基于3G技術的智能水表WEB服務系統的研究

常鑫++李北星

摘 要 基于3G技術的智能水表WEB服務系統，是為智能水表控制裝置和手機客戶端提供數據支持的服務器端軟件。本服務系統實現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以及所處狀態，并在發生危急情況時立即關閉家中水閥，將損失降至最低。也可以在月底結算費用時，使用微信、支付寶、快捷支付、網上銀行等多種支付方式快捷支付水費。同時，自來水公司可通過后臺的管理系統，時時統計、監測用戶的用水過程和出現的問題，并及時得以解決，極大的提高了工作效率。本系統不僅實現了用戶用水信息的網上管理，也是傳統行業基于“互聯網+”技術的又一實際應用。

【關鍵詞】智能表 Web服務 階梯水價 遠程服務 互聯網+

隨著我國“互聯網+”時代的到來，各行各業都紛紛轉型，進入網絡信息管理時代。自來水管理公司也已經實現了網上銀行交費等網絡管理，但用戶信息和水表仍然處于脫節管理的狀態，中間各個環節仍然需要人工管理，如：抄表需要人工統計，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。基于3G技術智能水表控制裝置加上WEB服務系統的出現，實現用戶網上管理、用水價格自動結算、銀行收費自動對賬等功能，省去中間各環節的人工成本，在提高統計與計算效率的同時，降低錯誤率，真正實現了網絡自動化管理。

1 WEB服務系統功能設計

本服務系統共有12項功能，包括用戶信息管理、權限管理、黑名單信息管理、水價管理、區域管理；用水管理、用水結算管理、用水報警管理、用水結算報警管理、用水量統計管理、設備狀態與控制管理；信息推送管理。系統服務功能模塊如圖1所示。

2 WEB云服務系統設計

本系統分為三層：云服務層、業務管理層、數據管理層。云服務層用于響應來自智能水表控制裝置和手機端發來的數據訪問請求，根據不同的請求信息在進行查詢和更新操作后，返回響應信息。業務管理層用于處理來自云服務層的請求數據，按照業務類型進行數據的處理與分發。數據管理層用于處理來自業務層的數據查詢與更新請求，并返回查詢結果。系統設計框架圖如圖2所示。

2.1 云服務層搭建技術要求

本層采用微軟件公司WCF（Windows Communication Foundation）技術作為服務通訊開發平臺處理客戶和服務器之間的消息，在本系統中用于處理控制裝置、手機設備和本服務系統之間收發消息。由于WCF技術是專門用于面向服務開發，通過圖3，可以看到此項技術很好的解決了本系統中大數量訪問和并發操作問題，使得系統運行更加健壯和穩定，由于WCF支持多平臺語言訪問，又很好的支撐了Android系統和iOS系統的開發兼容性。

2.2 業務管理層和數據庫管理層搭建技術要求

本層中的用水管理模塊，采用設計模式中簡單工廠模式，進行框架搭建。由于用水管理模塊下的用水、用水報警、用水結算、用水結算報警、用水量統計管理五個分屬模塊的基本功能類似，但執行過程不一，所以采用了簡單工廠模式來進行管理。本層設計中將五個模塊管理方法抽象為一個類，然后在各子類設計時分別進行繼承。這樣在使用時僅需聲明一個抽象類對象，初始化實例對象時，實現具體子類即可進行不同模塊的管理。經過工廠方法的使用，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展。

3 基于數據挖掘的信息推送

在用戶用水過程中，經常會發生漏水事件，從而會給自己及鄰居造成嚴重后果并帶來諸多困擾。為了減少此類事件的發生其產生的不良后果，我們需對水表流量進行分析建模，實時監控水表流量信息，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措施，降低損失。

本系統主要采用了決策樹分類技術，對大量的漏水數據進行分析挖掘，最后形成分類規則，從而更好的分析和預測漏水數據。

3.1 數據挖掘方式：決策樹模型

決策樹（Decision Tree）是用于分類和預測的主要技術，它著眼于從一組無規則的事例推理出決策樹表示形式的分類規則，采用自上而下的遞歸方式，決策樹內部節點進行屬性值的比較，并根據不同屬性判斷從該節點向下分支，在決策樹的葉節點得到結論。因此，從根節點到葉節點就對應著一條合理規則，整棵樹就對應著一組表達式規則。

3.2 算法：ID3算法（Iterative Dichotomiser 3）

ID3算法是Ross Quinlan發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于大型的決策樹，但盡管如此，也不總是生成最小的樹型結構，而是一個啟發式算法。

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行分裂。

3.3 建立決策樹模型

3.3.1 確定對象及目標

本系統對可能發生漏水用戶的信息進行分析，并挖掘出由哪些因素可判斷為漏水用戶的水表。如根據季節、流水時間、流水量的相互間關系判斷，分析漏水和正常用水與這些因素間的關系，最終判斷出每個水表的工作狀態，能夠及時發現漏水水表，并通過WEB服務系統及時關閉閥門、通知用戶，盡早采取相關措施，降低損失。

3.3.2 數據的收集

本系統按照閥門狀態、流水狀態、流量三個內容進行判斷，具體信息如表1。

3.3.3 結論決策樹

根據上述結果，建立最終決策樹，如圖4所示。

本系統使用上述決策樹最終產生的分類規則，建立了判斷水表是否漏水的決策樹模型。在實際應用過程中較為準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，降低漏水帶來的諸多損失，同時也為將來算法的改進打下良好基礎。

綜上所述，本文提出了一種基于互聯網+模式的WEB服務系統，通過對基于3G技術的智能水表管制裝置的數據管理，及時更新用戶用水數據，進行存儲、更新和向用戶手機進行信息推送，使用戶和供水公司能夠了解水表運行狀態并獲取數據，即時反饋水表問題和定位問題水表位置，及時進行管理、維護和交費等操作，極大縮短了溝通和維護成本，提高了工作效率和數據的時效性。

參考文獻

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作者簡介

常鑫（1982-），女，內蒙古自治區烏蘭察布市人。現為集寧師范學院數學系講師，工程碩士。

作者單位

1.集寧師范學院數學系 內蒙古自治區烏蘭察布市 012000

2.烏蘭察布電業局 內蒙古自治區烏蘭察布市 012000