KR101988356B1 - 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템 - Google Patents

공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실제 현장을 BIM 등 시공정보모델을 이용하여 디지털 가상현장으로 시각화하고, 실제 현장에 투입된 객체(분야별 인원과, 분야별 투입 장비 및, 자재)에 각기 구비된 객체 확인 장비(위치태그)를 가상 카메라와 같은 가상건설 정보감시(Virtual Construction Surveillance Information, V-CSI)장치를 이용하여 실제 현장의 객체를 모니터링하여 취합된 정보를 디지털 가상현장에 가시화하며, 현장에서 수집된 정보를 빅데이터화 하고 AI를 이용한 이미지 학습을 통해 투입실적, 이상상황을 분석할 수 있는 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 객체 확인장비(100)와, 상기 객체 확인장비(100)와 무선통신망을 통해 연결된 가상 건설 정보 감시장치(200), 및 상기 가상 건설 정보 감시장치(200)와 무선통신망을 통해 연결된 현장관리서버(300)를 포함하여 이루어진 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상건설 정보감시를 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템으로서, 상기 객체 확인장비(100)는 실제 현장에 투입되는 분야별 인원과, 분야별 투입 장비 및, 자재와 같은 객체에 각각 구비되며 GPS의 기반의 위치정보가 저장된 위치태그로 이루어지며; 상기 가상 건설 정보 감시장치(200)는 상기 객체 확인장비(100)와 무선통신하여 상기 객체의 위치를 파악하기 위한 객체 추적부(210); 및 상기 객체 추적부(210)에 의해 위치가 파악된 객체를 촬영하기 위한 가상 카메라(230)로 이루어지며; 상기 가상카메라(230)는 수치로서 카메라를 조작하도록 하여 물리적인 조건의 제약을 받지 않으며, 사용자 인터페이스부를 통하여 시야 각도조정, 줌인, 줌아웃이 수치변경의 방법으로 조작된다.

Description

공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템{SMART FIELD MANAGEMENT SYSTEM THROUGH 3D DIGITIZATION OF CONSTRUCTION SITE AND ANALYSIS OF VIRTUAL CONSTRUCTION IMAGE}
본 발명은 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설 정보 감시를 통한 인공지능 스마트 현장 관리 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 실제 현장을 BIM 등 시공정보모델을 이용하여 디지털 가상현장으로 시각화하고, 실제 현장에 투입된 객체(분야별 인원과, 분야별 투입 장비 및, 자재)에 각기 구비된 객체 확인 장비(위치태그)를 가상 카메라와 같은 가상건설 정보감시(Virtual Construction Surveillance Information, V-CSI)장치를 이용하여 실제 현장의 객체를 모니터링하여 취합된 정보를 디지털 가상현장에 가시화하며, 현장에서 수집된 정보를 빅데이터화 하고 AI를 이용한 이미지 학습을 통해 투입실적, 이상상황을 분석할 수 있는 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템에 관한 것이다.
전통적으로 건설 현장에서 근로자의 위치를 파악하고 근로자의 위험상태를 감지하는 것은 건설 현장의 관리자에 의해서 이루어진다.
특히 건설 현장에서 근로자 또는 장비에 관한 정보를 효과적으로 관리하기 위해 건설 현장의 주요 지점 곳곳에 NFC 태그가 설치되어 있고 근로자와 장비에 부착된 태그를 이용하여 현재 근무하고 있는 곳에 설치된 비콘에 태깅함으로써 근로자와 장비가 해당되는 비콘 주변에서 근무하고 있음을 알 수가 있었다.
그러나, 특히 넓은 건설현장의 경우 수많은 작업자들과 그에 따른 장비들이 서로 다른 장소에서 작업하는 경우가 빈번하기 때문에 관리자가 수많은 작업자들과 그에 따른 장비들을 관리하는 것은 간단하지 않았다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 새로운 공사현장의 3차원 디지털화를 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템의 필요성이 점차 증대되고 있다.
