基于多模态深度特征模型的冬小麦冠层等效水厚度反演方法

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作者 程智楷 周智辉 +5 位作者 谷晓博 方晓海 韦春宇 徐洋 赵彤彤 杜娅丹 《农业工程学报》 北大核心 2025年第10期119-128,共10页

为提高无人机遥感监测冬小麦冠层等效水厚度(equivalent water thickness,EWT)的精度,该研究采集冬小麦返青、拔节和抽穗期无人机遥感数据(可见光、多光谱、三维点云数据)和实测EWT样本,提取光谱特征、纹理特征和结构特征,应用递归特征... 为提高无人机遥感监测冬小麦冠层等效水厚度(equivalent water thickness,EWT)的精度,该研究采集冬小麦返青、拔节和抽穗期无人机遥感数据(可见光、多光谱、三维点云数据)和实测EWT样本,提取光谱特征、纹理特征和结构特征,应用递归特征消除(recursive elimination feature,REF)、BORUTA和套索算法(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)算法分析多模态特征的重要性贡献,结合卷积神经网络和双向长短期记忆网络构建了能够提取多模态深度特征的复合神经网络(multi-modal depth feature neural network,MDFNN),并与4种机器学习算法(K最近邻、偏最小二乘、随机森林和支持向量机)对比分析冠层EWT估测性能。结果表明,融合多模态特征提高了EWT估测精度,4种机器学习模型在验证集的决定系数(R^(2))为0.709~0.810,均方根误差为0.054~0.063 mm,平均绝对百分比误差为9.00%~21.5%;REF对模型的优化能力高于BORUTA和LASSO;基于REF特征组合的MDFNN估测精度高于机器学习模型,实现了最优的冠层EWT估测(R^(2)为0.882,均方根误差为0.050 mm,平均绝对百分比误差为6.60%)。研究结果可为无人机遥感监测田间冬小麦冠层EWT提供参考。 展开更多

关键词 无人机 等效水厚度 深度学习 深度特征 多模态数据

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基于EFAST和PLS的苹果叶片等效水厚度高光谱估算 被引量：11

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作者 冯海宽 李振海 +7 位作者 金秀良 杨贵军 万鹏 郭建华 于海洋 杨福芹 李伟国 王衍安 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期165-171,共7页

叶片等效水厚度(EWT)是评估果树生长状况及产量的一个重要参数。为了快速、准确地估算此参数,该文建立苹果叶片EWT归一化近红外水分指数(NDIWI)和扩展傅里叶幅度灵敏度检测方法和偏最小二乘回归(EFAST-PLS)估算模型并验证。使用2012年和... 叶片等效水厚度(EWT)是评估果树生长状况及产量的一个重要参数。为了快速、准确地估算此参数,该文建立苹果叶片EWT归一化近红外水分指数(NDIWI)和扩展傅里叶幅度灵敏度检测方法和偏最小二乘回归(EFAST-PLS)估算模型并验证。使用2012年和2013年在中国山东省肥城县潮泉镇获取的整个生育期苹果叶片EWT和配套的光谱数据,比较NDIWI和EFAST-PLS联合模型。在EFAST-PLS联合模型中,EFAST用来选择光谱敏感波段,PLS用来回归分析。NDIWI与EFAST-PLS模型的决定系数(R2)分别为0.2831和0.5628,标准均方根误差(NRMSE)分别为8.00%和6.25%。研究结果表明:EFAST-PLS模型估算苹果叶片EWT潜力巨大,考虑到应用简单,NDIWI也有可取之处。 展开更多

关键词 光谱分析 模型 含水率 苹果叶片 等效水厚度 EFAST 偏最小二乘 NDIWI

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利用PRO4SAIL与支持向量机回归的组合模型反演植被等效水厚度 被引量：9

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作者 李丹娜 郭云开 +3 位作者 朱善宽 刘宁 刘磊 蒋明 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2017年第8期50-55,共6页

