JP4652886B2 - 位置推定装置および位置推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置推定装置および位置推定方法に関する。

近年、車両や携帯電話機を所持したユーザ等の移動体の存在位置を特定するため、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星等から送信されてくる測位用情報を用いて移動体の現在位置を特定することが広く行われている。この場合の測位用情報は、不連続な時点での位置情報であり、その位置情報はある程度の範囲の誤差を含んでいる。そのため、実際の状態との整合率を高めようとする試みが提案されている。例えば、測定した測位用情報の内、精度の悪い情報を破棄しつつ移動体の位置を推定する方法が提案されている（特許文献１および２参照）。あるいは、加速度センサ情報のような他のデバイス情報を用いて実際の状態との整合率を向上させる方法も提案されている（特許文献３参照）。
特開２００２−３４１０１０号公報 特開２００２−３４１０１１号公報 特開２００３−９０８７２号公報

しかしながら、上記のような精度の悪い情報を破棄する方法の場合、情報の有効利用の観点から効率が悪く、加速度センサ情報のような他のデバイス情報を用いる方法では、デバイスコストが増加するという問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、情報を有効に利用しつつ、他のデバイス情報を用いることなく、実際の状態との整合率の高い位置推定手段を提供することにある。

本発明は、現在および過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とを取得する情報取得手段と、情報取得手段が取得した位置情報と誤差情報とを演算処理する演算処理手段と、を備え、演算処理手段は、情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから、移動体の単位時間あたりの移動エリアを推定する第１ステップと、移動体の単位時間あたりの移動エリアと、情報取得手段が取得した過去における時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから、移動体の現在における存在エリアを推定する第２ステップと、移動体の現在における存在エリアと、情報取得手段が取得した現在における時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから、移動体の現在における位置を推定する第３ステップと、を実行する位置推定装置である。

この構成によれば、演算処理手段は、情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された位置情報と誤差情報とから、移動体の単位時間あたりの移動エリアを推定し、当該移動エリアと過去における時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから、移動体の現在における存在エリアを推定する。そして演算処理手段は、推定された移動体の現在の存在エリアと、現在の測定された位置情報と誤差情報とから、移動体の現在における位置を推定するので、情報を有効に利用しつつ、他のデバイス情報を用いることなく、実際の状態との整合率の高い位置推定を行うことができる。

この場合、演算処理手段は、第１ステップにおいて、推定される移動エリアの面積が一定値以下になるまで、情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから移動エリアの推定を行うことが好適である。

この構成によれば、演算処理手段は、推定される移動エリアの面積が一定値以下になるまで、過去における複数の時点で測定された位置情報と誤差情報とから移動エリアの推定を行うので、推定される移動体の移動エリアの面積は一定値以下となり、より精度の高い位置推定を行うことができる。

また、演算処理手段は、第１ステップにおいて、推定される移動エリアに誤差情報に基づくポイント値を付与し、ポイント値が一定値以上になるまで、情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから移動エリアの推定を行うことが好適である。

この構成によれば、演算処理手段は、推定される移動エリアに誤差情報に基づくポイント値を付与し、ポイント値が一定値以上になるまで、過去における複数の時点で測定された位置情報と誤差情報とから移動エリアの推定を行うので、推定される移動体の移動エリアの精度は一定以上のものになり、より精度の高い位置推定を行うことができる。

また、演算処理手段は、第２ステップにおいて、移動体の単位時間あたりの移動エリアと、情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから、移動体の現在における存在エリアを推定することが好適である。

この構成によれば、演算処理手段は、移動エリアと情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された位置情報と誤差情報とから、移動体の現在における存在エリアを推定するので、過去における一の時点で測定された誤差情報の誤差が大きく精度が低い場合であっても、複数の時点で測定された位置情報と誤差情報に基づいて存在エリアを推定することにより存在エリアの範囲を狭めることができ、より精度の高い位置推定を行うことができる。

また、本発明の別の態様によれば、過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから、移動体の単位時間あたりの移動エリアを推定する第１ステップと、移動体の単位時間あたりの移動エリアと、過去における時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから、移動体の現在における存在エリアを推定する第２ステップと、移動体の現在における存在エリアと、現在における時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから、移動体の現在における位置を推定する第３ステップと、を含む位置推定方法が提供される。

この場合、第１ステップにおいて、推定される移動エリアの面積が一定値以下になるまで、情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから移動エリアの推定を行う、ことが好適である。

また、第１ステップにおいて、推定される移動エリアに誤差情報に基づくポイント値を付与し、ポイント値が一定値以上になるまで、情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから移動エリアの推定を行う、ことが好適である。

