CN105270446A - 列车管理系统 - Google Patents

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Abstract

一种列车管理系统，包括：给定列车的车载服务器单元；以及铁路操作中心。铁路操作中心包括：(i)轨道监视单元，监视列车的位置和轨道旁信令设备的状态，并基于当前列车位置和轨道旁信令设备的当前状态来创建信令设备将执行的信令设置；以及(ii)时刻表更新单元，基于当前列车位置来更新列车的时刻表。列车管理系统还包括计算模块，所述计算模块在所述给定列车正在运行时反复地计算针对所述给定列车的推荐速度分布，所述推荐速度分布与针对所述给定列车的最近更新的时刻表和来自信令设置的最近更新的信号兼容。车载服务器单元显示最近的推荐速度分布作为对列车的驾驶员的建议。

Description

列车管理系统
技术领域
本发明涉及一种列车管理系统，具体地但不仅限于涉及使用铁路车辆的驾驶员建议系统的系统。
背景技术
驾驶员建议系统(DAS)可以基于列车位置、轨道信息、列车路线和列车时刻表来计算针对给定列车的优化的驾驶速度分布(profile)。DAS然后可以基于该计算来向列车驾驶员呈现驾驶建议。这样的系统由于环境和成本节省的原因而变得越来越重要，这是因为如果驾驶员遵循该建议，则有可能改进安全性和准时性以及降低能耗和刹车维护成本。
发明内容
当DAS给出的建议与列车前方的信号设置不一致时，可能会出现问题。在这种情况下，驾驶员应基于信号设置来驾驶列车，但是不正确的建议可能会使驾驶员分心或者打扰驾驶员。因此，为了安全性，DAS给出的建议应与信令一致。另外，例如由于当建议与信号设置不一致时突然刹车，不正确的或次优的建议可能减小或消除能量效率改进。还将期望的是改进行驶舒适度以及减小刹车磨损。
因此，本发明提供一种列车管理系统，包括：
给定列车的车载服务器单元；以及
铁路操作中心，所述铁路操作中心包括：(i)轨道监视单元，所述轨道监视单元监视列车的位置和轨道旁信令设备的状态，并基于当前列车位置和轨道旁信令设备的当前状态来创建信令设备将执行的信令设置；以及(ii)时刻表更新单元，所述时刻表更新单元基于当前列车位置来更新列车的时刻表；
其中，所述列车管理系统还包括计算模块，所述计算模块在所述给定列车正在运行时反复地计算针对所述给定列车的推荐速度分布，所述推荐速度分布与针对所述给定列车的最近更新的时刻表和来自信令设置的最近更新的信号兼容；以及
其中，所述车载服务器单元显示最近的推荐速度分布作为对列车的驾驶员的建议。
因此，有利地，可以向驾驶员呈现不仅考虑最近的信号设置、而且还考虑列车的最近的时刻表的实时速度分布建议。这样，可以减小或消除建议与信号之间的不一致，从而改进列车安全性。然而，此外，可以以根据行驶舒适度、减小的机械磨损和损耗以及整体网络利用率而进行了优化的速度来驾驶列车。
现在将陈述本发明的可选特征。这些可选特征可以单独地应用，或者与本发明的任何方面任意组合地应用。
计算模块可以是车载服务器单元的一部分。在这种情况下，铁路操作中心还可以包括接口单元，该接口单元在给定列车正在运行时将最近更新的时刻表和最近更新的信号发送到车载服务器单元。接口单元还可以包括信令管理模块，该信令管理模块检查给定列车前方的信令设置是否已经改变，接口单元仅在该列车前方的信令设置已经改变时才向车载服务器单元发送更新的信号。
然而，另一选择是，铁路操作中心还包括接口单元，并且计算模块是该接口单元的一部分，该接口单元将推荐速度分布发送到车载服务器单元。在这种情况下，接口单元还可以将最近更新的时刻表和最近更新的信号发送到车载服务器单元。
车载服务器单元还可以显示最近更新的时刻表和最近更新的信号作为对列车的驾驶员的建议。
铁路操作中心还可以包括轨道描述数据库，该轨道描述数据库包含关于最大轨道速度的信息。计算模块然后可以计算针对所述给定列车的推荐速度分布，该推荐速度分布与最近更新的时刻表和最近更新的信号兼容，但是不超过最大速度。当计算模块是车载服务器单元的一部分时，接口单元可以向车载服务器单元发送关于最大速度的信息。轨道描述数据库通常还包含关于轨道坡度和弯曲的信息。推荐速度分布可以被计算为也与该信息兼容。
