本文摘要：摘要应用历史地理信息系统、知识图谱、虚拟现实等多种现代信息技术进行城市历史时空的逆向建模和回溯是推进档案资源深度开发、智能化档案数据服务和智慧城市建设的多重需要。本文在介绍欧盟时光机等城市时空回溯类数字人文项目的基础上，综合城市记忆工程和逆向工程理
摘 要 应用历史地理信息系统、知识图谱、虚拟现实等多种现代信息技术进行城市历史时空的逆向建模和回溯是推进档案资源深度开发、智能化档案数据服务和智慧城市建设的多重需要。本文在介绍欧盟“时光机”等城市时空回溯类数字人文项目的基础上，综合“城市记忆工程”和“逆向工程”理念，提出了具有中国特色的“城市逆向记忆工程”概念并对其学术内涵、理论基础、实践策略等问题进行了系统剖析。“城市逆向记忆工程”是城市档案管理部门及公共文化机构以收藏和保存的历史档案文献为依据，通过语义数据反向推导和关联融合，在网络空间重构城市空间格局，模拟社会活动过程，构建城市时空本体数据集，并通过多种形式呈现和利用的过程，是我国城市档案信息化建设的前沿领域，具有城市历史文化传承和人工智能数据基础设施建设的双重战略价值。
关键词 城市记忆工程 逆向工程 时光机 历史地理信息系统 人工智能
引言城市作为人类群体性生活重要的依托空间，自古至今承载着绝大多数的人口和绝大多数的政治、经济、文化和社会活动，是孕育和集中展示人类现代文明发展历程的坐标体系。[1]城市档案馆是档案文献集中保存和利用的主要场所，记录和描述所在城市乃至周边地区社会历史进程的丰富信息，成为城市记忆最为重要的组成部分。现代信息技术的飞速发展不断为城市档案文献资源的开发利用注入新的活力，创造出各种新的可能性。
近年来，以各类档案机构收藏和保存的档案文献为依据，在语义网、知识工程、地理信息系统、增强现实、虚拟现实等新兴技术的支撑下，“穿越时空”回溯所在城市各个历史时期的空间格局、生活场景、人口分布和社会活动轨迹，正一步步由曾经的奇思妙想变为可以触摸的现实。
在以“威尼斯时光机”(VeniceTimeMachine)为代表的城市时空回溯类数字人文项目取得成功之后，欧洲多座城市类似的时光机项目相继启动，国内部分机构也开始探索城市历史数字人文基础设施建设的相关问题。总结国内外城市历史文化回溯类数字人文项目的实践经验，提出并系统论证“城市逆向记忆工程”的学术概念，探索依据大量档案文献重构城市历史本体的底层逻辑和基础理论，设计面向“城市逆向记忆工程”的技术框架，对于我国城市的档案信息化建设实践和智慧城市建设有着重要的理论价值和现实意义。
1研究背景
“时光机器”(TimeMachine)是英国科幻作家赫伯特·乔治·威尔斯(HerbertGeorgeWells)在1895年出版的同名小说中提出的概念，即人类生活的时空是由可以感知的三维空间加上时间维度构成的四维空间，在不同的时间切片上会看到不同的生活场景，“时光机器”就是这样一种可以在时间维度上任意驰骋的人造装置。[2]威尔斯所生活的年代尚未出现计算机，“时光机器”只能属于科学幻想的范畴。20世纪后半叶计算机的发明和21世纪初期至今互联网、大数据及人工智能技术的发展使得在虚拟信息空间实现对城市历史文化空间的回溯成为可能，国外和国内相继出现了一些城市时空回溯类数字人文项目。
1.1威尼斯时光机
“威尼斯时光机”项目于2012年启动，由瑞士洛桑联邦理工学院(colePolytechniqueFdraledeLausanne,EPFL)和意大利威尼斯大学(UniversitCa'FoscariVenezia)主导，威尼斯国家档案馆(TheStateArchiveinVenice)、威尼斯玛西亚纳图书馆(TheMarcianaLibrary)、威尼斯西尼基金会(CiniFoundation)等机构参与，旨在对威尼斯市1000多年以来保存完整有序、保存架排列长度可达80公里的海量历史文献进行数字化扫描，并对文献内容进行深度分析，通过语义互联技术实现威尼斯城市历史文化的数据建模，结合各类媒体技术还原历史场景并向社会大众进行展示。[3]