また、第２ステップにおいて、移動体の単位時間あたりの移動エリアと、情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから、移動体の現在における存在エリアを推定する、ことが好適である。

本発明による位置推定装置および位置推定方法によれば、情報を有効に利用しつつ、他のデバイス情報を用いることなく、実際の状態との整合率の高い位置推定を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態に係る位置推定装置について添付図面を参照して説明する。同一符号を付けた構成要素は同一の構成要素を示すものとし、重複する説明は省略する。

最初に本発明の第１実施形態に係る位置推定装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る位置推定装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の位置推定装置１０は、情報取得部１２（情報取得手段）、情報記憶部１８、演算処理部２０（演算処理手段）、および表示部２２を備えており、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号や、セル情報（基地局情報）、タグ情報等の情報を受信して自動車や携帯電話機を所持したユーザの位置を推定する装置として構成されている。

情報取得部１２は、物理的には、アンテナ受信部、ＲＦ回路、信号変換器等から構成されており、ＧＰＳ信号等の情報を受信する。情報取得部１２は、情報から移動体の位置情報を取得する位置情報取得部１４と、情報から移動体の位置情報の誤差情報を取得する誤差情報取得部１６とを備えている。位置情報取得部１２からの位置情報と誤差情報は、直接に演算処理部２０に送られる他、情報記憶部１８に送られて情報記憶部１８に一度記憶されてから演算処理部２０に送られる。

情報記憶部１８は、物理的には、ＲＯＭ（ReadOnly Memory），ＲＡＭ（Random AccessMemory）等から構成され、位置情報取得部１２から送られた位置情報と誤差情報をその測定時刻ごとに記憶する。図２は、本発明の第１実施形態に係る情報記憶部に記憶された位置情報と誤差情報の例を示す図である。図２に示すように、情報記憶部１８には、時刻ごとに、緯度および経度からなる位置情報と、その誤差範囲を示す誤差情報が記憶されている。

図１に戻り、演算処理部２０は、物理的には、ＣＰＵ（中央処理装置：Central Processing Unit）、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、後述するような手法で、位置情報取得部１２から得られた位置情報と誤差情報とから、現在の位置を推定する。制御部１８が推定した推定位置は、液晶表示器等からなる表示部２２に送られて、ユーザに表示される。

以下、本実施形態の位置推定装置の動作を説明するとともに、本実施形態の位置推定方法について説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る位置推定装置の動作を示すフロー図である。本実施形態の位置推定方法は、大まかには３つのステップからなり、移動体の単位時間あたりの移動エリアを推定する第１ステップ（Ｓ１００）と、移動体の現在における存在エリアを推定する第２ステップ（Ｓ２００）、移動体の現在における位置を推定する第３ステップ（Ｓ３００）が、位置推定装置の演算処理部によって順次行われて移動体の位置を推定する。

図４は、本発明の第１実施形態に係るモデルケースを示す図である。このケースでは、それぞれ、時刻Ｔ（０），Ｔ（１），Ｔ（２）間が単位時間と仮定した場合を示す。図４に示すように、過去における時刻Ｔ（０），Ｔ（１）と、現在における時刻Ｔ（２）において、それぞれ測定誤差Ｒ_０，Ｒ_１，Ｒ_２を伴う測定位置Ｔ_０，Ｔ_１，Ｔ_２が、時刻Ｔ（０），Ｔ（１）では測定誤差Ｒ_０，Ｒ_１が小さいために、実際の位置ｔ_０，ｔ_１とよく整合していたのが、現在における時刻Ｔ（２）では測定誤差Ｒ_２が大きいために、実際の位置ｔ_２と整合しなくなっている様子を示している。

本実施形態の位置推定方法では、まず移動体の単位時間あたりの移動エリアを推定する。図５は、本発明の第１実施形態に係る移動エリアの推定方法を示す図である。図５に示すように、まず、それぞれ測定位置Ｔ_０，Ｔ_１における測定誤差Ｒ_０，Ｒ_１において、測定誤差Ｒ_０の範囲を始点５０として、測定誤差Ｒ_１の範囲を終点５２とする矢印を引く。次に、各々の矢印の始点５０を集約すると、各々の矢印における終点５２の集合により、半径ｒ＝Ｒ_０＋Ｒ_１とする移動エリアｒを推定することができる。

図６は、本発明の第１実施形態に係る移動エリアの推定を示すフロー図である。推定される移動エリアは、利用する過去２点の位置情報の誤差情報に影響されるため、移動エリアが一定の精度に達するまで、絞込みを行う。本実施形態では、推定される移動エリアの面積が一定値以下になるまで、過去における複数の時点で測定された位置情報と誤差情報とから移動エリアの推定を行う。

