、例えば、組合せ型のGNSS-INSセンサであり得るものであり、又は、位置特定装置は、そのようなセンサを含み得る。この関連において、INSとは、慣性航法システム(Inertial Navigation System)の略である。従って、位置特定装置は、少なくともGNSS測定にも基づいて、車両の位置特定を実施するように構成可能である。好ましくは、位置特定装置は、GNSS測定及び慣性測定に基づいて、及び/又は、周囲センサデータのような車両センサデータと組み合わせられて若しくは融合されて、車両の位置特定を実施するようにも構成可能である。車両センサとして、例えば、操舵角センサ及び/又は車輪速度センサを使用することができる。周囲センサとして、例えば、カメラ、レーダセンサ、ライダセンサ、及び/又は、超音波センサを使用することができる。さらに、デジタル地図からの地図データ、及び/又は、他の車両からのメッセージを、位置特定の際に使用することができる。
ステップa)においては、GNSSに基づく位置特定装置を用いて、車両の現在の自己位置を特定するステップが実施される。位置特定装置は、組合せ型(ハイブリッド型)のGNSS及びINSに基づく位置特定を実施することができる。GNSSに基づく位置特定が一時的に不可能となっている場合には、ステップa)においてINSに基づく位置特定を使用することができる。位置特定装置は、位置特定のために少なくとも1回のパラメータ推定を実施することができる。パラメータとして、例えば、(自己)位置、(自己)速度、(自己)加速度、及び/又は、車両の向きを推定することができる。特に、少なくとも車両の(自己)位置が推定される。
ステップb)においては、GNSSに基づく位置特定装置を用いて、ステップa)において特定された自己位置に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するステップが実施される。完全性情報は、特に、(上記の少なくとも1つのパラメータの)パラメータ推定の完全性範囲であるものとしてよく、完全性範囲は、最低確率を有する推定されたパラメータが位置する範囲を表す。換言すれば、完全性範囲は、最低確率を有する推定されたパラメータ値が実際に位置する範囲を表す。推定されたパラメータ(値)は、基本的に、パラメータ推定の(個々の、特に現在の)推定結果を表す。このことは、即ち、換言すれば、特に、完全性範囲が、最低確率を有する推定されたパラメータの現実又は実際の値が位置する範囲を表すことを意味する。このような完全性範囲は、いわゆる「保護レベル(Protection Level)」と称されることもある。
最低確率は、一般に、事前定義された最低確率である。最低確率は、好ましくは90%、特に好ましくは95%、又は、それどころか99%である。
完全性範囲は、好ましくは保護レベルである。保護レベルは、一般に、最低確率を有する推定されたパラメータ(値)が(実際に)位置する(空間的な、特に2次元又は3次元の)範囲を表す。推定されたパラメータ(値)は、基本的に、パラメータ推定の(個々の、特に現在の)推定結果を表す。このことは、即ち、換言すれば、特に、保護レベルが、最低確率を有する推定されたパラメータの現実又は実際の値が位置する範囲を表すことを意味する。
さらに換言すれば、保護レベルは、特に、最低確率を有する推定されたパラメータの真実の値が位置する信頼区間又は(空間的な)信頼範囲を表す。パラメータの推定値は、通常、信頼区間又は信頼範囲の中心又は中央に存在する。
推定されたパラメータの現実又は実際の値が、実際に保護レベル内に位置するときに有する最低確率は、「通常の」完全性範囲の場合よりもさらに大幅に高くなる。最低確率は、ここでは通常、99.99%を超え、特に好ましくは99.999%を超え、又は、それどころか99.9999%を超える。保護レベルの場合にも、最低確率をパーセントによって表現することができないが、所定の時間間隔における可能性のある誤差の形態において表現することができる。例えば、問題となっているパラメータが最大でも10年に一度だけ保護レベルの範囲外になるように、保護レベルを定義することができる。保護レベルは、例えば、単位のない確率として、又は、レート、即ち、所定の時間間隔にわたる誤差確率として表現可能である。