2015年，弗雷德里克·开普兰(FredericKaplan)教授在TED平台发表了题为《如何建造一台时光机》的演讲，获得广泛关注。2016年，项目组以威尼斯的亚里托地区为样本建立了建筑和社会的历时演变模型，验证了项目方案的可行性。2017年，基于时光机项目进行古代威尼斯社会关系网络分析的相关研究成果发表于《自然》杂志官网。[4]项目第一期建设于2019年结束，第二期建设(2020—2028)正在进行中。
1.2 欧洲时光机
“威尼斯时光机”项目所创造的从海量历史文献到历史大数据，再到古代城市虚拟模型的研究范式在欧洲其他城市产生了巨大影响。[5]2016年，开普兰教授通过专著《欧洲必须建立第一台时光机》呼吁欧盟各国共同参与欧洲历史大数据基础设施建设计划，通过分布在欧洲各地的“地方时光机”网络共建“欧洲时光机”(TimeMachineEurope)基础架构，该倡议先后被翻译为9种文字并得到欧洲各国的积极响应。
2017年，“阿姆斯特丹时光机”“布达佩斯时光机”“巴黎时光机”“耶路撒冷时光机”等项目相继启动，雷根斯堡、纽伦堡、德累斯顿、安特卫普、根特、布鲁日、那不勒斯、乌特勒支、林堡等城市的时光机项目也在积极筹备中。2018年，项目合作者扩大到33个国家的230余家学术与文化机构，包括7个国家图书馆、19个国家档案馆、卢浮宫在内的多个著名博物馆、90余所高校和学术研究机构以及30余家科技公司。2019年，欧盟将“时光机”项目作为未来10年重点发展的6个旗舰型研究计划之一，斥资100万欧元进行重点资助。
1.3 基威诺时光旅行者
美国密歇根理工大学的研究团队在美国人文基金会和基威诺国家历史公园咨询委员会支持下，于2017年为密歇根铜业重镇基威诺建立了名为“基威诺时光旅行者”(KeweenawTimeTraveler)的历史地理信息系统。该项目的合作机构包括基威诺国家历史公园、密歇根科技档案馆、密歇根历史档案馆以及基威诺当地的4个博物馆。
项目致力于将各类机构收藏的地图、文献、资料和数据整合起来，以数字化方式还原该区域过去100年的演进过程。项目门户网站于2017年向公众开放，允许研究人员和大众通过姓名、住址、工作机构、教育机构、所属教会等背景信息进行居民匹配，系统可以提供对应居民的故事、照片，并追踪随着时间推移了解其居住地、工作地的变化过程。此外，项目组还开发了名为“故事地图”(StoryMap)的应用，向用户提供基威诺国家历史公园各地的背景知识并虚拟展示部分已经不存在的历史遗存的原貌。
1.4 京都虚拟时空
“京都虚拟时空”(VirtualTime-SpaceofKyoto)是由日本立命馆大学(RitsumeikanUniversity)地理系教授矢野桂司(YanoKeiji)主持建设的京都历史地理信息系统项目。[6]该项目致力于开发可以保存与城市相关的各类数字档案材料并通过互联网向世界展示和传播的基础设施平台。“京都虚拟时空”项目在二维地理信息系统的基础上增加了京都城市景观要素数据库，利用三维虚拟现实技术实现城市景观可视化。最后，根据京都历史演进过程建立若干时间片，从而形成四维地理信息系统并通过WebGIS在互联网上公开。
1.5 上海时光地图
“上海时光地图”(ShanghaiTimeMap)是由法国艾克斯-马赛大学东亚学院安克强(ChristianHenriot)教授主持的历史地理信息系统项目，资料源于研究团队历年收集的有关上海城市发展史的各类历史文献，以及集中保存和展示上海老照片及影音资料的“虚拟上海”网站，通过GIS将空间信息与社会信息相互关联，可以追溯1855年到1954年上海城市格局的变迁，查询各个区域在不同时期的建筑外观，查询不同时期人口密度、房价等历史数据，并提供4000余张上海老照片供用户浏览。[7]