附图说明
现在将参照附图以举例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1示出本发明的操作背景；
图2示出铁路操作中心内部的系统架构；
图3示出DAS的车载组件；
图4示出接口单元的功能模块；
图5示出信号管理模块的流程图；
图6示出比较功能的流程图；
图7示出例示信号更新处理的序列图；
图8示出时刻表管理模块的流程图；
图9示出驾驶员机器接口(DMI)显示的例子；
图10示出具有信令灯改变的DMI显示；
图11示出具有进一步的信令灯改变的DMI显示；
图12示出具有时刻表改变的DMI显示；
图13示出例示轨道数据的初始化处理的序列图；
图14示出例示轨道数据的更新处理的序列图；以及
图15示出例示搜索列车相关的信号的处理的序列图。
具体实施方式
图1示出本发明的操作背景。具体地说，图1示出轨道旁设备(208)、接口单元(101)、列车(102)、通信天线(103)以及车载服务器单元(104)，车载服务器单元(104)包括驾驶员-机器接口(106)(即，显示器)。
轨道旁设备(208)通常包括例如信号、道岔(point)、列车检测设备和列车保护设备。基于时刻表和由列车检测设备检测到的列车位置，决定轨道旁设备的信号将执行的信令设置。
铁路操作中心(105)收集预定义的地理区域中的信令设置和所有列车的运行状态，该预定义的地理区域可以包含一个或多个铁路路线。
接口单元(101)使用通信天线(103)在车载服务器单元(104)和铁路操作中心(105)中的铁路交通管理系统(TMS)之间提供通信链路。
根据第一实施例，车载服务器单元(104)具有计算模块，该计算模块对从接口单元(101)获得的数据进行处理，并且可选地还对从其它列车上的装置获得的数据进行处理。具体地说，车载服务器单元(104)根据所获得的数据来计算对列车驾驶员的驾驶建议，并在驾驶员-机器接口(106)上显示该建议。根据第二实施例，驾驶建议的计算由接口单元(101)的计算模块执行，该接口单元然后发送该建议以供车载服务器单元(104)的驾驶员-机器接口(106)显示。
本发明使得能够在列车正在运行时创建和显示这样的驾驶建议。这样，可供驾驶员使用的建议可以被连续地刷新。
可选地，接口单元(101)可以接收来自车载服务器单元(104)的信息，以使TMS知道列车状态。该信息可以用于改进TMS的管理决策。
图2例示铁路操作中心(105)内部的系统架构。具体地说，铁路操作中心(105)包括时刻表计划单元(209)、轨道描述数据库(206)和TMS(201)。
TMS内的轨道监视单元(207)具有两个主要功能。第一，轨道监视单元通过监视控制轨道旁设备(208)的联锁(interlock)单元(未示出)来自动地监视实时列车位置和轨道旁设备(208)的状态。第二，轨道监视单元为每个列车设置路线，并基于实时列车位置和轨道旁设备状态来为信号创建信令设置以避免路线冲突。轨道监视单元将列车路线和信令设置发送到联锁单元。
TMS(201)内的时刻表更新单元(202)更新最初由时刻表计划单元(209)准备的列车运行时刻表。时刻表计划单元(209)创建的列车运行时刻表包括来自定时站点(timingpoint，包括列车站)的列车的出发时间和到达时间。在无扰乱运行的情况下，列车根据计划的时刻表运行。在扰乱下，时刻表更新单元(202)预测可行的到达时间和出发时间，并自动地创建更新的时刻表。时刻表更新单元(202)可以包括具有显示单元和输入单元的人机接口。操作者于是可以在显示单元上查看更新的时刻表，并且如果需要的话，可以经由输入单元调整时刻表。这样，在时刻表更新单元(202)中创建最终更新的时刻表。
轨道描述数据库(206)存储并管理关于铁路线路的数据。轨道描述数据库可以位于铁路操作中心(105)中。铁路线路数据可以包括：轨道区段的起始点和结束点、轨道区段的长度、轨道区段的连接性、道岔的位置、定时站点的位置、信号灯的位置、轨道区段的最大线路速度、临时速度限制、轨道坡度、轨道坡度的起始点和结束点、轨道弯曲、轨道弯曲的起始点和结束点。
