基于互聯(lián)網(wǎng)+徑跑達(dá)標(biāo)自主測(cè)試智能管理系統(tǒng)研究

張萬民

(青島濱海學(xué)院，山東 青島　266555)

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基于互聯(lián)網(wǎng)+徑跑達(dá)標(biāo)自主測(cè)試智能管理系統(tǒng)研究

張萬民

(青島濱海學(xué)院，山東 青島266555)

實(shí)現(xiàn)體育達(dá)標(biāo)徑跑項(xiàng)目智能化管理，在無人值守的情況下測(cè)試者自主完成報(bào)名、測(cè)試、成績(jī)登錄查詢一直是體育工作者追求的目標(biāo)?；诨ヂ?lián)網(wǎng)+徑跑達(dá)標(biāo)自主測(cè)試智能管理系統(tǒng)，充分利用新一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)系列技術(shù)有效解決徑跑測(cè)試者的身份識(shí)別、計(jì)時(shí)、犯規(guī)識(shí)別等問題，把老師從徑跑測(cè)試繁瑣的勞動(dòng)中徹底解放出來，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

徑跑自主測(cè)試;達(dá)標(biāo)智能管理;互聯(lián)網(wǎng)

一個(gè)國(guó)家、一個(gè)民族體質(zhì)的強(qiáng)弱是關(guān)系到這個(gè)國(guó)家能否屹立于世界民族之林的根本性問題。青少年，特別是學(xué)生承擔(dān)著國(guó)家的未來和希望，其身體健康水平關(guān)系著國(guó)家的強(qiáng)弱、民族的興衰、家庭的幸福和個(gè)人的前途。研究表明青少年乃至廣大國(guó)民，雖然身高、體重有所增加，但身體素質(zhì)呈下降趨勢(shì)，尤其是速度、耐力素質(zhì)。究其緣由主要是缺乏鍛煉所致。為此國(guó)家出臺(tái)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)校體育工作的若干意見》[1]，指出“加強(qiáng)學(xué)校體育，增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)，對(duì)于提高學(xué)生綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化，建設(shè)人力資源強(qiáng)國(guó)，培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人，具有重要戰(zhàn)略意義”。

2014年7月18日，教育部印發(fā)了《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)(2014年修訂)》[2]，要求各學(xué)校每學(xué)年開展覆蓋本校各年級(jí)學(xué)生的《標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試工作，并根據(jù)學(xué)生學(xué)年總分評(píng)定等級(jí)。只有達(dá)到良好及以上的學(xué)生，方可參加評(píng)優(yōu)與評(píng)獎(jiǎng)。《標(biāo)準(zhǔn)》中7項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目中，除體重指數(shù)、肺活量?jī)身?xiàng)身體素質(zhì)指標(biāo)外，涉及的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目為：50米跑、坐位體前屈、立定跳遠(yuǎn)、1分鐘引體向上(男)/仰臥起坐(女)、1 000米跑(男)/800米跑(女)。本文所指徑跑項(xiàng)目就是指50米、800米、1 000米等圍繞固定跑步軌跡競(jìng)技跑步項(xiàng)目的總稱。

據(jù)教育部網(wǎng)站公布的2014年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示[3]：全國(guó)有普通高等學(xué)校2 529所、普通高中1.33萬所、中職1.19萬所、初中5.26萬所、小學(xué)20.14萬所。在校生人數(shù)普通本?？萍s2 547.70萬人、高中生2 400.47萬人，中職生1 755.28萬人、初中生4 384.63萬人、小學(xué)9 451.07萬人。特別是普通高校在校生上萬人的學(xué)校不在少數(shù)。面對(duì)如此龐大的達(dá)標(biāo)測(cè)試群體，在完成正常體育課程教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，還要利用傳統(tǒng)的人工測(cè)試方式和手段進(jìn)行體育達(dá)標(biāo)測(cè)試，對(duì)測(cè)試環(huán)境的壓力非常大、體育教師的工作量也很大，導(dǎo)致某些學(xué)校體育達(dá)標(biāo)測(cè)試難以真正落實(shí)。

