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Verfahren zur Auswertung von Bewegungssignalen eines
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Bewegungsmelders Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Auswertung von Bewegungssignalen eines Bewegungsmelders, deren Amplituden sich zeitlich
entsprechend einer Bewegung eines Körpers in einem Überwachunesbereich ändern.
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Ein Bewegungssignal aus einem Bewegungsmelder, in dessen Überwachungsbereich.
sich ein Körper wie beispielsweise eine durchschreitende Person bewegt, hat einen
zeitlichen Amplitudenverlauf, der der Art der-Bewegung und/ oder der Art des Körpers
entspricht. Bei einem bekannten Verfahren zur Auswertung eines derartigen .BewegungSsignals
wird die Amplitude über eine vorbestimmte Zeitdauer darauf überprüft, ob sie innerhalb
eines bestimmten Amplitudenbereichs liegt. Falls die Amplitude während der bestimmten
Zeitdauer einen~ bestimmten Wert h.at, wird dies zur Erzeugung eines Alarmsignals
gewertet. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch insofern unzulänglich,
als
damit nur ein Bewegungssignal einer bestimmten Art, nämlich mit einem bestimmten
festgelegten Amplitudenablauf.erfaßbar ist.
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Als ein weiteres Verfahren zur Auswertung von Bewegungssignalen ist
es bekannt, ein empfangenes Bewegungssignal hinsichtlich der sich aus dem Amplitudenverlauf
ergebenden Frequenzen in verschiedene Kanäle aufzuteilen und an den Kanälen die
Amplituden für die einzelnen Frequenzbereiche zu überwachen. Dadurch ist es zwar
möglich, verschiedenartige Bewegungssignale zu erfassen, jedoch wird zugleich die
Wahrscheinlichkeit gesteigert, daß in einzelnen, an sich nicht zu meldenden Bewegungssignalen
Frequenz/Amplituden-Komponenten enthalten sind, deren Erfassung zu einer fälschlichen
Alarmabgabe führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs l zu. schaffen, das das fehlerfreie Auswerten verschiedenartiger
Bewegungsssignale erlaubt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angeführten Mitteln gelöst.
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Demnach wird zunächst jeweils der Amplitudenverlauf von mehreren Erwartungssignalen
abgespeichert, der dem Amplitudenverlauf eines bestimmten, zu erfassenden Bewegungssignals
entspricht. Durch Vergleich des.Amplitudenve-rlaufs eines empfangenen Bewegüngssignals
einerseits und eines jeden der Erwartungssignale andererseits wird bei Ubereinstimmung
ein Übereinstimmungssignal gewonnen, aus dem ein Alarmsignal abgeleitet werden kann.
Durch
diese Überwachung des ganzen zeitlichen Verlaufs der Amplitude
ist gewährleistet, daß tatsächlich nur ein Bewegungssignal erfaßt wird, das einem
der gespeicherten Erwartungssignale entspricht. Damit können einerseits verschiedenartige
Bewegungssignale erfaßt werden, während andererseits Fehlmeldungen verhindert werden,
die durch einen Frequenz-Teil des Bewegungssignals hervorgerufen werden, der ein
anderes, zu erfassendes Bewegungssignal vortäuscht.
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Vorteilhafterweise werden gemäß Anspruch 2 als Erwartungssignale Positiv-Erwartungssignale
und Negativ-Erwärtungssignale abgespeichert. Auf diese Weise kann ein Erwartungssignal
mit einem Amplitudenverlauf, der dem Amplitudenverlauf eines Bewegungssignals entspricht,
das nicht zur Alarmabgabe führen soll, von vorneherein ausgeschieden werden, so
daß die Möglichkeit von Fehlalarmen verbessert eingeschränkt ist.
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Eine besonders vorteilhafte Nutzung des erfindungsgemäßen Auswertungsverfahrens
besteht gemäß Anspruch 3 darin, Erwartungssignale dadurch zu gewinnen, daß mittels
tatsächlicher Bewegungen im Uberwachungsbereich Bewegungssignale erzeugt und empfangen
werden, die dann als Erwartungssignale abgespeichert werden. Damit ist mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren ein "Lernen" der Auswertung ermöglicht.