安克强教授将上海历史文化资料数字化整合所取得的经验扩展到对中国其他城市的研究，正在建设的项目包括“虚拟北京”“虚拟天津”“虚拟苏州”等。[8]1.6 上海历史人文地理信息系统“国际化大都市(上海)历史人文地理信息系统”是由上海师范大学苏智良教授主持建设的城市时空回溯类数字人文项目。[9]该项目建成超过5万条信息的基础数据库，涵盖了上海地区自宋代建镇以来的各种历史人文景观的详细内容及其变化过程。
从中抽取重要程度最高的A类数据绘制成上海历史人文地图集，通过对1万余个历史人文景观时间和空间的精确定位，全面展示了上海从一个传统市镇转变为国际化大都市的历史地理足迹，从不同侧面凸显了上海城市的多元文化精神及其演变路径。以上所列举的城市时空回溯类数字人文项目数量虽然不多，却充分展示了现代信息技术在城市时空回溯方面的巨大潜力。
总体而言，由多种信息技术驱动的城市历史时空回溯问题是高度复杂的系统工程，对其基础理论和实践规律的研究在全球范围内都属于起步阶段，但是它所代表的由粗粒度档案文献服务向全景式、智能化档案数据服务转型的理念与人工智能时代的社会需求高度契合，预示着这一领域在未来会有广阔的发展前景，值得我国档案学界以及其他文化机构的持续关注和深入探索。
2术语提出
“城市记忆工程”是21世纪初期至今，我国部分城市的档案管理部门针对市政建设快速推进过程中的场景记忆丢失问题，通过照片、视频、纪录片等形式主动采集城市街区道路、历史建筑、商铺民居和社会生活的原貌，留存城市文化记忆的技术和管理活动的总称。通常认为，“城市记忆工程”起源于著名作家和画家冯骥才先生在1999年发起的“抢救天津老街”系列文化活动。青岛市档案局受到联合国教科文组织“世界记忆工程”的启发，于2002年明确提出了“城市记忆工程”的概念并进行了最初的实践探索，开创了“城市记忆工程”的先河。
之后，武汉市、广州市、上海市、北京市、天津市、济南市、重庆市、沈阳市、长沙市、福州市、大连市、太原市、苏州市、南通市、威海市、丹东市等50余座城市的档案管理部门先后启动了“城市记忆工程”，为延续城市文脉，留存城市记忆做出了重要贡献。[10]2014年，赵生辉等面向智慧城市建设背景下的城市档案管理需求，在“城市记忆工程”的基础上提出了“城市记忆工程2.0”的概念，强调档案管理部门在规划和构建智慧城市记忆系统中的主导地位。[11]“逆向工程”又称“反求工程”，是军事和商业竞争领域具有特殊用途的一种技术活动。
通常情况下，产品生产要经过“需求分析”“产品规划”“产品设计”“产品制造”“产品检验”和“产品交付”等流程，这个过程被称为“正向工程”。然而，在特殊情境下，如果竞争中的一方只拿到了对方生产的成品，客观上又无法获取该产品材料构成、规格参数、工艺要求、生产过程甚至设计图纸等资料，只能基于对现有产品分析得到部分数据，再通过逐项反推，最终获得产品生产过程的大部分信息，从而可以为产品模仿或者采取应对措施提供可靠依据。上述过程与“正向工程”的流程方向正好相反，需要以当前掌握的信息为依据，反推之前已经真实发生的过程和环境信息，因而被称为“逆向工程”。[12]
“逆向工程”主要的应用领域包括机电产品、软件、化妆品、药物和食品等，实践中存在企业借助“逆向工程”侵犯竞争对手知识产权的情况，同时也有企业把“逆向工程”作为知识产权侵权案件反向取证的手段。在“逆向工程”中，竞争方之所以需要反向倒推产品生成环境和生产过程的详细信息，是由于军事或商业竞争无法正常获取上述资料，这种关系与城市时空回溯类数字人文项目的技术原理有着相似之处。档案作为人类社会活动的原始记录，其内容信息反映的是特定时空之下的环境、机构、个人和活动之间的互动关系。如果把城市中各类机构和个人产生的档案文献看作产品，随着时间的推移，生成档案产品的社会环境和相关各方均会发生变化。
