摄像直读技术在水表、燃气表远传抄表系统中的应用20140825
摄像远传水表抄表解决方案
从智慧城市到智慧社区的建设过程中，对小区物业的管理水平要 求也越来越高。如何让小区管理越来越便捷，越来越智能化这是现今 物业公司所需要思考的问题，也是在激烈的市场竞争中所要解决难 题。在互联网和信息技术的普及与推广中，也让当前的管理模式越来 越便捷，物业管理费的收缴也开始变得简单。但是在水费的抄收与收 缴环节一直没有得到有效的解决，使用户与物业部门经常产生不必要 的纠纷。我们公司针对这方面问题研发了一款摄像远传水表，该技术 直接在普通水表上安装一个摄像模块从而达到远程抄收的技术，有效 地解决了用户水表抄收难，水费纠纷等问题。
摄像水表抄表方案——北电仪表
摄像远传水表抄表方案
1.序言：
近年来随着高层住宅小区大量出现和旧表改造，住宅水表的抄表 计费问题，也由原来的人工上门抄表逐步过渡到远程自动抄表，这是 信息时代发展的必然结果。此举不仅减轻抄表工作人员的劳动强度， 提高抄表效率，而且节省抄表人工成本，促进物业管理水平的发展。 我公司凭借着多年在计量、通信等领域的经验，自主研发了摄像远程 自动抄表系统以满足市场需求。
3.方案简介：
物业公司对于用户用水统计，需要达到以下要求： 快捷、精准、高效地将用户水表止码抄收回来
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摄像水表抄表方案——北电仪表
用水量信息及时的反馈给用户，防止和用户之间产生不必要 的纠纷
简单操作，友好的系统界面，能快捷地建档、入档，用户用 水量及水费表格和图像的完美呈现
我公司针对物业公司客户需求，开发了一套能实现远程集抄，并 且能对用水量实施监控的基于水表计量的用水管理系统。系统为物业 公司量身定做，增加了符合物业公司需求的功能，获得了业内的广泛 好评。
信协议》 符合 CJ/T 188-2004《户用计量仪表数据传
关于远传抄表系统在供水行业中的应用探讨
关于远传抄表系统在供水行业中的应用探讨摘要：我国供水行业经过长期发展，逐渐成熟。
在创建远程表格系统之前，水务部门每年雇佣大量员工收集水表数据，这大大限制了水务部门的发展。
随着现阶段远程住户统计系统的普及和发展，节省了大量人力资源，减少了经济开支，为南平市水务业的可持续发展增添了动力。
本文论述了远程计数系统作为现代城市发展的重要性，讨论了无线远程计数系统的组成，确保了远传抄表系统的准确性、传输可靠性和稳定性，描述了应用效果，总结了应用经验。
关键词：远传抄表系统；供水行业；应用引言水表在整个水计量行业中处于重要的作用，特别是随着水资源短缺、水价上涨、社会信息化发展和科学进步，人们越来越意识到水表在日常生活中的重要性。
随着科学技术的进步，水表的形式和类型越来越多样化，比如像远程水表、电子水表、IC卡水表和超声波水表相继问世[1]。
信息化的抄表方式也越来越多地应用到了用户用水量的测量当中。
其中，远程抄表系统在智能水表应用中的份额不容忽视。
远程抄表系统是打造现代化智能小区的重要组成部分。
它将取代传统的门到门收费方式，使水表计量更加准确、方便、快捷，同样也便于集中控制和管理。
最智能社区的远程抄表系统由四部分组成：从管理中心的总计算机到数据集中器再到数据采集器，最后再客户终端的电子计量器组成。
他们之间通过用有限或无线网络等多种通信方式进行连接工作。
1远传抄表系统的概述远传抄表系统是一个由多个组件组成的相对复杂的系统。
远传抄表系统，包括传感器。
此外，它们还应用于偏远地区的集水。
现阶段，水表比传统水表更加系统和完善，其采集应采取脉冲数据采集和直接光读的形式。
使用数据采集设备，您可以从用户的水表中采集值。
此外，中央处理器用于将智能远传抄表系统与用户的水表连接，以执行来自主控设备的命令，并提供来自主控系统的反馈[2]。
目前，智能远程计数方便快捷，其操作过程具有一定的结构。
首先，数据采集器自动收集用户的水表数据，然后采集器通过有线或无线电将其传输到变送器。
水表远程监测系统的研究与应用
水表远程监测系统的研究与应用随着现代化社会的不断发展，城市化进程不断加速，水资源管理和利用成为了一个重要的问题。
在传统的水资源管理中，使用的是手工抄表和人工处理数据的方式，其效率低，容易出现错漏，并且浪费大量人力和物力资源。
因此，水表远程监测系统作为一种智能水表监测技术得到了广泛的应用。
本文将就水表远程监测系统进行研究和应用展开论述。
一、远程监测系统的定义水表远程监测系统是一种新型的水表监测技术，它能够将实时的水表数据传输到监测中心，实现全方位的水表管理监测。
这种技术可以通过远程控制水表，减少人工管理成本，提高管理水平，更好地保障水资源的合理利用。
二、远程监测系统的组成远程监测系统由水表、数据传输线路、数据采集终端、数据处理和展示系统等组成，能够实现实时传输、数据采集和处理等功能。
其主要包括以下几个方面：1、水表水表主要用于量化测量水量，同时它需要与数据传输终端等设备连接，才能实现数据传输和采集工作。
2、数据传输线路数据传输线缆需要连接水表和数据传输终端，直接影响数据传输的质量。
3、数据采集终端数据采集终端可以实现数据的采集、传输、存储、处理等功能，并将数据传输到数据处理系统中。
4、数据展示和处理系统数据展示和处理系统是采集和处理传感器数据，并提供数据信息显示的平台，能够实现数据远程监控功能。
三、远程监测系统的优势与传统水表相比，水表远程监测系统具有以下优势：1、自动采集数据和传输数据，减少人力资源投入。
2、可以实时监测水表数据，提高管理水平和效率。
3、降低了传统手工抄表的工作难度和抄错率，使数据更加准确可靠。
