JP5311214B2 - 位置検出装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ＧＰＳ測位不能な電車乗車時でも現在走行している場所がどの駅とどの駅の間に位置しているのかを検出する位置検出装置およびプログラムに関する。

車両に据え付けて使用する車載タイプのカーナビゲーションシステムでは、ＧＰＳ衛星からの測位用電波を受信できない場所、例えばトンネルなどに入った場合には車速パルスと角速度センサ（ジャイロセンサ）とによって自律航法を実現している。一方、持ち運びが可能なナビゲーションシステム（位置検出装置）では、上記カーナビゲーションシステムと同様に屋外ではＧＰＳ衛星からの測位用信号を受信して測位するが、それを受信できない屋内へ移動した時にはセンシングデバイス（加速度センサや方位センサ等）を用いて相対的な移動位置を検出する。

センシングデバイス（加速度センサや方位センサ等）を用いて相対的な移動位置を検出する装置については、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の装置は、ユーザの移動動作を３次元加速度センサやジャイロ等から構成される内界センサにより検出し、検出された加速度や角速度を積分してユーザが移動する方向および距離を算出して位置検出（位置推定）するようになっている。

また、携帯電話などの移動体通信機能を有する携帯端末装置に加速度センサを設け、予め設定した所定範囲内の加速度が所定期間継続した場合に交通機関による移動で生じる加速度変化として検出し、その加速度変化を検出した時の通信状態履歴を参照して無線基地局の通信圏内であるかどうかを判断して駅への到着または駅からの出発のいずれであるかを判断する技術も特許文献２に開示されている。

特開２００５−２５７６４４号公報 特開２００７−１２０９５３号公報

ところで、電車の車両中央部や地下鉄に乗車した場合には、ＧＰＳ衛星からの測位用電波は勿論のこと移動体通信における無線基地局からの電波も受信出来ない為、現在走行している場所がどの駅とどの駅の間に位置しているのかを検出することが出来ないという問題がある。また、特許文献１に開示の装置のように、センシングデバイス（加速度センサや方位センサ等）を用いて相対的な移動量を検出して位置推定する手法では乗車移動中の累積誤差が大きく実用的な位置検出は望めないという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＧＰＳ測位不能な電車乗車時でも現在走行している場所がどの駅とどの駅の間に位置しているのかを検出することができる位置検出装置およびプログラムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、加速度を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段により検出される加速度に基づき乗車車両の発停車を検知する検知手段と、少なくとも駅名、路線名、各駅における発車時刻および各駅間距離が記憶される経路検索データベース手段と、前記検知手段が乗車車両の発車を検知した場合に、発車時刻と乗車駅名とに応じて前記経路検索データベース手段から乗車車両の路線名を検索する検索手段と、前記検索手段により検索された路線における乗車駅以降の各停車駅毎の駅間距離を前記経路検索データベース手段から取得する取得手段と、前記加速度検出手段により検出される加速度に基づき乗車車両が駅を発車してからの移動距離を算出し、算出した移動距離を前記検索手段により検索された路線上の対応する位置に表示する移動距離表示手段と、前記検知手段が乗車車両の発車を検知してから停車を検知する毎に、発車駅から停車駅までの移動距離を前記取得手段により取得される駅間距離に補正する補正手段とを具備することを特徴とする。