保護レベルは、都市部の車両の脈絡において使用される完全性コンセプトの(安全性)パラメータである。保護レベルは、統計的誤差限界としても説明可能であり、この統計的誤差限界は、絶対的な位置誤差が警報限界を上回っている確率が、完全性の目標危険度以下になるように計算される。警報限界の定義と同様に保護レベルも、通常、水平平面(Horizontal Protection Level,HPL)と、鉛直方向(Vertical Protection Level,VPL)とに対して別々に定義可能である。本明細書においては、特に水平方向の次元に焦点が当てられており、この水平方向の次元は、円の半径を有する又は(より一般的には)水平平面(WGS-84楕円体に接する局所的な平面)における楕円の半軸を有する水平方向の保護レベルとして定義されており、その中心は、指定された水平位置への準拠が保証されている範囲を表す真実の位置に存在する。これは、特に、自律的な誤差検出が使用される場合における、選択された衛星セットの誤動作及び誤警報の識別に対する要件が満たされる水平方向の範囲である。一般に、警報限界は、用途によって定められ、保護レベルは、位置特定装置によって計算される。位置誤差を観察することはできないので、指定された警報限界(AL)と計算された保護レベル(PL)とを比較することによって警報の判断を実施することができ、特に、PL>ALの場合に、警報を起動することができる。これに対して、PL<ALの場合には、通常、警報は起動されない。
ステップc)においては、突然かつ顕著に変化した又は顕著に変更されたGNSS受信状況を識別するステップが実施される。GNSS受信状況は、特に(妨害及び/又は反射されずに)受信可能なGNSS衛星の数及び/又はコンステレーションによって特徴付けられる。このことは、通常、車両又は車両のGNSSアンテナによって受信可能なGNSS衛星に関連している。本明細書における「突然」とは、換言すれば、特に、突如の変化、例えば、60秒以下の期間にわたって、好ましくは30秒以下の期間にわたって、特に好ましくは15秒以下の期間にわたって生じる変化であると理解される。本明細書における「顕著」とは、換言すれば、特に重大な意味を持つ変化、例えば、GNSS受信状況の少なくとも50%、好ましくは少なくとも70%、特に好ましくは少なくとも90%の変化であると理解される。例えば、トンネルに入ると、GNSS受信状況の顕著な低下が観察され得る。受信可能なGNSS衛星の数は、一般に突然、少なくとも90%又はそれどころか100%減少する。例えば、トンネルから出ると、GNSS受信状況の顕著な増加が観察され得る。受信可能なGNSS衛星の数は、一般に突然、増加する。例えば、トンネル内を走行している間には、GNSS受信状況の顕著な変化が観察され得る。トンネルは、顕著なGNSS遮蔽を有する区域の一例として選択されている。比較指標として、特に、妨害のないスペースにおける通常のGNSS受信が使用される。
ステップd)においては、少なくとも1つの完全性情報を決定するステップを、変化した又は変更されたGNSS受信状況に適合させるステップが実施される。適合のために、特に、その他の方法により数学的に規定された完全性情報の計算への人為的な介入が行われる。通常の(妨害されていない)GNSS受信状況の場合には、完全性情報は、例えば、自己位置の推定値に対する少なくとも1つの分散及び/又は標準偏差に基づいて決定可能である。このために、例えばカルマンフィルタのような位置特定フィルタを使用することができる。このようなフィルタには、一般に、アルゴリズムが格納されており、このアルゴリズムは、入力量としてGNSSデータ及び/又はINSデータを処理し、推定の枠内において出力量として、位置結果と、分散(又は標準偏差)及び/又は共分散行列のような、位置結果に関連する完全性情報とを出力することができる。この関連において、適合は、例えば、完全性情報(分散及び/又は標準偏差)にスケーリング係数が乗算されるように及び/又は完全性情報に上乗せ分が加算されるように実施可能である。本明細書において焦点が当てられている受信状況の変化の場合、典型的には、完全性情報、特に保護レベルに関して低過ぎる値が観察され得るので、通常、差し引きは必要ない。このことは、即ち、換言すれば、特に、スケーリング係数及び/又は上乗せ(値)が、一般に、常に正であることを意味する。
有利な実施形態によれば、ステップd)における適合を、突然かつ顕著に変化した又は顕著に変更されたGNSS受信状況の結果として生じた完全性情報の変化が減衰されるように及び/又は少なくとも部分的に修正されるように実施することが提案される。「減衰」とは、特に、強過ぎる偏位が人為的に下方へ打ち消されることであると理解すべきである。