时刻表更新单元(202)接收来自轨道描述数据库(206)的轨道描述数据，并使用该数据创建更新的时刻表。
接口单元(101)从时刻表更新单元(202)接收更新的时刻表，并从轨道监视单元(207)接收信号更新。接口单元(101)还可以从轨道描述数据库服务器(206)接收轨道描述数据。
接口单元(101)可以通过GSM-R连接到列车，GSM-R是用于铁路操作的国际无线通信标准。
图3示出驾驶员建议系统(DAS)的车载组件。驾驶员机器接口(DMI)(106)被放置在驾驶员的驾驶室的内部。DMI向驾驶员(110)提供关于最佳驾驶速度的建议和其它相关信息。DMI还可以显示经由列车接口单元(101)接收的即将到来的实时信令设置、更新的时刻表、轨道速度限制、轨道坡度、其它列车的位置等，以便向驾驶员提供辅助信息。
车载服务器单元(104)接收来自接口单元(101)的输入。车载服务器单元(104)还接收来自其它车载设备(107)的输入，诸如瞬时列车速度和GPS位置。根据第一实施例，车载服务器单元(104)计算推荐速度和推荐速度分布(303)。根据第二实施例，接口单元(101)计算发送到车载服务器单元(104)的推荐速度和推荐速度分布。无论哪种方式，计算结果都由DMI(106)显示。
图9例示DMI所示的显示内容的例子。左边的矩形条是速度指示器。线路速度限制通过白色条(312)的高度表示。速度限制(306)的精确值显示在白色条的顶部。所显示的线路速度限制根据列车正在行进的轨道区段而动态变化。可以经由接口单元(101)从轨道描述数据库(206)发送速度限制(306)。
当前速度(311)由叠加在白色条(312)上的阴影条(311)的高度表示。当前速度(307)的精确值可以显示在阴影条的顶部。可以从车载设备(107)发送当前速度(311)。
推荐速度(305)由箭头指示，而推荐速度的精确值在箭头的侧边显示。
水平当前位置线(308)指示列车(102)的当前位置，靠着指示即将到来的轨道区段的垂直行程线。水平线上的标记是速度标记。记录的速度分布(301)由当前位置线(308)下面的粗线指示。推荐速度分布(303)由当前位置线上面的粗线指示。记录的速度分布是列车的实际速度的相关历史记录。推荐速度分布通过车载服务器单元(104)或接口单元(101)计算，该推荐速度分布取决于更新的时刻表、轨道描述数据、信号更新以及可选地取决于列车状况。
定时站点位置(TIPLOC)(304)由指示即将到来的轨道区段的垂直线上的小三角形指示。每个TIPLOC的名称(313)和调度时间(310)紧挨着TIPLOC符号显示。可以从更新的时刻表提取TIPLOC的名称。尽管通常是缩写，但是TIPLOC名称对于合格的驾驶员是熟悉的。
当前时间(302)在当前位置线(308)的右边显示。
用于即将到来的信令灯的指示器(309)沿着垂直行程线在适当的位置处显示。更新的信号可以显示在显示器中的信号指示器上。这样，可以在DMI显示的实时改变中反映实时信号改变。当时刻表被更新和/或任何信令设置改变时，由车载服务器单元(104)或接口单元(101)重新计算驾驶建议(诸如新的推荐速度分布、新的推荐速度和更新的信号)。
图4例示接口单元(101)的功能模块的架构。
通信和控制模块(113)对功能模块之间的所有内部通信以及与其它单元的外部通信进行处理。
来自铁路操作中心(105)的主要进入数据是来自轨道描述数据库服务器(206)的轨道描述、来自时刻表更新单元(202)的计划的和更新的时刻表(211)、以及来自轨道监视单元(207)的联锁数据文件(212)。
信号管理模块(114)接收并处理实时信令设置(212)。更新的信号从信令设置中提取，并被发送到相关的列车。
时刻表管理模块(115)接收并处理更新的时刻表(211)。相关的时刻表从所有更新的时刻表中提取，并被发送到相关的列车。
列车登记模块(116)保留TMS控制的区域中的那些列车的列车ID的列表。