上記請求項１に従属する請求項２に記載の発明では、前記検知手段が乗車車両の発車を検知してから停車を検知するまでの間に前記移動距離表示手段によって算出される移動距離が、前記取得手段により取得される駅間距離に対して所定以上の誤差を含むか否かを判定する誤差判定手段と、前記誤差判定手段により所定以上の誤差が含まれると判定された場合、先の発車および停車に応じて算出された第１の移動距離と、次の発車および停車に応じて算出される第２の移動距離との合計が駅間距離に対して所定値未満の誤差に収まれば、第１の移動距離は駅以外の場所での停車によるものと判定する停車判定手段とを更に備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、コンピュータに、加速度を検出する加速度検出ステップと、前記加速度検出ステップにて検出される加速度に基づき乗車車両の発停車を検知する検知ステップと、前記検知ステップで乗車車両の発車を検知した場合に、発車時刻と乗車駅名とに応じて、少なくとも駅名、路線名、各駅における発車時刻および各駅間距離が記憶される経路検索データベースから乗車車両の路線名を検索する検索ステップと、前記検索ステップにて検索された路線における乗車駅以降の各停車駅毎の駅間距離を前記経路検索データベースから取得する取得ステップと、前記加速度検出ステップにより検出される加速度に基づき乗車車両が駅を発車してからの移動距離を算出し、算出した移動距離を前記検索ステップにより検索された路線上の対応する位置に表示する移動距離表示ステップと、前記検知ステップが乗車車両の発車を検知してから停車を検知する毎に、発車駅から停車駅までの移動距離を前記取得ステップにより取得される駅間距離に補正する補正ステップとを実行させることを特徴とする。

本発明では、ＧＰＳ測位不能な電車乗車時でも現在走行している場所がどの駅とどの駅の間に位置しているのかを検出することができる。

実施の一形態による位置検出装置の構成を示すブロック図である。 測位処理の動作を示すフローチャートである。 測位処理の動作を示すフローチャートである。 電車乗車中の加速度変化の一例を示す図である。 電車の速度変化の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
Ａ．構成
図１は、実施の一形態による位置検出装置の全体構成を示すブロック図である。この図において、ＣＰＵ１００は操作部１０３から供給される操作イベントに応じて装置各部を制御する。本発明の要旨に係わるＣＰＵ１００の特徴的な処理動作（測位処理）については追って詳述する。ＲＯＭ１０１は、ＣＰＵ１００が実行する各種プログラムデータを記憶する。なお、ここで言う各種プログラムとは、後述の測位処理を含む。

ＲＡＭ１０２は、ワークエリアおよびデータエリアを備える。ＲＡＭ１０２のワークエリアには、ＣＰＵ１００の演算に用いる各種レジスタ・フラグデータが一時記憶される。ＲＡＭ１０２のデータエリアには、後述する各種センサの出力データや位置情報などが一時記憶される。操作部１０３には、各種の操作ボタンや操作スイッチが設けられ、操作されるボタンやスイッチの種類に対応した操作イベントを発生してＣＰＵ１００に供給する。具体的には、装置電源をオンオフするパワースイッチの他、例えばＧＰＳ測距不能な駅構内や地下鉄連絡口に入る際に、自律航法による位置検出の基点となる開始点位置を入力する開始点位置入力スイッチなどが操作部１０３に配設される。

表示部１０４は、ＣＰＵ１００から供給される表示制御信号に応じて、現在走行している場所がどの駅とどの駅の間に位置しているのかを画面表示する。地図データベース１０５は、ベクトル形式で表現される地図データを、メッシュと呼ばれる矩形領域に分割して記憶管理する。ＧＰＳ信号受信処理部１０６は、ＣＰＵ１００の指示に従ってＧＰＳ衛星からの測距用信号を受信して少なくとも現在地の緯度および経度を含む位置情報を演算する。この位置情報は、ＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされる。

３軸地磁気センサ１０６は、例えば外部磁界の変動に応じてインピーダンスが変化するＭＩ素子を用いて検出した地磁気の３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分を表す３軸地磁気データを出力する。３軸加速度センサ１０８は、ピエゾ抵抗型もしくは静電容量型の検出機構により３軸加速度成分を検出して３軸成分毎の加速度データを出力する。なお、３軸加速度センサ１０９により検出される３軸成分は、３軸地磁気センサ１０８の３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分にそれぞれ対応する。

移動量演算部１０９は、ＣＰＵ１００の制御の下に、３軸地磁気センサ１０６から出力される３軸地磁気データに基づき、開始点位置もしくは前回検出した位置からの移動方向を算出すると共に、３軸加速度センサ１０８から出力される３軸加速度データを積分して開始点位置もしくは前回検出した位置からの移動距離を算出する。この移動量演算部１１０により算出される移動方向および移動距離は、ＣＰＵ１００に供給される。