4、可以减少水费的资金浪费，优化水费缴纳流程。
四、远程监测系统的应用水表远程监测系统已经广泛应用于政府、学校、企事业单位、居民管理区以及城市供水企业等领域。
下文将对其应用展开论述。
1、政府政府采用远程监测系统，能够实现对所有政府机构、广场、路灯等场所的水表自动采集和实时监测，不仅可以提高管理效率，还能够及时监测水的流量、水压、水质等重要参数，为水资源的管理、监测和保障提供依据。
科技成果——基于视觉的水表数据远传抄表系统
科技成果——基于视觉的水表数据远传抄表系统
所属领域电子信息
成果简介
随着住宅数量大幅度增加，水表抄表员面临如下问题：
（1）工作量急剧增加；
（2）家中经常无人；
（3）住户担心骗子假冒抄表员而拒绝入户。
本项目开发的基于视觉的水表数据远传抄表系统，试图取代抄表员入户抄表。
与现有基于脉冲计数的水表数据远传抄表系统相比，具有如下特点：
（1）基于脉冲计数的水表数据远传系统需要实时供电，否则将丢失数据。
即使能够保证稳定的供电，也将由于长期工作存在累计误差，导致检测结果出现偏差。
而基于视觉的水表数据远传系统不需要实时供电，只是在需要抄表时才临时提供电源。
所获取的数据实际上就是用户在水表表盘上看到的读数，因此，不存在由于停电或者系统误差、累积误差等因素导致的抄表错误。
（2）根据用户的需要实现一个楼乃至一个小区的水表读数自动读取操作，并通过无线方式将水表读数传入抄表员的掌上电脑中，或者通过网络直接传送给自来水公司。
应用范围居民小区，企事业单位的水表读数自动读取
技术特点
（1）抄表读数与水表盘读数一致；
（2）不受停电影响，不需要连续供电；
（3）分字符式水表读数和指针式水表读数两种类型
知识产权情况
授权专利1项，流量计费表数字远传图像自动识别方法及数字远传抄表系统，ZL200610155869.9。
技术水平国际先进
生产使用条件符合电子产品生产条件
市场前景
在安装水表的所有住户，特别是新建小区均可以安装水表数据远传抄表系统，产品需求量十分巨大，市场经济效益可观。
合作方式
技术转让、技术咨询、技术开发、技术服务、技术入股。
远传直读水表的应用
根据现行法律，未经允许不得进入私宅。
用户为防止冒充抄表人员入室抢劫，普遍拒绝入户抄表，因此，给入户抄表（水表、电表、气表）工作带来困难。
（1）户内水表
用户可以选择符合数据通讯标准的任何规格的水表，采用5芯电缆输出。
（2）户外监控仪
户外监控仪内置CPU和可更换电池，带有LCD和键盘，具有防水和防破坏防护功能，用户可实现以下功能操作：
1、按键显示户内水表的实际累计值；
2、可以通过IC卡抄取户内水表表号和实际累计值；
3、可以通过串口与抄表计算机实现数据交换。
（3）扩展功能
1、对于具有阀门控制功能的水表，可执行预付费控制操作。
2、可兼容显示户内的气表等其它计量仪表的数据。
（4）廉价版本
为降低成本，某种意义上，监控仪是不需要的，监控仪只是一个接插件而已，抄表人员可使用抄表设备，与接插件连接，即可查看室内仪表显示，同时抄走数据，或控制室内仪表的充值或关闭阀门。
（5）安装
户内水表安装后，将电缆从墙上或门框上打个洞（根据具体情况）引出，然后将插头插到户外监控仪（安装在户外可方便操作的位置）上即可。
摄像直读式远传水表抄表系统的硬件设计与实现
摄像直读式远传水表抄表系统的硬件设计与实现随着我国现代城市建设的不断发展和人们生活水平的日益提高, 人们对生活设施的智能化要求也逐渐提高, 其中对传统供水服务的要求是很重要的一点。
传统的人工上门查水表的收费办法,因其种种弊端, 已越来越无法适应当前的家居智能化形势的需要,因此,实行自动抄表是必然趋势。
受相关企业委托开发智能抄表产品, 本文主要研究的是一种摄像直读远传抄表系统的设计和实现。
本文从查阅相关资料、了解目前行业自动读表(AMR的方式方法着手,分析现今抄表方式, 并结合项目实际需求, 重点对比了两种抄表方案和查抄方式, 加以分析选型,最后提出了一种采用RS485总线远传水表字轮图像的摄像直读式远传抄表系统并加以实现。
本文研究内容包括方案选型、硬件电路的设计、驱动程序和应用程序的编写以及系统的实现。
本设计主要完成了以下内容：(1)系统硬件电路的设计,包括表头子系统单元和手持器子系统单元。
表头子系统包括：LM1117供电单元、OV7670图像采集单元、STM32F103RET6 最小系统、MAX148数据收发单元；手持器子系统单元包括：由CN3052 AMS1117 和TPS76333组成的电源以及充放电单元、STM32F103ZET6小系统、外扩SRAM 存储单元、MAX148数据收发单元、CH376S及SD卡存储单元、TFT液晶显示单元和薄膜按键输入单元。
另外,两块系统电路板上共有JTAG仿真接口电路单元。
(2) 系统软件部分设计, 分驱动层软件和应用层软件。
驱动层主要是对各硬件进行驱动代码的编写,包括表头单元的STM32主控制器、OV767O芯片、MAX1483S片、补光灯以及手持器单元的TFT屏幕、薄膜键盘、管理文件系统的CH376S外扩的SRAM5片等。
应用层软件包括两部分：一是为实现点对点数据传输，而在表头单元采用的modbus现场总线应用层协议，二是手持器单元在数据的发送、接收和存储上进行的流程控制(3) 硬件上从设计原理图到绘制各元件封装再到PCB出图,其后是各元器件的选型采购和PCB板的焊接, 最后完成了对电路的硬件调试。
摄像直读式远传水表抄表系统的硬件设计与实现的开题报告
摄像直读式远传水表抄表系统的硬件设计与实现的开题报告一、选题背景及意义随着社会经济的发展，水资源成为城市发展中的瓶颈之一。
为了更好地管理和控制用水，水表抄表成为城市管理和供水公司工作的重要环节。