まず、測定位置Ｔ_０，Ｔ_１の２点から移動エリアを推定する（Ｓ１０１）。次に、移動エリアの面積を測定する（Ｓ１０２）。移動エリアの面積が一定値以下の場合は、移動エリアの推定を完了する（Ｓ１０３，Ｓ１０４）。移動エリアの面積が一定値以下でない場合は、他の時刻における２点、例えば時刻Ｔ（−２），Ｔ（−１）における測定位置Ｔ_−２，Ｔ_−１から移動エリアを推定する（Ｓ１０３，Ｓ１０５）。そして、先に推定した移動エリアとの重複部の面積を測定する（Ｓ１０６）。面積が一定値以下のときは、その重複部を移動エリアとして移動エリアの推定を完了し（Ｓ１０３，Ｓ１０４）、面積が一定値以下でない場合はさらに他の２点から移動エリアを推定して、先に推定された各々の移動エリアとの重複部の面積が一定値以下であるか否かを検討するステップを繰り返す（Ｓ１０５，Ｓ１０６）。このような方法により、より高精度で移動エリアを推定できる。

次に、移動体の現在における存在エリアを推定する。図７は、本発明の第１実施形態に係る存在エリアの推定方法を示す図である。図７に示すように、測定位置Ｔ_１における測定誤差Ｒ_１において、Ｒ_１の範囲を始点５４として、破線で示すように先のステップで推定した移動エリアｒの集合体を形成する。そうすると、破線で示す移動エリアの集合体により、半径ｒ_２＝Ｒ_０＋２Ｒ_１とする存在エリアｒ_２を推定することができる。

存在エリアは、始点５４と移動エリアｒによって推定されるため、測定誤差Ｒ_１が大きく始点５４の精度が悪い場合には、存在エリアｒ_２の範囲が大きくなってしまう。存在エリアの範囲が大きい場合には、図８に示すように、他の時刻における点、例えば時刻Ｔ（０）における測定誤差Ｒ_０の範囲を始点とした存在エリアｒ_２’を推定し、存在エリアｒ_２，ｒ_２’の重複部５６を時刻Ｔ（２）における存在エリアとすることにより、より高精度で存在エリアを推定することができる。

最後に、移動体の現在における存在エリアと、現在における時点で測定された移動体の位置情報と誤差情報とから、移動体の現在における位置を推定する。図９は、本発明の第１実施形態に係る位置の推定方法を示す図である。図９に示すように、現在の時刻Ｔ（２）における存在エリアｒ_２の範囲と、測定位置Ｔ_２における測定誤差Ｒ_２の範囲との重複部５８の重心を算出して、その重心位置を推定位置Ｔ_２’とすることにより、移動体の実際の位置ｔ_２とよく整合のとれた位置を推定できる。

図１０は、本発明の第１実施形態に係る位置の推定を示すフロー図であり、図１１〜１４は、本発明の第１実施形態に係る存在エリアと測定位置と測定誤差との関係を示す図である。図１０に示すように存在エリアｒ_２と測定誤差Ｒ_２の円に重複部があるか否かを検討する（Ｓ３０１）。図１１〜１３のように重複部５８がある場合には次のステップに進み、図１４のように重複部がない場合には、存在エリアの精度に問題があるため、図８に示したような手法で再度、存在エリアを推定する（Ｓ３０１，Ｓ３０４）。次に、図１０に示すように存在エリアｒ_２に測定誤差Ｒ_２の円が包含されていないか否か検討する（Ｓ３０２）。図１１および１２のように、ｒ_２＜Ｒ_２およびｒ_２＞Ｒ_２のいずれの場合であっても、存在エリアｒ_２に測定誤差Ｒ_２の円が包含されていない場合には、図９に示した手法で現在の位置を推定する（Ｓ３０２，Ｓ３０３）。図１３に示すように、存在エリアｒ_２に測定誤差Ｒ_２の円が包含されている場合は、存在エリアの精度に問題があるため、図８に示したような手法で再度、存在エリアを推定する（Ｓ３０２，Ｓ３０４）。

このような本実施形態の位置推定方法によれば、情報を有効に利用しつつ、他のデバイス情報を用いることなくとも、実際の状態との整合率の高い位置推定を行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る位置推定装置および位置推定方法について説明する。本実施形態においては、移動エリアを推定する第１ステップにおいて、推定される移動エリアに誤差情報に基づくポイント値を付与し、ポイント値が一定値以上になるまで、過去における複数の時点で測定された位置情報と誤差情報とから移動エリアの推定を行う点が上記第１実施形態と異なっている。

