鄧勇 余新康 姚豐

（1.河南省公安廳 科信處，河南 鄭州 450000； 2.河南省測(cè)繪地理信息局信息中心，河南 鄭州 450003）

1 引言

近年來(lái)，隨著公安信息化建設(shè)的速度加快，作為公安基本信息五要素之一的地理數(shù)據(jù)，例如常住人口地址、案件發(fā)生地址、出租屋地址等，需要及時(shí)更新，安全保密。但是在統(tǒng)計(jì)收集數(shù)據(jù)的過(guò)程中，由于地址信息采集沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有數(shù)據(jù)往往分布在不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，且格式多樣、互不相連、互不共享，造成數(shù)據(jù)零散、統(tǒng)計(jì)工作煩瑣等問(wèn)題，刑偵工作利用地址做關(guān)聯(lián)分析時(shí)，也受到了極大限制。因此，如何更好地統(tǒng)計(jì)、管理這些海量地址數(shù)據(jù)，是公安部門亟待解決的問(wèn)題[1]。

本文以河南省公安廳警用地理信息平臺(tái)建設(shè)為例，提出基于時(shí)空大數(shù)據(jù)的警用地理信息平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，通過(guò)時(shí)空大數(shù)據(jù)分析、智能終端、地圖管理等信息化手段，為警民提供便利服務(wù)，實(shí)現(xiàn)警務(wù)的可視化、智能化指揮、調(diào)度和管理。

2 警用地理信息平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

河南省公安廳警用地理信息平臺(tái)基于平臺(tái)前期建設(shè)成果，充分利用云計(jì)算、時(shí)空大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及GIS新技術(shù)，整合政府、社會(huì)和互聯(lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)資源，借鑒互聯(lián)網(wǎng)地圖的設(shè)計(jì)理念，以建設(shè)全省地圖服務(wù)中心為核心，推動(dòng)各類業(yè)務(wù)圖層的完善、融合和共享，構(gòu)建基礎(chǔ)性、綜合性的在線地圖應(yīng)用，組織開(kāi)展定位信息聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)，探索時(shí)空大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，打造實(shí)戰(zhàn)實(shí)用、響應(yīng)敏捷的河南公安“警務(wù)百度地圖”，為反恐應(yīng)急、情報(bào)研判、扁平化指揮調(diào)度、跨區(qū)域警務(wù)合作、犯罪時(shí)空分析、基層基礎(chǔ)等警務(wù)工作提供可靠的地圖及位置服務(wù)保障，實(shí)現(xiàn)智慧警務(wù)的總體目標(biāo)。

2.2 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

河南省公安廳警用地理信息平臺(tái)按照系統(tǒng)的功能模塊需求，將系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

基礎(chǔ)設(shè)施層：為平臺(tái)提供基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施，主要包括虛擬機(jī)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)、安全設(shè)施、負(fù)載均衡、分布式文件系統(tǒng)等。

數(shù)據(jù)層：為平臺(tái)提供警用地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及管理。主要包括PGIS數(shù)據(jù)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)圖層庫(kù)、時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)等。

服務(wù)層：為平臺(tái)提供地圖開(kāi)放API、開(kāi)發(fā)組件、PGIS擴(kuò)展服務(wù)、PGIS基礎(chǔ)服務(wù)等多層次服務(wù)支撐。

應(yīng)用層：為平臺(tái)用戶提供實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用支持，例如地圖一鍵搜、警情時(shí)空分析、警力態(tài)勢(shì)標(biāo)繪、人車布控等。

用戶層：為平臺(tái)用戶提供專業(yè)實(shí)用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，例如報(bào)警定位系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)、情報(bào)系統(tǒng)等。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

河南省公安廳警用地理信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)主要有四個(gè)：警用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、警用標(biāo)準(zhǔn)地址庫(kù)、警用業(yè)務(wù)圖層數(shù)據(jù)庫(kù)和警用時(shí)空大數(shù)據(jù)庫(kù)。

警用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)：為平臺(tái)提供基本的道路、河流等空間信息，包括矢量地圖、影像地圖、交通專題圖、2.5維地圖。