轨道数据管理模块(117)管理控制区域的轨道数据。例如，该模块可以保留轨道数据的副本。当任何轨道数据改变时，从轨道描述数据库(206)向模块(117)发送更新。
列车运行管理模块(118)保留列车运行状态，包括最近接收的位置、速度和预测的到达时间。
当接口单元应用被启动时，时间同步模块(119)调整系统时间。
通信和控制模块(113)管理在控制区域中的列车间进入和外出的消息。它还管理以上提及的功能模块(114-119)之间的内部通信。
图5示出信号管理模块(114)的工作布置。TMS中的轨道监视单元(207)将联锁数据文件(212)发送到通信和控制模块(113)，通信和控制模块(113)将该联锁数据文件(212)发送到信号管理模块(114)。信号管理模块(114)然后将应答返回给轨道监视单元(207)。当接收到联锁数据时，信号管理模块内的比较功能(121)将进入的联锁数据与最后接收的联锁数据进行比较。如果没有改变，则信号管理模块等待另一个定期的联锁数据更新。
如果联锁数据有改变，则信号管理模块(114)调用列车登记模块(116)来获得当前在控制区域中的列车的列表的副本。信号管理模块(114)然后循环遍历控制区域中的每个列车以使用比较功能(123)来检查该列车前方的信号是否已经改变。如果对于所考虑的列车，信号已经改变，则由输出功能(122)准备相关的信号更新以经由通信和控制模块(113)将该相关的信号更新发送给该列车。对当前列表中的其它列车继续进行相同的处理，直到控制区域中的所有列车都已经被测试为止。
在每个列车都被测试之后，信号管理模块等待另一个联锁数据更新。
图6示出比较功能(123)如何识别给定列车前方的信号是否已经改变。该功能首先调用列车运行模块(118)，列车运行模块(118)将列车的GPS位置返回给该功能。该功能然后以GPS位置作为参数(argument)来调用轨道管理模块(117)。轨道管理模块返回在给定位置的前方的信号ID。比较功能然后比较信号的设置。
图7示出例示信号更新处理的序列图。当列车沿着轨道行驶时，车载服务器单元(104)可以从接口单元(101)请求信号更新。当这样的请求被通信和控制模块(113)接收时，模块(113)将该请求转发给信号管理模块(114)。信号管理模块搜索功能(124)搜索请求的信号，并经由通信和控制模块(113)将相关的数据返回给车载服务器单元(104)。
图8示出时刻表管理模块(115)的工作布置。TMS中的时刻表更新单元(202)准备更新的时刻表(211)，并将该更新的时刻表(211)发送到通信和控制模块(113)，通信和控制模块(113)将该更新的时刻表(211)发送到时刻表管理模块(115)。时刻表管理模块(115)然后将应答返回给时刻表更新单元(202)。更新的时刻表(211)不必是完整的时刻表。它可以仅涉及时刻表发生了改变的列车。当接收到时刻表时，时刻表管理模块(115)循环遍历更新的时刻表中指定的每个列车。时刻表处理功能(131)为每个受影响的列车准备数据。该数据输出到通信和控制模块(113)，通信和控制模块(113)将它发送到相应的列车。
更新的时刻表和更新的信号由DMI显示，并且还被用于计算由DMI显示的推荐速度分布。
因此，如前面所提及的，在图9中，DMI所示的信号指示器(309)不仅可以示出即将到来的信号位置，而且还可以示出更新的信号设置。例如，给定信号上的垂直线可以指示绿色信号，斜线可以指示黄色(amber)信号，而水平线可以指示红色信号。如果DMI具有彩色显示，则可以直接由信号指示器圈的颜色指示更新的信号的颜色。
如前面还提及的，根据第一实施例，推荐速度分布(303)可以由车载服务器单元(104)的模块计算，该推荐速度分布(303)取决于更新的时刻表、轨道描述数据、信令更新以及可选地取决于机车(locomotive)状况。例如，车载服务器单元(104)从更新的时刻表提取每个TIPLOC(SHPY和BAILDON)的调度时间。车载服务器单元(104)还从轨道描述数据库提取线路速度限制(312)，并提取列车前方的每个信号指示器的更新的信令设置。基于该信息，推荐速度分布(303)被计算为使得列车按时到达每个TIPLOC，列车速度不超过线路速度限制(312)，并且遵守信号。可选地，推荐速度分布(303)可以被计算为使得列车可以避免不必要的加速和刹车，从而改进行驶舒适度和降低能耗。
