基于圖像識別技術讀表系統的設計與應用

1 概述

隨著供熱企業對節能降耗、管理合規和信息化需求的不斷提高，各類基礎數據的采集對于設備運行和能耗管理更加重要。傳統的人工抄表、巡檢方法不僅成本較高、效率較低，而且很難及時、準確掌握設備運行狀態和用能情況。有的供熱企業雖已建成運營監控平臺，但由于底層數據收集問題，導致后端的能耗分析、管理等功能較難發揮作用。

圖像采集及識別技術的一種應用是儀表讀數的采集，在工業領域中，有大量的儀表采用表頭進行數據的表征，現場人員可以直接觀察表頭來獲得相關數據。隨著技術進步，通過將自動化控制手段與圖像識別技術有機結合，可實現現場儀表讀數的采集、識別、儲存、分析的自動化完成。既節省了人工抄表成本，又提高了數據采集的效率與準確性。本文對基于圖像識別技術讀表系統的設計進行探討，分析應用效果。

2 讀表系統設計

2.1 系統架構

讀表系統架構見圖1。讀表系統分為數據采集層、網絡傳輸層、應用管理層。數據采集層包括現場儀表、讀表終端設備。現場儀表包括指針式儀表、字輪式儀表、數碼式儀表、液晶儀表等，主要用于工藝數據測量。讀表終端設備包括照相機、攝像機、圖像采集模塊，主要完成儀表讀數的圖像采集、發送以及接收控制指令等。網絡傳輸層采用無線網絡將儀表讀數圖像傳輸到應用管理層的上位服務器，然后利用阿里云等提供的圖像識別服務對圖像進行識別，并將結果反饋并儲存在上位服務器的數據庫中，以進行二次利用和分析。

沿河地區民居建筑平面形式豐富，正房面闊三間、五間或七間，有相當多采用帶檐廊和甩袖的平面形式，部分民居以窯洞為正房；廂房多采用三開間不帶甩袖的平面；臨時性或附屬建筑多為兩開間平面。山區民居院內建筑等級差別不大，多為不帶甩袖的三開間平面。多開間及帶甩袖民居建筑平面的產生與當地不同代際共同生活的居住模式息息相關。以五開間南北向建筑為例，“長輩一般住東邊三間，中間會有一個小廳，晚輩住西邊兩間（圖10）。”1）甩袖的做法可以增加室內空間，前后墻一般都會砌筑小土炕，兩炕之間用土灶或火爐聯系，或者可將土灶砌筑在室外檐廊盡端。

2.2 讀表終端設備硬件的主要部分：圖像采集模塊

圖像采集模塊包括主控微處理器、圖像傳感器、緩存芯片、無線傳輸模塊、電源模塊、時鐘模塊等，組成見圖2。

主控微處理器通過外置引腳與其他模塊連接，實現與各模塊的數據與指令傳輸。圖像采集模塊利用圖像傳感器獲取儀表讀數圖像，經緩存芯片傳輸至主控微處理器。主控微處理器將收到的儀表讀數圖像信息通過無線傳輸模塊發送到上位服務器，進而通過圖像識別服務進行識別并返回識別后的數據，從而實現遠程讀取儀表讀數的功能。讀表終端設備采用電池供電，電源模塊的設計充分考慮了低功耗與傳輸可靠性。

紫坪鋪龍抬頭無壓泄洪洞洞內最大流速約45 m/s，經水工模型試驗，將初步設計階段反弧末端2道通氣槽改為5道摻氣坎，其中斜井段（龍抬頭段）設置3道，導流結合段設置2道，使每道摻氣設施保護段長度均小于200 m。九甸峽工程有壓放空泄洪排沙洞在井塔式進水口采用旁通充水管和通氣管，為防止高速水流沖蝕破壞，在閘門出口以后的泄槽（流速為 33～34 m/s）底部設垂直跌坎，以 1∶8底坡直至挑流鼻坎反弧段為起點，閘門后的泄槽兩側各突擴80 cm。