为监测路域植被生态环境,利用遥感影像和辐射传输模型物理基础实现了对植被冠层等效水厚度(EWT)的估测。提出了利用PRO4SAIL与支持向量机回归的组合模型对等效水厚度进行反演的方法。选取Landsat7 ETM+影像,结合实测数据探索验证了PRO4S... 为监测路域植被生态环境,利用遥感影像和辐射传输模型物理基础实现了对植被冠层等效水厚度(EWT)的估测。提出了利用PRO4SAIL与支持向量机回归的组合模型对等效水厚度进行反演的方法。选取Landsat7 ETM+影像,结合实测数据探索验证了PRO4SAIL与支持向量机回归的组合模型的植被参数反演的实用性和准确性。研究表明,该组合模型具有较好的预测能力,反演得到的等效水厚度含量精度较高,为支持向量机模型应用于遥感影像反演植被参数提高了有力支撑。 展开更多

关键词 等效水厚度 PRO4SAIL 支持向量机回归 植被参数反演

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基于光谱水分指数的阔叶树种叶片等效水厚度估算 被引量：3

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作者 赵静瑶 张学霞 杨维 《浙江农林大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期868-876,共9页

植物叶片的水分含量是评价植物水分状态的一项重要指标。为快速、准确地获取植物的叶片含水量,分别使用传统敏感性分析方法和扩展傅立叶振幅灵敏度分析(EFAST方法)对PROSPECT模型进行了敏感性分析。在此基础上筛选与叶片含水量敏感度高... 植物叶片的水分含量是评价植物水分状态的一项重要指标。为快速、准确地获取植物的叶片含水量,分别使用传统敏感性分析方法和扩展傅立叶振幅灵敏度分析(EFAST方法)对PROSPECT模型进行了敏感性分析。在此基础上筛选与叶片含水量敏感度高的光谱水分指数,并以阔叶树种为研究对象,根据地面实测叶片等效水厚度(lEWT)和光谱数据建立了叶片等效水厚度估算模型并验证。结果表明:EFAST方法比传统的敏感性分析方法,可以量化叶片各项生化参数的敏感特征。叶片等效水厚度的敏感波段为900~2 500 nm,但在这个范围内光谱反射率也受叶片结构(N)和干物质含量(Cm)的影响;在选取的8个光谱水分指数中,水分胁迫指数(IMSI)、归一化差异红外指数(INDII)和归一化差异水分指数(INDWI1640)可以有效提高lEWT的敏感度。基于实测数据对植被水分指数建立的叶片等效水厚度估算模型的验证结果显示:INDWI1640和INDII估算模型的预测精度要优于其他指数。对比分析表明:在选取的光谱水分指数中,INDWI1640和INDII是叶片尺度上估算水分的最佳指数,而归一化差异水分指数(INDWI1240)和简单水分指数(ISRWI)适合于低值区域的叶片等效水厚度反演。 展开更多

关键词 森林水文学 PROSPECT模型 等效水厚度 扩展傅立叶振幅灵敏度分析(EFAST) 植被水分指数

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等效水厚度梯度的玉米叶片氮素反演模型研究 被引量：1

5

作者 王希 陈桂芬 +1 位作者 曹丽英 马丽 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2913-2918,共6页

