水表自動抄表系統設計與開發

湖南文理學院計算機與電氣工程學院 隆 杰 彭躍彪

湖南常德牌水表制造有限公司 張 景

湖南文理學院計算機與電氣工程學院 孫 健

目前自來水公司存在大量用戶使用機械水表，機械水表的抄表一直是自來水公司的痛點，抄表、核對工作量大且容易出現漏抄、估抄、錯抄的問題。隨著通信技術、計算機技術的發展，智能抄表系統逐步成為現實。深度學習是學習樣本數據的內在規律和表示層次，最終目標讓機器能夠具有分析學習能力，在文字、圖像和聲音識別取得了廣泛的應用。本系統借助移動終端APP，利用圖像識別技術，使用深度學習算法，有效識別水表表盤數字，實現遠程抄表。

1 系統需求分析

1.1 功能需求分析

針對現階段市場抄表的痛點，本系統主要研究機械水表表盤數據抄讀，對用戶-抄表-數據進行框架化、數據化處理，采用移動抄表、圖像識別等方式取代目前手工抄紙質報表報送數據的方式，具體功能需求分析如下：

APP抄表，輕便靈巧。抄表員不需要攜帶抄表冊、筆等，只需要攜帶一部手機、抄表前下載抄表計劃數據即可。

圖像識別算法。通過圖像識別算法，在拍照同時快速精準的識別水表表盤字輪窗數據，避免人工錄入錯誤數、感情數、估抄數等。

GPS定位。抄表采用GPS定位，水司管理者可以通過后臺系統及時跟蹤抄表員過往和當前的抄表軌跡、抄表狀態、為績效考核提供基礎數據。

離線抄表。滿足不同復雜環境下的移動抄表需求，可以提前下載，離線抄表，在有網絡情況下再上傳數據和附件圖片。

現場拍照。支持抄表照片現在拍攝上傳，照片記錄GPS位置和服務器時間，支持水印，杜絕估抄和作弊現象。

現場收費。通過APP+手持藍牙打印設備，實現現場抄表、現場收費、預存水費業務，同時可以現場打印收費小票，解決偏遠地區上門繳費難的問題。

導航定位。抄表員輪換時，對于陌生抄表片區，會出現找不到表的情況，針對這種情況，在APP中設計了導航定位功能，直接在地圖上可以看到表冊內所有表的定位信息。

工單處理。抄表員在現場抄表時發現表故障，可以發起故障申請處理，通過后臺人員審核后，可以安排工程人員或抄表員前往故障處理。這樣能快速的發現故障、解決故障；抄表員也可以根據APP中的工單派單，進行水表更換、故障處理后，通過手持APP記錄處理后的信息、照片進行上傳。

水量綜合分析。后臺管理系統對每一用戶的以往水量進行綜合統計，形成用水量曲線圖。

APP預警。手持APP引入大數據分析功能，一旦出現抄表數據超出平均和同期水量設定的百分比之外，立即預警。提醒抄表員檢查水表是否漏水、是否表故障。通過反饋到系統，系統進行預警提醒，派出工單進行稽查、巡檢。

1.2 非功能性需求分析

前端設計美觀、簡潔易懂，菜單部分邏輯清晰、明確，便于用戶操作、瀏覽信息；系統響應時間快，運行流暢，有較高的操作舒適度。系統表盤數字識別默認小數點后兩位，識別成功率、精確度高。系統基于B/S結構同時開發，有良好的擴展性和部署維護的方便性，具有較強的兼容性。

2 系統設計

2.1 功能模塊設計

本系統是由手機APP、后臺管理系統、API接口和任務引擎組成的一套基于SOA架構的抄表管理系統。

App設計包括登錄和設置、管理首頁、抄表計劃下載、抄表管理、收費管理、故障處理、數據上報、系統管理等模塊。

后臺管理系統包括登錄界面、檔案管理、抄表冊管理、抄表管理、派工單管理、抄表數據查詢、抄表分析、收費管理、系統管理等模塊。

2.2 數據庫設計

系統設計為抄表項目，系統數據庫以水司為單位進行設計，即一個水司客戶獨立一套數據庫系統及系統。數據庫表設計分為本業務系統內部業務表結構、關聯第三方業務表結構。

主要數據表設計：抄表員表冊、用戶表冊、抄表計劃、故障表冊、表冊信息、抄表讀數信息、故障類型、歷史用水對比。

2.3 圖像處理技術研究

使用卷積神經網絡對表盤數字識別，卷積神經網絡的訓練包括預訓練和全局微調兩個階段。為了防止訓練陷入局部最優，項目擬采用均方根反向傳播優化方法。為了應對深度學習的過擬合問題，項目擬采用Dropout技術，在模型訓練過程中隨機選取部分隱層節點暫時不工作，減少特定節點之間的共同作用。

圖2 抄表管理界面

3 系統實施

管理系統界面主要分為三個部分，菜單欄、內容展示區、功能區，如圖1-圖3所示。業務流程為：登陸管理員賬號-＞添加用戶綁定水表-＞對抄表員分配抄表冊-＞下達抄表計劃-＞抄表員按計劃進行抄表-＞app上傳抄表數據-＞進入后臺數據管理系統-＞數據審核通過進行結轉。

圖1 管理系統界面

圖3 抄表界面

app包含“抄表計劃”、“抄表管理”、“故障處理”、“數據上報”、“系統設置”五個子頁面。業務流程為：設置系統參數-＞登陸抄表員賬號-＞下載表冊數據-＞選擇表冊-＞拍攝照片，輸入抄表數據及表況-＞點擊“保存”，上傳數據。

抄表頁面分為“抄表”和“表況”，點擊讀數照片拍照，根據現場情況，調節明暗條和手電筒開關改善拍照環境，移動手機使表盤數字居于拍照界面的綠色框中，提高識別成功率。

結論：項目將傳統的由抄表員識別讀數，報表登記改為手機app抄表，圖像識別讀數，不僅提高抄表效率，還能避免了抄表員出現漏抄、估抄、錯抄等問題。其次，給抄表員減負的同時，提高抄表員的效率，使管理者和抄表員各司其職，明確分工，減輕管理員負擔。