然而传统的手工抄表方式不仅效率低下，还存在数据准确性差、易受影响等问题。
因此，采用科技手段进行水表远程自动抄表已经成为了趋势。
目前市面上主要的自动水表抄表系统有采用无线传输、RS485、GPRS等方式，但是这些系统都需要专门的网关和通信设备，且建立起来比较困难。
为了实现高效、准确、安全的水表抄表，本项目选择采用摄像直读式远传水表抄表系统，该系统采用摄像技术和GPRS传输数据，具备低成本、易操作、可扩展等优点，正符合城市供水管理的需要。
二、研究内容及方法本项目将研究基于ARM Cortex-M3单片机的摄像直读式远传水表抄表系统，主要包括以下内容：1.硬件设计：设计摄像头模块、SIM卡模块、数据存储模块等硬件模块，并对它们进行组合；2.软件设计：采用Keil MDK-ARM开发工具进行程序开发，设计系统的数据处理、图像处理、通信等基本功能；3.实现系统远程水表数据采集和远程实时监控。
本项目研究方法主要包括：1.文献资料法：对现有的相关文献资料进行梳理，从而掌握设计及开发所需的知识和技术；2.仿真分析法：根据设计要求，利用Proteus软件进行电路模拟分析，对系统进行初步验证；3.实验研究法：对系统进行实际搭建和试验，从而得出系统性能和稳定性的评价结果。
三、预期研究成果本项目预计达到以下预期研究成果：1.完成基于ARM Cortex-M3单片机的摄像直读式远传水表抄表系统的硬件设计和软件开发；2.实现数据采集、图像处理、通信等主要功能模块，达到高效、准确、安全的数据抄取；3.针对市面上水表的种类和品牌，完成软硬件的可适配性设计，实现强大的扩展性和兼容性；4.实现系统远程监控和数据远传，实现水表的长期监测、管理与控制。
智慧水务中的远传表类型及应用分析
智慧水务中的远传表类型及应用分析随着城市化的快速发展，水资源的合理利用和管理显得尤为重要。
智慧水务系统的建设，不仅能够提高水资源的利用效率，还能有效预防和应对水资源短缺问题。
远传表作为智慧水务系统中的关键设备，其类型和性能直接影响着系统的稳定性和准确性。
一、什么是远传表远传表是一种可以远程读取和传输水表数据的智能水表。
与传统的水表相比，远传表具备远程通讯功能，能够将用水数据自动发送到水务公司的数据中心，从而实现远程监控和管理。
二、远传表的类型及特点根据使用场景和技术特点的不同，远传表可以分为多种类型，常见的远传表类型如下：光电直读远传水表采用光电传感器技术，通过读取水表指针或字轮的位置变化来获取用水量数据。
具有精度高、可靠性强的特点，适用于需要高精度计量的场景。
超声波水表利用超声波在流体中传播的速度与流体流量之间的关系进行计量。
具有非接触式测量、不受水质影响等优点，适用于水质较差或需要长期连续计量的场景。
无线远传水表通过无线通信技术将用水量数据传输到数据中心。
具有安装方便、维护成本低等优点，适用于分散式、难以布线的场合。
有线远传水表通过有线网络（如以太网、RS485等）传输数据。
这类水表数据传输稳定，适用于大型商业建筑或工业园区，但安装成本相对较高。
混合型远传水表结合了无线和有线通讯技术的优点，可以根据现场环境灵活选择通讯方式。
这种类型的水表适应性强，可以满足不同场景的需求。
智能远传水表除了具备基本的远程数据传输功能外，还集成了多种智能功能，如用水数据分析、异常用水检测、远程控制阀门等。
这类水表能够提供更加丰富的数据支持和智能管理功能。
预付费远传水表允许用户通过远程充值的方式预存水费，当用水量达到预设值时，系统会自动关闭供水，有效避免欠费问题。
这类水表适用于居民小区和商业用户。
三、远传表在智慧水务中的应用在智慧水务中，远传表的应用主要体现在以下几个方面：数据采集与监控远传表能够实时采集用水量数据，并通过物联网技术将数据传输到数据中心。
摄像直读技术在水表 燃气表远传抄表系统中的应用
摄像直读技术在水表、燃气表远传抄表系统中的应用摘要：针对水，燃气表抄表领域的技术现状，提出一种新的抄表技术路线-摄像直读，对几种主流的抄表技术进行对比，同时介绍了摄像直读技术的应用情况。
关键词：摄像直读，光电直读，脉冲计数，抄表前言随着城镇化快速的发展，水、电、气、热表成为现代住宅标准配备的计量仪表，针对能源计量收费和管理的需要，如何有效采集各种计量仪表的计量数据成为管理部门面临的巨大问题。
过去几年，我国在住宅电能表领域经实现了智能计量、数据采集、远程控制等一系列智能化技术的成功大规模应用。
而在水、气、热领域此项工作的开展略显缓慢，这既有价格等经济因素的原因，也有水、气表本身的工作特性带来的技术困难，造成水、燃气表抄表的智能化水平远远落后于电表领域。
然而，随着国家对能耗重视和电子技术的快速发展，许多新技术被更多的应用到计量仪表领域，例如以CMOS图像传感器芯片为基础的摄像直读技术在水、燃气表远传抄表系统中得以应用，为解决水、气表计量数据采集提供了新的解决方案。
现状一般水、燃气表远传抄表系统划分为：水、燃气计量仪表本体，数据采集通讯网络和后台运维管理软件。
传统水、燃气计量仪表本体都有计量和数字化转换两部分（全电子除外），我们以水表为例，针对数字化转换（采集转换）部分探讨分析摄像直读技术对以往产品技术性能的改进。
传统的数字化转换（数据采集传感器)方案主要有脉冲计数式，电阻直读式和光电编码直读式，以下分别进行简单介绍。
脉冲计数脉冲计数式水表多采用干簧管、霍尔元件或光电传感器三种方式来获得指针或转盘的转动脉冲，通过对脉冲数累积方式获取计量数据，早期国内外在远传水表领域都有广泛应用，成本低，实现技术简单。
但此方案必须保证系统24小时带电，对表具及各种器件要求极高，同时易受外界电磁场干扰，造成系统工作不可靠和不稳定。