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Gemäß Anspruch 4 wird vorteilhafterweise das empfangene Bezugssignal
vor dem Vergleich zwischengespeichert, so daß es nach einem Vergleich zur Kontrolle
erneut verglichen werden kann.
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Das Abspeichern der Erwartungssignale kann zwar in.analoger Form erfolgen,
wie beispielsweise auf Magnetbändern oder dergleichen, jedoch ist es nach Anspruch
5 vorteilhaft, den jeweiligen Amplitudenverlauf der Erwartungssignale in digitaler
Form abzuspeichern, das.empfangene Bewegungssignal in digitale Form zu bringen und
dann einen digitalen Vergleich vorzunehmen.. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens vereinfacht die Handhabung der Signale und trägt damit zur Vermeidung
von Fehlmeldungen bei. Bei dieser Digitalisierung ist es gemäß, Anspruch 6 besonders
vorteilhaft, sowohl die Erwartungssignale als auch das empfangene Bewegungssignal.
in aufeinanderfolgende sinusartige Kurvenzüge.
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aufzuteilen,. deren Amplitude und Frequenz gespeichert bzw. verglichen
wird. Auf diese Weise kann bei gleichem Speicherraum eine größere Anzahl von Erwartungssignalen
gespeichert werden, während der Vergleichsvorgang zu einem aufeinanderfolgenden,
gleichzeitigen Vergleichen von Amplitude und Frequenz aufgelöst wird, das einen
geringeren Aufwand als der gleichzeitige Vergleich der ganzen Amplitudenverläufe
erfordert und zugleich die Störsicherheit verbessert. Vorzugsweise werden hierbei
nach Anspruch 7 die Kurvenzüge der Erwartungssignale als Grenzwertdaten hinsichtlich
der Amplitude und der Frequenz gespeichert, wonach aus dem empfangenen Bewegungssignal
durch schrittweise Annäherung einer als Ausgangskurve dienenden Normkurve an den
tatsächlichen Amplitudenverlauf des Bewegungssignals Daten für die Amplitude und
der Frequenz gewonnen werden, deren Lage innerhalb des gespei-cherten Grenzbereichs
zur Erzielung eines Ubereinstimmungssignals bewertet wird. Auf diese Weise können
von vorneherein durch Bildung eines bestimmten Toleranzbereichs falsche Auswertungen
vermieden werden.
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Bei diesen -digitalisierten Verfahren ist es zweckdienlich, im Falle
einer Tendenzumkehr des Amplitudenverlaufs des Bewegungssignals, wie beispielsweise
bei einem dur.ch eine Störung oder eine Gegenbewegung, verursachten plötzlichen
Anstieg der ansonsten abfallenden Amplitude des Bewegungssignals die Normierung
des Amplitudenverlaufs des Bewegungssignals auf die vor dem Wechsel bzw.
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Sprung vorgenommene Normierung zurückzuführen oder diese Normierung
im Gegensinne zu betreiben, um damit das Vorliegen eines Kurvenzugs eines Erwartungssignals
auch dann zu erfassen, wenn die Übereinstimmung zum Kurvenzug des Bewegungssignáls
durch die Störung oder Gegenbewegung verfälscht ist.
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Zur weiteren Sicherung des Auswertungse.rgebnisses bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren kann es gemäß Anspruch 1 vorteilhaft sein, zusätzlich zu dem tatsächlichen
Amplitudenverlauf der Erwartungssignale die Hüllkurve der Amplituden abzuspeichern.
Falls nämlich beim Amplitudenverlauf verschieden zu bewertender Bewegungssignale
wegen zu geringen Amplituden, die schlecht von Grundrauschen zu unterscheiden sind,
oder aufgrund von Störungen, die Übereinstimmung zwischen dem Bewegungssignal und
einem der Erwartungssignale nicht zu e eindeutig ist, kann über die durch Integration
gewonnene Amplituden-Hüllkurve eine zusätzliche Bestätigung oder eine Ausscheidung
erzielt werden, wodurch Fehlmeldungen vermieden werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den weitern Unteransprüchen angeführt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand v.on Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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1"'ig. 1 zeigt den Anschluß eines Bewegungsmelders bei einem Ausführungsbeispiel
des Auswertungsverfah-.