图10例示在时刻表没有改变的情况下信号设置改变时DMI所示的显示内容。通过信号指示器(309)反映设置改变，并且推荐速度分布(303)被调整以反映改变的信号设置。
更具体地说，中间的信号指示器(309)示出从绿色变化而来的黄色，而上侧的信号指示器示出从绿色变化而来的红色。推荐速度分布(303)被调整为较慢的速度分布，因为黄色信号可能变为红色。在没有这个更新的信令信息的情况下，DMI将继续显示最初的推荐速度分布(323)。然后，如果驾驶员根据最初的推荐速度分布(323)驾驶并且没有观察到黄色信号，则安全系统可能不得不被致动以强制停止从而避免闯过红色信号。这是不期望的，不仅仅是从有损于安全性的角度来讲，而且还因为它降低了行驶舒适度，浪费了能量，并且增大了刹车磨损和损耗。
图11例示当上侧和中间的信号指示器(309)显示从绿色变化而来的红色信号而下侧的信号指示器示出从绿色变化而来的黄色时DMI所示的显示内容。推荐速度分布(303)现在被调整为更慢的速度，并且建议在中间的信号处停止。再一次，在没有更新的信令信息的情况下，DMI将误导驾驶员。
图12例示了当时刻表有更新时DMI所示的显示内容。DMI使用调度时间指示器(310)显示更新的时刻表，车载服务器单元(104)重新计算并调整推荐速度分布(303)，该推荐速度分布(303)也显示在DMI上。在这种情况下，更新的时刻表将TIPLOCSHPY(304)的调度时间(310)从08:18变为08:26。因此，推荐速度分布(303)变为与后来的调度时间兼容的较慢的速度，从而降低能耗。另外，因为列车变慢，所以它在TIPLOCSHPY处停止相对较短的时间。这个缩短的停止时间提高了其它列车使用可用轨道进行调动以及从扰乱更快恢复的可能性，因此铁路网络的整体可靠性可以得到改进。
在没有更新的时刻表情况下，DMI将仍然显示最初的时刻表和基于最初的时刻表的最初的速度分布(323)。如果驾驶员根据最初的建议驾驶，则列车将加速到与最初的时刻表(08:18)兼容的较高速度。列车然后将在SHPY处停止，直到到达更新的时刻表时间(08:26)为止。因此，列车将过早到达SHPY，并且浪费能量。
在第二实施例中，DMI示出如以上关于图9至12所述的相同的显示。然而，不是车载服务器单元(104)计算推荐速度分布，而是可以由接口单元(101)的另一模块对每个列车执行该计算。推荐速度分布然后可以与相关的更新的时刻表、更新的信号和轨道描述数据一起经由通信和控制模块(113)发送给每个列车。
图13是示出轨道数据的初始化处理的序列图。当DAS接口系统启动时，通信和控制模块(113)向铁路操作中心(105)发送请求。当接收到请求时，铁路操作中心(105)将完整的轨道数据从轨道描述数据库(206)发送到通信和控制模块(113)，通信和控制模块(113)将该数据转发给轨道数据管理模块(117)。轨道数据管理模块(117)对轨道数据进行处理，并为控制区域中的每个列车准备相关的轨道数据。该相关的数据经由通信和控制模块(113)被转发给单个的车载服务器单元(104)。
图14是示出轨道数据的更新处理的序列图。当轨道数据有任何更新(尤其是临时速度限制或紧急速度限制)时，这样的更新经由通信和控制模块(113)被发送到轨道数据管理模块(117)。轨道数据管理模块(117)对更新的轨道数据进行处理，并为控制区域中的受轨道数据更新影响的每个列车准备相关的轨道数据。该相关的数据经由通信和控制模块(113)被转发给单个的车载服务器单元(104)。
轨道数据管理模块(117)存储GPS坐标和轨道区段上的位置之间的链接。如果GPS坐标输入到模块(117)，则该模块返回即将到来的信号和轨道数据。图15是示出搜索列车相关的信号的处理的序列图。当信令管理模块(114)经由通信和控制模块(113)将列车GPS位置发送到轨道数据管理模块(117)时，轨道数据管理模块(117)搜索相关的轨道区段，并将相关的轨道数据(包括信号和即将到来的轨道细节)返回给信令管理模块。
