CN110782647A - 基于图像识别的智能抄表系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于图像识别的智能抄表系统，包括图像采集模块、数值识别软件、数据传输模块和管理平台；图像采集模块用于采集计量表的读数图像并将读数图像传输到数值识别软件；数值识别软件用于接收读数图像，识别读数图像中的读数数值，并将读数数值传输到数据传输模块；数值识别软件还包括提醒模块，提醒模块用于接收数据传输模块传输的提醒通知；数据传输模块用于将读数数值传输到管理平台，还用于接收管理平台的提醒通知；管理平台与数据传输模块使用无线方式进行通信，用于使用微服务通过分布式处理的方式对读数数值进行实时处理；实时处理为数据清洗；管理平台还用于根据实时处理结果向数据传输模块发送提醒通知。

Description

基于图像识别的智能抄表系统

技术领域

本发明涉及记录计量表的测量值的技术领域，具体涉及一种基于图像识别的智能抄表系统。

背景技术

目前在我国的大部分地域，水、电、气等民用的计量表都还是非智能型、无法进行远程自动抄表的普通计量表。为对居民使用的水费、电费、气费进行收费，仍只能采用抄表工作人员入户、进行人工抄表的方式，对居民所用的用水量、用电量和用气量进行核准。

现有技术中公开了一种使用图像识别技术进行智能抄表的技术方案，该技术方案使用手持式终端设备对计量表的读数图像进行拍摄和图像识别，将识别到的数值数据传输到远端系统。还有另一种使用图像识别技术进行智能抄表的技术方案，还公开了远端系统会对接收到的数值数据，以计算机程序辅助人工校验的方式进行数据纠错处理。但这一系列技术方案都没有解决以下技术问题：对计量表的读数图像进行图像识别是有出错的概率的，如果系统没能在抄表工作人员还未离开该居民家所在楼层时，就将数据错误的信息分析出来并回传给抄表工作人员以作提醒，那么抄表工作人员就需要再次去该居民家重新抄表，花费大量时间在路途往返上，浪费工作时间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于图像识别的智能抄表系统，以解决现有技术中存在的如果抄表时数据出错后，抄表工作人员需要再次去居民家重新抄表的技术问题。

本发明提供一种基于图像识别的智能抄表系统，包括图像采集模块、数值识别软件和数据传输模块；

图像采集模块与数值识别软件相连接，用于采集计量表的多帧读数图像并将多帧读数图像传输到数值识别软件；

数值识别软件包括采集控制单元、图像对比单元和图像识别单元；采集控制单元用于控制图像采集模块是否进行图像采集动作；

图像对比单元用于接收图像采集模块采集到的多帧读数图像，对多帧读数图像的一致性进行对比，并将对比结果传输到采集控制单元；图像对比单元还用于将多帧读数图像中的任意一帧传输给图像识别单元；

图像识别单元用于识别读数图像，并将识别出的读数数值传输到数据传输模块，通过数据传输模块进行数据传输。

进一步的，图像采集模块使用拍摄视频的方式进行多帧读数图像的采集。

进一步的，图像对比单元采用的对比方法是：把多帧读数图像的数据转化成Base64字串，比较这些字串的一致度。

进一步的，基于图像识别的智能抄表系统还包括管理平台，管理服务平台与所述数据传输模块进行实时通信，管理平台使用微服务通过分布处理的方式，对接收到的数据传输模块传输的读数数值进行数据实时处理。

进一步的，数据实时处理包括检查错误数据和残缺数据。

进一步的，数据传输模块还包括存储器和控制器，所述存储器和控制器用于数据断网续传；所述存储器与用于存储读数数值；所述控制器用于判断数据传输模块是否与管理平台建立了通信连接；所述控制器还与存储器相连接，用于控制对存储器读、写数据。

进一步的，计量表为燃气表。

进一步的，图像采集模块为手机上的摄像头。

进一步的，数值识别软件为手机APP。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果：

1.本发明使用的数值识别软件使用图像对比单元，把采集到的多帧读数图像的数据转化成Base64字串并比较这些字串的一致度，用来对图像采集模块采集到的多帧读数图像进行快速对比预判，这样可以在图像采集阶段就将有误的读数图像排除在外，从源头上减少有误的读数图像对后续数值识别的影响。

