JP7297429B2 - Measuring system, measuring method and measuring device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、測定システム、測定方法及び測定装置に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to measurement systems, measurement methods, and measurement devices.
従来、下水道管渠等に設けられた測定機器によって管渠を流れる水の状態を監視することが行われている。しかしながら、従来の監視方法では、測定機器に電力を供給する電源の確保及び維持管理が必要になり、運用コストの増大を招く可能性があった。 2. Description of the Related Art Conventionally, the state of water flowing through a sewer pipe is monitored by a measuring device installed in the sewer pipe or the like. However, in the conventional monitoring method, it is necessary to secure and maintain a power supply for supplying power to the measuring equipment, which may lead to an increase in operating costs.
本発明が解決しようとする課題は、より少ないコストで流水の状態を監視することができる測定システム、測定方法及び測定装置を提供することである。 A problem to be solved by the present invention is to provide a measurement system, a measurement method, and a measurement device that can monitor the state of running water at a lower cost.
実施形態の測定システムは、発信装置と、測定装置と、を持つ。発信装置は、浮揚部と、回転部と、発電部と、発信部と、を持つ。浮揚部は、自装置を水面付近で浮揚させる。回転部は、自装置を浮揚させる水の流れによって回転する。発電部は、前記回転部の回転を利用して発電する。発信部は、前記発電部によって生成された電力を用いて信号を無線発信する。測定装置は、受信部と、測定部と、を持つ。受信部は、前記発信装置から前記信号を受信する。測定部は、受信した前記信号に基づいて前記水の流速又は前記水面の高さを測定する。 A measurement system of an embodiment has a transmitter and a measurement device. The transmitting device has a levitation section, a rotating section, a power generating section, and a transmitting section. The floating part floats the device near the surface of the water. The rotating part is rotated by the flow of water that levitates the device. The power generation section generates power using the rotation of the rotating section. The transmission unit wirelessly transmits a signal using the power generated by the power generation unit. The measuring device has a receiving section and a measuring section. The receiving unit receives the signal from the transmitting device. The measurement unit measures the flow velocity of the water or the height of the water surface based on the received signal.
以下、実施形態の測定システム、測定方法及び測定装置を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a measuring system, a measuring method, and a measuring apparatus according to embodiments will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態における下水管渠監視システムのシステム構成の具体例を示す図である。図1に示す下水管渠監視システム100は、本実施形態における下水管渠監視システムの一例である。下水管渠監視システム100は、無線発信機1(発信装置の一例)、測定装置2、データサーバ3及び監視装置4を備える。無線発信機1は、下水管渠PNの内部に設置され、所定の信号を無線発信する機能を有する。無線発信機1が送信する信号は、その無線強度を受信側で取得することが可能なものであればどのような信号であってもよい。また、無線発信機1が送信する信号は、1回の信号送信に要する電力が低いものであるほうが望ましい。このような信号の一例として、本実施形態の無線発信機1はビーコン信号を送信するものとする。
FIG. 1 is a diagram showing a specific example of the system configuration of the sewer culvert monitoring system according to this embodiment. A sewer