此方案容易发生计数错误，且系统无法自校正而造成累积误差，初值设置和系统校正必须人工完成，往往会出现远程采集数据和表具刻盘读数不一致的情况，后续维护极为复杂，属于已淘汰方案。
自动抄表系统的原理与应用
自动抄表系统的原理与应用1. 简介自动抄表系统是一种利用物联网技术和智能传感器实现的远程抄表和监测的系统。
它通过将传感器安装在水表、电表、燃气表等计量装置上，实时监测和记录用量数据。
本文将介绍自动抄表系统的原理和应用。
2. 原理自动抄表系统的原理主要包括以下几个方面：2.1 传感器传感器是自动抄表系统的核心部件，用于实时监测计量装置的用量数据。
常见的传感器包括水表传感器、电表传感器、燃气表传感器等，它们可以根据物理规律将用量数据转化为电信号。
2.2 数据传输自动抄表系统通过物联网技术将传感器采集到的数据传输到后台服务器。
传输方式一般包括有线传输和无线传输两种。
有线传输通常使用以太网或RS485等方式，无线传输通常使用GPRS、NB-IoT等无线通信技术。
2.3 数据处理与存储后台服务器接收到传感器传输的数据后，进行数据处理和存储。
数据处理包括数据解析、校验、计算等，在数据存储方面，可以使用关系型数据库或者分布式存储系统等进行存储。
2.4 数据展示与管理自动抄表系统通过前端页面或移动App等方式实现数据的展示和管理。
用户可以通过这些界面查看实时用量数据、历史用量数据、生成报表等。
3. 应用自动抄表系统广泛应用于以下领域：3.1 水电燃气公司水电燃气公司可以利用自动抄表系统实现对用户用水、用电以及用气情况的远程监测和抄表。
这样可以减少人工抄表的工作量，提高工作效率，减少错误率。
3.2 物业管理公司物业管理公司可以通过自动抄表系统实现对小区内每个房间的用量数据的实时监测。
这样可以提高物业管理的科学性和精细化程度，便于对资源使用情况进行合理调配。
3.3 工业生产在工业生产过程中，自动抄表系统能够实时监测各种设备的用量，帮助企业进行能耗管理和优化。
通过对用量数据的分析，企业可以找出能源浪费的症结，采取相应的措施进行调整。
3.4 农业灌溉自动抄表系统在农业灌溉中的应用也非常广泛。
通过监测土壤湿度、气象条件等参数，系统可以自动控制灌溉设备的开关，实现对农作物的自动灌溉，提高农作物的产量和品质。
表端识别技术在燃气行业中的应用
第22期2023年11月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.22November,2023作者简介:王彬(1990 ),男,湖北大冶人,工程师,本科;研究方向:燃气工程,供销差治理㊂表端识别技术在燃气行业中的应用王㊀彬,徐士林,侯㊀伟(襄阳华润燃气有限公司,湖北襄阳441000)摘要:摄像抄表是一种设备端感知技术,主要应用于旧式燃气表的改造,具有成本低廉㊁工程量小㊁不动火作业的优点㊂传统上,微控制单元(MCU )负责图像采集并将图像数据上报至云端,由服务器完成图像识别任务,这种方案需要较大的网络负载和功耗开销㊂文章提出一套建立在MCU 上的表端识别技术,该技术针对燃气基表的特点,引入行最大类间方差作为注意力机制来提升浅层网络的性能,并基于模糊数学克服连续字轮识别的难题㊂实际运行的结果表明:在该技术下识别工作主体在MCU 上运行,显著降低了网络负载和机房运营的要求,字轮识别准确率大于99.9%㊂关键词:图像识别;摄像抄表;旧表改造中图分类号:TP391㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀摄像燃气表的原理是在普通燃气基表的基础上,通过加装带摄像头模块和通信模块的卡扣来实现燃气表的远程感知㊂其中,光学字符识别算法(OpticalCharacter Recognition,OCR)是摄像燃气表研究的核心内容,决定着摄像燃气表的上报准确率㊂OCR 的早期研究可以追溯到20世纪20年代和20世纪30年代,当时研究人员开始尝试开发机械设备来自动识别印刷文本[1]㊂OCR 技术经历了多个阶段的发展,从早期的机械方法到基于光学的方法,再到数字图像处理和深度学习方法㊂随着深度学习和神经网络的崛起,OCR 技术迎来了重大突破㊂深度学习方法使OCR 系统能够更好地适应不同字体㊁字号和手写风格,大大提高了准确性,并广泛用于文档扫描㊁数字化图书馆㊁自动数据输入等领域[2-5]㊂1㊀研究现状㊀㊀在使用深度学习进行数字字符识别方面,Lecun等[6]于1998年提出了基于卷积神经网络的数字手写体识别系统LeNet -5,并创建了著名的手写数字图像数据集MNIST,LeNet -5在MNIST 数据上的准确率达到了99.2%㊂此后,深度学习在图像处理领域进入高速发展期,2012年诞生的AlexNet 是一个深度卷积神经网络,相对于之前的LeNet -5来说更深㊂它在ImageNet 图像分类竞赛中取得了巨大成功,通过深层网络和随机裁剪等创新性方法,大幅提高了分类准确度[7]㊂2014年,VGG -Net 在AlexNet 的基础上进一步增加了网络的深度,它以均匀的卷积层堆叠为特点,使用小尺寸的卷积核和深层结构,提高了特征提取的性能[8]㊂2014年,GoogleNet 引入了Inception 模块,这是一种结合不同尺寸的卷积核和池化操作的模块㊂它通过多个分支的并行计算来提高特征表达能力,从而在ImageNet 竞赛中获得了显著的成功[9-11]㊂2016年何凯明提出了残差网络ResNet㊂ResNet 是一种革命性的网络结构,引入了残差学习机制,允许网络通过跳跃连接学习残差,从而解决了深度网络中的梯度消失和退化问题㊂ResNet 