한국등록특허 제10-1882146호 (2018.07.19. 등록) 한국공개특허 제10-2017-0006095호 (2017.01.17. 공개)
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 실제 현장을 BIM 등 시공정보모델을 이용하여 디지털 가상현장으로 시각화하고, 실제 현장에 투입된 객체(분야별 인원과, 분야별 투입 장비 및, 자재)에 각기 구비된 객체 확인 장비(위치태그)를 가상 카메라와 같은 가상 건설 정보 감시(Virtual Construction Surveillance Information, V-CSI)장치를 이용하여 실제 현장의 객체를 모니터링하여 취합된 정보를 디지털 가상현장에 가시화하며, 현장에서 수집된 정보를 빅데이터화 하고 AI를 이용한 이미지 분석학습을 통해 투입실적, 이상상황을 분석할 수 있는 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상건설 정보감시를 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템은 객체 확인장비와, 상기 객체 확인장비와 무선통신망을 통해 연결된 가상 건설 정보 감시장치, 및 상기 가상 건설 정보 감시장치와 무선통신망을 통해 연결된 현장관리서버를 포함하여 이루어진 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상건설 정보감시를 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템으로서, 상기 객체 확인장비는 실제 현장에 투입되는 분야별 인원과, 분야별 투입 장비 및, 자재와 같은 객체에 각각 구비되며 GPS의 기반의 위치정보가 저장된 위치태그로 이루어지며; 상기 가상 건설 정보 감시장치는 상기 객체 확인장비와 무선통신하여 상기 객체의 위치를 파악하기 위한 객체 추적부; 및 상기 객체 추적부에 의해 위치가 파악된 객체를 촬영하기 위한 가상 카메라로 이루어지며; 상기 가상카메라는 수치로서 카메라를 조작하도록 하여 물리적인 조건의 제약을 받지 않으며, 사용자 인터페이스부를 통하여 시야 각도조정, 줌인, 줌아웃이 수치변경의 방법으로 조작되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템은 3차원으로 구현된 디지털 가상현장에서 현장의 모든 작업사항을 자동 모니터링할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 실제 현장에서 수집된 정보를 빅데이터화 하고 AI를 이용한 이미지 분석과 같은 가상 건설 영상 분석을 통해 투입실적, 이상상황을 디지털 가상현장에 피드백할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기 디지털 가상현장에 표출되어진 피드백에 관한 데이터를 실제 현장에 적용하여 가상건설 정보감시장치를 통해 분석함으로써, 실제 영상정보수집장비(CCTV)에서 관측되지 못하는 사각지대가 해소될 수 있어 실제 현장 작업의 공정관리 및 공정진행의 안정성 등을 자동으로 관리할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 도 1의 가상 건설 정보 감시장치의 구성도.
도 3은 도 1의 현장관리서버의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 가상현장을 설명하기 위한 참고도.
도 5 내지 도 7은 이상상황을 설명하기 위한 참고도.
이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.
도 1은 본 발명에 따른 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템의 개략적인 구성도이며, 도 2는 도 1의 가상 건설 정보 감시장치의 구성도이며, 도 3은 도 1의 현장관리서버의 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 디지털 가상현장을 설명하기 위한 참고도이며, 도 5 내지 도 7은 이상상황을 설명하기 위한 참고도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상건설 정보감시를 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템은 객체 확인장비(100)와, 가상 건설 정보 감시장치(200), 및 현장관리서버(300)를 포함하여 구성된다.
상기 객체 확인장비(100)는 실제 현장에 투입되는 분야별 인원과, 분야별 투입 장비 및, 자재와 같은 객체에 각각 구비되며 GPS의 기반의 위치정보가 저장된 위치태그로 이루어진다.
또한, 상기 가상 건설 정보 감시장치(200)는 상기 객체의 위치를 추적 및 촬영하기 위한 것으로, 상기 객체 확인장비(100)와 무선통신하여 객체의 위치를 파악하기 위한 객체 추적부(210)와 상기 객체 추적부(210)에 의해 위치가 파악된 객체를 촬영하기 위한 가상 카메라(230)로 이루어진다. 여기서, 상기 가상카메라(230)는 수치로서 카메라를 조작하도록 하여 물리적인 조건의 제약을 받지 않으며, 사용자 인터페이스부(도시되지 않음)를 통하여 시야 각도조정, 줌인, 줌아웃 등을 수치변경의 방법으로 조작한다.