那么有無有效方法或手段，既大幅提高測(cè)試的效率，又能保證測(cè)試公平公正，甚至是在無人值守的情況下，由測(cè)試者自主完成測(cè)試，實(shí)現(xiàn)測(cè)試報(bào)名、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、成績(jī)記錄和查詢的全流程智能化管理，克服傳統(tǒng)人工測(cè)試手段效率低、人為干擾因素多的弊端。很多同行在達(dá)標(biāo)項(xiàng)目測(cè)試方面進(jìn)行積極探索，力求從不同側(cè)面、用不同技術(shù)來提高測(cè)試的效率、改革測(cè)試方法，部分或全面的解決這些問題。

鐘華在“如何將智能化產(chǎn)品更好地運(yùn)用到體育中考中”[4]一文中介紹了初中畢業(yè)升學(xué)體育考試使用的“恒康佳業(yè)”的系列產(chǎn)品應(yīng)用情況，除立定跳遠(yuǎn)、跑步、跳繩、仰臥起坐、引體向上等項(xiàng)目進(jìn)行正常測(cè)試外，還具有防作弊犯規(guī)的功能，比如，立定跳遠(yuǎn)有判定踩線的功能；跑步具備搶跑犯規(guī)提示的功能；跳繩人為自轉(zhuǎn)會(huì)自動(dòng)減少次數(shù)；仰臥起坐、引體向上動(dòng)作不規(guī)范就不計(jì)數(shù)；人工判定存在視線盲點(diǎn)，也就不會(huì)絕對(duì)公平，因此盡可能的少讓教師裁決。從上述描述可見，達(dá)標(biāo)測(cè)試實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)試，杜絕了一些作弊現(xiàn)象的發(fā)生，但仍需要老師在場(chǎng)，沒有實(shí)現(xiàn)無人值守、無人監(jiān)考的智能化全流程自主測(cè)試。

青島濱海學(xué)院在單項(xiàng)(如短跑)體育達(dá)標(biāo)測(cè)試中進(jìn)行了無人值守、自主化測(cè)試的嘗試。從2010年開始針對(duì)短跑測(cè)試項(xiàng)目，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)成功了“短跑智能測(cè)試系統(tǒng)”[5]，該系統(tǒng)利用起點(diǎn)和終點(diǎn)放置的跑道箱，在起點(diǎn)指紋識(shí)別學(xué)生身份、用紅外線開始計(jì)時(shí)，跑到終點(diǎn)再次通過指紋確認(rèn)學(xué)生身份，通過紅外線記錄撞線時(shí)刻，從而計(jì)算出學(xué)生的短跑成績(jī)。通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和校園網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)報(bào)名、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、成績(jī)查詢的全流程智能化管理。何時(shí)測(cè)試、如何測(cè)試完全交給學(xué)生自主完成，無需教師參與，最大程度地避免了作弊現(xiàn)象的發(fā)生，真正實(shí)現(xiàn)無人值守下的智能化管理。系統(tǒng)投用近5年時(shí)間，完成短跑測(cè)試達(dá)10萬人次，獲得了較好的社會(huì)效益。

概括起來該系統(tǒng)解決的關(guān)鍵問題有兩項(xiàng)：1)身份識(shí)別，通過起點(diǎn)和終點(diǎn)的指紋確認(rèn)確保了測(cè)試者的身份的真實(shí)性；2)計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，通過起點(diǎn)和終點(diǎn)的紅外線確保了跑步計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。

盡管如此，從實(shí)用角度考慮該系統(tǒng)還存在以下問題：1)跑道箱占用標(biāo)準(zhǔn)跑道?！岸膛苤悄軠y(cè)試系統(tǒng)”在起點(diǎn)和終點(diǎn)都固定安裝了一組帶指紋儀、紅外線的跑道箱，跑道箱長(zhǎng)期占據(jù)跑道，影響了體育場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)400米跑道的正常使用，所以不利于推廣應(yīng)用；2)終點(diǎn)急停采集指紋不科學(xué)?，F(xiàn)行系統(tǒng)需要學(xué)生在起點(diǎn)進(jìn)行指紋識(shí)別，跑到終點(diǎn)還需要進(jìn)一步用指紋進(jìn)行身份識(shí)別。由此可見學(xué)生跑到終點(diǎn)進(jìn)行沖刺時(shí)需要急停后再按指紋確認(rèn)身份，這種急停方式對(duì)學(xué)生的身體健康不利；3)長(zhǎng)距離彎道跑的作弊問題沒有解決。直線跑問題解決了，但較長(zhǎng)距離的彎道徑跑，仍然無法解決“抄近路”的作弊問題。如何解決直線跑項(xiàng)目的上述問題，以及實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離彎道跑無人值守智能化測(cè)試是擺在我們面前需要克服的難題。