図１５は本発明の第２実施形態に係る移動エリアの推定を示すフロー図であり、図１６は本発明の第２実施形態に係る移動エリアの推定方法を示す図である。まず、測定位置Ｔ_０，Ｔ_１の２点から移動エリアを推定する（Ｓ１１０１）。次に、測定位置Ｔ_０，Ｔ_１の誤差情報Ｒ_０，Ｒ_１に応じてポイント値を付与する（Ｓ１１０２）。図１６の例では、４ポイントが付与されている。

ポイント値が一定の閾値以上である場合には、移動エリアの推定を完了する（Ｓ１１０３，Ｓ１１０４）。ポイント値が一定の閾値以上でない場合には、他の２点から移動エリアを推定する（Ｓ１１０５）。図１６の例では、測定位置Ｔ_−１，Ｔ_−２の２点から移動エリアｒ’の推定が行われている。次に、その２点の誤差情報に応じてポイント値を付与する（Ｓ１１０６）。図１６の例では、測定位置Ｔ_−１，Ｔ_−２の誤差情報Ｒ_−１，Ｒ_−２に応じて６ポイントが付与されている。そして、先に指定した移動エリアとの重複部を求め、合計のポイント値を算出する（Ｓ１１０７）。図１６の例では、移動エリアｒ，ｒ’の重複部６０に、４＋６＝１０ポイントが付与される。その後、再度、ポイント値が一定値以上であるかの検討が行われ（Ｓ１１０３）、ポイント値が一定値以上である場合には、その重複部６０を移動エリアとして移動エリアの推定を完了し（Ｓ１１０４）、ポイント値が一定値以上でない場合には、再度、他の２点から移動エリアの推定を行い、先に推定された各々の移動エリアとの重複部におけるポイント値が一定値以上であるか否かを検討するステップを繰返す（Ｓ１１０５〜Ｓ１１０７）。

本実施形態においては、誤差情報に応じて推定される移動エリアにポイントを付与するため、より高精度で移動エリアを推定することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る位置推定装置について説明する。図１７は、本発明の第３実施形態に係る位置推定装置を示す図である。本実施形態においては、位置推定装置１０は、ユーザの所持する移動機３０ではなく、ネットワーク４０の側に実装されている点が上述の第１および第２実施形態と異なっている。

図１７に示すように、本実施形態においては、位置推定装置１０はサービスを提供するサーバ等に実装されており、ネットワーク４０を介してユーザの所持する移動機３０に接続されている。位置推定装置１０は上述の第１および第２実施形態と同様に情報取得部１２、情報記憶部１８、演算処理部２０を備える。位置推定装置１０は、ネットワーク４０を介して、移動機３０から情報を受信し、推定位置を送信するようになっている。移動機３０には、位置推定装置１０から受信した推定位置を表示する表示部２２を備える。

位置推定装置１０の情報取得部１２が移動機３０からネットワーク４０を介して情報を取得すると、位置推定装置１０の演算処理部２０は、上述の第１および第２実施形態と同様に、情報から取得した位置情報と誤差情報から推定位置を算出する。算出された推定位置は、ネットワーク４０を介して移動機３０に送信される。推定位置を受信した移動機３０は、当該推定位置を表示部２２に表示する。

このように本実施形態においては、ネットワークの側に位置推定装置を搭載することにより、ネットワークの側に改変を加えるだけで、本発明の位置推定方法を実現することができる。

尚、本発明の位置推定装置および位置推定方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の第１実施形態に係る位置推定装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る情報記憶部に記憶された位置情報と誤差情報の例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る位置推定装置の動作を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態に係るモデルケースを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る移動エリアの推定方法を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る移動エリアの推定を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態に係る存在エリアの推定方法を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る存在エリアの推定方法を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る位置の推定方法を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る位置の推定を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態に係る存在エリアと測定位置と測定誤差との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る存在エリアと測定位置と測定誤差との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る存在エリアと測定位置と測定誤差との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る存在エリアと測定位置と測定誤差との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る移動エリアの推定を示すフロー図である。 本発明の第２実施形態に係る移動エリアの推定方法を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る位置推定装置を示す図である。

符号の説明

１０…位置推定装置、１２…情報取得部、１４…位置情報取得部、１６…誤差情報取得部、１８…情報記憶部、２０…演算処理部、２２…表示部、３０…移動機、４０…ネットワーク、５０…始点、５２…終点、５４…始点、５６…重複部、５８…重複部、６０…重複部、Ｔ_−２，Ｔ_−１，Ｔ_０，Ｔ_１，Ｔ_２…測定位置、Ｒ_−２，Ｒ_−１，Ｒ_０，Ｒ_１，Ｒ_２…測定誤差、ｔ_０，ｔ_１，ｔ_２…実際の位置、ｒ，ｒ’…移動エリア、ｒ_２，ｒ_２’…存在エリア、Ｔ_２…推定位置