警用標(biāo)準(zhǔn)地址庫(kù)：提供新一代警用地址數(shù)據(jù)，對(duì)公安部門原有各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的地址數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理、標(biāo)準(zhǔn)化梳理與導(dǎo)入，形成規(guī)范的警用標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)庫(kù)和完善的地址資源庫(kù)。

警用業(yè)務(wù)圖層數(shù)據(jù)庫(kù)：包括旅館、網(wǎng)吧、卡口、警情等警方最關(guān)注的實(shí)體信息，方便警用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的查詢、展示和分析。

警用時(shí)空大數(shù)據(jù)庫(kù)：存儲(chǔ)匯集了多種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)位置數(shù)據(jù)，讓公安部門在傳統(tǒng)地理實(shí)體的靜態(tài)坐標(biāo)信息外，獲取大量人員、車輛、物品的實(shí)時(shí)位置和軌跡信息。

2.4 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

依據(jù)平臺(tái)的定位及各種業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求分析，河南省公安廳警用地理信息平臺(tái)的功能模塊包括基礎(chǔ)地圖、地圖查詢、時(shí)空分析、警力監(jiān)控和用戶管理模塊。

基礎(chǔ)地圖模塊：展示全省的柵格地圖、矢量地圖和影像地圖，控制警用圖層的顯示狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)地圖瀏覽、轄區(qū)定位、地圖打印、信息標(biāo)繪和地圖糾錯(cuò)等功能。

地圖查詢模塊：以空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，關(guān)聯(lián)人、車、案等相關(guān)的數(shù)據(jù)資源，以地圖搜索服務(wù)為基本支撐，以地圖為展現(xiàn)平臺(tái)，以空間數(shù)據(jù)結(jié)合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為展現(xiàn)形式。通過(guò)地圖搜索，快速掌握關(guān)注區(qū)域周邊的各類公安資源，并在地圖上進(jìn)行定位。其功能包括圖層查詢、地圖搜索、空間檢索和路徑規(guī)劃。

時(shí)空分析模塊：基于警用時(shí)空大數(shù)據(jù)庫(kù)，為用戶提供基于人、車、物的軌跡查詢分析服務(wù)，并將其展現(xiàn)在地圖上。其功能包括警情時(shí)空分析、人員時(shí)空分析、車輛時(shí)空分析、視頻時(shí)空分析和通話時(shí)空分析。

警力監(jiān)控模塊：對(duì)民警和車輛的移動(dòng)終端進(jìn)行狀態(tài)和位置監(jiān)控，以便實(shí)時(shí)掌控警力分布。其功能包括設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時(shí)位置、軌跡查詢和空間查詢。

用戶管理模塊：管理員對(duì)普通用戶的監(jiān)管及對(duì)其個(gè)人信息的管理，其功能包括組織機(jī)構(gòu)管理、權(quán)限管理、用戶管理和個(gè)人管理中心。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 map-reduce分布式計(jì)算模型

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖瓦片的高速索引和檢索，基于Hadoop的map-reduce分布式計(jì)算模型[2]，將地圖服務(wù)和空間索引計(jì)算分布到不同的計(jì)算資源節(jié)點(diǎn)上，以并行計(jì)算的方式在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上檢索數(shù)據(jù)，最后將結(jié)果匯聚到master上進(jìn)行展現(xiàn)。其優(yōu)勢(shì)在于，以往一臺(tái)機(jī)器在10萬(wàn)文件中檢索的模式轉(zhuǎn)化為10臺(tái)機(jī)器在1萬(wàn)文件中檢索的模式，通過(guò)并行計(jì)算的方式，節(jié)約了計(jì)算時(shí)間，提高了檢索效率。

采用map-reduce分布式文件系統(tǒng)，對(duì)地圖瓦片數(shù)據(jù)等非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，通過(guò)將大量小切片文件聚合為較大的數(shù)據(jù)包，統(tǒng)一存放在分布式存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中，實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠的存儲(chǔ)和并發(fā)訪問(wèn)。

3.2 MPP架構(gòu)

MPP是一種海量數(shù)據(jù)分析架構(gòu)，適合實(shí)時(shí)或離線的大規(guī)模分析處理。MPP作為一種share-nothing架構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行自己的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)等，節(jié)點(diǎn)之間的信息交互只能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)[3]。MPP架構(gòu)目前被并行數(shù)據(jù)庫(kù)廣泛采用，一般通過(guò)Scan、Sort和Merge等操作符實(shí)時(shí)返回查詢結(jié)果。