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rens.
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Fig. 2 veranschaulicht den Empfang eines Bewegungssignals bei dem
Anschluß nach Fig. 1.
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Fig. 3 sind Zeitdiagramme, die den Bewegungssignal-Empfang bei dem
Beispiel nach Fig. 2 veranschaulichen.
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Fig. 4 sind Darstellungen des Ablaufs eines Erwartungssignal sowie
der Grenzwerte eines Kurvenzugs desselben und der Speicherungsform der Grenzwerte.
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Fig. 5 zeigt graphische Darstellungen für ein Beispiel einer Tendenzumkehr
bei einem Kurvenzug.
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Fig. 6. zeigt graphisch den Amplitudenverlauf eines Bewegungssignals
und die vereinfachte Hüllkurve des Amplitudenverlaufs.
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Die Fig. 1 zeigt als Beispiel den Aufbau einer Einrichtung, mit der
Bewegungssignale empfangen werden, die.
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dann nach dem Auswertungsverfahren verarbeitet werden.
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Bei diesem Beispiel werden von einer Empfangsantenne 1 Mikrowellen
empfangen, die mit einer Trägerrnodulationsfrequenz von beispielsweise 1 kHz moduliert
sind.
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An einer im Brennpunkt der als Hohlspiegel ausgebildeten Empfangsantenne
l angeordne.ten Diode 2 entsteht ein Trägermodulations-Signal, dessen Spitzenwerte
von der Bewegung eines Körpers in dem von der Empfangsantenne 1 er-
faßten
Überwachungsbereichs abhängen und damit ein Bewegungssignal darstellen. D;ls Trägermodulations-Sig'nal
wird unter Impedanzanpassung in einem Verstärker 3 verstärkt Und an eine Regelstufe
4 angelegt. In der Regelstufe 4 werden durch Änderungen der Mikrowellen-Ausbreitung
verursachte Schwankungen eines Crundwerts der Spitzenwerte ausgeregelt. Das geregelte
Trägermodulations-Signal wird über einen Selektivverstärker, der nur Signale mit
der Trägermodu'lationsfrequenz durchläßt, auf die im folgenden anhand der Fig. 2
und 3 beschriebene Weise einem Mikrocomputer 6 zugeführt, in dem das Signal hinsichtlich
eines Mindestwerts überwacht wird und das .durch die Spitzenwerte gegebene Bewegungssignäl
ausgewertet .wird.. Falls das Trägermodul.ations-Signal unter einembestimmten Wert
absinkt, wird eine Minimumüberwachungsstufe 7 geschaltet,, mit der einerseits eine
Leuchtdiode 8 eingeschaltet wird und andererseits ein Relaiskontakt 9 betätigt wird,
durch dessen Betätigung in einer nicht gezeigten Meldezentrale eine Anzeige der
Störung bzw. des Ausfalls des Bewegungsmelders hervorgerufen wird. Falls in dem
Mikrocomputer 6 das Bewegungssignal als einem Alarmzustand entsprechendes Signal
erkannt wird, wird von dem Mikrocomputer 6 eine Alarmstufe 10 geschaltet, so daß
an dieser eine Leuchtdiode 11 eingeschaltet wird sowie ein Helaiskontakt 12 betätigt
wird, der über eine Meldeleitung in der Zentrale eine Alarmsignal-Anzeige hervorruft.
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Gemäß den Fig. 2 und 3 wird im einzelnen das Ausgangssignal des Selektivverstärkers
5, das bei A in Fig. 3 gezeigt ist, über eine Schnittstelle 13 an den Untertrechungseingang
des Mikrocomputers 6 angel-egt, und ande-
rerseits in einem Synchron-Spitzengleichrichter
14 gleichgerichtet. Sobald die Amplitude des Signals einen bestimmten Wert erreicht
hat, nimmt das Signal an dem Unterbrechungseingang des Mikrocomputers 6 den bei
D in Fig. 3 gezeigten hohen Pegel an, bei dem der Mikrocomputer an Eingangsanschlüssen
anliegende Daten aufnimmt. Diese Daten werden aus dem bei B in Fig. 3 gezeigten
Ausgangssignal des Spitzengleichrichters 14 über einen Analog/Digital-Umsetzer 15
gewonnen. Eine Einstellung der Ernpfindlichkeit der ganzen Auswerteschaltung erfolgt
hierbei dadurch, daß die Stufenzahl des Umsetzers 15 den Erfordernissen gemäß gewählt
wird. Nach der Datenübernahme wird der in dem Spitzengleichrichter 14 festgehaltene
Spitzenwert mittels eines bei .C in Fig.