可以训练更深的网络,提高了特征的表示能力[12-13]㊂2㊀字轮图像的识别模型㊀㊀㊀㊀㊀摄像燃气表主要应用在普通基表的远传改造上㊂在这种场景下,由于基表所属的厂商不同,字轮图像存在显著的差异㊂这些差异包括字符的大小㊁字符的类型㊁字体的亮度和字符所在子区域的图像结构㊂其中,子区域的图像结构是否包含干扰行是影响模型准确率的最主要因素(见图1)㊂这些干扰行存在3个特征:(1)干扰行主要集中在上/下两端;(2)干扰行主要体现为背景,即纯白色或纯黑色;(3)以行为计量单位,干扰行的像素标准差远低于数据行㊂因而,本文将行亮度标准差作为一图1㊀不同基表厂商字符区域结构上的差异个注意力机制引入识别模型㊂如图2所示,模型将字轮图像统一为28ˑ28的灰度图像,将图像输入卷积神经网络的第1卷积层中,经过6个5ˑ5卷积核计算后,生成6ˑ24ˑ24的特征向量图;经过第1池化层2ˑ2最大下采样后,生成6个12ˑ12规模的特征向量图㊂第2卷积层经过12个5ˑ5ˑ6卷积核后,生成12ˑ8ˑ8的特征向量图;经过第2池化层的1ˑ2最大下采样后,生成12个规模为8ˑ4的特征向量图㊂图2㊀字符识别模型计算字轮图像每一行的最大类间方差总计28个数据输入,通过包含4个神经元的隐藏层接入第2池化层的输出向量,构建1个392维的特征向量,后接入全连接层完成图像的模式分类㊂最大类间方差通过逐行计算的方式获得㊂统计每行像素的最小灰度值q min ,最大灰度值q max ㊂遍历[q min ,q max ]之间的每一个灰度水平v i ㊂在灰度水平v i 下,统计该行灰度值小于v i 的像素点数量ω0,像素平均值μ0;统计该行灰度值大于等于v i 的像素点数量ω1,像素平均值μ1,则在灰度水平v i 下,类间方差g i 为:g i =ω0ω1(μ0-μ1)2(1)行最大类间方差g otu =max v (g )(2)第2池化层输出的特征图上,由于每行特征点的感受野为原图像的3~4行数据规模,因而等同于将原图像按行划分为了8块㊂将行的最大类间方差引入模型,是为了给定每一特征块的权重参考因子㊂这个模型是针对不同燃气基表的图像差异来设计的,从而在浅层网络上拥有更好的泛化能力㊂3 连续字轮的判别模型㊀㊀燃气表字轮图像的数字识别是一种分界线模糊的图像分类问题㊂这是因为燃气表字轮的转动是一个连续的过程,字轮的状态既有可能出现完整字符的情况,也有可能出现半字符的情况㊂如图3所示,左图字符 5 和右图字符 6 为完整字符,中间属于字符 5 和字符 6 的半字符状态㊂末位字轮有一定的概率处于完整字符与半字符之间的状态㊂如果对于这种状态不加以判别,模型收敛困难㊂图3㊀末位连续字轮图像本文构建了一套基于步进电机控制的数据采集系统,可通过齿轮转动的次数获知当前图像的所属状态㊂这种状态可通过模糊数学的隶属度来描述㊂设论域为X ,对于传统的集合A 而言,有A ⊆X ,假设存在一个元素x ,那么元素x 要么属于集合A ,要么不属于集合A ㊂对于模糊集而言,元素与集合的关系具有不确定性㊂定义论域为全体图像集,设完整字符的图像集为A ,论域到闭区间[0,1]的映射为μA:x A (x )=1,x ɪ完整字符n /m ,x 介于其间0,x ɪ半字符ìîíïïïï(3)其中,m 为2个完整字符之间齿轮转动的总次数;n 为上一个完整字符后齿轮转动的总次数㊂以任意2张图像作为输入,隶属度函数差作为标签,训练一个孪生网络㊂在孪生网络的调整下,完整字符和半字符的n 维特征在欧氏空间上可分㊂在训练阶段模型输入为2张图像㊂状态特征提取器用于分别提取2张字轮图像的图像特征,是一个浅层卷积神经网络(CNN)结构(见图4)㊂该浅层CNN 的第1层为输入层㊁第2层为卷积层A㊁第3层为池化层A㊁第4层为卷积层B㊁第5层为池化层B㊂度量计算为全连接层,拼接2个图像的特征向量,输出2张图像的隶属度函数差f out㊂图4㊀字符判别模型4㊀模型的训练和预测㊀㊀定义一个隶属度函数水平值λ(λ<0.4),将隶属度函数x A <λ的全体图像称为第1水平截集,将(1-x A )<λ的全体图像称为第2水平截集,其余称为第3水平截集㊂训练分为2个阶段,第1阶段使用全体数据训练判别网络㊂第2阶段训练字符识别网络㊂使用第1水平截集和第3水平截集训练字符识别模型1,由第2水平截集和第3水平截集训练字符识别模型2㊂第3水平截集同时放置在2个识别模型的训练集里以增加模型的泛化能力㊂预测阶段,首先使用判别网络提取图像特征,并与完整字符的标准特征做度量计算㊂然后,根据判别网络的输出f out 与水平值λ的大小,判断使用哪种识别网络㊂若f out <λ,使用字符识别模型1;若f out >(1-λ),则使用判别模型2;介于其中则可使用任意模型㊂通过对数据集进行模糊截断,识别网络得以收敛㊂5㊀设备试挂㊀㊀摄像燃气表在襄阳华润燃气有限公司开展试点跟踪㊂芯片使用低功耗MCU,STM32M4的内核,Nb -IoT 通信㊂工作电压3.3V,工作电流小于100mA,设备休眠时工作电流小于10μA㊂设备同时上报图像和表端识别读数以方便比对准确率㊂燃气基表来自海立㊁山城㊁丹东等不同厂商㊂自2020年12月30日2021年04月07日,剔除掉通信异常数据,总共进行了10090次的表端识别,仅有1次识别错误,识别准确率大于99.99%㊂6㊀结语㊀㊀在可预见的相当一段时间内,传统的机械字轮燃气表仍然占有相当的市场份额㊂摄像燃气表以其成本低廉㊁不动火作业㊁可追溯等优点在旧表改造中起到重要的作用㊂本文提出的燃气字轮识别模型,针对不同燃气基表厂商图像结构上的差异,引入了 行最大类间方差 作为注意力机制;针对连续字轮的问题,引入模糊数学隶属度来作连续字轮图像分类㊂试点应用结果表明,该模型可运行在单片机等低功耗设备上,从而可以降低网络负载和功耗,且识别准确率大于99.99%㊂参考文献[1]MORI S ,SUEN C Y.Historical review of OCRresearch and development [J ].Proceedings of the IEEE ,1992(7):1029-1058.