吳新強(qiáng),周 婭,王如意,張會(huì)兵,秦興國(guó)
(桂林電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,桂林 541004)
在地理信息系統(tǒng)(GIS)中,能實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,對(duì)日后數(shù)據(jù)共享是至關(guān)重要的。目前我國(guó)國(guó)土資源部門大多數(shù)單位主要使用國(guó)產(chǎn)MapGIS軟件,很多GIS數(shù)字資料的數(shù)據(jù)加工、建庫(kù)工作都是基于MapGIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的[1]。而美國(guó)ESRI公司的旗艦產(chǎn)品ArcGIS則占領(lǐng)著當(dāng)今國(guó)際地理信息系統(tǒng)的主要市場(chǎng),該系統(tǒng)在對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)、一體化管理方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái),我國(guó)許多國(guó)土資源信息的數(shù)據(jù)變更、數(shù)據(jù)應(yīng)用都是在ArcGIS平臺(tái)中進(jìn)行的,因此這2個(gè)GIS平臺(tái)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需求常遇而迫切[1]。
目前市場(chǎng)上已有很多相關(guān)的轉(zhuǎn)換軟件,由于MapGIS不支持OpenGIS標(biāo)準(zhǔn),雖然其本身提供了轉(zhuǎn)換功能,包括轉(zhuǎn)換成ArcGIS支持的E00格式或者Shape格式等,但還存在很多問(wèn)題:如屬性丟失,轉(zhuǎn)換后屬性都是缺省屬性,不能進(jìn)行批量轉(zhuǎn)換;由于轉(zhuǎn)換后地質(zhì)符號(hào)庫(kù)不匹配,ArcGIS會(huì)以默認(rèn)的符號(hào)對(duì)圖形進(jìn)行渲染,出現(xiàn)符號(hào)、注記及顏色丟失等現(xiàn)象。許多研究人員也通過(guò)不同的改進(jìn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[1-3],但均沒(méi)有提及符號(hào)庫(kù)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題,因此多數(shù)MapGIS用戶在數(shù)據(jù)共享方面仍有不少障礙。
本文基于MapGIS SDK和ArcGISObjects提供的COM組件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了將MapGIS文件以及地質(zhì)符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換到ArcGIS平臺(tái)支持的文件格式,解決了MapGIS文件數(shù)據(jù)到ArcGIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信息丟失問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了符號(hào)共享與符號(hào)庫(kù)跨平臺(tái)[4]的應(yīng)用。
將MapGIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ArcGIS平臺(tái)下支持的文件數(shù)據(jù)格式,需要通過(guò)MapGIS提供的SDK開(kāi)發(fā)包調(diào)用相應(yīng)的接口實(shí)現(xiàn)MapGIS數(shù)據(jù)文件的讀取,再通過(guò)ArcGIS提供的Objects開(kāi)發(fā)包調(diào)用相應(yīng)的接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向目標(biāo)文件的寫入和生成。2個(gè)GIS平臺(tái)的數(shù)據(jù)格式不同,其數(shù)據(jù)文件對(duì)照如表1[5]所示。
表1 M apGIS與ArcGIS數(shù)據(jù)文件對(duì)照Tab.1 Data file comparison from MapGIS to ArcGIS
1.1.1 MapGIS 源數(shù)據(jù)格式
1)MapGIS 加 密 二 進(jìn) 制 格 式 (.wt,.wl,.wp)。MapGIS數(shù)據(jù)格式的選擇主要依據(jù)是該格式是否能包含所有的MapGIS所提供的屬性信息,即包括空間信息和屬性信息。利用E00,shapfile等中間格式進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換存在屬性丟失等缺點(diǎn)。本文通過(guò)MapGIS開(kāi)發(fā)包提供的接口讀取MapGIS加密二進(jìn)制格式文件的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,不經(jīng)過(guò)第三方,確保數(shù)據(jù)的空間對(duì)象圖形坐標(biāo)和屬性值轉(zhuǎn)換前后完全一致,保證數(shù)據(jù)的正確性,提高轉(zhuǎn)換效率。