對(duì)于警用時(shí)空大數(shù)據(jù)，除了傳統(tǒng)的存儲(chǔ)和查詢需求外，還需要對(duì)其進(jìn)行深入的分析和挖掘，從而獲取有價(jià)值的信息。河南省公安廳警用地理信息平臺(tái)建設(shè)通過(guò)MPP等技術(shù)框架，來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模時(shí)空信息的統(tǒng)一分析。在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中，可以將MPP與Hadoop進(jìn)行整合，用MPP處理PB級(jí)別的、高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，同時(shí)為應(yīng)用提供豐富的SQL和事務(wù)支持能力；用Hadoop實(shí)現(xiàn)半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理。這樣可同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的處理需求，兩者形成一個(gè)有機(jī)整體[4]。

4 警情時(shí)空分析應(yīng)用

河南省公安廳警用地理信息平臺(tái)向全省民警提供空間查詢、路徑規(guī)劃、在線制圖等基礎(chǔ)功能，打造地圖一鍵搜，案件、警情、視頻、人、車、電信軌跡時(shí)空分析和布控預(yù)警等綜合性、基礎(chǔ)性在線地圖應(yīng)用，服務(wù)基層民警的警務(wù)實(shí)戰(zhàn)。基層民警最為關(guān)注的時(shí)空分析應(yīng)用，是人員行跡追蹤、車輛蹤跡調(diào)查、以往警情的案例分析評(píng)估和人車布控，下面主要介紹這四部分應(yīng)用。

4.1 人員追蹤分析

根據(jù)人員在時(shí)間、空間兩個(gè)維度的變化情況，分析人員的活動(dòng)軌跡和活動(dòng)規(guī)律。

（1）人員空間軌跡分析

人員空間軌跡包括登記數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)。登記數(shù)據(jù)主要有旅館入住、網(wǎng)吧上網(wǎng)等信息；軌跡數(shù)據(jù)主要是卡口的過(guò)車記錄，將這些數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)變成空間軌跡展現(xiàn)在地圖上，與案件的發(fā)生地及其他重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域相疊加，可進(jìn)一步挖掘嫌疑人信息。

登記類軌跡數(shù)據(jù)，可以將案發(fā)一定時(shí)間、區(qū)域范圍內(nèi)的網(wǎng)吧上網(wǎng)人員和旅館入住人員全部搜索出來(lái)；也可以將某個(gè)嫌疑人的網(wǎng)吧、旅館軌跡檢索出來(lái)，顯示在地圖上，依此分析嫌疑人在案發(fā)前后一定時(shí)間內(nèi)在案發(fā)地周邊的活動(dòng)軌跡，進(jìn)一步判斷該嫌疑人的作案可能。

（2）人員空間碰撞分析

案件的偵破最終要集中到人身上，針對(duì)人員空間軌跡的分析就顯得尤為重要。將登記數(shù)據(jù)、軌跡數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)成為空間軌跡，展現(xiàn)在地圖上。與案件的發(fā)生地以及其他重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域相疊加，可以進(jìn)一步挖掘犯罪嫌疑人多次發(fā)生空間碰撞的人員信息，分析案件是否為團(tuán)伙作案。人員空間碰撞分析如圖2所示。

圖2 人員空間碰撞分析

（3）重點(diǎn)人員變化趨勢(shì)分析

根據(jù)地圖索引庫(kù)里的人員標(biāo)簽，用戶可選擇單個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行重點(diǎn)人員分析。從重點(diǎn)人員實(shí)際居住地、網(wǎng)吧、酒店的登記信息獲取地圖位置信息，根據(jù)不同重點(diǎn)人員顯示的不同圖標(biāo)，通過(guò)地圖將其進(jìn)行區(qū)域分布展示，并利用資源服務(wù)平臺(tái)展示業(yè)務(wù)信息，比如重點(diǎn)人員的家庭關(guān)系、成員情況、社會(huì)關(guān)系等。該應(yīng)用可作為地圖服務(wù)發(fā)布給其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)直接使用。

