攝像式遠(yuǎn)傳水表管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)研究

滕旭 大連市自來水集團水表有限公司

傳統(tǒng)的水表管理系統(tǒng)逐漸表現(xiàn)出一些缺點，不僅容易出錯，而且還會造成資源的浪費。對此，有必要在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和攝像設(shè)備的支持下設(shè)計并開發(fā)出新型的水表管理系統(tǒng)，以此適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需要。

一、系統(tǒng)原理

采用集中器對攝像頭進行定時控制，以此采集水表所有圖像數(shù)據(jù)，并對其進行臨時存儲，再在網(wǎng)絡(luò)上將圖像數(shù)據(jù)實施傳輸至上位機；系統(tǒng)中，服務(wù)器主要負(fù)責(zé)對圖像信息進行接收，同時識別圖像數(shù)據(jù)，再將水表的具體讀數(shù)臨時存儲至數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，此外，和水表有關(guān)的所有數(shù)據(jù)信息都存儲于數(shù)據(jù)庫，采用數(shù)據(jù)庫進行集中管理；系統(tǒng)的客戶端可以為客戶提供操作簡便的平臺，實現(xiàn)對信息的提取與查看等功能。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)是將C/S模式作為基礎(chǔ)實現(xiàn)的，也就是基本的客戶端與服務(wù)器基本模式。這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：系統(tǒng)的服務(wù)器僅負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)源，則系統(tǒng)的客戶端可實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與顯示，在計算機上安裝不同的客戶端軟件，無須重復(fù)和頻繁的安裝?；诖?，采用一個服務(wù)器即可在相同的時間和多個客戶端實現(xiàn)通信，使系統(tǒng)達(dá)到快速響應(yīng)與實時更新。

客戶端和服務(wù)器之間根據(jù)通信協(xié)議實現(xiàn)通信，而數(shù)據(jù)庫被放置在服務(wù)器的后端，用于對數(shù)據(jù)進行存儲和管理。服務(wù)器一方面和集中器實現(xiàn)通信進行水表抄表，而另一方面則以客戶端請求為依據(jù)和數(shù)據(jù)庫進行交互，同時將相應(yīng)的數(shù)據(jù)實時返回至客戶端。這樣一來，能防止數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)之間直接相連，提高了數(shù)據(jù)庫自身的安全性。

系統(tǒng)的采集終端主要由攝像頭與水表兩部分構(gòu)成，其中，攝像頭采用RS485總線和集中器相連。對于集中器，主要包含以下幾個部分：一，單片機與GPRS模塊；二，存儲器；三，實時時鐘。其中，單片機在RS485總線支持下對攝像頭進行控制，能實時獲取所有圖片數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過GPRS模塊進入網(wǎng)絡(luò)，并傳輸?shù)椒?wù)器中。系統(tǒng)的服務(wù)器能對數(shù)據(jù)進行解析與識別，然后存儲到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。系統(tǒng)的操作人員可通過客戶端發(fā)出對數(shù)據(jù)進行訪問的請求，繼而完成各類應(yīng)用，只要發(fā)出請求，系統(tǒng)的服務(wù)器就會響應(yīng)和接收，按照需求提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在結(jié)構(gòu)劃分方面，系統(tǒng)可以分成以下四個部分：第一部分為水表圖像采集部分；第二部分為集中器；第三部分為服務(wù)器；第四部分為客戶端。

表1 測試結(jié)果

三、系統(tǒng)組成與原理

（1）該系統(tǒng)的硬件主要包括三部分，即集中器、水表和攝像頭。其中，水表主要負(fù)責(zé)對水量數(shù)據(jù)進行采集，然后采用表面數(shù)字形式對水量數(shù)據(jù)進行回顯；系統(tǒng)的攝像頭能對所有水表實施拍照，對某個時間對應(yīng)的圖像信息進行采集，然后在RS485總線支持下和集中器之間實現(xiàn)通信；而集中器實質(zhì)上是數(shù)據(jù)傳輸與通信主要中轉(zhuǎn)站，它主要具有以下兩個方面的功能：其一，在RS485總線的支持下和采集端實現(xiàn)通信，根據(jù)預(yù)先設(shè)定對攝像頭所有圖像數(shù)據(jù)進行采集；其二，在GPRS網(wǎng)絡(luò)的支持下和服務(wù)器之間實現(xiàn)通信，以此將采集到的所有圖像信息都上傳至服務(wù)器。從以上集中器需要實現(xiàn)的功能可知，需要設(shè)計一個以單片機為核心與基礎(chǔ)的信息處理單元，單片機的型號可以采用ATmega128，并配置f lash存儲器、ME3000型GPRS模塊、實時時鐘芯片、RS485接口電路，在此基礎(chǔ)上設(shè)置好供電電源。

（2）系統(tǒng)的服務(wù)器主要包括兩個部分，即應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫。首先，服務(wù)器能接收在集中器進行上傳的所有圖片數(shù)據(jù)，同時在圖像識別模塊作用下將完成識別的數(shù)據(jù)都存儲至數(shù)據(jù)庫當(dāng)中；其次，服務(wù)器能和客戶端之間實現(xiàn)通信，根據(jù)通信協(xié)議進行解析，并能和數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)交互，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲與讀取，在必要的條件下還能返回至系統(tǒng)客戶端。對于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，能對包含交費、水表和人員等在內(nèi)的所有信息進行存儲，并能供客戶端隨時訪問。

（3）系統(tǒng)的客戶端可以根據(jù)相關(guān)通信協(xié)議與服務(wù)器之間實現(xiàn)通信，為系統(tǒng)的操作人員提供一個人機交互界面?？蛻舳诉€能對操作人員及用戶基本信息進行管理，在交費和報表統(tǒng)計的基礎(chǔ)會上實現(xiàn)系統(tǒng)管理。

四、系統(tǒng)測試

在完成系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)后，應(yīng)立即對其進行測試，包括圖像識別率測試、軟件功能測試和容錯性測試等。對于系統(tǒng)圖像識別模塊，其識別結(jié)果是抄表與水費收取重要依據(jù)，識別結(jié)果是否準(zhǔn)確非常重要，由于可能采集到的圖像有很多，所以有必要對輸入圖像進行測試，具體的測試結(jié)果如表1所示。

從表1結(jié)果可知，基于現(xiàn)有條件采集到的所有圖片，都可以使用該系統(tǒng)準(zhǔn)確識別，實際的識別率能達(dá)到100%，和預(yù)期要求完全一致，驗證了該系統(tǒng)算法的可行性、穩(wěn)定性及可靠性。軟件功能測試指的是對系統(tǒng)軟件具有的功能進行測試，確定能否達(dá)到預(yù)期要求。在實際的測試會過程中，需要針對不同的模塊，按照具體功能需要來逐個測試，并通過多次的修改與測試，使軟件功能滿足設(shè)計要求。容錯性測試主要目的在于對用戶輸入和邊界與極端狀態(tài)進行檢驗測試，確定軟件能否給出正確的錯誤提示，同時照常運行，避免產(chǎn)生實際與異常退出。

五、結(jié)語

綜上所述，以上管理系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)的支持下能對水表數(shù)據(jù)進行實時傳輸，在遠(yuǎn)程對水表系統(tǒng)進行管理，進而在正常收取水費的基礎(chǔ)上減少成本，提高公式實際工作效率，表現(xiàn)出良好應(yīng)用與發(fā)展前景。