2)地質(zhì)符號(hào)系統(tǒng)庫(kù)格式(.lib)。在MapGIS平臺(tái)下,該格式用來(lái)存儲(chǔ)地質(zhì)符號(hào)(包括點(diǎn)符號(hào)、線符號(hào)、面符號(hào))以及顏色庫(kù),該地質(zhì)符號(hào)系統(tǒng)庫(kù)是地質(zhì)符號(hào)轉(zhuǎn)換的原始數(shù)據(jù)源。
3)可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(extensible markup language,XML)格式。由于MapGIS SDK沒(méi)有提供可以讀取系統(tǒng)庫(kù)中符號(hào)的數(shù)據(jù)源的 API,所以使用XML文件存儲(chǔ)符號(hào)庫(kù)中的數(shù)據(jù),繼而解析XML文件,可以做到無(wú)屬性丟失,從而提高開(kāi)發(fā)效率。
1.1.2 ArcGIS 目標(biāo)數(shù)據(jù)格式
1)shapefile文件格式(.shp)。ArcGIS數(shù)據(jù)格式的選擇主要依據(jù)是該格式是否能保存MapGIS提供的所有信息,即包括空間信息和屬性信息。由于shapefile文件對(duì)于空間要素的存儲(chǔ)方式是按照點(diǎn)、線、面進(jìn)行存儲(chǔ)的,類似于MapGIS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),同時(shí)也是MapGIS和ArcGIS都支持的中間文件,故本文選擇ArcGIS識(shí)別加載的shapefile文件數(shù)據(jù)格式來(lái)完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
2)工程文件格式(.mxd)。shapefile文件無(wú)法渲染圖形文件的顏色以及符號(hào),為避免屬性信息丟失,工程文件中不僅存儲(chǔ)生成的shapefile文件信息,還同時(shí)存儲(chǔ)對(duì)shapefile文件進(jìn)行渲染的信息。
3)圖層文件格式(.lyr)。圖層文件用來(lái)保存在ArcGIS中shapefile文件只保存了子圖類點(diǎn)實(shí)體,而沒(méi)有被保存的注釋類點(diǎn)實(shí)體,故注釋類點(diǎn)實(shí)體的渲染信息保存成圖層文件。
GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)框架如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)框架Fig.1 System framework
使用MapGIS提供的SDK以及ArcGIS提供的Objects和COM組件,運(yùn)用VC++語(yǔ)言對(duì)MapGIS數(shù)據(jù)源進(jìn)行讀取,以及對(duì)ArcGIS平臺(tái)下文件進(jìn)行寫入和保存;再運(yùn)用C#語(yǔ)言讀取Access數(shù)據(jù)庫(kù),并使用GDI函數(shù)符號(hào)化地質(zhì)符號(hào)。
通過(guò)MapGIS軟件自身提供的功能,將地質(zhì)符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換為 XML文件,通過(guò) Dom4j解析器解析XML文件地質(zhì)符號(hào)系統(tǒng)庫(kù)[6],并將解析數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Access數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的SubGrapeb表、Line表及Reg表中。此XML文件中數(shù)據(jù)包括點(diǎn)符號(hào)、線符號(hào)和面符號(hào),但是不含有顏色庫(kù),因此顏色庫(kù)中的顏色信息是通過(guò)_GetAColorRGBValue()函數(shù)得到MapGIS顏色號(hào)對(duì)應(yīng)的RGB值,并存儲(chǔ)在Access數(shù)據(jù)庫(kù)中的color表中。
ArcGIS繪制新的符號(hào)要實(shí)現(xiàn)Symbol類,故要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的ISymbol接口、IPersist接口、IPersiststream接口和IClone接口,所有的地學(xué)符號(hào)都必須繼承以上4個(gè)接口并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。ArcGIS平臺(tái)下提供了 PictureMarkerSymbol接口和 MultiLayer-MarkerSymbol接口用于繪制MapGIS下的地質(zhì)點(diǎn)符號(hào),但是也有很多在MapGIS下不能繪制的符號(hào),ArcGIS提供了對(duì)其可以擴(kuò)展的接口。本文選擇自定義的 MarkerSymbol[7],LineSymbol[8]和 FillSymbol類實(shí)現(xiàn)ISymbol接口來(lái)繪制,繪制方法主要運(yùn)用GDI函數(shù)進(jìn)行。