測定装置2は、無線発信機1からビーコン信号を受信可能な位置に配置され、受信したビーコン信号に基づいて、下水管渠PNを流れる下水に関する物理量を測定する機能を有する。測定装置2は、ネットワークNを介してデータサーバ3と通信可能に接続され、上記物理量の測定データをデータサーバ3に送信する。
The
データサーバ3は、測定装置2から受信される測定データを蓄積するとともに、自身に蓄積している測定データを要求に応じて提供するデータベースとしての機能を有する。データサーバ3は、ネットワークNを介して監視装置4と通信可能に接続され、監視装置4の要求に応じて、要求された測定データを監視装置4に送信する。
The
監視装置4は、データサーバ3から供給される測定データに基づいて下水管渠PNの監視を支援する各種情報の生成、表示又は提供等を行う機能を有する。
The
図1は、簡単のため、3つの無線発信機1-1、1-2及び1-3が、それぞれ対応するマンホールM1、M2及びM3の下方に配置され、各無線発信機1-1、1-2及び1-3に対応する3つの測定装置2-1、2-2及び2-3が、対応するマンホールM1、M2及びM3の上方に配置された例を示している。これは、マンホールの内部空間を無線の伝搬路とすることで効率の良い無線通信が可能になることを想定したものであるが、無線発信機1及び測定装置2の設置位置をこのような位置に限定するものではない。 For simplicity, FIG. 1 shows that three radio transmitters 1-1, 1-2 and 1-3 are arranged below corresponding manholes M1, M2 and M3, respectively, and each radio transmitter 1-1, 1 Three measuring devices 2-1, 2-2 and 2-3 corresponding to -2 and 1-3 are shown arranged above the corresponding manholes M1, M2 and M3. This is based on the assumption that efficient wireless communication becomes possible by using the space inside the manhole as a propagation path for wireless. is not limited to
無線発信機1及び測定装置2は、無線発信機1及び測定装置2が以下の条件を満たす限りにおいてどのように配置されてもよい。
(条件1)無線発信機1が下水の水面の付近で、かつ所定の範囲内に位置すること。
(条件2)無線発信機1がいずれかの測定装置2と無線通信可能であること。
また、上記の各条件を満たす限りにおいて、無線発信機1は下水管渠PNの任意の位置に配置されてよいし、測定装置2と必ずしも1対1に対応づけられる必要はない。
The
(Condition 1) The
(Condition 2) The
As long as the above conditions are satisfied, the
図2は、本実施形態における無線発信機1の機能構成の具体例を示すブロック図である。無線発信機1は、発電部11、記憶部12及びビーコン信号発信部13を備える。発電部11は、後述する回転部111の回転を利用して発電する機能を有する。例えば、発電部11は、記憶部12及びビーコン信号発信部13に電力を供給するように接続された蓄電池を内部に有し、発電した電力を蓄電池に蓄えることで、記憶部12及びビーコン信号発信部13に対してビーコン信号の送信に必要な電力を供給する。
FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of the functional configuration of the
記憶部12は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部12はビーコン信号の送信に関する設定情報を予め記憶している。なお、ビーコン信号がワイヤードロジックで生成される場合には無線発信機1は記憶部12を備えなくてもよい。
The
ビーコン信号発信部13は、ビーコン信号を発信する機能を有する。具体的には、ビーコン信号発信部13は、記憶部12に記憶されている設定情報に基づいてビーコン信号を生成し、生成したビーコン信号を無線出力する。なお、ビーコン信号の発信は、BLE(Bluetooth Low Energy)(Bluetoothは登録商標)やIEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11等の規格をはじめとする任意の規格に基づいて行われてよい。
The beacon
ここで、記憶部12及びビーコン信号発信部13は、発電部11の蓄電池に、1回のビーコン信号の発信に必要な電力(以下「ビーコン発信電力」という。)が蓄えられたことに応じて、1回のビーコン信号の発信に必要な動作(以下「ビーコン発信動作」という。)を行うように構成される。すなわち、記憶部12及びビーコン信号発信部13は、ビーコン発信電力が発電されるごとに間欠的にビーコン発信動作を行う。
Here, the
なお、無線発信機1の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、無線発信機1がプログラムを実行する場合、プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
All or part of each function of the
図3は、本実施形態における発電部11の構成の具体例を示す図である。例えば発電部11は、図示する回転部111、回転軸112、第1コイル113-1、第2コイル113-2、N極の磁性を有する第1磁石114-1、S極の磁性を有する第2磁石114-2を備える。回転部111は、自身に固定された羽根B1~B8が下水の流れを受けて回転軸112を中心に回転する、いわゆる水車と同様の回転機構を構成する。第1磁石114-1及び第2磁石114-2は、回転部111の回転とともに回転するように回転部111の回転機構に固定される。