[2]SMITH R.An overview of the tesseract OCR engine :Ninth International Conference on Document Analysisand Recognition [C ].Curitiba :IEEE ,2007.[3]石会芳,胡小兵,刘瑞杰,等.基于启发式GA -SVM 的手写数字字符识别的研究[J ].计算机技术与发展,2012(10):5-9.[4]SINGH A,BACCHUWAR K,BHASIN A.A survey of OCR applications[J].International Journal of Machine Learning and Computing,2012(3):314. [5]NGUYEN T T H,JATOWT A,COUSTATY M,et al. Survey of post-OCR processing approaches[J].ACM Computing Surveys(CSUR),2021(6):1-37. [6]LECUN Y,BOTTOU L,BENGIO Y,et al.Gradient-based learning applied to document recognition[J]. Proceedings of the IEEE,1998(11):2278-2324. [7]KRIZHEVSKY A,SUTSKEVER I,HINTON G E. ImageNet classification with deep convolutional neural networks[J].Communications of the ACM,2017(6): 84-90.[8]SIMONYAN K,ZISSERMAN A.Very deep convolutional networks for large-scale image recognition [J].arXiv preprint arXiv,2014(9):1556. [9]SZEGEDY C,LIU W,JIA Y,et al.Going deeper with convolutions:Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition[C].Boston:IEEE,2015.[10]IOFFE S,SZEGEDY C.Batch normalization: Accelerating deep network training by reducing internal covariate shift:International Conference on Machine Learning[C].Lille:PMLR,2015.[11]SZEGEDY C,IOFFE S,VANHOUCKE V,et al. Inception-v4,inception-resnet and the impact of residual connections on learning:Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence[C].San Francisco:PKP,2017.[12]GIRSHICK R.Fast r-cnn:Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision[C]. Santiago:IEEE,2015.[13]HE K,ZHANG X,REN S,et al.Deep residual learning for image recognition:Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition [C].Las Vegas:IEEE,2016.(编辑㊀王雪芬)Application of meter end identification technology in the gas industryWang Bin Xu Shilin Hou WeiChina Resources Gas Group Limited Xiangyang441000 ChinaAbstract The camera-reading meter is a type of device sensing technology mainly used in the renovation of old gas meters which has the advantages of low cost small engineering quantity and no hot work.Traditionally the MCU is responsible for image acquisition and reporting image data to the clouds and servers completes image recognition tasks.This solution requires significant network load and power