针对玉米生产中叶片氮素快速、无损检测的实际需求,使用叶级高光谱数据(400~2500 nm),依据等效水厚度梯度划分叶片样本,建立了梯度连续的叶片氮素反演模型,初步探索了含水量因素对叶片反射率特性及反演模型精度的影响。首先获取叶级高... 针对玉米生产中叶片氮素快速、无损检测的实际需求,使用叶级高光谱数据(400~2500 nm),依据等效水厚度梯度划分叶片样本,建立了梯度连续的叶片氮素反演模型,初步探索了含水量因素对叶片反射率特性及反演模型精度的影响。首先获取叶级高光谱数据,再根据等效水厚度数值大小对样本进行排序及滑动划分,建立了子集集合。父集除原光谱数据之外还采用了三大类:(1)基线矫正类、(2)散射校正类和(3)平滑处理类光谱变换方法,而子集未使用任何光谱变换方法。建立全波段的PLSR反演模型,对比模型精度,初步定量评价了等效水厚度因素对建模精度的影响。研究结果表明:(1)四组数据中有三组父集反演精度低于最优子集的反演精度,另外一组持平(2018大田低氮:(父)R^(2)_(CV)=0.48<(子)R^(2)_(CV)=0.57,(父)RPD_(CV)=1.38<(子)RPD_(CV)=1.52;2018大田高氮:(父)R^(2)_(CV)=0.48<(子)R^(2)_(CV)=0.7,(父)RPD_(CV)=1.39<(子)RPD_(CV)=1.8;2019大田高氮:(父)R^(2)_(CV)=0.59<(子)R^(2)_(CV)=0.68,(父)RPD_(CV)=1.57<(子)RPD_(CV)=1.77);(2)四组数据的最优子集反演精度都达到甚至超过了定性模型水平,而父集只有两组;(3)制作反演数据集时在样本筛选问题上需要考虑等效水厚度因素,以避免过于宽泛的样本选择而导致整体反演精度的损失。综上,等效水厚度因素对玉米叶片氮素建模精度存在显著影响,不可忽视。在考虑该因素后,使用叶级高光谱数据对玉米叶片氮素进行快速无损检测的技术方法会更加可信、可行。 展开更多

关键词 叶片氮浓度 等效水厚度 高光谱 光谱变换技术 PLSR 数据集滑动划分

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基于角度指数的油菜叶片等效水厚度估算研究 被引量：5

6

作者 仝春艳 马驿 +2 位作者 杨振忠 刘怡晨 徐庆 《核农学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期187-198,共12页

叶片等效水厚度(EWT)是评估油菜生长状态的一个重要参数。为快速准确估算油菜叶片EWT,选择9个常用的植被水分指数(WI、PRI、NDVI、NDII、NDWI、MSI、PWI、GVMI、NDMI),在6个已有角度指数(β_(SWIR1)、SANI、SASI、ANIR、NANI、NASI)基础... 叶片等效水厚度(EWT)是评估油菜生长状态的一个重要参数。为快速准确估算油菜叶片EWT,选择9个常用的植被水分指数(WI、PRI、NDVI、NDII、NDWI、MSI、PWI、GVMI、NDMI),在6个已有角度指数(β_(SWIR1)、SANI、SASI、ANIR、NANI、NASI)基础上,提出2种角度比值指数(SARI、NARI),并根据油菜叶片水吸收谷峰高光谱特征,提出基于水吸收谷1 450 nm和1 930 nm的8种改进型角度指数,利用以上25种角度指数估算不同施氮水平下苗期、蕾薹期以及不区分苗期、蕾薹期情况下的油菜叶片EWT。结果表明,苗期ANI_(1450)、ASI_(1450)、MSI、GVMI、NDII估算效果较好,R^2均达到0.81以上;蕾薹期ANI_(1930)、ASI_(1930)、NASI、SANI、GVMI、SARI效果最好,R^2均达到0.71以上;在不区分苗期、蕾薹期的情况下,改进型角度指数ANI_(1450)、ASI_(1450)效果最好,R^2均达到0.832,可以在不区分苗期、蕾薹期情况下对油菜叶片EWT进行估算,适用性更广。本研究提出的改进型角度指数不仅丰富了已有角度指数,且提高了其反演油菜叶片EWT的精度,为快速精确估计油菜叶片EWT提供了新的研究思路。 展开更多