さらなる有利な実施形態によれば、ステップd)における適合を、GNSS受信が突然かつ顕著に減少している間に、(正の)スケーリング係数によって完全性情報がスケーリングされるように及び/又は算定された第1の(正の)上乗せ値が完全性情報に適用されるように実施することが提案される。この関連において、スケーリング係数によるスケーリング及び/又は算定された第1の上乗せ値の適用は、事前定義可能な第1の期間にわたって(即ち、第1の事前定義可能な期間の間)実施可能である。第1の期間は、例えば、トンネルに入るときの通常の遷移時間に従って選択可能である。
さらなる有利な実施形態によれば、ステップd)における適合を、GNSS受信が顕著に減少している間に、算定された第2の(正の)上乗せ値が完全性情報に適用されるように実施することが提案される。第2の期間は、通例では想定されていないが、第2の期間にわたって第2の上乗せ値を上乗せすることも考えられ得る。
さらなる有利な実施形態によれば、ステップd)における適合を、GNSS受信が突然かつ顕著に増加している間に、算定された第3の(正の)上乗せ値が完全性情報に適用されるように実施することが提案される。この関連において、算定された第3の上乗せ値の適用は、事前定義可能な第3の期間にわたって(即ち、事前定義可能な第3の期間の間)実施可能である。第3の期間は、例えば、トンネルから出るときの通常の遷移時間に従って選択可能である。
さらなる態様によれば、本明細書において開示されている方法を実施するためのコンピュータプログラムが提案される。このことは、換言すれば、特に、コンピュータによって実行された場合に、本明細書において開示されている方法をコンピュータに実施させるための命令を含むコンピュータプログラム(製品)に関連する。
さらなる態様によれば、本明細書において開示されているコンピュータプログラムが格納又は記憶されている機械可読記憶媒体が提案される。基本的に、機械可読記憶媒体は、コンピュータ可読データ担体である。
さらなる態様によれば、本明細書に記載されている方法を実施するように構成されている、車両のための位置特定装置が提案される。本装置は、例えば、本方法を実施するための命令を実行することができる計算装置及び/又は制御装置(コントローラ)を含み得る。このために、計算装置又は制御装置は、例えば、指定されたコンピュータプログラムを実行することができる。例えば、計算装置又は制御装置は、コンピュータプログラムを実行することができるようにするために、指定された記憶媒体にアクセスすることができる。位置特定装置は、例えば、特に車両内又は車両上に配置された運動センサ及び位置センサであり得る。
本方法との関連において論じられた詳細、特徴及び有利な実施形態は、本明細書において開示されているコンピュータプログラム及び/又は記憶媒体及び/又は位置特定装置においても対応して具現化可能であり、逆もまた同様である。その限りにおいて、本明細書における特徴をより詳細に特徴付けるための説明が全範囲において参照される。
以下においては、本明細書において開示されている解決策及びその技術的環境を、図面に基づいて、より詳細に説明する。本発明が、提示されている実施例によって限定されることを意図していないことに留意すべきである。特に、別段の明記がない限り、図面において説明されている事項内容の部分的な側面を抽出して、他の図面及び/又は本明細書からの他の構成要素及び/又は知識と組み合わせることも可能である。
本明細書において開示されている方法の例示的なシーケンスを示す図である。 本明細書に記載されている、車両における例示的な位置特定装置を示す図である。
図1は、本明細書において開示されている方法の例示的なシーケンスを概略的に示している。本方法は、GNSS受信状況が突然かつ顕著に変化する場合における、車両1のGNSSに基づく位置特定装置2の位置特定結果に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するために使用される。ブロック110、120、130及び140によって図示されているステップa)、b)、c)及びd)の順序は、例示的なものであり、本方法を実施するために、例えば少なくとも1回、図示されている順序により完遂可能である。