通過(guò)熱力圖和海量點(diǎn)對(duì)重點(diǎn)人員的分布區(qū)域進(jìn)行展示，可以直觀了解重點(diǎn)人員的分布區(qū)域；設(shè)定時(shí)間軸，通過(guò)熱力圖在不同時(shí)間段內(nèi)的熱力變化，展現(xiàn)重點(diǎn)人員某段時(shí)間內(nèi)在全省的分布情況變化。

（4）話單通話空間分析

警用地理信息平臺(tái)獲取民警導(dǎo)入的包含坐標(biāo)信息的話單數(shù)據(jù)，自動(dòng)解析上圖標(biāo)注，并可開(kāi)展話單密集分析、通話頻次分析和通話軌跡展示，方便民警了解通話記錄和通話空間位置的關(guān)聯(lián)和特點(diǎn)。

4.2 車輛追蹤分析

（1）卡口通行車輛空間查詢

警用地理信息平臺(tái)將用戶輸入的卡口名稱或在地圖上選定的卡口信息和起止時(shí)間等查詢條件，提交給河南省公安廳大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，查詢經(jīng)過(guò)指定卡口的所有車輛信息、通過(guò)時(shí)間及車輛照片。大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)按照通過(guò)時(shí)間降序方式將信息反饋給警用地理信息平臺(tái)，并將通過(guò)車輛照片橫向展示。

（2）車輛通過(guò)卡口空間查詢

警用地理信息平臺(tái)將用戶輸入的車牌號(hào)碼、起止時(shí)間等查詢條件，提交給大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)按照通過(guò)時(shí)間降序方式，將指定車輛經(jīng)過(guò)的所有卡口信息、通過(guò)時(shí)間、車輛照片等信息反饋給警用地理信息平臺(tái)。同時(shí)，支持對(duì)指定車輛經(jīng)過(guò)卡口及抓拍車輛照片的同步軌跡回放，方便民警對(duì)車輛進(jìn)行查詢。

（3）伴隨車輛空間查詢

用戶在警用地理信息平臺(tái)中設(shè)定伴隨車牌號(hào)碼、起止時(shí)間、伴隨時(shí)間間隔等參數(shù)，手工規(guī)劃車輛行駛路線，提交給河南省公安廳大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)自動(dòng)分析出伴隨的車輛信息（包括車牌號(hào)碼、通過(guò)卡口名稱及時(shí)間等），并按照伴隨車輛頻次降序方式反饋給警用地理信息平臺(tái)。同時(shí)，警用地理信息平臺(tái)支持對(duì)檢索結(jié)果車輛的二次伴隨車輛空間查詢，方便民警對(duì)伴隨車輛的綜合查詢。

（4）套牌車輛分析

河南省公安廳大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)作為分析的計(jì)算支撐，提供套牌車輛分析功能，建立套牌車輛信息庫(kù)，結(jié)合地圖對(duì)車輛進(jìn)行軌跡分析，定位套牌車輛的位置。

4.3 警情評(píng)估分析

警用地理信息平臺(tái)可以開(kāi)展警情信息的研判和挖掘，幫助公安機(jī)關(guān)分析社會(huì)治安形勢(shì)，發(fā)現(xiàn)治安工作焦點(diǎn)，科學(xué)調(diào)整警力部署，實(shí)施定向精確打擊，評(píng)估公安績(jī)效，從而達(dá)到輔助決策的目標(biāo)。

（1）警情分布查詢

按照省、市、縣(區(qū))的轄區(qū)范圍，設(shè)定特定時(shí)間段，如每天、每周、每月、每年等，根據(jù)案件類型等過(guò)濾條件，查詢相應(yīng)的警情數(shù)據(jù)，并在地圖上顯示。點(diǎn)擊每個(gè)警情，可以查詢警情的詳細(xì)內(nèi)容。

（2）警情周邊信息查詢

在實(shí)現(xiàn)報(bào)警地點(diǎn)或案發(fā)地址定位時(shí)，平臺(tái)能夠自動(dòng)分析出該地址所需要的資源（GPS警力、治安崗?fù)?、視頻、醫(yī)院等），以不同范圍（100米、200米、500米）的形式在地圖上展現(xiàn)，便于進(jìn)一步分析和處理。