关键词 油菜 等效水厚度 角度指数 高光谱

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基于1D-CNN的植被等效水厚度反演研究

7

作者 赵强 曹骁 《安徽农业科学》 CAS 2023年第18期1-5,共5页

[目的]为实现高等级公路路域植被等效水厚度(EWT)快速、连续、高效监测需求。[方法]以叶片尺度高光谱为数据源,首先对辐射传输模型PROSPECT-D模拟数据和实测光谱数据分别进行标准正态变量变换、归一化等光谱变换。应用相关性分析提取各... [目的]为实现高等级公路路域植被等效水厚度(EWT)快速、连续、高效监测需求。[方法]以叶片尺度高光谱为数据源,首先对辐射传输模型PROSPECT-D模拟数据和实测光谱数据分别进行标准正态变量变换、归一化等光谱变换。应用相关性分析提取各变换光谱特征波段,基于PROSPECT-D模拟数据特征波段分别构建一维卷积神经网络(1D-CNN)、支持向量机路域植被叶片EWT反演模型,并用实测光谱数据进行模型验证。[结果]植被EWT最优反演路径为对光谱进行归一化预处理后,构建PROSPECT-D与1D-CNN组合模型,测试决定系数(R2c)为0.645、均方根误差(RMSEC)为2.367,精度较高,满足应用需求。[结论]该研究为利用高光谱数据对南方丘陵地区高等级公路植被EWT定量反演奠定了基础。 展开更多

关键词 辐射传输模型 PROSPECT-D 叶片等效水厚度 光谱变换 一维卷积神经网络

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保水开采覆岩等效阻水厚度的内涵、算法与应用 被引量：22

8

作者 张东升 范钢伟 +2 位作者 张世忠 马立强 王旭锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期128-136,共9页

煤炭资源保水开采是实现绿色化开采的核心技术之一,保水开采可行性评价则是开展科学开采设计的基础问题。从采动覆岩整体阻水性角度入手,综合考虑覆岩整体的阻水行为与地下水系统的动态响应之间的关系,提出了将上覆隔水岩层(组)虚拟为... 煤炭资源保水开采是实现绿色化开采的核心技术之一,保水开采可行性评价则是开展科学开采设计的基础问题。从采动覆岩整体阻水性角度入手,综合考虑覆岩整体的阻水行为与地下水系统的动态响应之间的关系,提出了将上覆隔水岩层(组)虚拟为等效阻水层的学术思想,形成了基于采动覆岩等效渗透系数计算等效阻水厚度进行保水采煤可行性定量评价的新思路与方法。基于达西定律、Kozeny-Caman方程以及采动覆岩移动影响函数递推关系,采用分层、分区组合等效方法,在单岩层水平方向上通过并联来计算整层垂向等效渗透系数,进而通过垂直方向上进行多岩层等效渗透系数串联计算,建立了基于采高、工作面长度、沉陷参数和岩层初始水理参数的采动覆岩整体垂向等效渗透系数的计算方法;以采后覆岩地下水渗漏速度与目标含水层补给速度相等作为保水采煤临界条件,确定了保水采煤最大临界渗透系数与采高、等效岩层厚度之间的关系;基于采动覆岩的渗透系数与其等效阻水厚度成反比的假设,建立了采动覆岩等效阻水厚度的计算方法,进而根据维持含水层水位稳定所允许的最大临界渗透系数,提出了基于采动覆岩等效阻水厚度的保水采煤可行性评价方法,并通过伊犁四矿保水采煤含水层水位变化实测进行了实例验证。研究成果为保水开采预测评价、方法选择和参数优化提供了新的方法。 展开更多