時刻表経路検索データベース１１０には、駅名、駅名の駅がある地域名、路線名および各駅における電車の到着・発車時刻が記憶管理される。位置情報処理部１１１は、ＣＰＵ１００と連携してＧＰＳ測位不能の状態で移動するユーザの位置を算出し、算出したユーザの位置がどの駅とどの駅の間にあるのかを表示部１０４に表示する。

Ｂ．動作
次に、図２〜図５を参照して上記構成による位置検出装置が実行する測位処理の動作を説明する。位置検出装置がパワーオンされると、ＣＰＵ１００は図２に図示する測位処理のステップＳＡ１に進む。ステップＳＡ１では、ＧＰＳ信号受信処理部１０６が電源供給状態であるか否かを判断し、電源供給停止状態ならば、電源供給状態に設定してからＧＰＳ信号受信処理の実行を指示する。これにより、ＧＰＳ信号受信処理部１０６は、ＧＰＳ衛星からの測位用信号を受信するＧＰＳ信号受信処理を実行する。

続いて、ステップＳＡ２では、ＧＰＳ測位可能であるか否か、つまりＧＰＳ信号受信処理部１０６がＧＰＳ衛星からの測位用信号を受信している否かを判断する。ＧＰＳ測位可能ならば、すなわち本装置を携行するユーザが屋外にいる場合には、上記ステップＳＡ２の判断結果は「ＹＥＳ」になり、ステップＳＡ３に進む。ステップＳＡ３では、ＧＰＳ信号受信処理部１０６が少なくとも現在地の緯度および経度を含む位置情報を発生する測位演算処理を実行する。この測位演算処理で得られる位置情報（現在位置）は、ＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされる。

次いで、ステップＳＡ４では、ＣＰＵ１００がＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされた位置情報を含むメッシュの地図データを地図データベース１０５から検索する地図データ検索処理を実行する。そして、ステップＳＡ５では、上記ステップＳＡ４において検索された地図データで示される地図上に、位置情報で特定される現在位置を表示する表示処理を実行した後、上述のステップＳＡ１に処理を戻す。以後、ＧＰＳ信号受信処理部１０６がＧＰＳ衛星からの測位用信号をロストするまでの間、上述したステップＳＡ１〜ＳＡ５を繰り返して現在位置を検出し続ける。

ＧＰＳ測位に基づき現在位置を検出している状態において、例えば本装置を携行するユーザが駅の構内や地下鉄の構内へ移動し、これによりＧＰＳ信号受信処理部１０６がＧＰＳ測位不能になったとする。そうすると、上述したステップＳＡ２の判断結果が「ＮＯ」になり、ステップＳＡ６に進み、ＣＰＵ１００がＧＰＳ信号受信処理部１０６に対して電源供給停止を指示する。ＧＰＳ信号受信処理部１０６では、ＣＰＵ１００からの電源供給停止指示に応じて自己の駆動電源をオフする。

続いて、ステップＳＡ７では、ＧＰＳ測位不能になったのに対応してユーザが開始点位置入力スイッチを操作して開始点位置を入力すると、入力された開始点位置をＣＰＵ１００がＲＡＭ１０２のデータエリアにストアする。なお、本実施形態では、ユーザ操作で開始点位置を入力する形態としたが、これに限らず、ＧＰＳ衛星からの測位用信号をロストする直前にＧＰＳ測位で得た位置情報を自動的に開始点位置として設定する形態としても構わない。

さて、こうして自律航法の開始点位置が設定されると、ステップＳＡ８に進み、３軸加速度センサ１０８から出力される３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分の加速度データを、ＣＰＵ１００が一定期間複数取り込んでＲＡＭ１０２のデータエリアにストアする３軸加速度センサ計測処理を実行する。また、この３軸加速度センサ計測処理では、例えば図４に図示するように、走行中の電車に乗車している時の加速度変化（電車進行方向の加速度変化）を計測した場合に、乗車フラグを「１」にセットして走行中の電車に乗車中であることを表す。