2.数据传输模块将数值识别软件识别到的计量表读数数值传输到管理平台，管理平台使用微服务通过分布式处理的方式，对读数数值进行包括检查错误数据和残缺数据在内的实时处理。如果实时处理的结果判断数据有误，会发送提醒信息给数值识别软件，在第一时间提醒抄表工作人员进行再次抄表。这样就可以避免抄表工作人员在离开居民家后很长时间或者很远距离，才发现抄表数据有误，需要花费更多时间在往返路途上，浪费工作时间。

3.数据传输模块还包括存储器和控制器，可以实现数据断网续传的功能；这样在很多网络信号不好的地方，也可以保证数值识别软件识别到的读数数值，在网络恢复通信后能够传输到管理平台上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明系统架构示意图。

图2为本发明的另一种系统架构示意图。

图3为本发明数据断网续传架构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种基于图像识别的智能抄表系统，包括图像采集模块、数值识别软件和数据传输模块；

图像采集模块与数值识别软件相连接，用于采集计量表的多帧读数图像并将多帧读数图像传输到数值识别软件；

数值识别软件包括采集控制单元、图像对比单元和图像识别单元；采集控制单元用于控制图像采集模块是否进行图像采集动作；

图像对比单元用于接收图像采集模块采集到的多帧读数图像，对多帧读数图像的一致性进行对比，并将对比结果传输到采集控制单元；图像对比单元还用于将多帧读数图像中的任意一帧传输给图像识别单元；

图像识别单元用于识别读数图像，并将识别出的读数数值传输到数据传输模块，通过数据传输模块进行数据传输。

在本实施例中，对于计量表可以是水表、电表、燃气表，等等；在本实施例中以燃气表为例举例说明。抄表工作人员使用通过本发明的技术方案形成的产品时，图像采集模块、数值识别软件和数据传输模块一般是集成为一部手持式终端。在本实例中，这种手持式终端以手机为例举例说明；其中：图像采集模块为手机的摄像头，数值识别软件为手机APP,数据传输模块为手机的4G通信模块。

以下对实施例1其工作原理进行详细说明：

抄表工作人员进入居民家中后，拿出手机，点击手机屏幕上的数值识别软件，启动数值识别软件工作。此时手机屏幕会显示进入数值识别软件的界面，将手机的后置摄像头正对燃气表的计量数字区域，点击“开始识别”按键，此时数值识别软件的采集控制单元会控制手机的后置摄像头进行图像采集。

在本实施例中，抄表工作人员在使用手机的后置摄像头进行对燃气表的读数图像采集过程中，如果是采用拍照的方式进行读数图像的采集，可能会出现因为手抖而使得拍摄到的读数图像不清晰，导致数值识别软件将读数图像中的某一位或某几位作为缺省值进行识别，使得识别出来的数据有残缺数据。本发明让手机的后置摄像头使用拍摄视频的方式，对燃气表的读数区域进行读数图像的采集。拍摄的视频可以分解成多帧读数图像，一般的，1秒视频可以分解成24帧读数图像。在本实施例中，优选的，每次视频设置0.2秒的拍摄时间，这样可以得到4帧读数图像，

然后数值识别软件把这4帧读数图像发送到图像对比单元，图像对比单元对这4帧读数图像进行相似度的对比，并将对比结果传输到采集控制单元。这种只进行相似度的对比不需要进行图像分割、特征量提取等操作。在本实施例中，对读数图像相似度的对比，不是使用轮询图像中的每一个像素，而是把多张读数图像的数据转化成一串Base64字串，然后只要比较这些字串是否一致就可以了。这样可以大大提高图像对比单元的处理速度，一般按轮询像素的方法需要1-2秒，而比较字符串的方法只需要0.1～0.2秒。如果4帧读数图像分别转化出来的Base64字串都是一致的，那么表明拍摄到的4帧读数图像都是正确的，这样可以不对燃气表的读数图像进行再次采集，而将其中任意一张读数图像作为图像识别单元的输入。如果4帧读数图像分别转化出来的Base64字串不完全一致，则表明拍摄到的4帧读数图像其中至少有1张是不完全正确的，这样采集控制单元就会控制手机的后置摄像头，再次采集燃气表的读数图像，直至4帧读数图像分别转化出来的Base64字串都是一致的。因每次拍摄视频的时间为0.2秒，快速对比预判的处理时间为0.1～0.2秒，即使连续重复该过程20次，也才花8秒时间。从抄表人员的日常操作来看，拍摄时不太会出现连续8秒之内手一直在抖动。所以，本实施例中的技术方法，一般可以在不超过10秒内完成。通过这种方式，可以把拍摄时手抖等原因而造成的读数图像模糊，而使得后续的图像识别不能很好识别出数据的情况提前规避掉，可以在图像采集阶段就将有误的读数图像排除在外，从源头上减少有误的读数图像对后续数值识别的影响。