关键词 保水采煤 等效阻水厚度 等效渗透系数 组合等效 定量评价

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基于改进距离投影比值指数的植被冠层水分反演 被引量：1

9

作者 雷俊杰 杨武年 +1 位作者 杨鑫 李红 《人民长江》 北大核心 2021年第9期113-118,共6页

针对两个特征波段组成的植被指数存在的饱和以及植物类型依赖问题,利用便携式地物光谱仪(analytical spectral devices,ASD)和哨兵2号多光谱卫星(Sentinel 2,S2)数据,使用改进的距离投影比值指数(improved distance projection ratio in... 针对两个特征波段组成的植被指数存在的饱和以及植物类型依赖问题,利用便携式地物光谱仪(analytical spectral devices,ASD)和哨兵2号多光谱卫星(Sentinel 2,S2)数据,使用改进的距离投影比值指数(improved distance projection ratio index,DPRI2)建立新叶片等效水厚度(leaf equivalent water thickness,LEWT)反演模型,进而反演冠层等效水厚度(canopy equivalent water thickness,CEWT)。研究表明:①R语言随机森林(random forest,RF)算法可减少特征波段选取过程中人为因素;②DPRI2结构简单,能充分反映特征波段之间角度、距离、投影三者组合关系,有利于提高LEWT、CEWT反演精度;③DPRI2不受植被类型限制,适用于具有多种植被类型的研究区CEWT反演。通过遥感手段监测CEWT,有利于探究植被在区域水文循环中的调控机制,以及科学评估区域水资源储量。 展开更多

关键词 植被水文效应 冠层等效水厚度 遥感反演 高光谱分析 多光谱卫星 特征波段 R语言

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基于光谱和纹理信息空间尺度优化的夏玉米冠层EWT反演模型 被引量：2

10

作者 陈洪 王亚昆 +5 位作者 姚一飞 代秦 陈子强 刘畅 李高良 胡笑涛 《农业机械学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期257-267,共11页

针对空间异质性导致的冠层等效水厚度(Equivalent water thickness,EWT)反演误差较大的问题,以4块长势差异较大的玉米田为研究对象,分别采集6个关键生育节点的EWT数据,同时利用无人机多光谱遥感技术获取田间的正射影像。以滑动窗口的方... 针对空间异质性导致的冠层等效水厚度(Equivalent water thickness,EWT)反演误差较大的问题,以4块长势差异较大的玉米田为研究对象,分别采集6个关键生育节点的EWT数据,同时利用无人机多光谱遥感技术获取田间的正射影像。以滑动窗口的方式提取遥感影像不同窗口空间尺寸(0.1 m×0.1 m~2.0 m×2.0 m)的光谱和纹理信息,经多重共线性检验后,应用主成分分析法(Principal component analysis,PC A)分别对光谱参数(Spectral parameters,S)、纹理参数(Texture parameters,T)及光谱与纹理组合参数(Spectral and texture parameters,S+T)进行降维,进而分别利用偏最小二乘法(Partial least squares,PLS)、随机森林(Random forest,RF)以及支持向量机(Support vector machine,SVM)构建EWT反演模型,而后利用Kruskal-Wallis检验模型的精度,并根据多重检验结果探讨最佳窗口尺寸的选择。结果表明:随着窗口空间尺度的逐渐增大,EWT反演模型的精度呈先增大后减小趋势;以S+T作为输入参数构建的模型精度显著优于S和T,引入纹理特征后,基于PLS、RF和SVM的模型最优窗口尺寸校正决定系数(Adjusted R-square,R_(adj)^(2))分别增加0.16、0.05和0.12,相对均方根误差(Relative root mean square error,RRMSE)分别减小4.95%、1.17%和3.80%,表明纹理特征可以提高EWT模型反演精度;综合比较不同建模方法构建的9组模型,确定最优采样窗口空间尺寸为0.7 m×0.7 m(R_(adj)^(2)高可达0.82,对应的RRMSE为16.57%)。该研究可为基于无人机多光谱影像分析的信息挖掘和EWT监测提供参考。 展开更多

