KR102263392B1 - 교통망 관제시스템 효율화를 위한 교통정보 송수신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 교통망 관제시스템을 효율화 할 수 있는 교통정보 송수신 및 처리 방식을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 도로에 설치된 각 레이다들로부터 관제 서버로 전송되는 교통정보를 담은 데이터를 압축하여 전송함으로써 데이터량을 크게 감소시키고 관제 서버에서는 수신된 압축데이터를 압축해제하고 버퍼링하여 차량운행 정보를 재생하는 교통정보 송수신 및 처리시스템을 제공한다.

Description

교통망 관제시스템 효율화를 위한 교통정보 송수신 시스템{Vehicle Information Transmission and Reception System for Efficient Traffic Network Control System}

본 발명은 교통정보를 수집하여 차량 운행자에게 실시간으로 교통정보를 제공하는 교통망 관제시스템을 효율적으로 운용하기 위한 도로 위의 차량위치정보 송수신 방식에 관한 것이다.

도시의 모든 도로상황을 통신망을 통해 수집하고 교통정보를 실시간 제공하는 스마트시티를 만들어가고 있으며, 이러한 교통망 관제시스템은 자율주행차가 운행될 수 있는 기반기술이 될 수 있다. 현재 교통망 관제시스템은 각 도로마다 설치된 카메라를 통한 영상정보를 기반으로 하고 있으며 카메라의 실시간 데이터 전송을 위한 압축 방식은 매우 효율적으로 기술개발이 이루어지고 있다. 그러나 카메라의 경우 교통정보의 취득이라는 측면에서 차량의 속도정보 나 통행량등 정확한 디지털 데이터를 취득하는데 한계가 있어 최근에는 소형화되고 저가화된 교통정보 수집용 센서를 병용하여 도로상에 운행 중인 차량의 위치정보와 속도정보를 수집하여 실시간 교통정보를 제공하고 있다. 소정 간격마다 설치된 카메라와 센서에서 송신되는 데이터는 관제소 중앙 서버에서 수신하고 분석하여 실시간 교통정보로 가공되어 제공된다. 통상적으로 1회 스캔 시 300미터 도로 구간 범위에서 다수의 차량에 대한 속도와 위치정보를 수집하는 레이다 센서는 초당 20 내지 30 프레임(20~30fps)의 데이터를 전송한다(도 1 참조). 그로 인해 소정 범위의 도로를 관제하는 경우라 하더라도 매우 큰 데이터량이 관제서버로 전송되며, 이는 곧 통신비용의 증가와 서버 용량 증가 및 처리량 증가를 의미하며, 실시간 제공에 대한 처리 속도 부담을 의미한다.

등록특허 10-1617530는 레이다를 이용한 도로교통정보 시스템에 대해 차량의 크기 정보도 추가하는 방식을 제안하고 있으며, 이러한 필요 정보의 추가를 고려한다면 더더욱 데이터량의 증가가 문제될 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 교통망 관제시스템을 효율화 할 수 있는 교통정보 송수신 및 처리 방식을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 도로에 설치된 각 레이다들로부터 관제 서버로 전송되는 교통정보를 담은 데이터를 압축하여 전송함으로써 데이터량을 크게 감소시키고 관제 서버에서는 수신된 압축데이터를 압축해제하고 버퍼링하여 차량운행 정보를 재생하는 교통정보 송수신 및 처리시스템을 제공한다.