consumption.This article proposes a meter end recognition technology based on MCU which1introduces the maximum inter class variance of rows as an attention mechanism to improve the performance of shallow networks according to the characteristics of gas based meter and2 overcomes the problem of continuous word wheel recognition based on fuzzy mathematics.The results of operation in Xiangyang Gas show that under this technology the identification of the work subject runs on the MCU significantly reducing the requirements for network load and computer room operation and the accuracy of word wheel recognition is greater than99.9%.Key words image recognition camera reading meter old meter renovation。
摄像直读式远程抄表系统的设计与实现
摄像直读式远程抄表系统的设计与实现随着城市现代化建设进程的快速推进,水表、电表、气表等越来越多的应用到工业和居民的日常生活中。
应运而生的各种自动抄表技术,以其优越的特点已经取得了很大的社会效益与经济效益,但很多自动抄表系统在实际应用中,还存在一些缺陷,如用户使用的表具无通信能力或者通信模块故障等,现行自动抄表系统无法完成这些表具数据的查抄。
为了解决上述问题,提出了一种摄像直读式远程抄表系统。
课题首先阐明了摄像直读式远程抄表系统的课题意义与依托背景,对目前国内外常用的自动抄表系统与直读式远程抄表进行综述,分析各系统的优缺点。
针对系统尚存上述问题,提出系统方案设计及所需完成的主要研究工作。
(1)针对表具图像回传至控制中心造成数据流量与存储空间浪费问题,提出了一种表具数据由现场抄表装置自动识别的方法,其中以高性能低功耗的STM32F429为核心处理器,完成图像内部Flash(2M)存储与数字识别等。
针对光照等因素对拍摄效果的影响,设计了补光摄像装置,将摄像头设置在封闭环境下,并增设两侧LED补光,实验表明此方法的有效性。
(2)针对数显仪表的识读,在灰度化与直方图均衡化后,提出了基于LoG算子边缘检测二值化方法对图像进行边缘检测及二值化处理,中值滤波滤掉图像中离散的噪声,提高识别的准确率;针对数显区域与字符分割定位,提出了投影分割法;在字符识别方面,以模板匹配法完成数字识别,实验表明此方法识别速度较快,准确识别率达98%以上,基本满足系统实际需求。
(3)设计实现了一种基于RTU、MTU的自动抄表系统,采用组态软件进行数据的处理与显示,完成表具数据无线远传;针对系统供电问题,设计并搭建了太阳能供电系统。
通过实验和现场测试表明:此系统安装调试简便,系统运行稳定可靠。
创新点在于表盘读数由现场抄表装置采集与识别,避免把采集图像回传至控制中心所造成的数据流量与存储资源的浪费,使这类表具数据的查抄能兼容至公司现行的自动抄表系统。
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摄像直读技术在水表、燃气表远传抄表系统中的应用
摘要：针对水，燃气表抄表领域的技术现状，提出一种新的抄表技术路线-摄像直读，对几种主流的抄表技术进行对比，同时介绍了摄像
直读技术的应用情况。
关键词：摄像直读，光电直读，脉冲计数，抄表
前言
随着城镇化快速的发展，水、电、
气、热表成为现代住宅标准配备的计
量仪表，针对能源计量收费和管理的
需要，如何有效采集各种计量仪表的计量数据成为管理部门面临的巨大问题。
过去几年，我国在住宅电能表领域经实现了智能计量、数据采集、远程控制等一系列智能化技术的成功大规模应用。
而在水、气、热领域此项工作的开展略显缓慢，这既有价格等经济因素的原因，也有水、气表本身的工作特性带来的技术困难，造成水、燃气表抄表的智能化水平远远落后于电表领域。
然而，随着国家对能耗重视和电子技术的快速发展，许多新技术被更多的应用到计量仪表领域，例如以CMOS图像传感器芯片为基础的摄像直读技术在水、燃气表远传抄表系统中得以应用，为解决水、气表计量数据采集提供了新的解决方案。
现状
一般水、燃气表远传抄表系统划分为：水、燃气计量仪表本体，数据采集通讯网络和后台运维管理软件。
传统水、燃气计量仪表本体都有计量和数字化转换两部分（全电子除外），我们以水表为例，针对数字化转换（采集转换）部分探讨分析摄像直读技术对以往产品技术性能的改进。
传统的数字化转换（数据采集传感器)方案主要有脉冲计数式，电阻直读式和光电编码直读式，以下分别进行简单介绍。
脉冲计数脉冲计数式水表多采用干簧管、霍尔元件或光电传感器三种方式来获得指针或转盘的转动脉冲，通过对脉冲数累积方式获取计量数据，早期国内外在远传水表领域都有广泛应用，成本低，实现技术简单。
但此方案必须保证系统24小时带电，对表具及各种器件要求极高，同时易受外界电磁场干扰，造成系统工作不可靠和不稳定。