2015年3月5日，在十二屆全國(guó)人大三次會(huì)議上，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，引起各界強(qiáng)烈反響。專家指出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃將重點(diǎn)促進(jìn)以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等的融合創(chuàng)新，發(fā)展壯大新興業(yè)態(tài)，打造新的產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)點(diǎn)，為大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新提供環(huán)境，為產(chǎn)業(yè)智能化提供支撐，增強(qiáng)新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)力，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效升級(jí)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”計(jì)劃在各行各業(yè)的良好實(shí)踐，出現(xiàn)了許多新的業(yè)態(tài)，展現(xiàn)出蒸蒸日上的勃勃生機(jī)。

基于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴應(yīng)用、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)不斷成熟，以及對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+體育”的深度思考，為我們實(shí)現(xiàn)無人值守情況下徑跑達(dá)標(biāo)項(xiàng)目自主測(cè)試，打開了一扇通往終極目標(biāo)的窗口，找到了解決問題的可行途徑。

1　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

從徑跑達(dá)標(biāo)測(cè)試項(xiàng)目智能化管理入手，充分調(diào)研、借鑒前人的工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)徑跑項(xiàng)目的特點(diǎn)，采取切實(shí)可行的科學(xué)技術(shù)手段，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)在教師無人值守的情況下，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主報(bào)名、測(cè)試、成績(jī)自動(dòng)記錄和查詢的全流程智能化管理。綜合應(yīng)用到的技術(shù)主要有指紋識(shí)別、GPS(全球定位系統(tǒng))、RFID(無線射頻識(shí)別)、WIFI(無線局域網(wǎng))、重力感應(yīng)等技術(shù)。有效解決學(xué)生識(shí)別、計(jì)時(shí)、成績(jī)上傳和查詢，基本解決跑步過程中替考、抄近路、乘車輛工具跑的常規(guī)作弊問題。建立“基于互聯(lián)網(wǎng)+徑跑達(dá)標(biāo)自主測(cè)試智能管理系統(tǒng)”。

基于互聯(lián)網(wǎng)+徑跑達(dá)標(biāo)自主測(cè)試智能管理系統(tǒng)分為兩部分：1)現(xiàn)場(chǎng)徑跑智能測(cè)試系統(tǒng)，即能測(cè)試徑跑成績(jī)，又有效避免作弊，實(shí)現(xiàn)無人職守，自主測(cè)試，測(cè)試成績(jī)上傳至校園網(wǎng)上的“徑跑學(xué)生成績(jī)管理信息系統(tǒng)”，這是本課題的研究重點(diǎn)；2)“徑跑學(xué)生成績(jī)管理信息系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱徑跑系統(tǒng)或RMIS)”，實(shí)現(xiàn)參試學(xué)生信息、指紋信息、徑跑測(cè)試成績(jī)信息、跑道軌跡信息等的集中管理，該系統(tǒng)建在校園網(wǎng)上，方便教師和學(xué)生隨時(shí)上網(wǎng)查看。

2　系統(tǒng)達(dá)到的功能指標(biāo)

要實(shí)現(xiàn)無人值守徑跑達(dá)標(biāo)自主測(cè)試的智能化管理，必須要實(shí)現(xiàn)的功能指標(biāo)：1)學(xué)生為主體的測(cè)試者測(cè)試過程中的身份識(shí)別問題，確保測(cè)試者就是本人，保證測(cè)試者的真實(shí)性；2)保證測(cè)試者在無人值守的情況下，按照跑道的正常軌跡和路線跑動(dòng)，不能抄近路，既是出現(xiàn)抄近路的情況，測(cè)試設(shè)備也能檢測(cè)到，及時(shí)提醒測(cè)試者的違規(guī)行為，并做出處理；3)有效避免借助交通工具(如獨(dú)輪車、電動(dòng)車、汽車等)徑跑，識(shí)別出違規(guī)現(xiàn)象給予警告，直至紀(jì)律處理；4)計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，達(dá)到徑跑達(dá)標(biāo)測(cè)試的計(jì)時(shí)精度要求0.1秒；5)實(shí)現(xiàn)測(cè)試全流程管理的智能化，最大限度地實(shí)現(xiàn)測(cè)試者的自主測(cè)試和自主管理；6)實(shí)現(xiàn)與校園網(wǎng)的有效連接。借助于校園網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試學(xué)生信息、指紋信息、徑跑測(cè)試成績(jī)信息、跑道軌跡信息、學(xué)生成績(jī)新的分析查詢等的集中管理，方便師生對(duì)體育達(dá)標(biāo)的有效管理。

