潘明明，田世明，耿俊成，吳 博

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司， 北京 100192； 2.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院， 鄭州 450052)

計(jì)及RFID資產(chǎn)信息的臺(tái)區(qū)用戶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)研究

潘明明1，田世明1，耿俊成2，吳 博2

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司， 北京 100192； 2.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院， 鄭州 450052)

為了提高臺(tái)區(qū)管理的智能化和精細(xì)化管理水平，設(shè)計(jì)了一種計(jì)及RFID資產(chǎn)信息的臺(tái)區(qū)用戶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，利用現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元同時(shí)采集電能表計(jì)量信息與RFID資產(chǎn)信息，并通過(guò)寬帶載波與中心通信單元進(jìn)行信息交換，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了臺(tái)區(qū)用戶的自動(dòng)識(shí)別與電能表資產(chǎn)信息的采集與錄入。該系統(tǒng)可以有效提升電網(wǎng)企業(yè)的智能化和自動(dòng)化水平，提高工作效率。

RFID；臺(tái)區(qū)用戶識(shí)別；電能表；載波通信；資產(chǎn)管理

電力公司對(duì)低壓電力用戶實(shí)行分臺(tái)區(qū)管理，臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別是電力公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)銷精益化管理并實(shí)現(xiàn)降耗減損目標(biāo)的基礎(chǔ)[1]。部分老舊小區(qū)、沿街門面的線路復(fù)雜，由于臺(tái)區(qū)信息不完善、信息更新不及時(shí)等原因，臺(tái)區(qū)的用戶資料往往不準(zhǔn)確甚至缺失，電網(wǎng)工作人員在不停電狀態(tài)下難以識(shí)別臺(tái)區(qū)的拓?fù)潢P(guān)系，這嚴(yán)重影響了國(guó)家電網(wǎng)公司提出的建設(shè)智能電網(wǎng)的進(jìn)程[2-3]。

現(xiàn)有的臺(tái)區(qū)識(shí)別技術(shù)主要采用載波通信法與脈沖電流法。載波通信法的缺陷在于受共高壓、共地、共電纜溝串線等問(wèn)題的影響，載波信號(hào)可跨變壓器耦合到其他臺(tái)區(qū)，易造成臺(tái)區(qū)的誤識(shí)別[4-5]。文獻(xiàn)[6]提出了一種基于脈沖電流法的臺(tái)區(qū)用戶帶電識(shí)別裝置，但該方法需要在變壓器低壓側(cè)安裝電流互感器，安全性差，且需要工作人員對(duì)用戶逐個(gè)識(shí)別，工作量大。另外，電能表資產(chǎn)管理也是臺(tái)區(qū)管理的重要組成部分，傳統(tǒng)的資產(chǎn)信息采錄模式要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集、整理、校驗(yàn)、錄入等環(huán)節(jié)，工作內(nèi)容繁瑣，基層班組工作壓力大。

本文提出了一種計(jì)及射頻識(shí)別(radio frequency identification，RFID)的資產(chǎn)信息的臺(tái)區(qū)用戶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立同時(shí)完成了臺(tái)區(qū)識(shí)別、拓?fù)渥R(shí)別與電能表資產(chǎn)信息的自動(dòng)采集與錄入，可有效提高電網(wǎng)企業(yè)的智能化水平，大大降低電網(wǎng)企業(yè)工作人員的工作量，提高工作效率。

1 臺(tái)區(qū)拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

目前配電臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)在空間上電能表計(jì)量數(shù)據(jù)與電能表資產(chǎn)數(shù)據(jù)獨(dú)立采集，在時(shí)間上數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)錄入由不同業(yè)務(wù)分管人員獨(dú)立完成，工作效率低，重復(fù)勞動(dòng)多。本文設(shè)計(jì)了一種含RFID資產(chǎn)信息的臺(tái)區(qū)拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別系統(tǒng)，利用現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元將電能表計(jì)量數(shù)據(jù)與資產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集，并對(duì)數(shù)據(jù)的采集與錄入進(jìn)行一體化運(yùn)作，利用電能表計(jì)量數(shù)據(jù)與資產(chǎn)信息共同進(jìn)行拓?fù)渥R(shí)別，提高臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別的準(zhǔn)確率，同時(shí)降低人工成本。