地質(zhì)點(diǎn)符號(hào)[9-10]轉(zhuǎn)換如圖2所示,其中包含有子圖的大小、角度及子圖號(hào)等信息。
圖2-1 點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換對(duì)照Fig.2-1 Comparsion of point symbol conversion
圖2-2 點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換對(duì)照Fig.2-2 Comparsion of point symbol conversion
1)通過(guò)MapGISSDK提供的API調(diào)用相應(yīng)的函數(shù),創(chuàng)建相應(yīng)類型的shapefile文件,并讀入MapGIS數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)。
2)將讀取的空間信息、屬性信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在新建的shapefile中。shapefile中包含空間信息文件(.shp)、屬性信息文件(.dbf)和索引文件(.shx)。
3)根據(jù)要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)文件的類型,來(lái)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù),生成相對(duì)應(yīng)的渲染文件并保存在工程文件MXD中,但是注釋文件的渲染信息則保存在圖層文件(.lyr)中。
3.1.1 點(diǎn)文件轉(zhuǎn)換
MapGIS點(diǎn)文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換,要獲取到點(diǎn)文件的空間信息和屬性信息。轉(zhuǎn)換后會(huì)生成相應(yīng)的shapefile文件以及相應(yīng)的MXD文件。首先讀取點(diǎn)文件中圖元的個(gè)數(shù)以及屬性;其次判斷點(diǎn)類型,如果是注釋類點(diǎn)實(shí)體會(huì)被直接刪除并壓縮存盤,否則會(huì)把子圖類點(diǎn)實(shí)體的具體屬性寫入shapefile文件中;最后創(chuàng)建一個(gè)工程文件(.mxd),根據(jù)ID號(hào)來(lái)索引出shapefile文件中相應(yīng)的字段對(duì)每個(gè)點(diǎn)實(shí)體渲染,保存在MXD文件中。點(diǎn)文件中點(diǎn)坐標(biāo)獲取代碼為:
3.1.2 線文件轉(zhuǎn)換
線文件的轉(zhuǎn)換類似于點(diǎn)文件轉(zhuǎn)換。進(jìn)行Map-GIS線文件轉(zhuǎn)換,先要獲取線文件的空間和屬性信息以及點(diǎn)文件的空間坐標(biāo)信息;轉(zhuǎn)換后會(huì)生成相應(yīng)的shapefile文件以及相應(yīng)的MXD文件。不同的是線坐標(biāo)點(diǎn)信息(x,y)寫入的方式,由于線文件是由點(diǎn)文件組成的,Point是指連續(xù)線每個(gè)線段端點(diǎn)的x和y坐標(biāo),所以線文件轉(zhuǎn)換時(shí)先要獲取線文件中起始點(diǎn)和終止點(diǎn)的坐標(biāo),然后創(chuàng)建一個(gè)Line對(duì)象,并設(shè)置Line對(duì)象的起始與終止點(diǎn);再創(chuàng)建一個(gè)Path對(duì)象,通過(guò)ISegmentCollection接口為Path對(duì)象添加Segment對(duì)象;最后創(chuàng)建一個(gè) Polyline對(duì)象,通過(guò)IGeometryCollection為Polyline對(duì)象添加Path對(duì)象。部分代碼如下:
(一)課前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”的關(guān)鍵在于找到一個(gè)好抓手,而設(shè)計(jì)好“自主學(xué)習(xí)卡”,就是破解“翻轉(zhuǎn)課堂”難題的好抓手之一。自主學(xué)習(xí)卡可以包含學(xué)習(xí)指南、學(xué)習(xí)任務(wù)、問(wèn)題設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)測(cè)試等項(xiàng)內(nèi)容,是學(xué)生上課前的指路燈。教師根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)和新知識(shí)所需的銜接知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)制作微課,讓學(xué)生觀看微視頻,利用自主學(xué)習(xí)卡進(jìn)行預(yù)習(xí),為新課做好準(zhǔn)備,這樣往往能事半功倍。
3.1.3 面文件轉(zhuǎn)換