3　系統(tǒng)組成

要實(shí)現(xiàn)上述功能，建立基于互聯(lián)網(wǎng)+徑跑達(dá)標(biāo)自主測(cè)試智能管理系統(tǒng)，從系統(tǒng)層面分為兩部分：1)現(xiàn)場(chǎng)徑跑智能測(cè)試系統(tǒng)，即能測(cè)試徑跑成績(jī)，又有效避免作弊，實(shí)現(xiàn)無人職守，自主測(cè)試，測(cè)試成績(jī)上傳至校園網(wǎng)上的“徑跑學(xué)生成績(jī)管理信息系統(tǒng)”，這是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)；2)“徑跑學(xué)生成績(jī)管理信息系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱徑跑系統(tǒng)或RMIS)”，實(shí)現(xiàn)參試學(xué)生信息、指紋信息、徑跑測(cè)試成績(jī)信息、跑道軌跡信息等的集中管理，該系統(tǒng)建在校園網(wǎng)上，方便教師和學(xué)生隨時(shí)上網(wǎng)查看。與參考文獻(xiàn)[5]所述的管理過程類似。

4　現(xiàn)場(chǎng)徑跑智能測(cè)試系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)徑跑智能測(cè)試系統(tǒng)，由硬件和軟件組成，功能上即能測(cè)試徑跑成績(jī)，又有效避免作弊，實(shí)現(xiàn)無人職守，自主測(cè)試，測(cè)試成績(jī)上傳至校園網(wǎng)上的“徑跑學(xué)生成績(jī)管理信息系統(tǒng)”，這是本研究的研究重點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意圖見圖1。

圖1　學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)持跑步棒徑跑示意圖

必須從硬件和軟件兩方面配合才能解決，缺一不可。需要的硬件和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：

4.1硬件支持：手持智能化跑步測(cè)試棒

設(shè)計(jì)一款“手持智能化跑步測(cè)試棒”(簡(jiǎn)稱跑步棒)如圖2所示。

圖2　手持徑跑智能測(cè)試棒外觀效果圖

跑步棒形似接力棒，直徑與接力棒相當(dāng)，約3.5厘米，長(zhǎng)度約為接力棒的一半，約13厘米長(zhǎng)。中間集成了GPS(全球定位系統(tǒng))、重力感應(yīng)器、RFID、指紋儀、WiFi(無線局域網(wǎng))、揚(yáng)聲器、CPU主板、電池等器件。重量與智能手機(jī)相當(dāng)，基本不影響徑跑的成績(jī)。

跑步棒實(shí)現(xiàn)的功能是測(cè)試者持棒跑完測(cè)試全程，由跑步棒識(shí)別測(cè)試者，判斷違規(guī)行為，記錄測(cè)試成績(jī)于其中。跑步棒內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示。各部件的作用分別是：

圖3　手持徑跑智能測(cè)試棒內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖

1)指紋儀：識(shí)別徑跑測(cè)試者的身份，杜絕替考現(xiàn)象發(fā)生；

2)重力感應(yīng)器：用于判斷是否在跑步，而不是乘交通工具；

3)GPS：用于判斷測(cè)試者是否按指定的跑道軌跡跑，杜絕“抄近路”現(xiàn)象的發(fā)生；

4)WiFi：下載保存學(xué)生基本信息和指紋信息于跑步棒中，上傳測(cè)試者測(cè)試成績(jī)信息。

5)RFID：用于起點(diǎn)和終點(diǎn)計(jì)時(shí)，給出測(cè)試成績(jī)；

6)揚(yáng)聲器：與測(cè)試者交流的通道，如發(fā)出起跑指令、報(bào)告測(cè)試成績(jī)、報(bào)告違規(guī)行為等。

7)CPU主板：總控中心，協(xié)調(diào)各部件有序運(yùn)行，是智能化的具體體現(xiàn)。

4.2跑步棒中的應(yīng)用軟件

基于安卓系統(tǒng)，具有GPS、重力感應(yīng)器、RFID、指紋儀、WiFi檢測(cè)和服務(wù)功能的應(yīng)用軟件。具體實(shí)現(xiàn)的功能參見圖4徑跑智能測(cè)試流程。