更整合的选择是，轨道数据管理模块(117)在需要时查询轨道描述数据库(206)，而不存储轨道数据本身。
列车登记模块(116)维护TMS控制区域中的那些列车的列车ID的列表。列车登记模块(116)可以存储来自TMS的列车列表的副本。另一选择是，列车登记模块(116)监视控制区域的边界。该模块然后可以在列车到达边界时将列车ID添加到列表，而在列车从边界离开控制区域时从列表移除列车ID。另外，列车登记模块可以维护针对每个当前登记的列车的车载服务器单元(104)连接细节的记录。
车载服务器单元(104)可以将列车的当前位置发送到接口单元(101)。通信和控制模块(113)将这样的数据转发给列车运行模块(118)。当信令管理模块(114)针对所考虑的列车检查信号设置是否改变时，它首先调用列车运行管理模块(118)来得到该列车的位置。当被联系时，列车运行管理模块(118)将列车的GPS位置返回给信令管理模块。
车载服务器单元(104)或接口单元(101)可以基于推荐速度分布来预测列车的运行时间。预测的运行时间可以被发送到列车运行模块(118)。该模块然后可以将这样的信息转发给TMS。可选地，车载服务器单元(104)或接口单元(101)可以将指示列车是否可以达到时刻表的消息发送到列车运行模块(118)。列车运行模块还可以将这样的信息转发给TMS。
虽然已经结合上述示例性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，当被给予本公开时，许多等同的修改和变化将是清楚的。因此，以上所述的本发明的示例性实施例被认为是例示性的，而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施例做出各种改变。

Claims (6)

1.一种列车管理系统，包括：
给定列车的车载服务器单元；以及
铁路操作中心，所述铁路操作中心包括：(i)轨道监视单元，所述轨道监视单元监视列车的位置和轨道旁信令设备的状态，并基于当前列车位置和轨道旁信令设备的当前状态来创建信令设备将执行的信令设置；以及(ii)时刻表更新单元，所述时刻表更新单元基于当前列车位置来更新列车的时刻表；
其中，所述列车管理系统还包括计算模块，所述计算模块在所述给定列车正在运行时反复地计算针对所述给定列车的推荐速度分布，所述推荐速度分布与针对所述给定列车的最近更新的时刻表和来自信令设置的最近更新的信号兼容；以及
其中，所述车载服务器单元显示最近的推荐速度分布作为对列车的驾驶员的建议。
2.根据权利要求1所述的列车管理系统，其中，所述铁路操作中心还包括接口单元，所述接口单元在所述给定列车正在运行时将最近更新的时刻表和最近更新的信号发送到所述车载服务器单元；以及
其中，所述计算模块是所述车载服务器单元的一部分。
3.根据权利要求2所述的列车管理系统，其中，所述接口单元还包括信令管理模块，所述信令管理模块检查所述给定列车前方的信令设置是否已经改变，所述接口单元仅在该列车前方的信令设置已经改变时才向车载服务器单元发送更新的信号。
4.根据权利要求1所述的列车管理系统，其中，所述铁路操作中心还包括接口单元；以及
其中，所述计算模块是所述接口单元的一部分，所述接口单元将推荐速度分布发送到所述车载服务器单元。
5.根据前面的任一项权利要求所述的列车管理系统，其中，所述车载服务器单元还显示最近更新的时刻表和最近更新的信号作为对列车的驾驶员的建议。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的列车管理系统，其中，所述铁路操作中心还包括轨道描述数据库，所述轨道描述数据库包含关于最大轨道速度的信息，以及所述计算模块计算针对所述给定列车的推荐速度分布，所述推荐速度分布与最近更新的时刻表和最近更新的信号兼容，但是不超过最大速度。
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