基于3G技術(shù)的智能水表WEB服務(wù)系統(tǒng)的研究

常鑫++李北星

摘 要 基于3G技術(shù)的智能水表WEB服務(wù)系統(tǒng)，是為智能水表控制裝置和手機(jī)客戶端提供數(shù)據(jù)支持的服務(wù)器端軟件。本服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所有用水用戶的基本信息、水量信息、水價信息以及用水告警信息的管理，使用戶可在任何時間查詢自己家中的水表讀數(shù)以及所處狀態(tài)，并在發(fā)生危急情況時立即關(guān)閉家中水閥，將損失降至最低。也可以在月底結(jié)算費(fèi)用時，使用微信、支付寶、快捷支付、網(wǎng)上銀行等多種支付方式快捷支付水費(fèi)。同時，自來水公司可通過后臺的管理系統(tǒng)，時時統(tǒng)計、監(jiān)測用戶的用水過程和出現(xiàn)的問題，并及時得以解決，極大的提高了工作效率。本系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了用戶用水信息的網(wǎng)上管理，也是傳統(tǒng)行業(yè)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的又一實(shí)際應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】智能表 Web服務(wù) 階梯水價 遠(yuǎn)程服務(wù) 互聯(lián)網(wǎng)+

隨著我國“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，各行各業(yè)都紛紛轉(zhuǎn)型，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)信息管理時代。自來水管理公司也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上銀行交費(fèi)等網(wǎng)絡(luò)管理，但用戶信息和水表仍然處于脫節(jié)管理的狀態(tài)，中間各個環(huán)節(jié)仍然需要人工管理，如：抄表需要人工統(tǒng)計，報表需要人工錄入，審核需要人工審核......在一定程度上還屬于半自動半人工的狀態(tài)。基于3G技術(shù)智能水表控制裝置加上WEB服務(wù)系統(tǒng)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)用戶網(wǎng)上管理、用水價格自動結(jié)算、銀行收費(fèi)自動對賬等功能，省去中間各環(huán)節(jié)的人工成本，在提高統(tǒng)計與計算效率的同時，降低錯誤率，真正實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)自動化管理。

1 WEB服務(wù)系統(tǒng)功能設(shè)計

本服務(wù)系統(tǒng)共有12項(xiàng)功能，包括用戶信息管理、權(quán)限管理、黑名單信息管理、水價管理、區(qū)域管理；用水管理、用水結(jié)算管理、用水報警管理、用水結(jié)算報警管理、用水量統(tǒng)計管理、設(shè)備狀態(tài)與控制管理；信息推送管理。系統(tǒng)服務(wù)功能模塊如圖1所示。

2 WEB云服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)分為三層：云服務(wù)層、業(yè)務(wù)管理層、數(shù)據(jù)管理層。云服務(wù)層用于響應(yīng)來自智能水表控制裝置和手機(jī)端發(fā)來的數(shù)據(jù)訪問請求，根據(jù)不同的請求信息在進(jìn)行查詢和更新操作后，返回響應(yīng)信息。業(yè)務(wù)管理層用于處理來自云服務(wù)層的請求數(shù)據(jù)，按照業(yè)務(wù)類型進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與分發(fā)。數(shù)據(jù)管理層用于處理來自業(yè)務(wù)層的數(shù)據(jù)查詢與更新請求，并返回查詢結(jié)果。系統(tǒng)設(shè)計框架圖如圖2所示。

2.1 云服務(wù)層搭建技術(shù)要求

本層采用微軟件公司W(wǎng)CF（Windows Communication Foundation）技術(shù)作為服務(wù)通訊開發(fā)平臺處理客戶和服務(wù)器之間的消息，在本系統(tǒng)中用于處理控制裝置、手機(jī)設(shè)備和本服務(wù)系統(tǒng)之間收發(fā)消息。由于WCF技術(shù)是專門用于面向服務(wù)開發(fā)，通過圖3，可以看到此項(xiàng)技術(shù)很好的解決了本系統(tǒng)中大數(shù)量訪問和并發(fā)操作問題，使得系統(tǒng)運(yùn)行更加健壯和穩(wěn)定，由于WCF支持多平臺語言訪問，又很好的支撐了Android系統(tǒng)和iOS系統(tǒng)的開發(fā)兼容性。

2.2 業(yè)務(wù)管理層和數(shù)據(jù)庫管理層搭建技術(shù)要求

本層中的用水管理模塊，采用設(shè)計模式中簡單工廠模式，進(jìn)行框架搭建。由于用水管理模塊下的用水、用水報警、用水結(jié)算、用水結(jié)算報警、用水量統(tǒng)計管理五個分屬模塊的基本功能類似，但執(zhí)行過程不一，所以采用了簡單工廠模式來進(jìn)行管理。本層設(shè)計中將五個模塊管理方法抽象為一個類，然后在各子類設(shè)計時分別進(jìn)行繼承。這樣在使用時僅需聲明一個抽象類對象，初始化實(shí)例對象時，實(shí)現(xiàn)具體子類即可進(jìn)行不同模塊的管理。經(jīng)過工廠方法的使用，不僅使程序簡化、便于管理，而且在有新功能加入時更加容易擴(kuò)展。