当时间跨度足够大时，档案甚至可能成为反映和描述特定时空范围内社会活动真实轨迹的唯一凭证。此时，档案管理机构要想获得有关档案生成环境的全方位信息，只能以现有的档案文献为依据，逐项反向推导相关数据，并按照规范化逻辑相互关联。当积累的数据量足够大时，就构建起了城市在特定时空之下的原始面貌和相关实体互动变化真实过程的大数据模型。上述模型本质上是将档案文献内容以数据形式融为统一的整体，实现由“城市记忆碎片”向“城市记忆全景”的跃迁，与城市历史文化记忆留存利用紧密相关，因而属于城市记忆工程的研究范畴。
综上所述，本文所述的“城市逆向记忆工程”是指城市档案管理部门及公共文化机构以收藏和保存的历史档案文献为依据，通过语义数据反向推导并关联融合，在网络空间重构城市空间格局，模拟社会活动过程，构建城市时空本体数据集，并通过多种形式呈现和利用的过程。“城市逆向记忆工程”与“城市记忆工程”既紧密联系又相互区别。两者都关注城市历史文化记忆留存，都强调利用现代信息技术辅助城市档案资源管理与开发。
但是，“城市记忆工程”的研究视角是“着眼当前，面向未来”，强调为了未来的利用需求做好当前的城市记忆采集和保存工作，“城市逆向记忆工程”的研究视角是“立足当前，反推历史”，强调对大量历史档案内容信息的深度整合与数据建模，其目的是促进城市档案信息资源的整体性开发，满足用户多元化的档案需求。“城市逆向记忆工程”所构建的全景式数据模型具有通用性，除了整合历史档案文献的内容数据外，也可以用来整合“城市记忆工程”所采集的各类社会记忆资源。
“城市逆向记忆工程”是一项由档案管理部门主导、多元主体协同参与的复杂性数字人文系统工程，为了提高建模数据的完整性，需要与所在城市图书馆、文史馆、古籍所、博物馆等机构以及家庭或个人合作，获取与特定历史实体相关的更为丰富的史料证据。
“城市逆向记忆工程”与欧洲国家的城市“时光机”数字人文项目的实践目标类似，建成的全景式历史大数据集面向社会开放，允许用户通 过软件进行“时空切换”，浏览不同时期的城市空间格局并查找与之相关的建筑、机构、个人和主要社会活动的信息。“城市逆向记忆工程”具有深远的战略意义，城市海量档案文献的内容信息融合为统一的整体，本质上就是建立了有关城市历史的综合性、结构化知识库，将为各类需要城市历史背景知识支持的人工智能应用提供数据基础设施。因此，“城市逆向记忆工程”也是智慧城市建设的基础性工作之一。
3理论解析
国内外城市时空回溯类数字人文项目普遍存在实践先于理论的情况，从时空论、本体论和系统论的视角，对“城市逆向记忆工程”的底层逻辑进行解析和梳理，可以为城市时空记忆的逆向构建提供理论指导。
3.1 时空论视角下的“城市逆向记忆工程”解读
时空(time-interspace)是时间与空间的集合名词，同时也表达了时间与空间的依存特性。人类所有的社会活动都处于特定时空之下，“时间”是用来衡量事物演化先后顺序的抽象概念，“空间”是用来衡量事物大小和方位的抽象概念。此外，按照城市结构理论，城市系统可以分为“自然层”“建筑层”和“社会层”三个层面[13]。
时间维具有单一维度连续性和不可逆性两大特征，为了研究方便可以划分为不同的时间片;空间维可以用长、宽、高三个维度组合而成的立体结构来表示;逻辑维分为“自然层”“建筑层”和“社会层”三个层次。其中，“自然层”包括所在位置、地质、地貌、水文、气象、矿产资源、动植物资源等;“建筑层”包括城市建筑、交通设施、能源设施、供水设施、通信设施、医疗设施等;“社会层”包括构成社会的机构、家庭、个体，以及相互作用而产生的政治、经济、文化、教育、军事、外交等方面的社会活动。
其中，自然层在人类可以感知的时间跨度内变化较小，表现出相对的稳定性;建筑层变化速度次之，相对自然层是变化的，但是这种变化的幅度通常是缓慢的;社会层的变化速度最快，人类社会无时无刻不处于变化中，在不同的时间点上观测的社会切面都是不同的。由于时间维度的不可逆性，某一时间片结束之后就不可能再次重复，要想了解或者体验该时间片之内自然层、建筑层和社会层的原貌，就只能借助历史档案进行反向推导和建模。
3.2 本体论视角下的“城市逆向记忆工程”解读