MapGIS面文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換,要獲取面文件的空間信息和屬性信息以及線文件和點(diǎn)文件的坐標(biāo)信息。轉(zhuǎn)換后會(huì)生成相應(yīng)的shapefile文件以及相應(yīng)的MXD文件。面符號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程與線文件轉(zhuǎn)換過(guò)程類似,面文件是分別由點(diǎn)文件以及線文件組成,Point是指多邊形每個(gè)頂角的x和y坐標(biāo);區(qū)別在于面坐標(biāo)點(diǎn)信息(x,y)寫入的方式,當(dāng)線方向?yàn)檎较驎r(shí),坐標(biāo)點(diǎn)的信息是從起點(diǎn)到終點(diǎn);當(dāng)線方向?yàn)槟娣较驎r(shí),坐標(biāo)點(diǎn)的信息是從終點(diǎn)到起點(diǎn),這樣就可以圍成一個(gè)封閉的區(qū)域,即由多條邊圍成的一個(gè)閉合的路徑形成的一個(gè)面。
當(dāng)面文件中線方向?yàn)檎较驎r(shí)的實(shí)現(xiàn)代碼為:
當(dāng)面文件中線方向?yàn)槟娣较驎r(shí)實(shí)現(xiàn)代碼為:
3.1.4 注記文件轉(zhuǎn)換
注記文件的轉(zhuǎn)換類似于點(diǎn)文件的轉(zhuǎn)換,不同的是注釋類會(huì)刪除子圖類,并生成注釋類圖層文件(.lyr)的寫入方式。下面是生成.lyr文件的注釋點(diǎn)實(shí)體VC代碼描述:首先,創(chuàng)建一個(gè)LayerFile對(duì)象,并創(chuàng)建一個(gè)空白圖層文件;然后創(chuàng)建一個(gè)FeatureLayer對(duì)象,將為其添加渲染數(shù)據(jù)源,即生成的shapefile文件;最后創(chuàng)建Layer對(duì)象和GeoFeatureLayer對(duì)象,將渲染后的Layer對(duì)象替換空白的LayerFile對(duì)象。部分實(shí)現(xiàn)代碼如下:
注釋類文件[11-12]中有些特殊注記內(nèi)容需要處理,如上下標(biāo)(圖中紅色標(biāo)注處),傾斜等等。處理后點(diǎn)注記的DBF文件如圖3所示,圖中Expression字段包含顏色、字體、大小、注記內(nèi)容、上下標(biāo)、空格、橫豎方向、是否透明等渲染信息。
圖3 點(diǎn)文件中注記類的DBF文件Fig.3 DBF file of annotate class file in point file
MapGIS工程文件(.mpj)包含所有MapGIS文件的渲染信息和屬性信息,工程文件包含點(diǎn)文件(.wt)、線文件(.wl)和面文件(.wp)。轉(zhuǎn)換時(shí),首先根據(jù)_PRJGetItemType()函數(shù)獲取到文件的類型來(lái)判斷圖層文件是點(diǎn)文件、線文件還是面文件。
如果是點(diǎn)文件的話,要利用PNTINFO.type來(lái)讀取點(diǎn)符號(hào)的類型:子圖類型(PNT_SUB)和注記類型(PNT_NOTE)。本文采用的方式是將子圖類實(shí)體和注記類實(shí)體分別存儲(chǔ)在不同的圖層文件中,即一個(gè)點(diǎn)文件如果包含子圖和注記,會(huì)生成2個(gè)渲染圖層文件。子圖類型點(diǎn)實(shí)體轉(zhuǎn)換操作為:首先判斷點(diǎn)文件中的點(diǎn)實(shí)體類型,如果存在注記類型點(diǎn)實(shí)體,就調(diào)用_DelPnt()函數(shù)刪除,并壓縮存盤;然后調(diào)用相應(yīng)點(diǎn)文件轉(zhuǎn)換函數(shù)ArcGISConvertPoint()生成相應(yīng)的shapefile文件;最后將渲染好的圖層信息加載到工程文件MXD中。注記類型點(diǎn)實(shí)體轉(zhuǎn)換操作為:首先判斷點(diǎn)文件中的點(diǎn)實(shí)體類型,如果存在子圖類型點(diǎn)實(shí)體,就調(diào)用_DelPnt()函數(shù)刪除,并壓縮存盤;然后調(diào)用相應(yīng)點(diǎn)文件轉(zhuǎn)換函數(shù)ArcGISConvertAnnotate()生成相應(yīng)的shapefile文件;最后將渲染好的圖層信息加載到圖層文件(.lyr)中。
如果是線文件的話,直接調(diào)用相應(yīng)線文件轉(zhuǎn)換函數(shù)ArcGIS ConvertLine()生成相應(yīng)的shapefile文件,將渲染好的圖層加載到工程文件(.mxd)中。
如果是面文件的話,直接調(diào)用相應(yīng)面文件轉(zhuǎn)換函數(shù)ArcGIS ConvertReg()生成相應(yīng)的Shapefile文件,將渲染好的圖層加載到工程文件(.mxd)中。
MapGIS文件轉(zhuǎn)換成ArcGIS文件時(shí),所有文件都會(huì)轉(zhuǎn)換到shapefile文件中保存,對(duì)shapefile文件進(jìn)行渲染后,點(diǎn)文件、線文件和面文件會(huì)進(jìn)一步保存為MXD文件,而點(diǎn)文件中注釋類點(diǎn)實(shí)體會(huì)轉(zhuǎn)換成圖層文件(.lyr)保存。
本文以廣西某縣的水文圖作為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)源,驗(yàn)證轉(zhuǎn)換的正確性。轉(zhuǎn)換結(jié)果如圖4所示。