平臺(tái)采用松耦合方式設(shè)計(jì)，提供周邊資源配置頁(yè)面，用戶 可根據(jù)實(shí)際情況確定要查詢的周邊資源。平臺(tái)還提供手動(dòng)空間資源查詢，包括矩形、圓形以及不規(guī)則多邊形查詢。在電子地圖上選擇任意區(qū)域范圍，查詢范圍內(nèi)符合條件的信息。平臺(tái)支持后臺(tái)專題數(shù)據(jù)制作，針對(duì)不同類型的警情顯示不同周邊資源信息。警情周邊信息查詢?nèi)鐖D3所示。

圖3 警情周邊信息查詢

（3）警情動(dòng)態(tài)熱力圖

根據(jù)轄區(qū)、警情案件類別查詢某一段時(shí)間內(nèi)案發(fā)數(shù)據(jù)，并在地圖上形成密度圖，通過(guò)播放的形式形成時(shí)間序列，用于直觀反映一段時(shí)間內(nèi)警情數(shù)據(jù)的變化情況。根據(jù)相同的范圍和類型、不同時(shí)段的警情數(shù)據(jù)，分別做密度分析，形成兩個(gè)時(shí)間段案件空間熱點(diǎn)分布圖，通過(guò)密度和聚集位置分析，分析不同時(shí)間范圍內(nèi)的警情分布情況，找出警情在不同時(shí)間段的熱點(diǎn)規(guī)律。

（4）警情關(guān)聯(lián)分析

警情關(guān)聯(lián)分析是指借助空間統(tǒng)計(jì)分析方法，探索空間對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)程度，將案件或者警情的熱點(diǎn)區(qū)域與巡防軌跡的熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行疊加，可以看到重點(diǎn)巡防布控區(qū)域內(nèi)的案件或警情的發(fā)生情況。

4.4 人車布控

人車布控是利用地理空間數(shù)據(jù)，以位置為核心進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)的預(yù)警工具，根據(jù)犯罪嫌疑人和嫌疑車輛的逃跑路線和行駛速度進(jìn)行布控分析。同時(shí)與短信平臺(tái)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)短信通知、系統(tǒng)高亮閃爍報(bào)警，以及對(duì)特定人員、車輛的布控報(bào)警，并通過(guò)嚴(yán)格的權(quán)限控制，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的布控審批流程，以及“誰(shuí)布控，誰(shuí)報(bào)警”的機(jī)制。

當(dāng)用戶在平臺(tái)中發(fā)布車輛或人員的布控信息后，針對(duì)布控目標(biāo)，開(kāi)展全省范圍內(nèi)的分布式比對(duì)工作，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)布控、報(bào)警消息的實(shí)時(shí)交互。實(shí)時(shí)交互分析主要包括布控信息的實(shí)時(shí)比對(duì)、全省關(guān)于布控和報(bào)警消息的實(shí)時(shí)交互。

（1）布控信息的實(shí)時(shí)比對(duì)：根據(jù)布控名單，平臺(tái)提供24小時(shí)不間斷比對(duì)分析服務(wù)；根據(jù)布控范圍，實(shí)現(xiàn)有選擇性的比對(duì)。比對(duì)范圍主要分省級(jí)和市級(jí)兩個(gè)范圍。

（2）全省關(guān)于布控和報(bào)警消息的實(shí)時(shí)交互：針對(duì)比對(duì)服務(wù)推送的報(bào)警信息，平臺(tái)通過(guò)用戶界面，向布控發(fā)起節(jié)點(diǎn)發(fā)出報(bào)警信息，并定位報(bào)警位置。報(bào)警會(huì)有聲光提示，用戶點(diǎn)擊查看報(bào)警信息后，提示自動(dòng)結(jié)束。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于警用地理信息平臺(tái)的警情時(shí)空分析，依據(jù)各類警務(wù)要素的查詢、展現(xiàn)、關(guān)聯(lián)和分析，提供案件、重點(diǎn)人員、車輛、設(shè)備等的軌跡分析，改變以往與地圖高度耦合警種（應(yīng)急指揮、治安管理、巡特警、交警、情報(bào)等）的傳統(tǒng)MIS信息管理格局，有利于形成以地理信息為核心的創(chuàng)新警務(wù)、智慧警務(wù)的時(shí)空分析應(yīng)用局面。

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