本体论起源于哲学领域，本义是指对世界上客观存在物的系统性描述，因而又称“存在论”。20世纪末期，美国斯坦福大学的格鲁伯(Gruber)等将本体概念引入计算机科学，用来表示特定领域明确的、形式化的、可共享的概念模型。信息学本体在信息组织与检索领域发挥了重要作用，图书情报学科各类语义化的分类表、主题词表都属于信息学本体的一种表现形式。[14]
2012年，美国谷歌公司基于语义网架构推出了知识图谱技术，在描述概念关系的基础上，增加了描述实体与实体、实体与属性之间关系的功能，从而使本体具有了模拟客观世界实体、属性、关系及其运动变化过程的能力。从本体论视角来看“城市逆向记忆工程”。
哲学意义上的城市时空本体是指真实存在过的时间空间结合体。随着时间的推移，与特定时间片相对应的城市时空本体不复存在，与新时间片对应的城市时空本体得以延续。然而，在特定时空本体存续期间，人们在社会活动中留存了大量记录和反映该时空特征的档案文献资源，其内容信息从多个侧面反映了城市时空本体的部分特征，如果加以整合与重组，则可以在计算机中构建其与真实城市时空本体类似的虚拟模型，这正是“城市逆向记忆工程”的核心目标。
“城市逆向记忆工程”所构建的城市时空本体本质上是数据模型，是对特定时空之下城市范围内各类实体要素关系进行的系统化描述。“城市逆向记忆工程”的目标是建成城市历史全景式大数据基础设施平台，而不限于对历史建筑和城市街区的数字化重建和可视化呈现，这也是“城市逆向记忆工程”与历史遗迹数字化重建类数字人文项目的主要区别。
此外，从本体论视角审视“城市逆向记忆工程”，需要区分“语义逻辑”和“符号逻辑”之间的关系。语义逻辑通常是指本体层要素之间的相互关系，符号逻辑是指人类在各类自然语言体系中生成的对本体层关系的描述形式。语义逻辑体现的是本质，而符号逻辑体现的是表象，例如对于同一个城市，不同的语言文字会使用不同的符号，即使在同一语言中的同一实体其名称也是可变的。因此，“城市逆向记忆工程”需要解决自然语言符号体系与本体层实体之间的对应关系问题，只要档案文献内容信息描述的是同一实体，无论符号层采用的是哪种语言文字或者哪种表述方式，其本体层的描述结果都是一致的。
4实践建议
立足我国城市档案管理的体制和特征，本文对我国各大城市档案管理部门联合相关公共文化机构在国家《档案法》和相关法律制度框架内推进“城市逆向记忆工程”提出如下实践建议。
4.1 从国家战略高度深刻认识“城市逆向记忆工程”的重大意义
欧盟之所以会将“欧洲时光机”项目作为未来十年重点发展的六大旗舰型研究计划之一，得益于“时光机”项目在历史文化遗产传承和人工智能基础设施两个维度的重大战略价值。“威尼斯时光机”项目的策划者瑞士洛桑理工学院的开普兰教授表示，“时光机”项目所使用数据的规模和复杂程度都是前所未有的，“时光机”有望成为有史以来最先进的人工智能系统。[16]
正如“探月工程”等国家重大计划的实施会带动相关支撑性领域的全面发展，催生出与之相关的一系列高新技术一样，规模空前、复杂程度空前的“城市逆向记忆工程”也会对我国智慧城市建设和人工智能发展产生积极的促进作用。“城市逆向记忆工程”的战略定位不应该局限于档案信息化建设，而要从智慧城市建设和人工智能技术国际竞争的视角出发，争取将其纳入国家级信息化建设专项发展规划，尽可能从资金、技术和人才等多个方面获得必要支持。
4.2 选择部分基础较好的城市开展“城市逆向记忆工程
”技术试点“城市逆向记忆工程”是涉及面广、技术难度大、影响因素众多的复杂性工程，为了验证项目设计方案的可行性和完备性，在大范围推广之前应当选择部分基础较好的城市进行先期试点，以便发现问题及时解决并在试点过程中总结经验。通常情况下，实施“城市逆向记忆工程”对所在城市的要求主要包括以下方面：历史档案数量丰富且保存完整;具备较好的档案信息化工作基础条件，最好前期已经完成大部分纸质档案数字化加工工作;所在城市有较好的人类资源储备，尤其是在需要应用群体智慧模式进行众包式开发时，通常需要足够数量高素质志愿者的参与。综合上述条件，在近代史上发挥重要作用、档案工作基础较好、所在地专业人才和高校较为集中的上海市、南京市、武汉市等可以作为优先考虑的城市。