臺(tái)區(qū)用戶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的原理如圖1所示。該系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成：現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元、中心通信單元和主站系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元就近安裝于用戶電能箱旁，原則上1個(gè)表箱安裝1個(gè)現(xiàn)場(chǎng)傳感單元，其可通過(guò)多種通信方式(RS485、電力載波、微功率無(wú)線)與電表箱中的所有電能表計(jì)進(jìn)行通信，并通過(guò)內(nèi)置RFID主機(jī)與粘貼在電表外殼的電子標(biāo)簽進(jìn)行通訊，讀取其設(shè)備編碼。現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元通過(guò)電力線寬帶載波通信方式將采集到的電表計(jì)量數(shù)據(jù)與電表資產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳至中心通信單元。中心通信單元安裝于變壓器低壓側(cè)，通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元的數(shù)據(jù)得到該臺(tái)區(qū)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并進(jìn)行能效分析。中心通信單元通過(guò)GPRS或以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)將本臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)上傳至主站系統(tǒng)。主站獲取到本臺(tái)區(qū)的信息后可開(kāi)展設(shè)備資產(chǎn)管理、拓?fù)浞治龊湍苄Ч芾淼雀呒?jí)應(yīng)用。

圖1 臺(tái)區(qū)用戶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的原理圖

現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元是實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)設(shè)備資產(chǎn)管理、用戶用電信息采集的基本單元。該裝置的主要作用是定時(shí)采集電能表計(jì)量信息與電能表RFID電子標(biāo)簽的資產(chǎn)信息，并通過(guò)寬帶載波通信方式將已采集到的數(shù)據(jù)上傳至中心通信單元，其功能框圖如圖2所示。其中：RS485和微功率無(wú)線為下行通信模塊，負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)安裝的電表進(jìn)行通信；RFID模塊由RFID Reader與天線構(gòu)成，負(fù)責(zé)與粘貼在電能表計(jì)等電力公司資產(chǎn)設(shè)備上的RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)管理；寬帶載波與脈沖通信為上行通信模塊，負(fù)責(zé)將核心控制器維護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)上傳至中心通信單元?，F(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元能記錄參數(shù)變更、資產(chǎn)數(shù)據(jù)變更等事件。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元功能框圖

中心通信單元是臺(tái)區(qū)用戶識(shí)別系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。能夠通過(guò)下行信道自動(dòng)抄收并存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元或其他各類載波通信終端的數(shù)據(jù)；同時(shí)能通過(guò)上行信道與主站或移動(dòng)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其上行信道采用公用通訊網(wǎng)，支持 GPRS等通信方式。與現(xiàn)場(chǎng)傳感單元相比，中心通信單元主要增加了GPRS的上行通信通道。

1.2 計(jì)及RFID資產(chǎn)信息的拓?fù)渥R(shí)別原理

RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽[7-12]。RFID技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的條形碼等技術(shù)主要有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)[13]:

1) 讀取方便快捷，識(shí)別距離遠(yuǎn)，可多目標(biāo)識(shí)別。

2) 使用壽命長(zhǎng)、數(shù)據(jù)容量大。

3) 安全性高、對(duì)環(huán)境要求低。

RFID電子標(biāo)簽的內(nèi)存區(qū)包括4個(gè)部分[14]，分別為保留區(qū)(保留 區(qū))、物品標(biāo)識(shí)區(qū)(EPC 區(qū))、標(biāo)簽標(biāo)識(shí)區(qū)(TID 區(qū))和用戶數(shù)據(jù)區(qū)(用戶區(qū))。保留區(qū)用于存儲(chǔ)標(biāo)簽的滅活密碼和訪問(wèn)密碼，滅活密碼和訪問(wèn)密碼用于銷毀、讀寫標(biāo)簽時(shí)提供安全認(rèn)證，為8個(gè)字節(jié)數(shù)。物品標(biāo)識(shí)區(qū)用于存儲(chǔ)統(tǒng)一的計(jì)量設(shè)備編碼，不至少16個(gè)字節(jié)數(shù)。標(biāo)簽標(biāo)識(shí)區(qū)用于存儲(chǔ)標(biāo)簽自身的編號(hào)，該編號(hào)為全球唯一，為8個(gè)字節(jié)數(shù)。用戶數(shù)據(jù)區(qū)用于存儲(chǔ)計(jì)量設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及其相關(guān)信息，存儲(chǔ)的計(jì)量設(shè)備業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息采用壓縮BCD 編碼方式，不少于64位字節(jié)數(shù)。系統(tǒng)可以按照ISO 18000-6C 要求的數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽中整個(gè)或部分EPC 區(qū)、TID 區(qū)、用戶區(qū)、保留區(qū)中的數(shù)據(jù)讀寫，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽讀寫功能。讀命令與寫命令的通信幀格式分別如表1和表2所示。

表1 讀命令通信幀格式

表2 寫命令通信幀格式

利用RFID技術(shù)讀取電能表資產(chǎn)信息，需要提前對(duì)RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行初始化。首先，根據(jù)一定的編碼規(guī)則對(duì)每個(gè)電子標(biāo)簽生成唯一的電子編碼并將其寫入標(biāo)簽。其次，將RFID編碼與電能表的資產(chǎn)信息(如制造廠商、生產(chǎn)日期、電表類型、產(chǎn)權(quán)單位等)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在資產(chǎn)管理系統(tǒng)中建立RFID編碼與電能表資產(chǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元內(nèi)置的RFID閱讀器讀取電子標(biāo)簽的編碼信息便可讀取電能表的資產(chǎn)信息。

臺(tái)區(qū)拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別功能的步驟如下：

1) 某臺(tái)區(qū)的中心通信單元向所轄現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元發(fā)出臺(tái)區(qū)識(shí)別命令。

2) 該臺(tái)區(qū)所有現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元收到此命令后發(fā)送含有其自身ID信息的載波信號(hào)。

3) 中心通信單元收到帶有現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元ID信息的載波信號(hào)后，標(biāo)記現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元所屬的臺(tái)區(qū)號(hào)并將該臺(tái)區(qū)信息上傳至主站的配網(wǎng)GIS系統(tǒng)。

4) 現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元每30 min采集一次所轄電能表箱的所有電能表計(jì)量信息和RFID資產(chǎn)信息，并上傳至中心通信單元。

5) 中心通信單元根據(jù)RFID信息統(tǒng)計(jì)各現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元所轄電能表個(gè)數(shù)和各電能表資產(chǎn)信息，并將資產(chǎn)信息打包上傳至主站，錄入電能表資產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)信息采集與錄入一體化運(yùn)作，提高工作效率。

6) 中心通信單元根據(jù)電能表計(jì)量信息，當(dāng)某現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元所轄電能表計(jì)量信息中至少有一個(gè)計(jì)量信息相比于前一次采集時(shí)刻發(fā)生變化時(shí)，則判斷該電能表箱上級(jí)開(kāi)關(guān)為合位；當(dāng)所有計(jì)量信息相比于前一次采集時(shí)刻均無(wú)變化時(shí)，則判斷該電能表箱上級(jí)開(kāi)關(guān)為分位。然后將電能表數(shù)據(jù)打包上傳至主站的用電管理系統(tǒng)。

7) 主站的用電管理系統(tǒng)對(duì)變壓器低壓側(cè)電能表計(jì)量數(shù)據(jù)與該臺(tái)區(qū)所有電能表的計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比與歷史數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)分析，判斷該臺(tái)區(qū)是否存在竊電現(xiàn)象。