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3 gezeigten Signals aus dem Ubernahme-Ausgang des Mikrocomputers 6
gelöscht. Gemäß Fig. 2 ist an Datenausgänge des Flikrocomputers 6 ein Digital/Anlog-Umsetzer
16 angeschlossen; mit dessen Ausgangssignal in der Regelstufe 4 das Trägermodulations-Signal
geregelt wird. Während in dem Mikrocomputer 6 ein Auswertevorgang abläuft, werden
die an den Umsetzer 16 abgegebenen Daten festgehalten, um damit die Auswertung an
einem Bewegungssignal auszuführen, das sich aus nicht nachgeregelten Spitzenwerten
ery!ibt.
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Anhand der Fig. 4 bis 6 wird nun eine Art der Ausführung des Auswertverfahrens
erläutert. Ein von einem Bewegungsmelder abgegebenes Bewegungssignal hat beispielsweise
den bei A in Fig. 4 gezeigten Verlauf. Bei dem AusfiShrunKsbeXispiel des Verfahrens
wird dieser Amplitudenverlauf in aufeinanderfolgende Kurvenzüge K1, K2 usw.
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aufgelöst, die einzeln für sich einen sinusartigen Halbwellenverl.auf
haben,. welcher durch die Spitzenamplitude
und die Halbwelle'nperiode,
also die Frequenz bestimmt ist. Ein derartiges Bewegungssignal nach Fig. 4A wird
als zu erwartendes Signal abgespeichert. Dies erfolgt dadurch, daß die Kennwerte
der einzelnen Kurvenzüge Kl,.
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K2 usw., nämlich die Daten für die Amplituden und die Frequenzen dieser
Kurvenzüe gespeichert werden. Da bei einem tatsächlichen Bewegungssignal, dessen
Verlauf demjenigen des gespeicherten Erwartungssignals entsprechen.
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soll-, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Bewegung und der
Art des Körpers bestimmte Abweichungen hinsichtlich der Amplitude und der Frequenz
der einzelnen Kurvenzüge auftreten, der Gesamtverlauf jedoch grundlegend der gleiche
bleibt, werden bei der Speicherung des Erwartungssignals für die einzelnen Kurvenzug
keine festen Amplituden- und Frequenzwerte eingespeichert, sondern Grenzdaten AMAX
für eine maximale Amplitude, AMIN für eine minimale Amplitude, FMAX für eine maximale
Frequenz und FMIN für eine minimale Frequenz. Damit ergibt sich für den Vergleich
des Erwartungssignals mit dem tatsächlich empfangenen Bewegungssignal ein in Fig.
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4B gezeigter Bereich, in dem der betreffende Kurvenzug des empfangenen
Bewegungssignals liegen muß, um als mit dem entsprechenden Kurvenzug des Erwartungssignals
übereinstimmend gesehen zu werden. Für einen einzelnen Kurvenzug Kx ergibt sich
damit der in Fig. 4C gezeigte Datenblock.
