International Journal of Plant Engineering and Management Vol．21 No．1 March 2016
DOI: 10．13434 / j．cnki．1007-4546．2016．0104
Design and Implementation of Intelligent Water Meter Ｒeading System
XU Tao-tao1，2
1 68206 Forces，Linxia Gansu，731100，P． Ｒ． China
2 School of Computer Science，Northwestern Polytechnical University，Xi#39;an 710072，P． Ｒ． China
Abstract: With the rise of intelligent residential housing project and the implement of intelligent meter reading system，the four become the typical representative at the same time，they also become the short board of the old residential intelligent direction and constraints． As one of the four meter is an important measurement tool to save water resources． In the process of the development of society and technology，different types of meter reading methods have been derived，but there are still many problems，such as difficulty，time consuming，error copy， misreading． With the current mature image processing technology， the Internet technology and the rapid development of handheld intelligent terminal，the paper develop a meter reading system base on the Android system． The system can reduce the work intensity and the cost of meter reading，and it can make up the blank which old district and the mechanical meter reading can not be intelligent．
Keywords: image processing; character segmentation; android; character recognition
Introduction
Along with our country infrastructure construction and sustainable development of all types of housing projects and promotion，the intelligent community has become the mainstream trend of building industry［1］． Intelligent meter reading system，access control system，vehicle management system and property management system have become the typical representative． Water meter reading system，as one of the meter reading system，is a system which uses modern advanced computer， image acquisition， pattern recognition， water quantity
Ｒeceived 05 March 2016
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measurement and so on． Those development greatly improves the efficiency of management and control of
national water resources，and can enhance the living convenience of contemporary city residents，from the development of water meter reading mode，it can be divided into four stages，such as household meter reading， meter reading of entering door，intelligent meter reading，outdoor unit summary of meter reading［2］． Meter reading of entering door is a major way in the eighty or ninety#39; s，but now，the way is extremely cost of manpower and material resources; work areas and environment outdoor reading are bad work; outdoor unit summary of meter reading is billed per capita，it will appear waste and unfair phenomenon when copy and count． According to the increase in reading work and many problems of artificial meter reading，some people create intelligent meter reading system by applying the modern science and technology invention． Three types of the derivatives have advantages and disadvantages［3］，the advantages are no need of manual meter reading， manual statistics，reducing the follow-up work of the water meter reading． But the smart IC card meter with high price，unreliable quality and security risks is only applie to the emerging and mature community． Wire centralized meter reading require advance laying lines，its workload is heavy，its network easily damaged． Wireless intelligent meter reading method use the hand-held meter reading machine to collect water information through wireless or wired way，these information can be transmitted to the management center computer of the running water company，this way is simple，convenient and fast，but with low cost and reliable network． It basically does not exist the problems and disadvantages in the first two ways，but it still need to work on the scene to carry out the meter reading．