FIG. 3 is a diagram showing a specific example of the configuration of the
一方、第1コイル113-1及び第2コイル113-2は、回転部111とは独立して発電部11に固定されることにより、回転する第1磁石114-1及び第2磁石114-2に対して相対的に静止した状態をとる。例えば、回転部111が、回転軸112を中心に、かつ回転軸112とは独立して回転するように構成される場合、第1コイル113-1及び第2コイル113-2を回転軸112に固定することにより、第1磁石114-1及び第2磁石114-2に対して相対的に静止した状態とすることができる。
On the other hand, the first coil 113-1 and the second coil 113-2 are fixed to the
このように構成される発電部11は、第1コイル113-1及び第2コイル113-2と、これらに対して相対的に運動する第1磁石114-1及び第2磁石114-2との電磁誘導現象によって誘導電流を発生させることにより発電する。発電部11は、このようにして発電された電力を蓄電池(図示せず)に蓄電し、蓄電池を介してビーコン信号発信部13に電力を供給する。
The
図4は、本実施形態における測定装置2の機能構成の具体例を示すブロック図である。測定装置2は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。測定装置2は、プログラムの実行によって第1通信部21(受信部の一例)、第2通信部22、ビーコン情報記憶部23、ビーコン情報取得部24及び測定部25を備える装置として機能する。なお、測定装置2の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
FIG. 4 is a block diagram showing a specific example of the functional configuration of the measuring
第1通信部21は、測定装置2を無線発信機1と無線通信可能に接続する無線通信インタフェースである。第1通信部21は無線発信機1から受信したビーコン信号をビーコン情報取得部24に出力する。さらに、第1通信部21は、受信したビーコン信号の電波強度を測定する機能を有し、受信したビーコン信号をその電波強度を示す情報(以下「電波強度情報」という。)とともにビーコン情報取得部24に出力する。
The
第2通信部22は、測定装置2をネットワークNを介してデータサーバ3と通信可能に接続する通信インタフェースである。第2通信部22は、無線通信インタフェースであってもよいし、有線通信インタフェースであってもよい。第2通信部22は、測定部25によって生成される測定データをデータサーバ3に送信する。
The
ビーコン情報記憶部23は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。ビーコン情報記憶部23は、ビーコン情報取得部24が出力するビーコン信号及び電波強度情報を記憶する。
The beacon
ビーコン情報取得部24は、無線発信機1から順次受信されるビーコン信号について、その受信タイミング及び電波強度を示す情報(以下「ビーコン情報」という。)を、受信されるビーコン信号ごとに生成してビーコン情報記憶部23に記録する機能を有する。例えば、ビーコン情報取得部24は、第1通信部21からビーコン信号が出力されたタイミングをそのビーコン信号の受信タイミングとしてもよいし、無線発信機1がビーコン信号を送信したタイミング、又は第1通信部21がビーコン信号を受信したタイミングを、そのビーコン信号の受信タイミングとしてもよい。この場合、無線発信機1は送信タイミングを示す情報を含めたビーコン信号を送信するように構成されてもよいし、第1通信部21はビーコン信号の受信タイミングをビーコン情報取得部24に通知するように構成されてもよい。
The beacon
測定部25は、ビーコン情報記憶部23に記憶されているビーコン情報に基づいて下水管渠PNを流れる下水の水位及び流速を測定し、その測定データをデータサーバ3に蓄積する機能を有する。具体的には、測定部25は、水流及び流速の測定データを第2通信部22を介してデータサーバ3に送信する。
The
具体的には、測定部25は、水位を測定する水位測定部251と、流速を測定する流速測定部252とを備える。水位測定部251は、無線発信機1から受信されたビーコン信号の電波強度に基づいて下水管渠PNを流れる下水の水位を測定する。流速測定部252は、ビーコン信号の受信頻度に基づいて下水管渠PNを流れる下水の流速を測定する。
Specifically, the
図5は、本実施形態における水位測定部251がビーコン信号の電波強度に基づいて下水管渠PNを流れる下水の水位を測定する方法の具体例を示す図である。図5において、Hは下水管渠PNの底部からの測定装置2の高さを表し、Dは無線発信機1と測定装置2との直線距離を表す。また、Xは無線発信機1と測定装置2との水平方向における距離を表し、Y1は無線発信機1と測定装置2との鉛直方向における距離を表す。この場合、測定対象の水位をY2とすると、H、D、X、Y1、Y2の関係は次の式(1)及び(2)で表される。
FIG. 5 is a diagram showing a specific example of a method for measuring the water level of sewage flowing through the sewer culvert PN based on the radio wave intensity of the beacon signal by the water
そして式(1)及び(2)の関係から、水位Y2は次の式(3)で表すことができる。 Then, from the relationship between formulas (1) and (2), the water level Y2 can be expressed by the following formula (3).