또한, 상기 현장관리서버(300)는 객체자료 수집부(310), 빅데이터 분석부(320), 이미지 형성부(330), 이미지 투명처리부(340), 인공지능 학습부(350), 이미지 비교부(360) 및, 이상상황 판단부(380)로 이루어진다.
여기서, 상기 객체자료 수집부(310)는 무선통신을 통해 상기 가상 건설 정보 감시장치(200)와 연결되어 상기 가상 건설 정보 감시장치(200)에 의해 추적 및 촬영된 객체에 대한 자료를 수집한다.
또한, 상기 빅데이터 분석부(320)는 상기 객체 자료 수집부(310)와 연결되어 상기 객체 자료 수집부(310)로부터 수집된 자료를 이용하여 빅데이터 분석을 한다.
또한, 상기 이미지 형성부(330)는 상기 빅데이터 분석부(320)와 연결되어 상기 빅데이터 분석부(320)로부터 분석된 빅데이터를 이용하여 객체에 관한 이미지를 형성한다.
또한, 상기 이미지 투명처리부(340)는 상기 이미지 형성부(330)와 연결되어 상기 이미지 형성부(330)로부터 형성된 객체에 관한 이미지에서 객체를 가리는 시공물 및 장애물을 투명하게 처리하여 감시의 사각지대를 제거한다.
또한, 상기 인공지능 학습부(350)는 상기 이미지 투명처리부(340)와 연결되어 상기 이미지 투명처리부(340)에 의해 사각지대가 제거되어 명확해진 객체 이미지만을 인공지능을 이용하여 학습한다.
또한, 상기 이미지 비교부(360)는 상기 인공지능 학습부(350)와 연결되어 상기 인공지능 학습부(350)에서 학습된 학습이미지와, 임의의 시간에 상기 투명처리부(340)에 의해 획득된 객체 이미지를 상호 비교한다.
또한, 상기 이상상황 판단부(380)는 상기 이미지 비교부(360)와 연결되어 상기 이미지 비교부(360)를 통해 상호 비교된 이미지를 통해 이상상황을 판단한다. 상기 이상상황 판단부(360)는 상기 이미지 비교부(360)를 통해 상호 비교된 상기 학습 이미지 및 객체 이미지의 이미지 차이가 상호 동일하거나 또는 임의로 설정된 레벨 이하이면 이상징후가 발생하지 않았다고 판단하나, 상기 상호 비교된 이미지 차이가 임의로 설정된 레벨 이상이면 이상징후가 발생하였다고 판단한다.
한편, 상기 이상상황 판단부(380)는 이상상황이라고 판단되면 경고를 발생하기 위한 경고발생부(381)를 더 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 경고발생부(381)는 SMS를 통해 공사현장 관리자에 경고 메시지나 또는 경고음을 전달할 수 있다.
이제, 본 발명에 따른 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상건설 정보감시를 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템의 작동을 살펴보고자 한다.
먼저, GPS의 기반의 위치정보가 저장된 위치태그와 같은 객체 확인장비(100)가 분야별 인원과, 분야별 투입 장비 및, 자재와 같은 객체에 각각 구비되어 실제 현장에 투입되며, 상기 객체 확인장비(100)로부터 확인된 GPS의 기반의 위치정보를 근거로 상기 객체의 위치가 객체 추적부(210)에 의해 추적되고, 상기 추적된 객체가 가상 카메라(230)에 의해 촬영되며, 상기 촬영된 객체에 관한 정보가 현장관리서버(300)의 객체자료 수집부(310)로 전송된다.
이후, 상기 객체자료 수집부(310)를 통해 수집된 객체자료가 빅데이터 분석부(320)를 통해 분석되며, 상기 분석된 빅데이터를 근거로 이미지 형성부(330)가 객체에 관한 이미지를 생성하는데, 상기 객체에 관한 이미지에는 객체 외에도 객체 주변의 시공물 및 장애물과 같은 현장 이미지가 포함되어 있어서 상기 시공물 및 장애물의 뒤쪽에 배치된 객체에 관한 이미지는 불명확하기에, 상기 이미지 형성부(330)에 의해 형성된 객체에 관한 이미지는 불명확하다.