總體流程如圖3所示。

圖3 計(jì)及RFID資產(chǎn)信息的用戶臺(tái)區(qū)識(shí)別流程

2 案例分析

圖4為配電臺(tái)區(qū)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，本節(jié)結(jié)合此案例對(duì)臺(tái)區(qū)1的拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖4 臺(tái)區(qū)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

具體步驟如下：

1) 臺(tái)區(qū)1的中心通信單元1向所轄現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元發(fā)出臺(tái)區(qū)識(shí)別命令。

2) 該臺(tái)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元1、2、3收到此命令后發(fā)出含有各自ID信息的載波信號(hào)(現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元4、5因變壓器隔離無(wú)法接收此命令)。

3) 中心通信單元1接收到此3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元傳送的載波信號(hào)后，標(biāo)記現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元1、2、3為臺(tái)區(qū)1的用戶，并將該信息上傳至主站的配網(wǎng)GIS系統(tǒng)。

4) 現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元1、2、3定時(shí)采集所轄電能表箱1、2、3中所有電能表的計(jì)量信息和RFID資產(chǎn)信息，并上傳至中心通信單元1。

5) 中心通信單元1根據(jù)電能表的RFID信息統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元1、2、3分別所轄的電能表個(gè)數(shù)，將所有電能表的資產(chǎn)信息進(jìn)行打包并上傳至主站的資產(chǎn)管理系統(tǒng)。

6) 中心通信單元1以電能表計(jì)量信息為依據(jù)識(shí)別電能表箱上級(jí)開(kāi)關(guān)的分合位。如當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元1所轄的所有電能表的計(jì)量信息中有一個(gè)計(jì)量信息相比于前一次采集時(shí)刻發(fā)生變化時(shí)，則判斷電能表箱1上級(jí)開(kāi)關(guān)為合位；當(dāng)所有計(jì)量信息相比于前一次采集時(shí)刻均無(wú)變化時(shí)，則判斷電能表箱1的上級(jí)開(kāi)關(guān)為分位。

7) 主站用電管理系統(tǒng)根據(jù)臺(tái)區(qū)1變壓器低壓側(cè)電能表的計(jì)量數(shù)據(jù)與臺(tái)區(qū)1所有下屬電能表的計(jì)量數(shù)據(jù)之和進(jìn)行對(duì)比分析，如兩者數(shù)據(jù)相差較大，則判斷該臺(tái)區(qū)存在竊電現(xiàn)象，需進(jìn)一步進(jìn)行防竊電檢查。

根據(jù)本文提出的用戶臺(tái)區(qū)識(shí)別方法，對(duì)某配電網(wǎng)5個(gè)臺(tái)區(qū)256個(gè)用戶的臺(tái)區(qū)屬性進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)配電運(yùn)檢人員也進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)核查，識(shí)別結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)核查對(duì)比情況如表3 所示。

表3 識(shí)別結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)核查情況

由結(jié)果可知：本文采用的用戶臺(tái)區(qū)識(shí)別方法識(shí)別正確率達(dá)到94.1%，表明此方法是切實(shí)有效的，相比于人工現(xiàn)場(chǎng)檢查，可大大提高工作效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種計(jì)及RFID資產(chǎn)信息的臺(tái)區(qū)用戶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)智能傳感單元通過(guò)RFID 技術(shù)采集電能表的資產(chǎn)信息，同時(shí)通過(guò)RS485或微功率無(wú)線采集電能表的計(jì)量信息，將統(tǒng)一采集的這2種信息應(yīng)用到臺(tái)區(qū)拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別與資產(chǎn)管理中。該系統(tǒng)有利于提高臺(tái)區(qū)用戶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的準(zhǔn)確率，提升電網(wǎng)企業(yè)的智能化和自動(dòng)化水平，提高工作效率。

[1] 汪德敖，蘭國(guó)良，林權(quán),等.柔性電流互感器在配電變壓器臺(tái)區(qū)用戶識(shí)別中的應(yīng)用研究[J].農(nóng)村電氣化，2016，25(4)：56-57.