经过图像对比单元快速对比预判后的读数图像，数值识别软件中的图像识别单元会根据图像对燃气表的读数数值进行识别。具体的，数值识别软件对燃气表的读数区域进行图像预处理、图像分割，再进行模板匹配，完成对读数数值的识别。图像预处理是对待识别的图像进行灰度化和二值化的处理，得到一副只包含0和255两种数字的预处理图像。然后对预处理图像进行图像分割，从图像的左上角开始，从左到右、从上到下逐行扫描，将0和255分别标识成不同的区域，得出切割后的数字图片，数字图片为多张，每张数字图片对应燃气表读数中的一个数字。最后将切割后的多张数字图片，分别于0-9这10个数字的模板进行匹配对比，识别出每个数字，得出燃气表的读数。识别小数点的方法和识别数字的方法一致。

当数值识别软件识别出了燃气表的读数后，会在操作界面上显示“完成识别”字样以作提示。此时抄表工作人员可以将手机移开，继续完成其他工作。数值识别软件会自动将读数数值传输到手机的4G通信模块，4G通信模块用于将读数数值向外部传输。

实施例2

现有的技术方案中，管理平台对读数数值的错误识别处理实时性不好，一般管理平台对抄表工作人员采集的数据采用分批次集中处理的策略。这样可能会出现较长的一段时间后，比如几小时后、甚至几天之后才发现某些数据出错，这样就又需要抄表工作人员重新上门抄表。

为解决上述技术问题，在实施例1的基础上进一步优化，基于图像识别的智能抄表系统还包括管理平台，管理服务平台与所述数据传输模块进行实时通信，管理平台使用微服务通过分布处理的方式，对接收到的数据传输模块传输的读数数值进行数据实时处理；数据实时处理包括检查错误数据和残缺数据。

以下对实施例2其工作原理进行详细说明：

在本发明的技术方案中，管理平台接收到读数数值后，会使用微服务通过分布式处理的方式对读数数值进行实时处理。管理平台把每一个上传的读数数值，对应分配一个微服务，这样即使同时有多个数据上传，也可以通过分布式处理的方式实现并行实时处理，保证对于每一个数据的实时处理响应时间都小于1秒。

实时处理采用的技术手段包括检查错误数据和残缺数据。比如：数据在无线传输的过程中出现了误码，这就是错误数据的一种情况，或者燃气表的读数区域有1个数字被遮挡住了，没识别出来，发给管理平台的读数数值就会有1位数字显示缺失，这就是残缺数据的一种情况。使用微服务通过分布式处理的方式，针对读数数值检查错误数据和残缺数据，因燃气表的读数一般只有十几位数字，数据量不大；对于一个十几位数字，检查错误数据和残缺数据的处理时间，在使用C语言或C++语言编程，在CPU为I7的情况下，一般是在1秒以内的。考虑到如果是多个数据同时需要校验，管理平台分配微服务的需要花时间，整个处理过程也能控制在10秒以内。

如果实时处理发现了残缺数据和错误数据，管理平台就会立即向数值识别软件发送提醒通知。该通知由手机的4G通信模块接收到后，传输给数值识别软件的提醒单元，提醒单元会弹出提醒信息，比如：“XX户抄表数据有误，请核实”。这样，如果读数数值有误，从抄表工作人员看到数值识别软件弹出“完成识别”到弹出“XX户抄表数据有误，请核实”，也就短短几十秒的时间。此时，抄表工作人员可以很方便的回到居民家中进行再次抄表并确认。