阿里云圖像識別服務是阿里云為開發者提供的一項基礎的圖像識別服務

，采用深度學習的算法。同時，此項服務對于開發人員也十分方便，只需要根據阿里云服務提供的API接口，在客戶端正確調用接口，即可返回識別后相應格式的數據。此外，此項服務適用于任何編程語言的開發，大幅降低了開發門檻，減少了重復開發，擴大了應用范圍。

2.3 讀表終端設備軟件

讀表終端設備軟件是在IAR Embedded Workbench集成環境(由瑞典IAR Systems公司為微處理器開發的一個集成開發環境)下利用C語言進行開發的。軟件整體參照模塊化編程進行設計，劃分為主控芯片驅動設置模塊、圖像采集模塊、無線通信模塊、電源管理模塊等。讀表終端設備軟件架構見圖3。設備通電完成后，首先對各功能模塊進行初始化，確保硬件具備正常工作狀態。接著判斷讀表終端設備是否已在云平臺中進行注冊，已注冊的讀表終端設備可以正常接入平臺。隨后讀表終端設備進入低功耗模式，當初始設定的時鐘中斷觸發時，調用圖像采集程序進行現場儀表讀數拍攝取像，然后通過無線通信程序完成數據的上報，完成現場儀表讀數的遠程圖像采集。

對于現場儀表讀數圖像的自動識別，依次通過調用阿里云圖像識別服務的API接口

，采用HTTP協議以POST方式上傳現場儀表讀數的圖像文件，然后以JSON格式接收阿里云圖像識別服務返回的識別結果。

綜合考慮批量采集、識別效率、開發難度等因素，采用阿里云提供的圖像識別服務。在此基礎上，以Java語言作為開發工具，實現了低成本、方便快捷的圖像識別應用開發解決方案

。

2.4 圖像識別服務

圖像采集主要依靠圖像傳感器完成，在工作前，需要對圖像傳感器進行初始化，包括I/O端口及寄存器序列，寄存器配置決定了圖像傳感器的工作模式(包括增益、通道控制、曝光、輸出格式、分辨率、成像方式、時鐘參數等)。緩存芯片的容量可以儲存2幀QVGA的圖像數據，因此將圖像傳感器設置為QVGA模式

。

圖像傳感器采用CMOS圖像傳感器，體積小巧，工作電壓低，可以輸出VGA、QVGA、QQVGA等格式圖像數據，對環境溫度不敏感，抗干擾能力強，在各種復雜條件下均能對現場儀表的讀數進行很好地拍攝取像

。緩存芯片采用專門用于圖像數據儲存的緩存芯片，支持高速的異步串行I/O讀寫操作

。

4.4 減少非護理工作，提供良好支持 對于一些不需要專業護理人員完成的工作可由其他人員完成，減少護理工作量［5］。發揮輔助部門的效用，減少護士非護理工作的時間，減輕護士的壓力。發揮社會支持系統的作用，通過家庭、親友、同事等的支持，緩解護士的身心壓力。

3 應用效果

圖像識別結果見圖4，圖4右側為當前上傳的現場儀表讀數圖像，左側為歷次識別出的結果。

經過測試，平均識別率可達到95%以上，識別用時達到ms級。識別后的數據還可進入智慧數據平臺，方便管理人員隨時完成數據的監控、修正、統計分析等操作，為上層數據分析平臺提供數據支持。

李嶠汝還真沒想到，母親竟然說出這樣的話。梁叔有工資，一個月接近兩千。就他們倆，吃不愁穿不愁的，還能有什么苦？李嶠汝自認為自己做女兒還算稱職，平時經常塞給母親一些零花錢，過年過節也會給他們買衣服買禮物。她自己離婚后，就更能理解母親當年帶她的不易。當然，她也不吃虧，樂樂的生活費都是母親和梁叔負擔，連學費都沒讓李嶠汝出過。聽說梁叔也曾有過兩個孩子，發大水給沖沒了。梁叔把父愛毫無保留地給了樂樂，比樂樂爸還疼她。

4 結語

基于圖像識別技術的讀表系統實現了對現場儀表讀數的拍照、上傳、識別。讀表系統的識別率達到了95%以上，識別用時達到ms級，可滿足供熱企業對儀表讀數的自動采集、識別需求。

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