3 基于數(shù)據(jù)挖掘的信息推送

在用戶用水過程中，經(jīng)常會發(fā)生漏水事件，從而會給自己及鄰居造成嚴(yán)重后果并帶來諸多困擾。為了減少此類事件的發(fā)生其產(chǎn)生的不良后果，我們需對水表流量進(jìn)行分析建模，實(shí)時監(jiān)控水表流量信息，把符合漏水條件的水表信息通知用戶，使用戶盡早的采取相關(guān)措施，降低損失。

本系統(tǒng)主要采用了決策樹分類技術(shù)，對大量的漏水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，最后形成分類規(guī)則，從而更好的分析和預(yù)測漏水?dāng)?shù)據(jù)。

3.1 數(shù)據(jù)挖掘方式：決策樹模型

決策樹（Decision Tree）是用于分類和預(yù)測的主要技術(shù)，它著眼于從一組無規(guī)則的事例推理出決策樹表示形式的分類規(guī)則，采用自上而下的遞歸方式，決策樹內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行屬性值的比較，并根據(jù)不同屬性判斷從該節(jié)點(diǎn)向下分支，在決策樹的葉節(jié)點(diǎn)得到結(jié)論。因此，從根節(jié)點(diǎn)到葉節(jié)點(diǎn)就對應(yīng)著一條合理規(guī)則，整棵樹就對應(yīng)著一組表達(dá)式規(guī)則。

3.2 算法：ID3算法（Iterative Dichotomiser 3）

ID3算法是Ross Quinlan發(fā)明的一種決策樹算法，它是基于奧卡姆剃刀原理的，即盡量用較少的東西做更多的事，越是小型的決策樹越優(yōu)于大型的決策樹，但盡管如此，也不總是生成最小的樹型結(jié)構(gòu)，而是一個啟發(fā)式算法。

在信息論中，期望信息越小，信息增益就越大，從而純度就越高。ID3算法的核心思想就是以信息增益來度量屬性的選擇，選擇分裂后信息增益最大的屬性進(jìn)行分裂。

3.3 建立決策樹模型

3.3.1 確定對象及目標(biāo)

本系統(tǒng)對可能發(fā)生漏水用戶的信息進(jìn)行分析，并挖掘出由哪些因素可判斷為漏水用戶的水表。如根據(jù)季節(jié)、流水時間、流水量的相互間關(guān)系判斷，分析漏水和正常用水與這些因素間的關(guān)系，最終判斷出每個水表的工作狀態(tài)，能夠及時發(fā)現(xiàn)漏水水表，并通過WEB服務(wù)系統(tǒng)及時關(guān)閉閥門、通知用戶，盡早采取相關(guān)措施，降低損失。

3.3.2 數(shù)據(jù)的收集

本系統(tǒng)按照閥門狀態(tài)、流水狀態(tài)、流量三個內(nèi)容進(jìn)行判斷，具體信息如表1。

3.3.3 結(jié)論決策樹

根據(jù)上述結(jié)果，建立最終決策樹，如圖4所示。

本系統(tǒng)使用上述決策樹最終產(chǎn)生的分類規(guī)則，建立了判斷水表是否漏水的決策樹模型。在實(shí)際應(yīng)用過程中較為準(zhǔn)確的判斷水表是否漏水，并及時通知用戶查看家中用水狀態(tài)，降低漏水帶來的諸多損失，同時也為將來算法的改進(jìn)打下良好基礎(chǔ)。

綜上所述，本文提出了一種基于互聯(lián)網(wǎng)+模式的WEB服務(wù)系統(tǒng)，通過對基于3G技術(shù)的智能水表管制裝置的數(shù)據(jù)管理，及時更新用戶用水?dāng)?shù)據(jù)，進(jìn)行存儲、更新和向用戶手機(jī)進(jìn)行信息推送，使用戶和供水公司能夠了解水表運(yùn)行狀態(tài)并獲取數(shù)據(jù)，即時反饋水表問題和定位問題水表位置，及時進(jìn)行管理、維護(hù)和交費(fèi)等操作，極大縮短了溝通和維護(hù)成本，提高了工作效率和數(shù)據(jù)的時效性。

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作者簡介

常鑫（1982-），女，內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市人?，F(xiàn)為集寧師范學(xué)院數(shù)學(xué)系講師，工程碩士。

作者單位

1.集寧師范學(xué)院數(shù)學(xué)系 內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市 012000

2.烏蘭察布電業(yè)局 內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市 012000