[2] 余貽鑫，欒文鵬.智能電網(wǎng)述評(píng)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29(34)：1-6.

[3] FARHANGI H.The Path of the Smart Grid[J].IEEE Power & Energy Magazine，2009，8(1):18-28.

[4] 范荻，李紹山，李海濤，等.臺(tái)區(qū)用戶識(shí)別儀關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究[J].華北電力技術(shù)，2010(7)：27-30.

[5] 鮑衛(wèi)東.基于低壓電力線載波的臺(tái)區(qū)及相位識(shí)別[J].農(nóng)村電氣化，2008，1(10)：57-59.

[6] 蘭國(guó)良.多模方式臺(tái)區(qū)用戶帶電識(shí)別裝置及其應(yīng)用[J].廣西電力，2015，38(6)：67-70.

[7] 陳冬萍.射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)應(yīng)用研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2006.

[8] WANG X，DANG Q，GUO J，et al.RFID Application of Smart Grid for Asset Management[J].International Journal of Antennas and Propagation，2013，2013(1)：1-6.

[9] 姜昆，楊日杰，蘇里陽(yáng).RFID技術(shù)在武器裝備倉(cāng)儲(chǔ)管理中的應(yīng)用[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2016，37(7):74-77.

[10] 王文杰，趙道致.基于演化博弈的供應(yīng)鏈成員實(shí)施RFID技術(shù)的投資決策分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2016，30(12):154-161.

[11] 郭立卿，巫正中，包澤榮.軍事物聯(lián)網(wǎng)中RFID身份認(rèn)證協(xié)議的設(shè)計(jì)和仿真[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2016，37(11):78-82.

[12] 胥磊，黃卡瑪.一個(gè)緊湊的梯形領(lǐng)結(jié)無(wú)芯RFID標(biāo)簽的設(shè)計(jì)[J].壓電與聲光，2015，37(6):991-994.

[13] Application of RFID in United States[J].Cards World，2004，8 (10)：54-55.

[14] 國(guó)家電網(wǎng)公司.國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn):計(jì)量用電子標(biāo)簽技術(shù)規(guī)范(Q/GDW 1893—2013)[S].北京：中國(guó)電力出版社，2014：17-18.

(責(zé)任編輯劉 舸)

ResearchonAutomaticUserIdentificationSystemofPowerDistributionAreaConsideringRFIDAssetInformation

PAN Mingming1， TIAN Shiming1， GENG Juncheng2, WU Bo2

(1.China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China；2.Electric Power Research Institute, State Grid Henan Electric Power Company， Zhengzhou 450052, China)

The user identification in the distribution area is of great significance for the power company to enhance the management level and improve the power supply service capability. In order to improve the intelligent and delicacy management level of the power distribution areas, this paper designs an automatic user identification system which takes the RFID asset information into account. The intelligent sensor unit is used to collect the energy meter measurement information and RFID asset information at the same time, and the information exchange is carried out through the broadband carrier and the central communication unit. As a result, the user is automatically identified and the energy meters’ asset information is acquired and input. This system can effectively improve the intelligent level of power grid enterprises and improve the work efficiency.

RFID; user identification; energy meter; carrier communication; asset information management

2017-08-11

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“基于營(yíng)配信息貫通的業(yè)務(wù)融合與數(shù)據(jù)共享服務(wù)技術(shù)”(YDB17201600040)

潘明明(1985—)，女，北京海淀人，博士,工程師，主要從事配電網(wǎng)運(yùn)行與控制、能源互聯(lián)網(wǎng)研究，E-mail：panmingming1@epri.sgcc.com.cn。

潘明明，田世明，耿俊成，等.計(jì)及RFID資產(chǎn)信息的臺(tái)區(qū)用戶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(11):156-160.

formatPAN Mingming，TIAN Shiming，GENG Juncheng, et al.Research on Automatic User Identification System of Power Distribution Area Considering RFID Asset Information[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(11):156-160.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.11.023

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