상기에서, 데이터 압축방식은, 물리적으로 도로를 운행하는 차량은 msec단위의 짧은 시간 내에 불연속적인 움직임을 보일 확률이 매우 작다는 점에 착안하여 구성되며, 1초에 20~30회 스캔할 때 취득하는 차량의 위치, 속도, 크기 정보 등을 스캔 시 마다 모두 전송하지 않고, 일정 간격의 스캔 데이터만 선택하여 전송하고, 관제서버에서는 전송받은 레이다 데이터 프레임에 포함된 위치와 속도 정보를 분석하여 내삽 기법으로 버퍼링하여 재생하고 이를 실시간 교통정보로서 제공하는 방식을 포함한다. 예를 들면, 레이다 데이터를 1초에 20fps전송하는 경우 0번/5번/10번/15번 프레임만 전송하고, 관제 서버는 4개 프레임을 분석하여 그 사이 프레임들의 차량 위치정보와 속도정보를 내삽하여 전체 레이다 데이터를 재생하고 이를 실시간 교통정보로 제공하는 것이다. 저속 구간의 경우는 20프레임 중 첫 번째와 맨 마지막 것만 보내는 방식을 취할 수 있으며, 도로 위의 차량 속도나 차량 대수를 평균하여 해당 도로 상의 레이다에 대한 데이터 전송량을 결정할 수도 있다.

본 발명은,

교통정보를 수집 및 제공하는 교통망 관제시스템의 교통정보 송수신 시스템에 있어서,

도로에 소정 구간마다 배치된 레이다; 및

상기 레이다로부터 도로 상을 운행하는 차량의 위치정보와 속도정보를 포함한 교통정보를 전송받아 도로교통정보를 생성하는 관제서버;를 포함하고,

상기 레이다는 관측구간 내에 있는 차량에 대해 단위시간당 일정 프레임수의 위치정보와 속도정보를 검지하고 수집하는 검지부;

상기 검지부에서 검지된 차량의 위치정보와 속도정보를 포함한 데이터 프레임 중 일부를 생략하고 일부만 선택하는 데이터 압축부; 및

상기 데이터 압축부에서 압축된 차량의 위치정보와 속도정보를 상기 관제서버로 전송하는 전송부;를 포함하여, 레이다로부터 전송되는 데이터량을 감소시킨 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 검지부에서 수집한 데이터는 1초당 다수의 프레임인 n개의 프레임(n은 자연수)을 포함하고, 상기 데이터 압축부는 수집된 n개의 프레임 중 1초당 1/n 내지 1/2에 해당되는 프레임 수로 구성된 압축된 차량의 위치정보와 속도정보를 만드는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 관제서버는 압축해제 모듈을 구비하여 전송받은 프레임의 차량 속도와 위치정보로부터 전송받지 않은 프레임의 차량 속도와 위치정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 압축해제 모듈은 전송받은 프레임의 차량 속도정보로부터 프레임 간 구간별 평균속도를 구하고 프레임 간 속도증분을 구하여 전송받지 않은 프레임의 차량 속도정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 압축해제 모듈은 전송받은 프레임의 차량 위치 좌표 정보로부터 프레임 간 구간별 위치 좌표 변화량을 구하여 전송받지 않은 프레임의 차량 위치정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 검지부에서 수집한 데이터는 도로의 저속구간에서보다 고속구간 또는 사고다발구간에서 더 많은 수의 초당 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 관제서버는 영상표시 모듈을 구비하여, 전송받은 프레임의 속도정보와 그로부터 생성된 전송받지 않은 프레임의 차량 속도정보 및 생성된 속도정보로부터 산출된 차량 위치정보를 생성하여, 모든 프레임의 차량위치정보와 속도정보를 이용하여 레이다 교통정보 영상을 생성하는 교통정보 송수신 시스템을 제공한다.

상기 데이터 압축부는 수집된 n개의 프레임에 포함된 차량대수 또는 차량들의 평균속도를 산출하고, 산출된 차량대수 또는 차량들의 평균속도를 변수로 하여 1초당 전송 프레임 수를 결정하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 종래 모든 프레임의 데이터를 모두 전송하는 방식에 비해 교통 레이다의 데이터량을 1/20과 같이 크게 줄일 수 있으며, 이는 통신에 들어가는 비용 절감과 더불어 신속하면서도 여전히 신뢰도 높은 교통관제 시스템을 구현할 수 있다.

