基于图像识别技术读表系统的设计与应用

1 概述

随着供热企业对节能降耗、管理合规和信息化需求的不断提高，各类基础数据的采集对于设备运行和能耗管理更加重要。传统的人工抄表、巡检方法不仅成本较高、效率较低，而且很难及时、准确掌握设备运行状态和用能情况。有的供热企业虽已建成运营监控平台，但由于底层数据收集问题，导致后端的能耗分析、管理等功能较难发挥作用。

图像采集及识别技术的一种应用是仪表读数的采集，在工业领域中，有大量的仪表采用表头进行数据的表征，现场人员可以直接观察表头来获得相关数据。随着技术进步，通过将自动化控制手段与图像识别技术有机结合，可实现现场仪表读数的采集、识别、储存、分析的自动化完成。既节省了人工抄表成本，又提高了数据采集的效率与准确性。本文对基于图像识别技术读表系统的设计进行探讨，分析应用效果。

2 读表系统设计

2.1 系统架构

读表系统架构见图1。读表系统分为数据采集层、网络传输层、应用管理层。数据采集层包括现场仪表、读表终端设备。现场仪表包括指针式仪表、字轮式仪表、数码式仪表、液晶仪表等，主要用于工艺数据测量。读表终端设备包括照相机、摄像机、图像采集模块，主要完成仪表读数的图像采集、发送以及接收控制指令等。网络传输层采用无线网络将仪表读数图像传输到应用管理层的上位服务器，然后利用阿里云等提供的图像识别服务对图像进行识别，并将结果反馈并储存在上位服务器的数据库中，以进行二次利用和分析。

沿河地区民居建筑平面形式丰富，正房面阔三间、五间或七间，有相当多采用带檐廊和甩袖的平面形式，部分民居以窑洞为正房；厢房多采用三开间不带甩袖的平面；临时性或附属建筑多为两开间平面。山区民居院内建筑等级差别不大，多为不带甩袖的三开间平面。多开间及带甩袖民居建筑平面的产生与当地不同代际共同生活的居住模式息息相关。以五开间南北向建筑为例，“长辈一般住东边三间，中间会有一个小厅，晚辈住西边两间（图10）。”1）甩袖的做法可以增加室内空间，前后墙一般都会砌筑小土炕，两炕之间用土灶或火炉联系，或者可将土灶砌筑在室外檐廊尽端。

2.2 读表终端设备硬件的主要部分：图像采集模块

图像采集模块包括主控微处理器、图像传感器、缓存芯片、无线传输模块、电源模块、时钟模块等，组成见图2。

主控微处理器通过外置引脚与其他模块连接，实现与各模块的数据与指令传输。图像采集模块利用图像传感器获取仪表读数图像，经缓存芯片传输至主控微处理器。主控微处理器将收到的仪表读数图像信息通过无线传输模块发送到上位服务器，进而通过图像识别服务进行识别并返回识别后的数据，从而实现远程读取仪表读数的功能。读表终端设备采用电池供电，电源模块的设计充分考虑了低功耗与传输可靠性。

紫坪铺龙抬头无压泄洪洞洞内最大流速约45 m/s，经水工模型试验，将初步设计阶段反弧末端2道通气槽改为5道掺气坎，其中斜井段（龙抬头段）设置3道，导流结合段设置2道，使每道掺气设施保护段长度均小于200 m。九甸峡工程有压放空泄洪排沙洞在井塔式进水口采用旁通充水管和通气管，为防止高速水流冲蚀破坏，在闸门出口以后的泄槽（流速为 33～34 m/s）底部设垂直跌坎，以 1∶8底坡直至挑流鼻坎反弧段为起点，闸门后的泄槽两侧各突扩80 cm。

阿里云图像识别服务是阿里云为开发者提供的一项基础的图像识别服务

，采用深度学习的算法。同时，此项服务对于开发人员也十分方便，只需要根据阿里云服务提供的API接口，在客户端正确调用接口，即可返回识别后相应格式的数据。此外，此项服务适用于任何编程语言的开发，大幅降低了开发门槛，减少了重复开发，扩大了应用范围。