此方案容易发生计数错误，且系统无法自校正而造成累积误差，初值设置和系统校正必须人工完成，往往会出现远程采集数据和表具刻盘读数不一致的情况，后续维护极为复杂，属于已淘汰方案。
图1：脉冲技术水表
电阻直读通过在计量仪表读数计数器的每一位字轮上放置类似
于滑动变阻器的电阻结构，测量电阻值测算出每一位字轮相对应的数字，读出仪表累计计量读数。
原理简单，成本低，而且只在数据采集瞬间上电工作，平时工作不上电。
但生产工艺较为复杂，摩擦式接触，增加字轮转动阻力，影响测量灵敏度和计量精度；测量电阻阻值时的触点寿命不易保证，影响数据采集的可靠性和长期工作的稳定性。
不宜在湿式水表中使用，是远传抄表直读技术第一代模式，属于淘汰方案。
图2：电阻直读水表
光电直读利用发光二极管和光敏接收管针对计量仪表的读数字轮开孔或贴反射面进行编码，利用光线的透射和反射原理，实现对每位字轮读数的直读。
系统仅在瞬间上电工作，同时采取非接触式无损测量，对现有基表的精度无影响。
但产品结构和生产工艺复杂，不宜在湿式水表中使用，是远传抄表直读第二代技术，应用广泛。
图3：光电直读水表
摄像直读技术
摄像直读技术是最近几年才发展起来的新一代直读抄表技术，它综合图像识别，云计算等多种信息技术和电子技术，采用CMOS图像传感器获取计量仪表当前计数器字轮图片，完成对图片智能识别获取仪表计量读数。
此技术极为方便的实现水表（或燃气表）的数字化和可视化，在不改变现有仪表的结构的前提下，通过外置摄像头拍照，对原有仪表没任何影响，施工，调试方便。
实现智能水表生产机械部分和电子部分的完全分离，更易于大规模生产。
图3：摄像直读水表及识别
摄像直读关键技术
图像传感器选择
图像传感器是摄像直读技术最为关键的部件，由于摄像直读电子模块成本控制要求和电路匹配参数要求，图像传感器芯片像素不宜选择过高，建议选择主流应用的30万像素芯片，这个规格进口和国产
都可以选择，适合规模生产配套。
补光电路的设计
由于工作环境处于全天候，摄像直读模块拍照瞬间的补光设计关系到获取图像数据的质量，不合适会造成图像模糊，无法进行数字识别。
具体设计上采用数码照相机同样的原理，拍照瞬间通过发光二极管补光，但要注意补光位置的选择，否者会在计数器字轮数字局部反光造成图片模糊。
图像识别技术
图像识别是摄像直读技术的核心技术，识别在道路测速和名片识别领域已经具备成熟的应用，但识别的准确率都到不了99%以上，而且由于计量表具的计数器处于连续转动状态，每位字轮的数字会显示为全字的1%~100%之间，这对于识别提出了更高的要求。
但经过多年的技术攻关，杭州中自国禹科技有限公司已经实现全动态数字识别，经过5年的工程验证，识别准确率达到99%以上，而且实现误识别智能判断，提示人工介入。
对于识别可以在摄像直读模块上实现，也可以在图像传输到上位机软件后实现，关键是图像识别算法的设计和成本控制。
根据实践经验，自来水公司的营业部门希望能够追溯以往水表读数图像数据，因而在上位机保存图像数据非常有意义。
技术优势
作为第三代智能水表，与其它远传方式水表相比有以下特点：项目脉冲式光电直读摄像直读
结构
供电持续供电读表时供电读表时供电
基本影响较大较小无
数据可靠性极差一般好
抗磁干扰差强强
抗振动差一般强
安装方式内置于水表中内置于水表中独立于水表
维护不方便不方便方便
优点价格低价格适中
数据基本准确数据准确、可追溯安装方便、可视化
缺点影响表精度
不能追溯湿式表不适用
不能追溯
成本偏高
摄像直读抄表系统简介
摄像直读抄表系统同样采取手机、PDA等便携设备本地抄表和GPRS远程抄表方式，当采用手机、PDA等便携设备本地有线抄表（图
4）时，通过安装在单元楼地面层的接线盒临时性接入抄表采集器，读取本单元楼内所有水表图片，图片导出到计算机，完成图像识别。
此方式每只表的抄表时间在2秒左右，获取抄表读数的同时，保留每只表的抄表图片，便于追溯；系统仅在抄表时上电工作，平时处于不带电状态，稳定性好，安全。
无线远程抄表（图5）通过安装在楼栋或小区内的采集计算机，按照预设的采集周期自动完成抄表数据的采集，存储，图像识别和数据远程功能。
当发现识别错误时，自动给出报警信号，同时把图片远传到计算机，由人工完成识别。
用户也可根据需要，随时查询上传任意水表的图片，最大限度减少数据通讯流量。
图4：有线摄像直读抄表
图5：摄像直读无线远传抄表系统
摄像直读抄表应用
摄像直读远程抄表系统不改变现有基表的优势，对既有住宅的抄表改造意义重大，用户无需换表，现场施工周期缩短，原有有效期内的水表继续使用，减少物资浪费。
对于小区总表等大口径水表的抄表可以在不停水的情况，快速完成施工，效益明显。
通过在广东某大表抄表改造项目实施对比发现，用摄像直读方式抄收大表，不用停水，30分钟内可以完成摄像模块的安装和系统调试，省时省力；而采用其它方式则比需要对现有水表进行改造，除极个别情况不用停水外，均需停水作业，费时费力。
停水造成的用户影响和水资源浪费严重。
图6：摄像直读无线井表抄表方案
结束语
通过上述探讨，摄像直读技术在水、气表远传抄表领域有着广阔的应用前景，为远传抄表行业提供了新的解决方案。
作为远传抄表行业的技术领先企业，杭州中自国禹科技有限公司多年致力于摄像直读技术研发和相关产品生产销售，在摄像直读领域拥有多项发明和实用新型专利，获得自来水公司行业客户认可，目前在网运行超过5万户，比较其它远传抄表模式，摄像直读抄表系统更加稳定可靠。
公司简介：
杭州中自国禹科技有限公司，正泰中自成员企业之一，杭州市高新技术企业，中国计量学院产学研合作单位。
公司专注于城市水、气、热能耗计量数据采集和能源管理服务。
公司在摄像直读技术，M-Bus 集抄，物联网技术应用领域拥有多项发明和实用新型专利。