도 1은 종래 교통 레이다의 교통정보 전체를 관제시스템 서버에 송신하는 것을 보여주는 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따라 교통 레이다의 교통정보를 압축하여 관제시스템 서버에 송신하는 것을 보여주는 개요도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 기존 교통 레이다의 교통정보 전체를 관제시스템 서버에 송신하는 것을 보여준다. 도로에 배치된 레이다(100)는 소형으로 카메라 모듈과 함께 차량 정보를 관제서버(200)로 송신한다. 레이다는 도로상에 소정 간격, 예를 들면, 1km 마다 배치되어 구간 내 차량(1, 2)들을 검지하고 차량의 위치 좌표와 속도 정보 (x,y,z,v)(이를 줄여 교통정보로 부르기로 함)를 담은 데이터를 관제서버로 전송한다. 이때 초당 20 프레임(예시적 수치)의 교통정보를 모두 전송할 경우, 관제서버는 특정 구간의 도로에 설치된 다수의 레이다로부터 1초*20프레임*차량대수로 계산되는 많은 양의 데이터를 수신하여 분석하여야 한다. 하나의 관제서버에서 관리하는 도로 구간을 고려하면 매우 큰 데이터량을 감당해야 하는 것이다.

도 2는 이를 개선한 본 발명의 개요도이다.

하나의 레이다(100)에서 검지된 교통정보는 20fps이라 가정할 때, 1초에 20회 위치와 속도를 측정한 데이터를 모두 관제서버(200)에 전송하지 않고, 그중 몇몇 데이터만 전송한다. 예를 들면, 교통정보는 10번째 프레임과 20번째 프레임만으로 압축된 데이터를 관제서버(200)에 보낸다. 그에 따라 레이다 데이터 전송량은 기존에 비해 1/10로 줄어든다. 관제서버(200)는 압축데이터를 받아 압축을 해제하여 1번째 프레임부터 9번째 프레임 및 11번째 프레임부터 19번째 프레임의 교통정보를 버퍼링으로 복원하여 실시간 교통정보를 생성한다.

이러한 교통정보 전송방식은 차량의 경우 짧은 시간 내에 급격한 동작 변화를 일으키지 않는다는 점에 기반한다. 관제시스템에서 도로 상의 카메라와 레이다에 의해 전송받은 데이터를 실시간 영상으로 구현하며, 카메라에 의해 전송된 영상은 이미지 자체가 나타나고, 레이다에 의해 전송받은 데이터를 나타내는 레이다 영상은 차량들이 도로 상에서 점으로 나타나면서 위치와 속도 변화를 나타낸다. 관제시스템은 이러한 영상정보를 이용하여 도로 표지판이나 운전자 네비게이션에 실시간 도로상황정보로 제공한다.

본 발명에서 제안하는 것과 같이, 레이다에서 전송된 교통정보가 프레임 전부가 아닌 일부만으로 압축된 경우라 하더라도, 관제서버에서 프레임 구간 사이의 교통정보를 내삽 또는 버퍼링을 통해 레이다 영상을 연속적인 흐름 그대로 재생할 수 있다. 즉, 압축된 데이터의 해제 방식은 전송받은 프레임에 존재하는 속도정보들을 통해 평균치를 구하고, 가운데 프레임의 것을 평균치가 되게 하고, 그로부터 구간 내 최초 프레임과 가운데 프레임에 이르는 프레임수로 최초 프레임과 가운데 프레임간의 속도차이를 나누어 프레임별 속도증분을 구하여 프레임별 속도를 구하고, 속도로부터 위치를 구하여 생성한다. 또한, 가운데 프레임과 구간 내 최후 프레임 사이의 프레임별 속도와 위치도 구하여진 속도증분을 통해 생성한다. 또한, 해당 속도증분을 이용하여 전송이 생략된 모든 프레임에 대한 위치정보와 속도정보를 생성할 수 있다.