关键词 玉米 等效水厚度 多光谱遥感 纹理特征 空间尺度 机器学习

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K-T变换在监测小麦地表参数中的应用 被引量：6

11

作者 王军战 鲍艳松 +2 位作者 张友静 屈建军 张伟民 《地理与地理信息科学》 CSSCI CSCD 北大核心 2010年第3期29-32,共4页

利用K-T变换提取TM和MODIS遥感影像的绿度、湿度分量,在不同的分辨率尺度下监测小麦覆盖地表参数:土壤湿度(Ms)、等效水厚度(EWT)和叶面积指数(LAI),并与NDVI(归一化植被指数)、NDWI(归一化水分指数)和EVI(增强植被指数)监测结果比较。... 利用K-T变换提取TM和MODIS遥感影像的绿度、湿度分量,在不同的分辨率尺度下监测小麦覆盖地表参数:土壤湿度(Ms)、等效水厚度(EWT)和叶面积指数(LAI),并与NDVI(归一化植被指数)、NDWI(归一化水分指数)和EVI(增强植被指数)监测结果比较。湿度分量监测Ms效果更好,TM和MODIS遥感影像反演精度分别为6.08%、7.37%(RMSE),相关系数R2分别为0.49、0.31,基于绿度和湿度分量建立土壤湿度多元线性回归反演模型,利用TM影像反演土壤湿度RMSE为4.91%,反演土壤湿度和实测土壤湿度R2达0.63;绿度分量监测EWT效果更好,TM和MODIS遥感影像反演精度分别为0.37 kg/m2、0.43 kg/m2,R2分别为0.51、0.28;绿度分量反演LAI精度更好,TM和MODIS遥感影像反演精度分别为0.66、0.83,R2分别为0.64、0.35。 展开更多

关键词 K-T变换 土壤湿度 等效水厚度 叶面积指数

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植被叶片生化组分光谱响应分析与估测 被引量：1

12

作者 马楠 钟浩 林文树 《中南林业科技大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期89-97,共9页

【目的】传统植被生化组分化学分析法具有破坏性且耗费较多人力物力等缺点,高光谱技术可以为快速无损地估测植被生化组分含量提供有效手段。【方法】利用LOPEX’93数据集,对原始光谱进行了4种光谱变换(一阶微分DR、取倒数1/R、取对数lo... 【目的】传统植被生化组分化学分析法具有破坏性且耗费较多人力物力等缺点,高光谱技术可以为快速无损地估测植被生化组分含量提供有效手段。【方法】利用LOPEX’93数据集,对原始光谱进行了4种光谱变换(一阶微分DR、取倒数1/R、取对数log R、倒数的对数log(1/R)),提取了“三边”参数、光谱指数、全波段光谱指数,并分析它们与叶绿素含量(C_ab)、干物质含量(LMA)、等效水厚度(EWT)的相关性,将提取的相关性高的光谱特征作为输入变量,分别采用偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)建立模型并进行预测,以模型的决定系数R2和均方根误差RMSE作为判定模型优劣的指标。【结果】4种光谱变换中最有效的方式是一阶微分,其中,一阶微分波段D742、D535对C_ab有较强的光谱响应;D1700、D1229、D2192对LMA具有较高的响应;D1145、D1302、D955对EWT具有较高的响应。“三边”参数虽然在一定程度上提高了与叶绿素的相关性,但是相关性不如一阶微分光谱与光谱指数。在光谱指数的分析方法中,对C_ab响应较高的光谱指数有DD、NDVI842,对LMA和EWT具有较高响应的光谱指数有NDLMA、NDMI和Ratio975、Ratio1200。构建的4种全波段光谱指数中,RI、DI、NDVI、TVI与C_ab相关性分别是0.64、0.66、0.64、0.67,与传统光谱指数相比相关性得到明显的增强。将以上关于C_ab、LMA、EWT的光谱特征分别参与建模并估测,最佳估测模型分别为SVM、PLSR、RF,R2分别为0.73、0.75、0.93,RMSE分别为9.62、0.001 274、0.000 971。【结论】一阶微分变换及全波段光谱指数可以提高光谱对生化组分的响应能力,构建的SVM、PLSR、RF模型总体上可以实现对植被叶片C_ab、LMA、EWT的估测,为高光谱数据精细化反演植被生化组分提供了参考。 展开更多

关键词 高光谱 机器学习 植被 叶绿素 干物质含量 等效水厚度

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