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Das empfangene Beweguqssignal wird dadurch in KurvenzU-ge aufgeteilt,
daß die Momentanamplitude peri.odisch abgetastet wird und mit der zeitlich entsprechenden
Amplitude einer Normkurve verglichen wird, die einem Kurvenzug mit einer bestimmten
Anfangsamplitude und einer bestimmten Anfangsfrequenz entspricht. Wenn die Bewegungssignal-Kurve
von der Normkurve abweicht, wird die Normkurve korrigiert, so daß bei der nächsten
Abtastung ein
Vergleich mit einem Kurvenzug erfolgt, der einen
korrigierten Amplitudenwert und einen korrigierten Frequenzwert hat. Vorzugsweise
wird dabei'die bei der Abtastung festgestellte Abweichung des momentanen Amplitudenwerts
zu gleichen Teilen als Abweichung hinsichtlich des Amplitu-denwerts des Kurvenzugs
und als Abweichung hinsichtl-ich des Frequenzwerts des Kurvenzugs behandelt. Nachdem
unter ständiger Nachsteuerung der Normkurve, nämlich des Amplitudenwerts und des
Frequenzwerts des Vergleichs-Kurvenzugs der momentane Amplitudenwert des Bewegungssic3nals
den Kurvenzug soweit durchlaufen hat, daß sich die Normkurve kaum mehr ändert, ist
der betreffende Kurvenzug des Bewegungssignals durch einen Amplitudenwert und einen
Frequenzwert definiert, die daraufhin überprüft werden, ob sie in dem in Fig. 4B
gezeigten, in Form des Datenblocks nach Fig. 4C gespeicherten Bereich fallen. Wenn
dies der Fall ist, wird e-in übereinstimmungssignal erzeugt.
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Als Erwartungssignale werden auch Signale abgespeichert, die Bewegungssignalen
fUr Bewegungen entsprechen, deren Auftreten im Überwachungsbereich des Bewegungsmelders
nicht als Alarmzustand anzusehen ist. Bei.einer Übereinstimmung des empfangenen
Bewegungssignals mit einem derartigeri Negativ-Erwartungssignal führt dann ein erzieltes
Übereinstimmungssignal nicht zu einem Al-armsignal.
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Da es Erwartungssignale gibt, die gleichartige Kurvenzüge enthalten,
können zur Einsparung von Speicherstellen derartige Kurvenzüge einmalig abgespeichert
werden und es kann dann ein Gesamt-Übereinstimmungssignal aus dem die einzelnen
Kurvenzug betreffenden Einzel-Übereinstimmungssignalen in der richtigen Aufeinanderfolge
abgeleitet werden.
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Die Fig. 5 veranschaulicht tien Fall, daß ein Bewegungssignal nach
Fig. 5A empfangen wird, welches sich aus einer zu einer Gegenbewegung unterbrochenen
Bewegung ergibt. In diesem Fall erfolgt zu Beginn der Gegenbewegung eine Tendenzumkehr
des Verlaufs der momentanen Amplitude des Bewegungssignals, was dem Folgen des Kurvenzugs
in Gegenrichtung entspricht. In diesem Fall wird bei der Amplitudenabtastung der
Zeitablauf, also die Phase umgekehrt, so daß nunmehr die Normkurve, die hinsichtlich
der Abweichungen korrigert wird, in Gegenrichtung durchlaufen wird, um auf diese
Weise die Kennwerte für den Kurvenzug zu erhalten. Falls im Verlauf der Amplitudenabtastung
durch eine plötzliche Störspitze eine Amplitude ermittelt wird, die sehr stark von
dem korri gierten Amplitudenwert der Normkurve abweicht, kann bezüglich der Abtastung
ein Rücksprung vorgenommen werden, nämlich die- aus dem Wertebereich fallende Amplitude
in Bezug auf eine Korrektur weggelassen werden und eine bei der nachfolgenden Abtastung
ermittelte "normale" Amplitude für die Korrektur der dieser Abtastung entsprechenden
Normkurvenwerte herangezogen werden.
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Die Fig. 6A zeigt. ein Beispiel für ein Bewegungssignal, das sehr
schwer auszuwerten ist, da seine einzelnen aufeinanderfolgenden Kurvenzug nur dann
hinsichtlich einer Übereinstimmung erfaßbar sind, wenn sie ganz genau, also ohne
einen Toleranzbereich definiert werden. In diesem Fall hat jedoch die Amplituden-Hüllkurve
des Bewegungssignals einen charakteristischen Verlauf, so daß als Kriterium für
den Übereinstimmungs-Vergleich zwischen dem Bewegungssignal und dem Erwartungssignal
der Kurvenverlauf der Hüllkurve bzw.-der Amplitudensumme herangezogen wird, wie
er in Fig. 6B dargestellt ist. An dieser Hüllkurve erfolgt dann die Datenverarbeitung
auf die
gleiche Weise wie bei einem einzelnen Kurvenzug des Bewegungssignals.
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