ブロック110におけるステップa)によれば、GNSSに基づく位置特定装置2を用いて、車両1の現在の自己位置を特定するステップが実施される。ブロック120におけるステップb)によれば、GNSSに基づく位置特定装置2を用いて、ステップa)において特定された自己位置に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するステップが実施される。ブロック130におけるステップc)によれば、突然かつ顕著に変化した又は顕著に変更されたGNSS受信状況を識別するステップが実施される。ブロック140におけるステップd)によれば、少なくとも1つの完全性情報を決定するステップを、変化した又は変更されたGNSS受信状況に適合させるステップが実施される。
ステップd)における適合は、突然かつ顕著に変化した又は顕著に変更されたGNSS受信状況の結果として生じた完全性情報の変化が減衰されるように及び/又は少なくとも部分的に修正されるように実施可能である。
ステップd)における適合は、GNSS受信が突然かつ顕著に減少している間に、スケーリング係数によって完全性情報がスケーリングされるように及び/又は算定された第1の上乗せ値が完全性情報に適用されるように実施可能である。この関連において、スケーリング係数によるスケーリング及び/又は算定された第1の上乗せ値の適用は、事前定義可能な第1の期間にわたって実施可能である。
例えば、非天測位置推測法領域に入るときに又は非天測位置推測法領域に入った直後に、第1の期間にわたって、完全性情報として例示的に使用される(現在の)保護レベル(PL)を、以下の式:
PL(t)=s・sigma+b
に従って計算することができる。
ここで、tは、(現在の)時間、sは、第1のスケーリング係数、bは、第1の上乗せ値、sigmaは、自己位置の推定値の(現在の)標準偏差(又は分散の根)である。
第1の期間は、実験的に算定可能である。例示的に、本実施例においては、10秒を使用することができる。第1のスケーリング係数も、実験的に算定可能である。sigmaは、例えば、位置特定装置の位置特定フィルタからの推定された(現在の)標準偏差である。
第1の上乗せ値は、系統的誤差(バイアス)を補正するために使用可能であり、以下のように算定可能である。即ち、
PL_zuletzt-PL_DR>0の場合には、PL_zuletzt-PL_DRであり、
そうでない場合には、0(ゼロ)である。
ここで、PL_zuletztは、非天測位置推測法領域に入る前の最後の保護レベル値であり、PL_DRは、非天測位置推測法領域に入った後の最初の保護レベル値である。
非天測位置推測法領域又は非天測位置推測法(DR)モードの開始及び終了は、例えば、車両及び/又は位置特定装置の(上位の)システムによって、特に、位置特定方式が変更されていること、及び/又は、GNSS受信が顕著に減少若しくは増加していることを識別することにより、識別可能である。
さらに、ステップd)における適合は、GNSS受信が顕著に減少している間に、算定された第2の上乗せ値が完全性情報に適用されるように実施可能である。
例えば、非天測位置推測法領域に入った後であって、第1の期間が経過した後には、完全性情報として例示的に使用される保護レベル(PL)を、以下の式に従って計算することができる。
PL(t)=sigma+delta
ここで、deltaは、第2の上乗せ値であり、
delta=PL_DR,a-sigma(a)
のように算定可能である。
ここで、PL_DR,aは、第1の期間の終了時における保護レベル値であり、sigma(a)は、第1の期間の終了時における位置の推定値の標準偏差である。
さらに、ステップd)における適合は、GNSS受信が突然かつ顕著に増加している間に、算定された第3の上乗せ値が完全性情報に適用されるように実施可能である。この関連において、算定された第3の上乗せ値の適用は、事前定義可能な第3の期間にわたって実施可能である。
例えば、非天測位置推測法領域から出るときに又は非天測位置推測法領域から出た直後に、第3の期間にわたって、完全性情報として例示的に使用される(現在の)保護レベル(PL)を、以下の式に従って計算することができる。
PL(t)=sigma+D
ここで、Dは、第3の上乗せ値であり、
D=PL_DR,zuletzt-sigma(t_zuletztDR)
のように算定可能である。
ここで、PL_DR,zuletztは、非天測位置推測法領域内における最後の保護レベル値であり、t_zuletztDRは、非天測位置推測法領域内における最後の時間であり、従って、sigma(t_zuletztDR)は、非天測位置推測法領域内における最後の標準偏差である。
