水表自动抄表系统设计与开发

湖南文理学院计算机与电气工程学院 隆 杰 彭跃彪

湖南常德牌水表制造有限公司 张 景

湖南文理学院计算机与电气工程学院 孙 健

目前自来水公司存在大量用户使用机械水表，机械水表的抄表一直是自来水公司的痛点，抄表、核对工作量大且容易出现漏抄、估抄、错抄的问题。随着通信技术、计算机技术的发展，智能抄表系统逐步成为现实。深度学习是学习样本数据的内在规律和表示层次，最终目标让机器能够具有分析学习能力，在文字、图像和声音识别取得了广泛的应用。本系统借助移动终端APP，利用图像识别技术，使用深度学习算法，有效识别水表表盘数字，实现远程抄表。

1 系统需求分析

1.1 功能需求分析

针对现阶段市场抄表的痛点，本系统主要研究机械水表表盘数据抄读，对用户-抄表-数据进行框架化、数据化处理，采用移动抄表、图像识别等方式取代目前手工抄纸质报表报送数据的方式，具体功能需求分析如下：

APP抄表，轻便灵巧。抄表员不需要携带抄表册、笔等，只需要携带一部手机、抄表前下载抄表计划数据即可。

图像识别算法。通过图像识别算法，在拍照同时快速精准的识别水表表盘字轮窗数据，避免人工录入错误数、感情数、估抄数等。

GPS定位。抄表采用GPS定位，水司管理者可以通过后台系统及时跟踪抄表员过往和当前的抄表轨迹、抄表状态、为绩效考核提供基础数据。

离线抄表。满足不同复杂环境下的移动抄表需求，可以提前下载，离线抄表，在有网络情况下再上传数据和附件图片。

现场拍照。支持抄表照片现在拍摄上传，照片记录GPS位置和服务器时间，支持水印，杜绝估抄和作弊现象。

现场收费。通过APP+手持蓝牙打印设备，实现现场抄表、现场收费、预存水费业务，同时可以现场打印收费小票，解决偏远地区上门缴费难的问题。

导航定位。抄表员轮换时，对于陌生抄表片区，会出现找不到表的情况，针对这种情况，在APP中设计了导航定位功能，直接在地图上可以看到表册内所有表的定位信息。

工单处理。抄表员在现场抄表时发现表故障，可以发起故障申请处理，通过后台人员审核后，可以安排工程人员或抄表员前往故障处理。这样能快速的发现故障、解决故障；抄表员也可以根据APP中的工单派单，进行水表更换、故障处理后，通过手持APP记录处理后的信息、照片进行上传。

水量综合分析。后台管理系统对每一用户的以往水量进行综合统计，形成用水量曲线图。

APP预警。手持APP引入大数据分析功能，一旦出现抄表数据超出平均和同期水量设定的百分比之外，立即预警。提醒抄表员检查水表是否漏水、是否表故障。通过反馈到系统，系统进行预警提醒，派出工单进行稽查、巡检。

1.2 非功能性需求分析

前端设计美观、简洁易懂，菜单部分逻辑清晰、明确，便于用户操作、浏览信息；系统响应时间快，运行流畅，有较高的操作舒适度。系统表盘数字识别默认小数点后两位，识别成功率、精确度高。系统基于B/S结构同时开发，有良好的扩展性和部署维护的方便性，具有较强的兼容性。

2 系统设计

2.1 功能模块设计

本系统是由手机APP、后台管理系统、API接口和任务引擎组成的一套基于SOA架构的抄表管理系统。

App设计包括登录和设置、管理首页、抄表计划下载、抄表管理、收费管理、故障处理、数据上报、系统管理等模块。

后台管理系统包括登录界面、档案管理、抄表册管理、抄表管理、派工单管理、抄表数据查询、抄表分析、收费管理、系统管理等模块。

2.2 数据库设计

系统设计为抄表项目，系统数据库以水司为单位进行设计，即一个水司客户独立一套数据库系统及系统。数据库表设计分为本业务系统内部业务表结构、关联第三方业务表结构。

主要数据表设计：抄表员表册、用户表册、抄表计划、故障表册、表册信息、抄表读数信息、故障类型、历史用水对比。

2.3 图像处理技术研究

使用卷积神经网络对表盘数字识别，卷积神经网络的训练包括预训练和全局微调两个阶段。为了防止训练陷入局部最优，项目拟采用均方根反向传播优化方法。为了应对深度学习的过拟合问题，项目拟采用Dropout技术，在模型训练过程中随机选取部分隐层节点暂时不工作，减少特定节点之间的共同作用。

图2 抄表管理界面

3 系统实施

管理系统界面主要分为三个部分，菜单栏、内容展示区、功能区，如图1-图3所示。业务流程为：登陆管理员账号-＞添加用户绑定水表-＞对抄表员分配抄表册-＞下达抄表计划-＞抄表员按计划进行抄表-＞app上传抄表数据-＞进入后台数据管理系统-＞数据审核通过进行结转。

图1 管理系统界面

图3 抄表界面

app包含“抄表计划”、“抄表管理”、“故障处理”、“数据上报”、“系统设置”五个子页面。业务流程为：设置系统参数-＞登陆抄表员账号-＞下载表册数据-＞选择表册-＞拍摄照片，输入抄表数据及表况-＞点击“保存”，上传数据。

抄表页面分为“抄表”和“表况”，点击读数照片拍照，根据现场情况，调节明暗条和手电筒开关改善拍照环境，移动手机使表盘数字居于拍照界面的绿色框中，提高识别成功率。

结论：项目将传统的由抄表员识别读数，报表登记改为手机app抄表，图像识别读数，不仅提高抄表效率，还能避免了抄表员出现漏抄、估抄、错抄等问题。其次，给抄表员减负的同时，提高抄表员的效率，使管理者和抄表员各司其职，明确分工，减轻管理员负担。