圖4 從M apGIS轉(zhuǎn)換到ArcGIS的效果對(duì)比Fig.4 Effect figure of com parison of conversion from M apGIS to ArcGIS
廣西壯族自治區(qū)容縣水文圖中裁剪的部分經(jīng)過(guò)文件轉(zhuǎn)換后,分2種情況:①轉(zhuǎn)換中注記文件和顏色使用默認(rèn)值渲染;②轉(zhuǎn)換中使用注記文件轉(zhuǎn)換以及顏色使用CMYK向RGB轉(zhuǎn)換的顏色值渲染。本文提供的地圖數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換方式基本實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)、線、面和工程文件的轉(zhuǎn)換,但是存在注記、顏色以及符號(hào)等渲染信息丟失;通過(guò)對(duì)比可以明顯看出,標(biāo)注、顏色及圖層都基本正確,但點(diǎn)、線、面符號(hào)有明顯丟失,而渲染圖層是用ArcGIS提供默認(rèn)的點(diǎn)、線、面符號(hào),因此本文第二節(jié)地質(zhì)符號(hào)轉(zhuǎn)換將MapGIS平臺(tái)下使用的符號(hào)庫(kù)遷移到ArcGIS平臺(tái)下,從而可以使原來(lái)相應(yīng)的符號(hào)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中渲染相對(duì)應(yīng)的圖層,所以在轉(zhuǎn)換后的圖形文件中應(yīng)用轉(zhuǎn)換后的符號(hào)。通過(guò)對(duì)比圖2和圖4可知,本研究成果基本無(wú)損地實(shí)現(xiàn)了將地理圖形數(shù)據(jù)從MapGIS平臺(tái)遷移到ArcGIS平臺(tái)下,并且?guī)缀鯖](méi)有丟失注記、顏色和符號(hào)等信息。
本研究開(kāi)發(fā)的軟件的穩(wěn)定性以及實(shí)用性已在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證,達(dá)到了預(yù)期的效果,但仍存在一些不足。如系統(tǒng)并不是一個(gè)涵蓋國(guó)標(biāo)符號(hào)的符號(hào)庫(kù),仍然是一個(gè)局部使用的符號(hào)庫(kù)。今后將會(huì)在研發(fā)跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)方面開(kāi)展深入研究,實(shí)現(xiàn)符號(hào)庫(kù)脫離GIS平臺(tái)的束縛,以達(dá)到真正意義上的跨平臺(tái)數(shù)據(jù)共享。
1)本文的方案實(shí)現(xiàn)了原有MapGIS數(shù)據(jù)到Arc-GIS平臺(tái)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換,保證數(shù)據(jù)和符號(hào)的真實(shí)性。在使用習(xí)慣沿襲和先進(jìn)管理平臺(tái)的優(yōu)越性能2方面獲得了雙重收益。
2)針對(duì)不同GIS平臺(tái)不能進(jìn)行數(shù)據(jù)共享的難題,實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)繪圖地學(xué)符號(hào)管理數(shù)據(jù)庫(kù),并將此符號(hào)庫(kù)系統(tǒng)封裝成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù),可以注冊(cè)到任何標(biāo)準(zhǔn)的GIS平臺(tái)中,以此來(lái)解決ArcGIS提供的符號(hào)不能滿足MapGIS下所有符號(hào)的需求,從而使MapGIS到ArcGIS平臺(tái)下地學(xué)圖件數(shù)據(jù)的完美轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)。
3)針對(duì)轉(zhuǎn)換過(guò)程中文件的空間屬性(坐標(biāo)信息)、屬性信息、顏色不一致的問(wèn)題,通過(guò)參數(shù)賦屬性的方式進(jìn)行解決,從而避免了轉(zhuǎn)換時(shí)屬性丟失的現(xiàn)象。
4)專題數(shù)據(jù)庫(kù)中系統(tǒng)庫(kù)數(shù)量多且復(fù)雜,大多數(shù)系統(tǒng)庫(kù)存在一圖一庫(kù)的現(xiàn)象,手工實(shí)現(xiàn)MapGIS符號(hào)庫(kù)到ArcGIS符號(hào)庫(kù)的轉(zhuǎn)換需要耗費(fèi)大量的人力、物力,故地學(xué)符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將MapGIS平臺(tái)下的Slib系統(tǒng)庫(kù)轉(zhuǎn)換成ArcGIS平臺(tái)下支持的Style符號(hào)庫(kù),很好地解決了專題數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。
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