예를 들면, 20프레임 중 10번 프레임의 속도가 10m/s, 20번 프레임의 속도가 12m/s일 경우, 15번 프레임의 속도를 산술평균인 11m/s로 하고, 10번 프레임과 15번 프레임의 속도차이 1m/s를 양단의 프레임 수 5로 나누어 0.2m/s를 속도증분으로 구하여, 11번 프레임은 10.2m/s, 12번 프레임은 10.4m/s...으로 생성한다. 15번 이후 20번 프레임에 이르는 속도정보도 이와 같고, 1번부터 10번에 이르는 프레임에 대한 것도 같은 속도증분을 이용하여 생성한다. 그러나 이는 일례이고, 1초 안에 있는 프레임에 대해 모두 동일한 값으로 처리하거나, 전송받은 두 프레임에 대해 앞의 프레임의 것은 모두 앞의 프레임 정보와 통일시키고 후의 프레임 것은 모두 후에 받은 프레임 정보와 일치시킬 수도 있다. 즉, 상기 예에서 평균치 11m/s로 모든 프레임을 통일하여 영상에서 다소 불연속적인 움직임이 구현되게 할 수도 있고, 1번부터 10번까지는 모두 10번 프레임 정보로 통일하고 11번부터 20번까지는 모두 20번 프레임 정보로 통일할 수도 있다.

또한, 전송받은 프레임의 구간별로 평균속도를 구하고, 각 구간에 모두 각각의 평균속도를 적용하거나 프레임 구간 평균속도로부터 프레임 구간별 속도증분을 구하여 가가 프레임의 속도정보와 위치정보를 생성한다. 예를 들면, 1번, 4번, 7번, 10번 프레임이 전송된 경우, 1번과 4번 사이 평균속도 1, 4번과 7번 사이 평균속도 2, 7번과 10번 사이 평균속도 3을 구하고 3개 구간 마다 해당 평균속도 각각으로부터 속도증분을 각각 구하여 생략된 프레임들 각각의 정보를 생성한다.

초당 프레임 수는 저속구간에서는 소수(예를 들면 1초당 1개)로 하고, 고속구간, 사고다발구간, 차선변경구간, 교차로 등에서는 다수로 할 수 있다.

이러한 압축해제 방식은 매우 다양하게 변형될 수 있으며 바람직하게는 레이다 영상에서 차량의 움직임이 좀 더 연속적으로 나타나게 하는 방법을 택할 것이다.

즉, 속도가 아닌 위치정보에 대해 내삽하는 방식으로 압축해제할 수 있으며, 속도와 위치 양쪽의 데이터를 서로 비교하여 보정된 데이터로 내삽할 수 있다. 특히, 위치정보는 차량의 차선변경과 같이 x 이외에 y 성분, z 성분을 반영하여 주므로 속도에 대해 벡터적인 정보를 추가하여 줄 수 있다.

위치정보의 내삽도 상술한 것과 같이 할 수 있다. 전송받은 프레임들의 위치정보를 프레임 간격이 나타내는 시간으로 나누어 평균 속도(또는 성분별 속력)를 구하고, 평균속도에 프레임 간격이 갖는 시간을 곱하여 생략된 프레임의 위치정보를 구한다. 구한 위치정보는 전송된 속도정보와 맞추어 보정할 수 있다.

또한, 전송할 프레임 수의 결정에 있어서, 도로구간에 있는 차량대수 또는 차량의 평균속도에 근거할 수 있다. 하나의 레이다가 도로 300m 정도 구간을 초당 20 내지 30번 스캔하여 스캔된 모든 프레임을 포함한 정보를 교통정보를 관제서버에 전송하는 기존 방식과 달리, 레이다가 단위시간(예를 들면, 1 초)동안 스캔한 도로상황 지표로서 레이당에서 포착한 차량대수와 단위시간 동안 차량들의 평균속도를 산출하여 차량대수 및/또는 차량평균속도에 대해 임계값들을 정하고 그에 따라 전송할 프레임 수를 결정하는 것이다. 예를 들면, 초당 20프레임을 스캔하여 300m 구간에 차량이 10대 있는 경우, 초당 2개의 프레임만 전송하고 30대가 있는 경우 초당 10개의 프레임을 전송하는 방식이다. 또한, 구간 내 차량들의 평균속도가 시속 40km 이하인 경우, 초당 2개, 40~70km인 경우, 초당 4개, 70~100km인 경우 초당 10개로 할 수 있다. 두 개의 변수를 조합하여, 차량 10대 이하와 평균속도 70km 이하는 초당 2개, 평균속도 70 이상은 초당 5개와 같이 차량대수를 기본으로 하고 여기에 속도구간별로 프레임 수를 설정할 수도 있다.