그 후, 상기 시공물 및 장애물에 의해 불명확한 객체에 관한 이미지에서 이미지 투명처리부(340)에 의해 상기 시공물 및 장애물이 투명처리되기에 사각지대가 제거되어 명확해진 객체 이미지만이 형성되고, 상기 명확해진 객체 이미지 만이 인공지능 학습부(350)를 통해 인공지능 학습되어 학습이미지를 형성한다.
이후, 상기 학습이미지와 임의의 순간에 상기 투명처리부(340)에 의해 획득된 객체 이미지가 이미지 비교부(360)에 의해 상호 비교되고, 상기 상호 비교된 이미지의 차이가 임의로 설정된 레벨 이상이면 이상징후 판단부(380)에 의해 이상징후가 발생하였다고 판단되어 경고 발생부(381)를 통해 경고를 발생한다.
한편, 본 발명에 따른 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상건설 정보감시를 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템의 현장관리서버(300)는 실제 현장을 위치 ID가 부여된 직사각형 가상셀로 분할하는 가상셀 형성부(370)를 더 포함할 수 있다.
상기 가상셀 형성부(370)는 상기 이미지 비교부(360)에 연결되어 상기 이미지 비교부(360)에 의해 비교되어질 상기 학습이미지와 객체 이미지에 가상셀이 형성되기에 양자의 이미지 비교를 보다 손쉽게 한다.
상기 가상셀 형성부(360)에 의해 분할된 디지털 가상 공사현장은 위치 ID가 부여된 가상셀에 의해 보다 세분되기에 이상징후 판단부(380)에 의해 이상징후가 발생한 구역의 이상상황을 보다 정확하고 명확히 알 수 있다.
이제, 도 4 내지 도 7을 참조하면, 도 4는 사각지대가 해소되었으며, 정상상황인 객체 이미지를 설명하기 위해 도시되었고, 도 5는 정상상황에 비해 자재가 많아진 이상상황을 설명하기 위해 도시되었으며, 도 6은 정상상황에 비해 인원이 많아진 이상상황을 설명하기 위해 도시되었으며, 도 7은 정상상황에 비해 자재가 많아진 이상상황을 설명하기 위해 도시되었었다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공사현장의 3차원 디지털화를 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템은 3차원으로 구현된 디지털 가상현장에서 현장의 모든 작업사항을 자동 모니터링할 수 있다. 또한, 실제 현장에서 수집된 정보를 빅데이터화 하고 AI를 이용한 이미지 분석과 같은 가상 건설 영상 분석을 통해 투입실적, 이상상황을 디지털 가상현장에 피드백할 수 있다. 또한, 상기 디지털 가상현장에 표출되어진 피드백에 관한 데이터를 실제 현장에 적용하여 가상건설 정보감시장치를 통해 분석함으로써, 실제 영상정보수집장비(CCTV)에서 관측되지 못하는 사각지대가 해소될 수 있어 실제 현장 작업의 공정관리 및 공정진행의 안정성 등을 자동으로 관리할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 객체 확인장비 200: 가상 건설 정보 감시장치 210: 객체 추적부 230: 가상 카메라
310: 객체자료 수집부 320: 빅데이터 분석부
330: 이미지 형성부 340: 이미지 투명처리부
350: 인공지능 학습부 360: 이미지 비교부
370: 가상셀 형성부 380: 이상상황 판단부
381: 경보 발생부

Claims (5)

  1. 실제 현장에 투입되는 분야별 인원, 분야별 투입 장치 및 자재로 구성된 객체에 각각 구비되어 2차원 또는 3차원 모델에 색상구분으로 구별가능하게 표출되며 GPS 기반의 위치정보가 저장된 위치태그로 구성되는 객체 확인장비(100)와, 상기 객체 확인장비(100) 무선통신망을 통해 연결되며, 상기 객체의 위치를 추적 및 촬영하는 가상 건설 정보 감시장치(200) 및 현장관리서버(300)를 포함하는 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상건설 정보감시를 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템으로서,
    상기 가상 건설 정보 감시장치(200)는