図2は、本明細書に記載されている車両1における例示的な位置特定装置2を概略的に示している。位置特定装置2は、本明細書に記載されている方法を実施するように構成されている。位置特定装置2は、本実施例においては、例えば、GNSS-INS位置特定装置である。
GNSS-INS位置特定装置を用いて位置特定を行う場合には、周囲の障害物又はトンネル内における走行に起因して、利用可能なGNSS信号の数が減少する又は失われることがよくある。この状況は、通常、非天測位置推測法(DR)モードと称される。従って、完全性情報、例えば保護レベル(PL)を計算するためには、ハイブリッド型のアプローチを使用して、DRモードに入るときに正確なPL移行を実現し、DRモード中には高信頼性のPLを取得し、DRモードを終了するときに正確な移行を実現することが有利である。
提案されている方法は、有利には、GNSS/INSに基づく位置特定センサの完全性を、DRモードにおいても、及び/又は、GNSS受信が通常状態から突如変化した場合にも維持するために、対応するハイブリッド型のアプローチに貢献することができる。特に、本方法は、有利には、DR状態と通常状態との間において突如の変化が生じた場合においても、保護レベルが無意味な突如の変化を経験しないようにするために貢献することができる。

Claims (10)

  1. GNSS受信状況が突然かつ顕著に変化する場合における、車両(1)のGNSSに基づく位置特定装置(2)の位置特定結果に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するための方法であって、
    a)前記GNSSに基づく位置特定装置(2)を用いて、前記車両(1)の現在の自己位置を特定するステップと、
    b)前記GNSSに基づく位置特定装置(2)を用いて、前記ステップa)において特定された自己位置に関する少なくとも1つの完全性情報を決定するステップと、
    c)突然かつ顕著に変化した又は顕著に変更されたGNSS受信状況を識別するステップと、
    d)前記少なくとも1つの完全性情報を決定するステップを、前記変化した又は変更されたGNSS受信状況に適合させるステップと、
    を少なくとも含む方法。
  2. 前記ステップd)における適合は、
    前記突然かつ顕著に変化した又は顕著に変更されたGNSS受信状況の結果として生じた前記完全性情報の変化が減衰されるように及び/又は少なくとも部分的に修正されるように実施される、
    請求項1に記載の方法。
  3. 前記ステップd)における適合は、
    GNSS受信が突然かつ顕著に減少している間に、スケーリング係数によって前記完全性情報がスケーリングされるように及び/又は算定された第1の上乗せ値が前記完全性情報に適用されるように実施される、
    請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記スケーリング係数による前記スケーリング及び/又は前記算定された第1の上乗せ値の適用は、事前定義可能な第1の期間にわたって実施される、
    請求項3に記載の方法。
  5. 前記ステップd)における適合は、
    GNSS受信が顕著に減少している間に、算定された第2の上乗せ値が前記完全性情報に適用されるように実施される、
    請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記ステップd)における適合は、
    GNSS受信が突然かつ顕著に増加している間に、算定された第3の上乗せ値が前記完全性情報に適用されるように実施される、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記算定された第3の上乗せ値の適用は、事前定義可能な第3の期間にわたって実施される、
    請求項6に記載の方法。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法を実施するためのコンピュータプログラム。
  9. 請求項8に記載のコンピュータプログラムが記憶されている機械可読記憶媒体。
  10. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されている、車両(1)のための位置特定装置(2)。
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