Claims (8)

1. 現在および過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と前記位置情報の誤差範囲を示す誤差情報とを取得する情報取得手段と、
   前記情報取得手段が取得した前記位置情報と前記誤差情報とを演算処理する演算処理手段と、
   を備え、
   前記演算処理手段は、
   前記情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の前記位置情報と前記誤差情報とから、前記移動体の単位時間あたりの移動エリアを推定する第１ステップと、
   前記移動体の単位時間あたりの移動エリアと、前記情報取得手段が取得した過去における時点で測定された移動体の前記位置情報と前記誤差情報とから、前記移動体の現在における存在エリアを推定する第２ステップと、
   前記移動体の現在における存在エリアと、前記情報取得手段が取得した現在における時点で測定された移動体の前記位置情報及び前記誤差情報から得られるエリアとの重複から、前記移動体の現在における位置を推定する第３ステップと、
   を実行する位置推定装置。
2. 前記演算処理手段は、前記第１ステップにおいて、
   前記情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の前記位置情報と前記誤差情報とからそれぞれ複数のエリアを順次推定し、推定したエリア同士を順次重ね合わせ、その重複部を前記移動エリアとして推定し、推定される前記移動エリアの面積が一定値以下になるまで、推定したエリア同士を重ね合わせることにより前記移動エリアの推定を行う、
   請求項１に記載の位置推定装置。
3. 前記演算処理手段は、前記第１ステップにおいて、
   前記情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の前記位置情報と前記誤差情報とからそれぞれ複数のエリアを順次推定し、推定したエリアにはその前記誤差情報が示す誤差範囲が小さいほど値が大きくなるポイント値を付与し、推定したエリア同士を順次重ね合わせ、その重複部を前記移動エリアとして推定し、重ね合わせたエリアごとに付与されたポイント値の和が一定値以上になるまで、推定したエリア同士を重ね合わせることにより前記移動エリアの推定を行う、
   請求項１に記載の位置推定装置。
4. 前記演算処理手段は、前記第２ステップにおいて、
   前記移動体の単位時間あたりの移動エリアと、前記情報取得手段が取得した過去における複数の時点で測定された移動体の前記位置情報と前記誤差情報とから、前記移動体の現在における存在エリアを推定する、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の位置推定装置。
5. 過去における複数の時点で測定された移動体の位置情報と前記位置情報の誤差範囲を示す誤差情報とから、前記移動体の単位時間あたりの移動エリアを推定する第１ステップと、
   前記移動体の単位時間あたりの移動エリアと、過去における時点で測定された移動体の前記位置情報と前記誤差情報とから、前記移動体の現在における存在エリアを推定する第２ステップと、
   前記移動体の現在における存在エリアと、現在における時点で測定された移動体の前記位置情報及び前記誤差情報から得られるエリアとの重複から、前記移動体の現在における位置を推定する第３ステップと、
   を含む位置推定方法。
6. 前記第１ステップにおいて、
   過去における複数の時点で測定された移動体の前記位置情報と前記誤差情報とからそれぞれ複数のエリアを順次推定し、推定したエリア同士を順次重ね合わせ、その重複部を前記移動エリアとして推定し、推定される前記移動エリアの面積が一定値以下になるまで、推定したエリア同士を重ね合わせることにより前記移動エリアの推定を行う、
   請求項５に記載の位置推定方法。
7. 前記第１ステップにおいて、
   過去における複数の時点で測定された移動体の前記位置情報と前記誤差情報とからそれぞれ複数のエリアを順次推定し、推定したエリアにはその前記誤差情報が示す誤差範囲が小さいほど値が大きくなるポイント値を付与し、推定したエリア同士を順次重ね合わせ、その重複部を前記移動エリアとして推定し、重ね合わせたエリアごとに付与されたポイント値の和が一定値以上になるまで、推定したエリア同士を重ね合わせることにより前記移動エリアの推定を行う、
   請求項５に記載の位置推定方法。
8. 前記第２ステップにおいて、
   前記移動体の単位時間あたりの移動エリアと、過去における複数の時点で測定された移動体の前記位置情報と前記誤差情報とから、前記移動体の現在における存在エリアを推定する、
   請求項５ないし７のいずれか１項に記載の位置推定方法。

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