    객체 확인장비(100)와 무선통신하여 객체의 위치를 파악하는 객체 추적부(210)와,
    상기 객체 추적부(210)에 의해 위치가 파악된 객체를 촬영하되, 수치로서 카메라를 조작하여 물리적인 조건의 제약을 받지 않으며, 사용자 인터페이스부를 통하여 시야 각도조정, 줌인, 줌아웃이 수치변경의 방법으로 조작되는 가상 카메라(230)를 포함하며,
    상기 현장관리서버(300)는
    무선통신을 통해 상기 가상 건설 정보 감시장치(200)와 연결되어 추적 및 촬영된 객체의 자료를 수집하는 객체자료 수집부(310)와,
    상기 객체자료 수집부(310)와 연결되어 상기 객체자료 수집부(310)로부터 수집된 상기 자료를 이용하여 빅데이터를 분석하는 빅데이터 분석부(320)와,
    상기 빅데이터 분석부(320)와 연결되어 상기 빅데이터 분석부(320)로부터 분석된 빅데이터를 이용하여 객체에 관한 이미지를 형성하되, 상기 객체에 관한 이미지에는 상기 객체로 구성된 객체 이미지와 객체 주변의 시공물 및 장애물로 구성된 현장 이미지를 포함하는 이미지 형성부(330)와,
    상기 이미지 형성부(330)와 연결되어 상기 이미지 형성부(330)로부터 형성된 객체에 관한 이미지에서 현장 이미지를 투명하게 처리하여 감시의 사각지대를 제거하는 이미지 투명처리부(340)와,
    상기 이미지 투명처리부(340)와 연결되어 상기 이미지 투명처리부(340)를 통해 투명해진 현장 이미지로 인해 사각지대가 제거되어 명확해진 객체 이미지를 대상으로 인공지능을 이용하여 학습하는 인공지능 학습부(350)와,
    상기 인공지능 학습부(350)와 연결되어 상기 인공지능 학습부(350)에서 학습된 학습이미지 및 임의의 시간에 상기 투명 처리부(340)에 의해 획득된 객체 이미지를 상호 비교하는 이미지 비교부(360)와,
    상기 이미지 비교부(360)와 연결되어 상기 이미지 비교부(360)에 의해 비교되어지는 상기 학습이미지와 객체 이미지에는 가상셀이 형성되어 이미지 비교가 이루어지되, 이상징후가 발생되는 구역의 확인이 가능하도록 상기 가상셀에 실제 현장의 위치 ID가 부여된 직사각형 가상셀로 분할되는 가상셀 형성부(370) 및
    상기 이미지 비교부(360)와 연결되어 상기 이미지 비교부(360)를 통해 상호 비교된 이미지를 통해 임의로 설정된 레벨 이상이면 이상상황이 발생된다고 판단되어 공사현장 관리자에게 경고 메시지나 또는 경고음을 전달하기 위한 경고발생부(381)를 포함하는 이상상황 판단부(380)를 포함하며,
    상기 가상셀 형성부(370)에 의해 분할된 디지털 가상 공사현장은 위치 ID가 부여된 가상셀에 의해 더욱 세분화되며, 상기 이상상황 판단부(380)에 의해 이상징후가 발생한 구역의 이상상황을 파악하는 것을 특징으로 하는 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인공지능 스마트 현장관리 시스템은
    실제현장을 시공정보모델을 이용하여 디지털 가상현장으로 시각화하며,
    상기 객체 확인장비(100)로부터 확인된 GPS 기반의 위치정보를 통하여 상기 객체의 위치가 객체 추적부(210)에 의해 추적되고, 상기 추적된 객체가 가상 카메라(230)에 의해 촬영되면 상기 촬영된 객체에 관한 정보가 객체자료 수집부(310)로 전송되며,
    상기 객체자료 수집부(310)로 수집된 객체자료는 빅데이터 분석부(320)를 통하여 분석되며, 상기 분석된 빅데이터에 근거하여 이미지 형성부(330)가 상기 객체와 현장 이미지를 포함하는 이미지를 생성하되,
    상기 현장 이미지의 뒤쪽에 배치되어 불명확하게 표현되는 객체는 상기 이미지 투명처리부(340)에 의해 상기 현장 이미지가 투명처리되어 상기 객체 이미지만 형성되며, 상기 객체는 인공지능 학습부(350)를 통해 인공지능 학습되어 학습이미지가 형성되어지는 것을 특징으로 하는 공사현장의 3차원 디지털화 및 가상 건설영상 분석을 통한 인공지능 스마트 현장관리 시스템.
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