次に、ステップＳＡ９では、３軸地磁気センサ１０７から出力される３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分の地磁気データを、ＣＰＵ１００が一定期間複数取り込んでＲＡＭ１０２のデータエリアにストアする３軸地磁気センサ計測処理を実行する。そして、ステップＳＡ１０では、本装置を携行するユーザが停止状態であるか否かを、上記ステップＳＡ８において一定期間複数取り込まれた３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分の加速度データに基づき判断する。

ここで、例えば駅の構内を徒歩で移動している場合には、上記ステップＳＡ１０の判断結果が「ＮＯ」になり、図３に図示するステップＳＡ１３に進み、走行中の電車に乗車中であるか否か、すなわち乗車フラグが「１」にセットされているかどうかを判断する。走行中の電車に乗車中でなければ、判断結果は「ＮＯ」になり、ステップＳＡ１４に進み、ユーザの歩行移動距離を算出する。

すなわち、ステップＳＡ１４では、ＣＰＵ１００が移動量演算部１０９に対して移動距離の算出を指示する。すると、上記ステップＳＡ８においてＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされた３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分の加速度データに基づき移動量演算部１０９がユーザの移動距離（開始点位置もしくは前回検出した位置からの移動距離）を算出してＲＡＭ１０２のデータエリアにストアする。

この後、図２に図示するステップＳＡ１２に進み、ＣＰＵ１００が移動量演算部１０９に対して方向演算処理の実行を指示する。すると、移動量演算部１０９では、上記ステップＳＡ９においてＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされた３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分の地磁気データに基づいて本装置を携行して徒歩移動するユーザの移動方向を算出する方向演算処理を実行する。算出されたユーザの移動方向はＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされる。

また、ステップＳＡ１２では、ＣＰＵ１００が位置情報処理部１１１に対して位置情報演算処理の実行を指示する。すると、位置情報処理部１１１では、ＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされた「開始点位置（もしくは前回検出した位置）」、ユーザの「移動方向」および「歩行移動距離」に基づきユーザの現在位置を算出し、ＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされる位置情報を更新する。

以上のようにして、徒歩移動するユーザの位置情報（現在位置）が更新されると、前述したステップＳＡ４（図２参照）に処理を戻し、その更新された位置情報を含むメッシュの地図データを地図データベース１０５から検索し、続くステップＳＡ５では、その検索された地図データで示される地図上に、位置情報で特定される現在位置（乗車駅名）を表示する表示処理を実行する。

この後、駅構内を徒歩移動していたユーザがホームに停車中の電車に乗車して着席したとする。そうすると、停止状態となる為、上述したステップＳＡ１０の判断結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳＡ１１に進み、走行中の電車に乗車中であるか否か、すなわち乗車フラグが「１」にセットされているかどうかを判断する。この場合、電車はホームに停車中なので、判断結果は「ＮＯ」になり、ステップＳＡ１２に進む。

ユーザが停車中の電車に乗車・着席している場合、このステップＳＡ１２では、移動量演算部１０９が上記ステップＳＡ９においてＲＡＭ１０２のワークエリアにストアされた３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分の地磁気データに基づきどの方角が北向き方向なのかを計測する。これは電車内に乗車した場合に電車のモータの駆動により地磁気が乱れてしまう場合がある為、停車中にどの方角が北向きであるかを判別する。

一方、乗車した電車が発車すると、上記ステップＳＡ１０の判断結果が「ＮＯ」になり、ステップＳＡ１３（図３参照）に進む。また、電車が発車すると、前述のステップＳＡ８において、走行中の電車に乗車中の加速度変化（電車進行方向の加速度変化）が計測され、これにより乗車フラグが「１」にセットされる。乗車フラグが「１」にセットされると、ステップＳＡ１３の判断結果は「ＹＥＳ」になり、ステップＳＡ１５に進み、ユーザが乗車する電車の移動距離を算出する。