2.3 读表终端设备软件

读表终端设备软件是在IAR Embedded Workbench集成环境(由瑞典IAR Systems公司为微处理器开发的一个集成开发环境)下利用C语言进行开发的。软件整体参照模块化编程进行设计，划分为主控芯片驱动设置模块、图像采集模块、无线通信模块、电源管理模块等。读表终端设备软件架构见图3。设备通电完成后，首先对各功能模块进行初始化，确保硬件具备正常工作状态。接着判断读表终端设备是否已在云平台中进行注册，已注册的读表终端设备可以正常接入平台。随后读表终端设备进入低功耗模式，当初始设定的时钟中断触发时，调用图像采集程序进行现场仪表读数拍摄取像，然后通过无线通信程序完成数据的上报，完成现场仪表读数的远程图像采集。

对于现场仪表读数图像的自动识别，依次通过调用阿里云图像识别服务的API接口

，采用HTTP协议以POST方式上传现场仪表读数的图像文件，然后以JSON格式接收阿里云图像识别服务返回的识别结果。

综合考虑批量采集、识别效率、开发难度等因素，采用阿里云提供的图像识别服务。在此基础上，以Java语言作为开发工具，实现了低成本、方便快捷的图像识别应用开发解决方案

。

2.4 图像识别服务

图像采集主要依靠图像传感器完成，在工作前，需要对图像传感器进行初始化，包括I/O端口及寄存器序列，寄存器配置决定了图像传感器的工作模式(包括增益、通道控制、曝光、输出格式、分辨率、成像方式、时钟参数等)。缓存芯片的容量可以储存2帧QVGA的图像数据，因此将图像传感器设置为QVGA模式

。

图像传感器采用CMOS图像传感器，体积小巧，工作电压低，可以输出VGA、QVGA、QQVGA等格式图像数据，对环境温度不敏感，抗干扰能力强，在各种复杂条件下均能对现场仪表的读数进行很好地拍摄取像

。缓存芯片采用专门用于图像数据储存的缓存芯片，支持高速的异步串行I/O读写操作

。

4.4 减少非护理工作，提供良好支持 对于一些不需要专业护理人员完成的工作可由其他人员完成，减少护理工作量［5］。发挥辅助部门的效用，减少护士非护理工作的时间，减轻护士的压力。发挥社会支持系统的作用，通过家庭、亲友、同事等的支持，缓解护士的身心压力。

3 应用效果

图像识别结果见图4，图4右侧为当前上传的现场仪表读数图像，左侧为历次识别出的结果。

经过测试，平均识别率可达到95%以上，识别用时达到ms级。识别后的数据还可进入智慧数据平台，方便管理人员随时完成数据的监控、修正、统计分析等操作，为上层数据分析平台提供数据支持。

李峤汝还真没想到，母亲竟然说出这样的话。梁叔有工资，一个月接近两千。就他们俩，吃不愁穿不愁的，还能有什么苦？李峤汝自认为自己做女儿还算称职，平时经常塞给母亲一些零花钱，过年过节也会给他们买衣服买礼物。她自己离婚后，就更能理解母亲当年带她的不易。当然，她也不吃亏，乐乐的生活费都是母亲和梁叔负担，连学费都没让李峤汝出过。听说梁叔也曾有过两个孩子，发大水给冲没了。梁叔把父爱毫无保留地给了乐乐，比乐乐爸还疼她。

4 结语

基于图像识别技术的读表系统实现了对现场仪表读数的拍照、上传、识别。读表系统的识别率达到了95%以上，识别用时达到ms级，可满足供热企业对仪表读数的自动采集、识别需求。

[1] 陶陶，梅金东，王小林，等. 基于NB-IoT的智能膜式燃气表系统设计与实现[J]. 计算机测量与控制，2021(3)：243-247.

[2] 杨帅，顾思思. 基于OCR车牌识别技术的停车管理系统设计与实现[J]. 电脑与电信，2020(6)：6-9.

[3] 薛玉磊. 图像识别云服务自动测试系统设计与实现(硕士学位论文)[D]. 北京：北京邮电大学，2019：47-50.

[4] 苏东出，孙萍. 基于阿里云的身份信息采集系统的实现[J]. 内蒙古科技与经济，2018(17)：71-73.