4.3 探索以矩阵式协作联盟结构构建“城市逆向记忆工程”的组织体系
“城市逆向记忆工程”是由城市档案管理部门主导的公共数字人文工程，其组织和协作机制面临诸多挑战：一方面，我国的档案管理机构是按照“统一领导，分级负责”的原则建立起来的，理论上每一行政层级的档案机构只负责收集和管理本级机构形成的档案。这就导致同一城市内部形成的档案被分散到不同层级的档案机构中，而且在省会城市，市级档案机构是无权管理上级部门形成的档案文献的。此外，同一城市中的综合档案馆、城建档案馆和专业档案馆有着各自的分工，“城市逆向记忆工程”需要整合测绘档案、城建档案、文书档案等多种类型的档案资源，客观上需要上述机构建立协作机制。
另一方面，城市档案的保存机构除了档案馆外，还包括图书馆、文史馆、美术馆、古籍所、博物馆等机构，为了尽可能提高档案数据抽取的完整性，应该通过协作方式获得上述机构保存的历史档案。此外，家谱、族谱等对于城市社会系统建模非常关键的档案文献通常保存在个人手中，需要在尊重公民意愿的前提下进行共享。这就决定了“城市逆向记忆工程”的组织结构会异常复杂，需要由较高层级的领导机构负责，通过“城市逆向记忆工程”协作联盟的形式，基于矩阵式项目组整合多方力量，共同推进工程项目建设。
4.4 以开放式创新模式推进大众化历史地理信息系统的建设与应用
“城市逆向记忆工程”进行城市时空建模的核心技术是历史地理信息系统，该技术到目前为止主要属于历史研究人员使用的专业版软件工具，尚未进入大众化使用阶段。历史地理信息系统代表性项目主要有英国朴茨茅斯大学的“大不列颠历史地理信息系统”、美国明尼苏达人口中心的“美国国家历史地理信息系统”、比利时根特大学的“比利时历史地理信息系统”等。[17]通常认为，复旦大学满志敏在2000年使用GIS方法再现清光绪年间晋、冀两省旱灾的演进过程可以视为我国学者对历史地理信息系统研究的早期探索。[18]2001年，由 复旦大学葛剑雄教授主持，哈佛大学东亚系、哈佛大学燕京学社、澳大利亚格里菲斯大学等多所机构参与的“中国历史地理信息系统”项目启动建设。[19]
2014年，由复旦大学侯杨方教授主持建设的“丝绸之路历史地理信息系统”正式上线。[20]LivingLab(开放式实验室)是欧盟在2006年提出的以用户为中心的协作式、开放式科研创新模式。与传统产品设计开发流程不同的是，LivingLab提倡产品或服务创意、设计、生产、交付全过程的用户参与，从而使产品或服务在创意阶段就能体现用户需求。[21]“城市逆向记忆工程”所使用的城市历史地理信息系统是面向社会大众的，要遵循开放式创新理念，通过多种方式征集散落于民间的档案文献，允许用户上传老照片等辅助资料，原型系统应该经过大众用户的公开评测。
注释及参考文献
[1] 徐远.城市：人类文明的坐标[EB/OL].[2021-10-30].
[2] 英赫伯特·乔治·威尔斯.时间机器[M].王瑞新，译.天津：天津社会科学院出版社，2006：3-5.
[3] ColePolytechniqueFdraledeLausanne.VeniceTimeMachine[EB/OL].[2021-10-30].
[4] AlisonAbbott.The''timemachine''reconstructingancientVenice'ssocialnetworks[J].Nature，2017，546(7658)：341-344.
[5] 翟姗姗，张纯，许鑫.文化遗产数字化保存策略研究—以“威尼斯时光机”项目为例[J].图书情报工作，2019(11)：140-148.
作者：赵生辉1 胡 莹2 黄依涵2
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