すなわち、ステップＳＡ１５では、先ず発車時刻と徒歩移動時に特定した乗車駅名とに基づき時刻表経路検索データベース１１０を参照して乗車中の電車の路線名を検索する。次に、ＣＰＵ１００が移動量演算部１０９に対して移動距離の算出を指示する。すると、上記ステップＳＡ８においてＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされた３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分の加速度データに基づき移動量演算部１０９がユーザが乗車する電車の移動距離（駅からの移動距離）を算出してＲＡＭ１０２のデータエリアにストアする。

また、ステップＳＡ１５では、ＣＰＵ１００が位置情報処理部１１１に対して位置情報演算処理の実行を指示する。すると、位置情報処理部１１１では、ＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされた乗車駅からの移動距離に基づきユーザの現在位置を算出し、ＲＡＭ１０２のデータエリアにストアされる位置情報を更新する。

こうして、電車に乗車して移動するユーザの位置情報（現在位置）が更新されると、前述したステップＳＡ４（図２参照）に処理を戻し、その更新された位置情報を含むメッシュの地図データを地図データベース１０５から検索し、続くステップＳＡ５では、その検索された地図データで示される地図上において、時刻表経路検索データベース１１０を参照して検索した路線上での現在位置を表示する表示処理を実行する。

さて、乗車駅を発車した電車は、図５に図示する一例のように、一定の速度に達するまで加速した後は定速度で走行し、停車駅に近づくに連れて減速し始めて駅ホームの所定位置で停止する。停車駅で停止すると、上記ステップＳＡ１０の判断結果が「ＹＥＳ」となり、ステップＳＡ１１に進む。この場合、電車乗車中なので、ステップＳＡ１１の判断結果は「ＹＥＳ」となり、図３に図示するステップＳＡ１６に進む。ステップＳＡ１６では、発車時刻と徒歩移動時に特定した乗車駅名とに基づき時刻表経路検索データベース１１０を参照して乗車中の電車の路線名を検索し、該当路線における乗車駅から次停車駅までの駅間距離を算出する。

続いて、ステップＳＡ１７では、発車時刻と、停車時刻と、ステップＳＡ８で計測される加速度データとに基づき移動距離を算出する。次いで、ステップＳＡ１８では、上記ステップＳＡ１７で算出した移動距離と、上記ステップＳＡ１６で取得した駅間距離とを比較し、算出した移動距離が駅間距離に対して１０％以上の誤差を含むか否かを判断する。算出した移動距離が駅間距離に対して１０％未満の誤差ならば、判断結果は「ＮＯ」となり、ステップＳＡ１９に進み、算出した移動距離を破棄し、発車駅から停車駅までの距離を時刻表経路検索データベース１１０から得られる駅間距離に書き換えることで位置検出精度を維持する停車駅本補正を実行した後、前述のステップＳＡ４に進む。

一方、算出した移動距離が駅間距離に対して１０％以上の誤差を含む場合には、上記ステップＳＡ１８の判断結果が「ＹＥＳ」となり、ステップＳＡ２０に進み、停車駅仮補正を行う。停車駅仮補正とは、上記ステップＳＡ１９と同様、発車駅から停車駅までの距離を時刻表経路検索データベース１１０から得られる駅間距離に書き換える補正を行うが、算出した移動距離を破棄せずにＲＡＭ１０２に記憶保持しておく点で相違する。

これは、例えば電車が駅以外の場所で一時停止などした場合に、地図データベース１０５から得られる距離データと算出した移動距離とで到達位置が異るために誤差が生じることになるのであるが、停車位置が実際の駅なのか途中での一時停止なのかを区別出来ない。そこで、破棄せずにＲＡＭ１０２に記憶保持した移動距離（前回算出の移動距離）と、次の発車および停車に応じて算出される移動距離（今回算出の移動距離）とを加算して駅間距離と比較し、その加算値が駅間距離に対して１０％未満の誤差ならば、緊急停止などで駅以外の場所で停車したと判断する。そして、前回算出の移動距離と今回算出の移動距離との合計を発車駅から停車駅までの移動距離に補正して前述のステップＳＡ４に処理を進める。