상술한 교통정보 송수신 시스템은 데이터 전송량을 크게 감소시켜 전송속도 향상, 통신망 효율화, 통신비용 절감의 효과를 내면서도 압축해제 기술에 의해 신뢰도 높은 실시간 교통정보를 제공할 수 있다.

상기와 같은 교통정보 구현을 위해, 교통망 관제시스템의 교통정보 송수신 시스템의 레이다는 관측구간 내에 있는 차량에 대해 단위시간당 일정 프레임수의 위치정보와 속도정보를 검지하고 수집하는 검지부;

상기 검지부에서 검지된 차량의 위치정보와 속도정보를 포함한 데이터 프레임 중 일부를 생략하고 일부만 선택하는 데이터 압축부; 및

상기 데이터 압축부에서 압축된 차량의 위치정보와 속도정보를 상기 관제서버로 전송하는 전송부;를 포함한다.

또한, 상기 검지부에서 수집한 데이터는 1초당 다수의 프레임인 n개의 프레임(n은 자연수)을 포함하고, 상기 데이터 압축부는 수집된 n개의 프레임 중 1초당 1/n 내지 1/2에 해당되는 프레임 수로 구성된 압축된 차량의 위치정보와 속도정보를 만든다.

또한, 상기 관제서버는 압축해제 모듈을 구비하여 전송받은 프레임의 차량 속도정보로부터 전송받지 않은 프레임의 차량 속도정보를 생성하고, 상기 압축해제 모듈은 전송받은 프레임의 차량 속도정보로부터 초당 평균속도를 구하고, 평균속도로부터 위치정보를 구하여 전송받지 않은 프레임의 차량 속도정보를 생성한다.

상기 압축해제 모듈은 전송받은 프레임의 차량 속도정보로부터 프레임 간 구간별 평균속도를 구하고 프레임 간 속도증분을 구하여 전송받지 않은 프레임의 차량 속도정보를 생성할 수 있다.

상기 관제서버는 영상표시 모듈을 구비하여, 전송받은 프레임의 속도정보와 그로부터 생성된 전송받지 않은 프레임의 차량 속도정보 및 생성된 속도정보로부터 산출된 차량 위치정보를 생성하여, 모든 프레임의 차량위치정보와 속도정보를 이용하여 레이다 교통정보 영상을 생성한다.

이와 같이 하여 효율적인 교통정보 송수신 시스템 및 관제시스템을 구현할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실례에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 레이다
1, 2: 차량
200: 관제서버

Claims (8)