实施例3

在实施例1中，将数值识别软件识别到的燃气表读数数值传输给管理平台使用的是4G网络通信，而在现实生活中，有很多地方的4G网络信号并不好，特别是在厨房这类位于房子角落处的房间，并且抄表工作人员一般是连续进入居民家中的厨房，所以有较大概率会出现读数数值一直无法传输到管理平台的情况。

为解决这个问题，在实施例1的基础上进一步优化，数据传输模块还包括存储器和控制器，存储器和控制器用于数据断网续传。

以下对实施例3其工作原理进行详细说明：

给4G通信模块划分存储器和控制器，存储器可以使用手机自带的FLASH芯片，存储器用于存储读数数值。控制器是使用软件编写的一个程序，用于判断数据传输模块是否与管理平台建立了通信连接；控制器还与存储器相连接，用于控制对存储器读、写数据。控制器以预设周期读取数据传输模块与管理平台的通信状态，判断与管理平台的连接是否发生中断。如果数据传输模块与管理平台连接正常，控制器不作其它操作。如果数据传输模块与管理平台连接中断，控制器会控制数据传输模块将读数数据传输给存储器。然后，控制器会按预设的时间值，重复、多次读取数据传输模块与管理平台的通信状态，判断与管理平台是否重新连接；如果重新连接，控制器会控制数据传输模块读取存储器存储的读数数据，并传输给管理平台。

如果到下一个数据采集、传输周期，仍旧与服务器连接中断，控制器会控制数据通信模块将环境监测数据再一次传输给存储器，此时存储器中存储了前后两个数据采集、传输周期的环境监测数据。控制器会继续按预设的时间值，重复、多次读取数据通信模块与服务器的通信状态，直到与服务器重新正常连接，并将存储器中、分次存储的所有环境监测数据传输给服务器。这样，就可以保证数值识别软件识别到的读数数值，在网络恢复通信后能够传输到管理平台上。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种基于图像识别的智能抄表系统，其特征在于：包括图像采集模块、数值识别软件和数据传输模块；

所述图像采集模块与数值识别软件相连接，用于采集计量表的多帧读数图像并将多帧读数图像传输到数值识别软件；

所述数值识别软件包括采集控制单元、图像对比单元和图像识别单元；所述采集控制单元用于控制图像采集模块是否进行图像采集动作；

所述图像对比单元用于接收图像采集模块采集到的多帧读数图像，对多帧读数图像的一致性进行对比，并将对比结果传输到采集控制单元；所述图像对比单元还用于将多帧读数图像中的任意一帧传输给图像识别单元；

所述图像识别单元用于识别读数图像，并将识别出的读数数值传输到数据传输模块，通过数据传输模块进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能抄表系统，其特征在于：所述图像采集模块使用拍摄视频的方式进行多帧读数图像的采集。

3.根据权利要求2所述的一种基于图像识别的智能抄表系统，其特征在于，所述图像对比单元采用的对比方法是：把多帧读数图像的数据转化成Base64字串，比较这些字串的一致度。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能抄表系统，其特征在于：还包括管理平台，所述管理服务平台与所述数据传输模块进行实时通信，所述管理平台使用微服务通过分布处理的方式，对接收到的数据传输模块传输的读数数值进行数据实时处理。

5.根据权利要求2所述的一种基于图像识别的智能抄表系统，其特征在于：所述数据实时处理包括检查错误数据和残缺数据。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能抄表系统，其特征在于：所述数据传输模块还包括存储器和控制器，所述存储器和控制器用于数据断网续传；所述存储器与用于存储读数数值；所述控制器用于判断数据传输模块是否与管理平台建立了通信连接；所述控制器还与存储器相连接，用于控制对存储器读、写数据。

7.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能抄表系统，其特征在于：所述计量表为燃气表。

8.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能抄表系统，其特征在于：所述图像采集模块为手机上的摄像头。

9.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能抄表系统，其特征在于：所述数值识别软件为手机APP。

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