以上のように、本実施形態では、本装置を携行したユーザが乗車する電車が発車すると、発車時刻と乗車駅名とに基づき時刻表経路検索データベース１１０を参照して乗車中の電車の路線名を検索すると共に、検索された路線における乗車駅以降の各停車駅毎の駅間距離を取得する。そして、走行中に計測される加速度データに基づきユーザが乗車する電車の移動距離（駅からの移動距離）を算出して地図表示し、発車した電車が駅に停車する毎に、発車駅から停車駅までの距離を時刻表経路検索データベース１１０から得られる駅間距離に書き換えて位置検出の誤差を補正するので、ＧＰＳ測位不能な電車乗車時でも現在走行している場所がどの駅とどの駅の間に位置しているのかを検出することができる。

なお、上述した実施形態は、電車乗車時の位置検出を行う態様について言及したが、本発明の要旨を用いれば、乗車駅から降車駅までに要する時間や、降車駅までの駅数などを表示する電車移動のナビゲーションを具現し得ることは言うまでもない。

１００ ＣＰＵ
１０１ ＲＯＭ
１０２ ＲＡＭ
１０３ 操作部
１０４ 表示部
１０５ 地図データベース
１０６ ＧＰＳ信号受信処理部
１０７ ３軸地磁気センサ
１０８ ３軸加速度センサ
１０９ 移動量演算部
１１０ 時刻表経路検索データベース
１１１ 位置情報処理部

Claims (3)

1. 加速度を検出する加速度検出手段と、
   前記加速度検出手段により検出される加速度に基づき乗車車両の発停車を検知する検知手段と、
   少なくとも駅名、路線名、各駅における発車時刻および各駅間距離が記憶される経路検索データベース手段と、
   前記検知手段が乗車車両の発車を検知した場合に、発車時刻と乗車駅名とに応じて前記経路検索データベース手段から乗車車両の路線名を検索する検索手段と、
   前記検索手段により検索された路線における乗車駅以降の各停車駅毎の駅間距離を前記経路検索データベース手段から取得する取得手段と、
   前記加速度検出手段により検出される加速度に基づき乗車車両が駅を発車してからの移動距離を算出し、算出した移動距離を前記検索手段により検索された路線上の対応する位置に表示する移動距離表示手段と、
   前記検知手段が乗車車両の発車を検知してから停車を検知する毎に、発車駅から停車駅までの移動距離を前記取得手段により取得される駅間距離に補正する補正手段と
   を具備することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記検知手段が乗車車両の発車を検知してから停車を検知するまでの間に前記移動距離表示手段によって算出される移動距離が、前記取得手段により取得される駅間距離に対して所定以上の誤差を含むか否かを判定する誤差判定手段と、
   前記誤差判定手段により所定以上の誤差が含まれると判定された場合、先の発車および停車に応じて算出された第１の移動距離と、次の発車および停車に応じて算出される第２の移動距離との合計が駅間距離に対して所定値未満の誤差に収まれば、第１の移動距離は駅以外の場所での停車によるものと判定する停車判定手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. コンピュータに、
   加速度を検出する加速度検出ステップと、
   前記加速度検出ステップにて検出される加速度に基づき乗車車両の発停車を検知する検知ステップと、
   前記検知ステップで乗車車両の発車を検知した場合に、発車時刻と乗車駅名とに応じて、少なくとも駅名、路線名、各駅における発車時刻および各駅間距離が記憶される経路検索データベースから乗車車両の路線名を検索する検索ステップと、
   前記検索ステップにて検索された路線における乗車駅以降の各停車駅毎の駅間距離を前記経路検索データベースから取得する取得ステップと、
   前記加速度検出ステップにより検出される加速度に基づき乗車車両が駅を発車してからの移動距離を算出し、算出した移動距離を前記検索ステップにより検索された路線上の対応する位置に表示する移動距離表示ステップと、
   前記検知ステップが乗車車両の発車を検知してから停車を検知する毎に、発車駅から停車駅までの移動距離を前記取得ステップにより取得される駅間距離に補正する補正ステップと
   を実行させるを特徴とするプログラム。

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