ここで、H及びXは無線発信機1の設置位置と測定装置2の設置位置とに応じた固定値となるため、水位測定部251はビーコン信号の電波強度に基づいて無線発信機1と測定装置2との直線距離Dを求めることにより、水位Y2を算出することができる。なお、電波の送信者と受信者との間の直線距離を、受信者側での電波受信強度に基づいて推定する方法には既知のどのような方法が用いられてもよい。
Here, H and X are fixed values according to the installation position of the
図6及び図7は、本実施形態における無線発信機1を下水管渠PNを流れる下水の水面付近で、かつ所定の範囲内の位置に維持する方法の具体例を示す図である。すなわち、図6及び図7は、上記の条件1を実現する方法の具体例を示す。条件1のうち、無線発信機1を下水の水面付近に維持する方法の1つとして、浮力によって無線発信機1を水面付近に浮揚させる方法が挙げられる。例えば、無線発信機1に浮力を与える方法には、無線発信機1の構成部材(浮揚部の一例)に比重の小さいものを用いる方法のほか、無線発信機1の内部空間の一部又は全部(浮揚部の一例)を周囲の水から密閉する方法、浮力を有する浮袋等の物体(浮揚部の一例)を無線発信機1の筐体外部に取り付ける方法などが考えられる。
6 and 7 are diagrams showing a specific example of a method for maintaining the
また、図6には、条件1のうち、無線発信機1を所定の範囲内に維持する方法の1つとして、無線発信機1の移動方向を上下方向に制限する方法が示されている。より具体的には、所定位置に固定された鉛直方向の軸棒P(移動制限部の一例)を通し、軸棒Pに沿って上下方向に移動可能なシリンダ状の可動部S(移動制限部の一例)に回転軸112を連結することにより、無線発信機1を軸棒Pの周辺の所定範囲内において水位の変動とともに上下に移動させることが可能になる。
FIG. 6 shows a method of restricting the moving direction of the
なお、図6の例において水流の方向が紙面手前から奥に向かう方向であることから、可動部Sが軸棒Pを中心として回転することができてしまうと、回転部111が必ずしも効率よく回転しない位置に無線発信機1が移動してしまう可能性がある。そのため、軸棒Pと可動部Sとを連結する機構には、回転軸112の軸方向が水流に対して垂直な方向に向くようにする手段が含まれてもよい。また図7に示すように、回転軸112の軸方向を水流に対して垂直な方向に向ける方法としては、発電部11を貫通するように構成した回転軸112の両端を異なる軸棒P1及びP2に連結する方法も考えられる。
In the example of FIG. 6, since the direction of the water flow is from the front to the back of the paper, if the movable portion S can rotate around the shaft P, the rotating
図8は、本実施形態における下水管渠監視システム100において下水管渠PNを流れる下水の水位及び流速が測定され、その測定データがデータサーバ3に蓄積される処理の流れを示すフローチャートである。まず、無線発信機1では、発電部11によるビーコン発信電力の発電(ステップS101)と、発電されたビーコン発信電力によってビーコン信号発信部13が行うビーコン発信動作(ステップS102)と、が繰り返し実行される。
FIG. 8 is a flow chart showing the flow of processing for measuring the water level and flow velocity of sewage flowing through the sewer culvert PN in the sewer
なお、以下では、このように繰り返し実行される各処理を、それぞれの符号に付した繰り返しの数n(1以上の整数)で識別することにする。例えば、ステップS101-1は、1回目の発電を意味し、ステップS102-1は1回目のビーコン発信動作を意味する。また、以下では、ステップS101及びS102以外の繰り返し処理についても同様の方法で識別するものとする。 In the following description, each process that is repeatedly executed in this manner is identified by the number of repetitions n (an integer equal to or greater than 1) attached to each symbol. For example, step S101-1 means the first power generation, and step S102-1 means the first beacon transmission operation. Also, hereinafter, the same method is used to identify repeated processes other than steps S101 and S102.
続いて、測定装置2では、ビーコン情報取得部24が、無線発信機1から受信されたビーコン信号についてビーコン情報を生成する(ステップS103)。具体的には、ビーコン情報取得部24は、ビーコン信号の受信タイミングを示す情報と、そのビーコン信号とともに取得された電波強度情報とを対応づけることによりビーコン情報を生成する。ビーコン情報取得部24は生成したビーコン情報をビーコン情報記憶部23に記録する。
Subsequently, in the
次に、測定部25が、所定の測定周期ごとに、ビーコン情報記憶部23に蓄積されている過去のビーコン情報に基づいて、下水管渠PNを流れる下水の水位及び流速を測定する(ステップS104)。具体的には、水位測定部251が、直近で受信されたビーコン信号の電波強度に基づき、上記の式(3)から水位Y2を算出する。ここで、測定装置2は、H及びXの値を予め記憶しているものとする。
Next, the
一方、流速測定部252は、ビーコン信号の受信頻度に基づいて下水の流速を算出する。これは、以下の相関1~3の相関性に基づいて算出することができる。
(相関1)ビーコン信号の受信頻度は、発電部11の単位時間当たりの発電量に相関する。
(相関2)発電部11の単位時間当たりの発電量は、回転部111の回転速度に相関する。
(相関3)回転部111の回転速度は、下水の流速(又は流量)に相関する。
On the other hand, the flow
(Correlation 1) The reception frequency of the beacon signal correlates with the amount of power generated by the
(Correlation 2) The power generation amount per unit time of the
(Correlation 3) The rotation speed of the
測定部25は、このように算出された下水の水位及び流速を示す情報を測定データとしてデータサーバ3に送信する(ステップS105)。データサーバ3は、測定装置2から受信した測定データを記録する(ステップS106)。
The
このように構成された本実施形態の下水管渠監視システム100によれば、下水管渠PNの内部に設置される無線発信機1に対して電力を外部から供給する必要がない。そのため、無線発信機1を動作させるための電源の確保及び維持管理が不要になり、より少ないコストで下水(流水の一例)の状態を監視することが可能になる。
According to the sewer
また、本実施形態の下水管渠監視システム100によれば、測定装置2がビーコン信号の受信頻度に基づいて下水の流速を測定するため、下水管渠PNの内部に水位測定のための装置と、流速測定のための装置とを個別に設置する必要がない。そのため、下水管渠PNを流れる下水の水位及び流速を従来よりも簡易な構成で測定することが可能になる。