圖4　徑跑智能測(cè)試流程

徑跑學(xué)生成績(jī)管理信息系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱徑跑系統(tǒng)或RMIS)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試學(xué)生信息、指紋信息、徑跑測(cè)試成績(jī)信息、跑道軌跡信息等的集中管理，該系統(tǒng)建在校園網(wǎng)上，方便教師和學(xué)生隨時(shí)上網(wǎng)查看。

徑跑學(xué)生成績(jī)管理信息系統(tǒng)硬件方面需要服務(wù)器及校園網(wǎng)的支撐，為RMIS系統(tǒng)運(yùn)行提供存儲(chǔ)空間和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。軟件方面借助微軟NET系列技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)全校學(xué)生基本信息、指紋信息、徑跑測(cè)試成績(jī)信息，以及跑道軌跡信息的綜合管理。該系統(tǒng)具有存儲(chǔ)學(xué)生基本信息(學(xué)號(hào)、姓名、性別、年級(jí)、專業(yè)等)，學(xué)生指紋信息(指紋采集數(shù)據(jù))，各徑跑測(cè)試項(xiàng)目長(zhǎng)度(如50米、800米、1 000米等)的跑道GPS軌跡信息，以及學(xué)生每次徑跑測(cè)試的成績(jī)信息(項(xiàng)目名稱、日期、成績(jī))等內(nèi)容。通過對(duì)以上信息的有效管理，實(shí)現(xiàn)與“跑步棒”之間的數(shù)據(jù)上傳和下載、學(xué)生成績(jī)查詢、教師查詢和管理等功能。

徑跑達(dá)標(biāo)測(cè)試的基本流程如圖4所示。

5　結(jié)束語

利用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)解決以學(xué)生為主體的達(dá)標(biāo)測(cè)試問題，最終實(shí)現(xiàn)體育達(dá)標(biāo)測(cè)試的智能化、無人值守的管理目標(biāo)，建立基于互聯(lián)網(wǎng)+徑跑達(dá)標(biāo)自主測(cè)試智能管理系統(tǒng)是一次有意的嘗試。其它達(dá)標(biāo)測(cè)試項(xiàng)目，如坐位體前屈、立定跳遠(yuǎn)、1分鐘引體向上(男)/仰臥起坐(女)等測(cè)試項(xiàng)目，還有待我們繼續(xù)努力，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的思想，深入研究，解決體育達(dá)標(biāo)測(cè)試全部項(xiàng)目的智能化、無人化管理問題指日可待。

[1]國(guó)務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)教育部等部門關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)校體育工作若干意見的通知[EB/OL].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_1778/201210/143745.html,2012-10-22.

[2]教育部關(guān)于印發(fā)《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)(2014年修訂)》的通知[EB/OL]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3273/201407/171692.html, 2014-7-7.

[3]中華人民共和國(guó)教育部. 2014年全國(guó)教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL]. http://www.moe.gov.cn/srcsite/A03/s180/moe_633/201508/t20150811_199589.html, 2015-7-30.

[4]鐘華.如何將智能化產(chǎn)品更好地運(yùn)用到體育中考中[J].中國(guó)學(xué)校體育，2014(06):51.

[5]張萬民,等.基于物聯(lián)網(wǎng)的短跑智能測(cè)試系統(tǒng)研發(fā)[J].山東體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(30):116-118.

Research on "intelligent management system of race run standard-reaching self-testing" based on internet plus

ZHANG Wan-min

(QindaoBinhaiUniversity,Qingdao266555,Shandong,China)

The realization of intelligent management of sport standard-reaching project race run, which means the testees would complete all by themselves the registration, testing and checking test results without the supervision of testers, has long been the wish of sports workers. The internet plus based intelligent standard-reaching self-testing management system, which makes full use of the new generation mobile internet technology, effectively solves the problems of identifying testees, timing and recognizing fouling, liberating teachers from the tedious hard work of race run testing and having good economic and social benefits.

race run self-testing; intelligent standard-reaching management; internet plus

2016-06-07

張萬民(1959-)，男，高級(jí)工程師、副教授，主要研究方向計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。

TP393.0

A

1009-9840(2016)04-0041-04