1. 교통정보를 수집 및 제공하는 교통망 관제시스템의 교통정보 송수신 시스템에 있어서,
   도로에 소정 구간마다 배치된 레이다; 및
   상기 레이다로부터 도로 상을 운행하는 차량의 위치정보와 속도정보를 포함한 교통정보를 전송받아 도로교통정보를 생성하는 관제서버;를 포함하고,
   상기 레이다는 관측구간 내에 있는 차량에 대해 단위시간당 일정 프레임수의 위치정보와 속도정보를 검지하고 수집하는 검지부;
   상기 검지부에서 검지된 차량의 위치정보와 속도정보를 포함한 데이터 프레임 중 일부를 생략하고 일부만 선택하는 데이터 압축부; 및
   상기 데이터 압축부에서 압축된 차량의 위치정보와 속도정보를 상기 관제서버로 전송하는 전송부;를 포함하여, 레이다로부터 전송되는 데이터량을 감소시키고,
   상기 관제서버는 압축해제 모듈을 구비하여 전송받은 프레임의 차량 위치 정보 또는 속도정보로부터 전송받지 않은 프레임의 차량 위치 정보 및 속도정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 검지부에서 수집한 데이터는 1초당 다수의 프레임인 n개의 프레임(n은 자연수)을 포함하고, 상기 데이터 압축부는 수집된 n개의 프레임 중 1초당 1/n 내지 1/2에 해당되는 프레임 수로 구성된 압축된 차량의 위치정보와 속도정보를 만드는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템.
3. 삭제
4. 교통정보를 수집 및 제공하는 교통망 관제시스템의 교통정보 송수신 시스템에 있어서,
   도로에 소정 구간마다 배치된 레이다; 및
   상기 레이다로부터 도로 상을 운행하는 차량의 위치정보와 속도정보를 포함한 교통정보를 전송받아 도로교통정보를 생성하는 관제서버;를 포함하고,
   상기 레이다는 관측구간 내에 있는 차량에 대해 단위시간당 일정 프레임수의 위치정보와 속도정보를 검지하고 수집하는 검지부;
   상기 검지부에서 검지된 차량의 위치정보와 속도정보를 포함한 데이터 프레임 중 일부를 생략하고 일부만 선택하는 데이터 압축부; 및
   상기 데이터 압축부에서 압축된 차량의 위치정보와 속도정보를 상기 관제서버로 전송하는 전송부;를 포함하여, 레이다로부터 전송되는 데이터량을 감소시키고,
   상기 압축해제 모듈은 전송받은 프레임의 차량 속도정보로부터 초당 평균속도를 구하고, 평균속도로부터 위치정보를 구하여 전송받지 않은 프레임의 차량 속도정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템.
5. 교통정보를 수집 및 제공하는 교통망 관제시스템의 교통정보 송수신 시스템에 있어서,
   도로에 소정 구간마다 배치된 레이다; 및
   상기 레이다로부터 도로 상을 운행하는 차량의 위치정보와 속도정보를 포함한 교통정보를 전송받아 도로교통정보를 생성하는 관제서버;를 포함하고,
   상기 레이다는 관측구간 내에 있는 차량에 대해 단위시간당 일정 프레임수의 위치정보와 속도정보를 검지하고 수집하는 검지부;
   상기 검지부에서 검지된 차량의 위치정보와 속도정보를 포함한 데이터 프레임 중 일부를 생략하고 일부만 선택하는 데이터 압축부; 및
   상기 데이터 압축부에서 압축된 차량의 위치정보와 속도정보를 상기 관제서버로 전송하는 전송부;를 포함하여, 레이다로부터 전송되는 데이터량을 감소시키고,
   상기 압축해제 모듈은 전송받은 프레임의 차량 속도정보로부터 프레임 간 구간별 평균속도를 구하고 프레임 간 속도증분을 구하여 전송받지 않은 프레임의 차량 속도정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템.
6. 제1항에 있어서, 검지부에서 수집한 데이터는 도로의 저속구간에서보다 고속구간 또는 사고다발구간에서 더 많은 수의 초당 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 관제서버는 영상표시 모듈을 구비하여, 전송받은 프레임의 위치정보와 그로부터 생성된 전송받지 않은 프레임의 차량 속도정보 및 생성된 속도정보로부터 산출된 차량 위치정보를 생성하여, 모든 프레임의 차량위치정보와 속도정보를 이용하여 레이다 교통정보 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템.
8. 제2항에 있어서, 상기 데이터 압축부는 수집된 n개의 프레임에 포함된 차량대수 또는 차량들의 평균속도를 산출하고, 산출된 차량대수 또는 차량들의 평균속도를 변수로 하여 1초당 전송 프레임 수를 결정하는 것을 특징으로 하는 교통정보 송수신 시스템.
   
   
   
   
   
   
   
   

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