Further, according to the sewer
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、自装置を浮揚させる水の流れによって回転する回転部111と、111回転部の回転を利用して発電する発電部11と、発電部11によって生成された電力を用いてビーコン信号を無線発信するビーコン信号発信部13と、ビーコン信号発信部13から受信されたビーコン信号に基づいて下水の流速又は水位を測定する測定部25と、を持つことにより、より少ないコストで流水の状態を監視することができる。
According to at least one embodiment described above, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
100…下水管渠監視システム、1,1-1~1-3…無線発信機、11…発電部、111…回転部、112…回転軸、113-1…第1コイル、113-2…第2コイル、114-1…第1磁石、114-2…第2磁石、12…記憶部、13…ビーコン信号発信部、2,2-1~2-3…測定装置、21…第1通信部、22…第2通信部、23…ビーコン情報記憶部、24…ビーコン情報取得部、25…測定部、251…水位測定部、252…流速測定部、3…データサーバ、4…監視装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
自装置を浮揚させる水の流れによって回転する回転部と、
前記回転部の回転を利用して発電する発電部と、
前記発電部によって、1回の信号の発信に必要な電力が発電されるごとに間欠的に信号を無線発信する発信部と、
を備える発信装置と、
前記発信装置から前記信号を受信する受信部と、
受信した前記信号の受信頻度に基づいて前記水の流速を測定するとともに、前記信号の受信強度に基づいて前記水の水面の高さを測定する測定部と、
を備える測定装置と、
を備える測定システム。 a floatation unit that floats the device near the surface of the water;
a rotating part that rotates due to the flow of water that floats the device;
a power generation unit that generates power using the rotation of the rotating unit;
a transmission unit that wirelessly transmits a signal intermittently every time the power generation unit generates power necessary for transmitting a single signal;
a transmitting device comprising
a receiving unit that receives the signal from the transmitting device;
a measurement unit that measures the flow velocity of the water based on the reception frequency of the received signal and measures the height of the surface of the water based on the reception intensity of the signal ;
a measuring device comprising
measurement system.
請求項1に記載の測定システム。 further comprising a movement limiter that maintains a movement range of the transmitting device within a predetermined range near the water surface;
The measurement system according to claim 1.
浮揚部により、自装置を水面付近で浮揚させ、
自装置を浮揚させる水の流れによって回転部を回転させ、
前記回転部の回転を利用して電力を発電し、
1回の信号の発信に必要な電力が発電されるごとに間欠的に信号を無線発信し、
測定装置が、
前記信号を受信し、
受信した前記信号の受信頻度に基づいて前記水の流速を測定するとともに、前記信号の受信強度に基づいて前記水の水面の高さを測定する、
測定方法。 the calling device
The floating part floats the device near the surface of the water,
Rotate the rotating part by the flow of water that floats the device,
generating electric power using the rotation of the rotating part;
A signal is transmitted wirelessly intermittently every time the power required for transmitting one signal is generated,
the measuring device
receiving the signal;
measuring the flow velocity of the water based on the reception frequency of the received signal , and measuring the height of the water surface based on the reception intensity of the signal;
Measuring method.
受信した前記信号の受信頻度に基づいて前記水の流速を測定するとともに、前記信号の受信強度に基づいて前記水の水面の高さを測定する測定部と、
を備える測定装置。 A floating part that floats the device near the surface of the water, a rotating part that rotates due to the flow of water that floats the device, a power generating part that generates power using the rotation of the rotating part, and the power generating part. a receiving unit that receives the signal from a transmitting device, comprising: a transmitting unit that wirelessly transmits a signal intermittently each time power necessary for transmitting the signal is generated;
a measurement unit that measures the flow velocity of the water based on the reception frequency of the received signal and measures the height of the surface of the water based on the reception intensity of the signal ;
A measuring device comprising a
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