湖南文理學(xué)院計(jì)算機(jī)與電氣工程學(xué)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(xué)院計(jì)算機(jī)與電氣工程學(xué)院 孫 健

目前自來水公司存在大量用戶使用機(jī)械水表，機(jī)械水表的抄表一直是自來水公司的痛點(diǎn)，抄表、核對工作量大且容易出現(xiàn)漏抄、估抄、錯(cuò)抄的問題。隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能抄表系統(tǒng)逐步成為現(xiàn)實(shí)。深度學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和表示層次，最終目標(biāo)讓機(jī)器能夠具有分析學(xué)習(xí)能力，在文字、圖像和聲音識別取得了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)借助移動終端APP，利用圖像識別技術(shù)，使用深度學(xué)習(xí)算法，有效識別水表表盤數(shù)字，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 功能需求分析

針對現(xiàn)階段市場抄表的痛點(diǎn)，本系統(tǒng)主要研究機(jī)械水表表盤數(shù)據(jù)抄讀，對用戶-抄表-數(shù)據(jù)進(jìn)行框架化、數(shù)據(jù)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(zhì)報(bào)表報(bào)送數(shù)據(jù)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(jī)、抄表前下載抄表計(jì)劃數(shù)據(jù)即可。

圖像識別算法。通過圖像識別算法，在拍照同時(shí)快速精準(zhǔn)的識別水表表盤字輪窗數(shù)據(jù)，避免人工錄入錯(cuò)誤數(shù)、感情數(shù)、估抄數(shù)等。

GPS定位。抄表采用GPS定位，水司管理者可以通過后臺系統(tǒng)及時(shí)跟蹤抄表員過往和當(dāng)前的抄表軌跡、抄表狀態(tài)、為績效考核提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

離線抄表。滿足不同復(fù)雜環(huán)境下的移動抄表需求，可以提前下載，離線抄表，在有網(wǎng)絡(luò)情況下再上傳數(shù)據(jù)和附件圖片。

現(xiàn)場拍照。支持抄表照片現(xiàn)在拍攝上傳，照片記錄GPS位置和服務(wù)器時(shí)間，支持水印，杜絕估抄和作弊現(xiàn)象。

現(xiàn)場收費(fèi)。通過APP+手持藍(lán)牙打印設(shè)備，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場抄表、現(xiàn)場收費(fèi)、預(yù)存水費(fèi)業(yè)務(wù)，同時(shí)可以現(xiàn)場打印收費(fèi)小票，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)上門繳費(fèi)難的問題。

導(dǎo)航定位。抄表員輪換時(shí)，對于陌生抄表片區(qū)，會出現(xiàn)找不到表的情況，針對這種情況，在APP中設(shè)計(jì)了導(dǎo)航定位功能，直接在地圖上可以看到表冊內(nèi)所有表的定位信息。

工單處理。抄表員在現(xiàn)場抄表時(shí)發(fā)現(xiàn)表故障，可以發(fā)起故障申請?zhí)幚恚ㄟ^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(fā)現(xiàn)故障、解決故障；抄表員也可以根據(jù)APP中的工單派單，進(jìn)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(jìn)行上傳。

水量綜合分析。后臺管理系統(tǒng)對每一用戶的以往水量進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)，形成用水量曲線圖。

APP預(yù)警。手持APP引入大數(shù)據(jù)分析功能，一旦出現(xiàn)抄表數(shù)據(jù)超出平均和同期水量設(shè)定的百分比之外，立即預(yù)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(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警提醒，派出工單進(jìn)行稽查、巡檢。

1.2 非功能性需求分析

前端設(shè)計(jì)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(tǒng)響應(yīng)時(shí)間快，運(yùn)行流暢，有較高的操作舒適度。系統(tǒng)表盤數(shù)字識別默認(rèn)小數(shù)點(diǎn)后兩位，識別成功率、精確度高。系統(tǒng)基于B/S結(jié)構(gòu)同時(shí)開發(fā)，有良好的擴(kuò)展性和部署維護(hù)的方便性，具有較強(qiáng)的兼容性。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 功能模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是由手機(jī)APP、后臺管理系統(tǒng)、API接口和任務(wù)引擎組成的一套基于SOA架構(gòu)的抄表管理系統(tǒng)。

App設(shè)計(jì)包括登錄和設(shè)置、管理首頁、抄表計(jì)劃下載、抄表管理、收費(fèi)管理、故障處理、數(shù)據(jù)上報(bào)、系統(tǒng)管理等模塊。

后臺管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)查詢、抄表分析、收費(fèi)管理、系統(tǒng)管理等模塊。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)為抄表項(xiàng)目，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫以水司為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，即一個(gè)水司客戶獨(dú)立一套數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫表設(shè)計(jì)分為本業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部業(yè)務(wù)表結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)第三方業(yè)務(wù)表結(jié)構(gòu)。

主要數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)：抄表員表冊、用戶表冊、抄表計(jì)劃、故障表冊、表冊信息、抄表讀數(shù)信息、故障類型、歷史用水對比。

2.3 圖像處理技術(shù)研究

使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對表盤數(shù)字識別，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練包括預(yù)訓(xùn)練和全局微調(diào)兩個(gè)階段。為了防止訓(xùn)練陷入局部最優(yōu)，項(xiàng)目擬采用均方根反向傳播優(yōu)化方法。為了應(yīng)對深度學(xué)習(xí)的過擬合問題，項(xiàng)目擬采用Dropout技術(shù)，在模型訓(xùn)練過程中隨機(jī)選取部分隱層節(jié)點(diǎn)暫時(shí)不工作，減少特定節(jié)點(diǎn)之間的共同作用。

圖2 抄表管理界面

3 系統(tǒng)實(shí)施

管理系統(tǒng)界面主要分為三個(gè)部分，菜單欄、內(nèi)容展示區(qū)、功能區(qū)，如圖1-圖3所示。業(yè)務(wù)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(dá)抄表計(jì)劃-＞抄表員按計(jì)劃進(jìn)行抄表-＞app上傳抄表數(shù)據(jù)-＞進(jìn)入后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)-＞數(shù)據(jù)審核通過進(jìn)行結(jié)轉(zhuǎn)。

圖1 管理系統(tǒng)界面

圖3 抄表界面

app包含“抄表計(jì)劃”、“抄表管理”、“故障處理”、“數(shù)據(jù)上報(bào)”、“系統(tǒng)設(shè)置”五個(gè)子頁面。業(yè)務(wù)流程為：設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)-＞登陸抄表員賬號-＞下載表冊數(shù)據(jù)-＞選擇表冊-＞拍攝照片，輸入抄表數(shù)據(jù)及表況-＞點(diǎn)擊“保存”，上傳數(shù)據(jù)。

抄表頁面分為“抄表”和“表況”，點(diǎn)擊讀數(shù)照片拍照，根據(jù)現(xiàn)場情況，調(diào)節(jié)明暗條和手電筒開關(guān)改善拍照環(huán)境，移動手機(jī)使表盤數(shù)字居于拍照界面的綠色框中，提高識別成功率。

結(jié)論：項(xiàng)目將傳統(tǒng)的由抄表員識別讀數(shù)，報(bào)表登記改為手機(jī)app抄表，圖像識別讀數(shù)，不僅提高抄表效率，還能避免了抄表員出現(xiàn)漏抄、估抄、錯(cuò)抄等問題。其次，給抄表員減負(fù)的同時(shí)，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(fù)擔(dān)。