In 2011，Android intelligent mobile phone platform which listed 2 years of phone market overstep the Symbian system which dominate the mobile phone market for 10 years，the system become widely-used，powerful，fast response，interface，intelligent，open operating system，and the world#39; s mobile phone manufacturers want to produce the smart phone which is equipped the system． This has become a necessity for people to live，if we can develop a meter reading software by image processing technology，pattern recognition technology，data encryption technology，wireless network transmission technology in the smart phone． This paper focuses to discuss and verify that the software will greatly reduce in the work intensity of the meter reading，and the cost of the meter reading， and avoid a variety phenomenon of human leakage copy． Especially the IC card water meter reading is widely applied in the emerging area，the smart phones can make up the blank which old district and the mechanical
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meter reading can not be intelligent，it is still worth the development and promotion of meter reading methods．
System design
With the rapid development of computer network and handheld terminal，in this paper，the intelligent meter reading data acquisition system will be designed and developed based on the image processing technology， pattern recognition technology，wireless network transmission technology and Android platform． The system is mainly used to fill in the gaps in the market and reduce the cost of meter reading．
2. 1 Overall scheme design
The operation process of system is to use the mobile phone to take pictures as the starting point for the user， mobile phone which is implanted the image processing and character recognition module identify the accurate reading of the current meter． At last，the water quantity information and the water meter picture are uploaded to the server of the running water comp
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智能水表抄表系统的设计与实现
徐涛涛1,2
1 68206部队，甘肃临夏，731100，P。R. 中国
2西北工业大学计算机学院，西安710072，P。R. 中国
摘要：随着智能住宅项目的兴起和智能抄表系统的实施，四者同时成为典型代表，它们也成为老住宅智能化方向和制约的短板。 作为四米仪表之一，是节约水资源的重要测量工具。 在社会和技术发展的过程中，已经推导出了不同类型的抄表方法，但仍存在诸如难度大，费时，错误拷贝，误读等问题。 随着当前成熟的图像处理技术，互联网技术和手持智能终端的快速发展，本文开发了基于Android系统的抄表系统。 该系统可以减少抄表的工作强度和成本，可以弥补旧区和机械抄表不能智能化的空白。
关键词：图像处理; 字符分割;机器人; 字符识别
1简介
随着我国基础设施建设和各类住房项目的可持续发展和推广，智能社区已成为建筑业的主流趋势[1]。智能抄表系统，门禁系统，车辆管理系统和物业管理系统已成为典型代表。水表抄表系统作为抄表系统之一，是一个采用现代先进计算机，图像采集，模式识别，水量测量等系统。这些发展大大提高了管理和控制的效率，
可以提高当代城市居民的生活便利性，从水表抄表模式的发展来看，可分为住户抄表，入户抄表，智能抄表，户外单元四个阶段抄表总结[2]。入门抄表是80年代或90年代的一个主要方式，但现在这种方式是极其耗费人力和物力的;工作区域和环境户外阅读是不好的工作;室外单位对人均抄表的总结，在抄数时会出现浪费和不公平的现象。随着阅读工作的增多和人工抄表的诸多问题，一些人运用现代科学技术发明创造了智能抄表系统。三种类型的衍生产品有其优点和缺点[3]，其优点是无需手动抄表，手动统计，减少了水表读数的后续工作。但价格高，质量不稳定，安全隐患大的智能IC卡仪表仅适用于新兴成熟的社区。电线集中抄表需要先进的敷设线，工作量大，网络易损坏。无线智能抄表方式利用手持抄表机通过无线或有线的方式采集水的信息，这些信息可以传输到自来水公司的管理中心计算机，这种方式简单，方便，快捷，但与低成本和可靠的网络。前两种方式基本不存在问题和缺点，但仍需在现场进行抄表。
2011年，手机市场上市2年的Symbian智能手机平台超越了统治手机市场10年的Symbian系统，该系统成为使用广泛，功能强大，响应速度快，界面智能，开放的操作系统全球的手机制造商都希望生产配备该系统的智能手机。如果能够通过智能手机中的图像处理技术，模式识别技术，数据加密技术，无线网络传输技术开发出抄表软件，这已经成为人们生活的必需品。本文重点讨论和验证了该软件将大大降低抄表的工作强度，以及抄表成本，并避免了人为泄漏拷贝的种种现象。特别是IC卡水表读数在新兴领域得到了广泛的应用，智能手机可以弥补旧区和机械抄表不能智能化的空白，值得开发和推广抄表方法。
2系统设计
随着计算机网络和手持终端的快速发展，本文将基于图像处理技术，模式识别技术，无线网络传输技术和Android平台，设计开发智能抄表数据采集系统。 该系统主要用于填补市场空白，降低抄表成本。
2. 1总体方案设计
系统的操作过程是以手机拍照为用户的起点，植入图像处理和手机识别模块的手机识别电流表的准确读数。 最后，将水量信息和水表图片上传到自来水公司的服务器，服务器将统计并诱导数据，统计和水信息的归纳，并将所有信息反馈给用户。 系统架构如图1所示。
图1系统架构图原理图
该系统被用作自来水的辅助统计系统。 在应用过程中，系统必须稳定可靠，图像清晰，数据存储完整，通信链路流畅，简单易懂。 因此，在系统的设计和实施中，必须重点关注以下问题。
- 图像质量。 获取水表图像的系统的主要来源是手机摄像头，拍摄角度和图像质量的分辨率非常重要。
- 图像处理和字符识别。 在获取图像后，必须对图像进行处理以获取诸如耗水量等统计信息，因此有必要关注图像预处理步骤，字符区域分割和字符识别算法。
- 数据和图像传输。 在获得最终数据后，数据和原始照片必须上传到服务器，进行统计和分析，并根据要求重新处理原始图像，以证明其正确性。 因此，在数据传输过程中，应该研究Android平台和Windows系统的通信体系结构和协议，努力清除通信链路，简单明了的数据格式。
- 存储和分析服务器数据。 客户端上传的数据和图像将通过服务器存储在数据库中，管理系统调用和分析将很容易。 因此，客户端和系统管理界面的操作界面需要易于理解和操作。 建立各种类型的数据库表和数据存储必须完整，其依赖关系应该清楚。
- 系统的运行速度。 在系统中，应将图像处理和字符识别模块植入手机客户端，由于硬件配置，内存大小，体积等限制，系统的运行速度会受到影响。 因此，必须选择图像处理算法来提高系统性能。
- 2模块设计
根据系统要求，我们必须设计流程和相应的功能模块。在系统中，客户端主要面向用户，主体是安装主题软件的手机，其前台程序必须为用户提供图片，用户信息等功能，而后台进程需要完成图像的存储，处理，分析，传输等功能。服务器位于自来水公司，用户是水务公司的管理。但服务器主要可以完成用户信息管理和数据分类统计，其中用户考虑到软件数据的复杂性，用户的多样性，软件设置数据库模块，实现数据的清晰管理。数据库模块设置在服务器上，主要存储客户端的相关信息和用户的历史信息报表。通信模块用于连接服务器和客户端，实现它们之间的信息交换。
在系统设计过程中，我们从Android手机客户端，PC服务器，数据库和C-S通信，图像处理和字符识别四个部分分别分析了软件的功能。 模块设计如图2所示。
图2模块设计图
客户端获取映像和输出数据后，数据可以通过通信模块以适当的格式写入数据库上传到服务器，服务器进行实时动态刷新，管理层可以根据需要查询和访问 以相关的用户需求。
2.3客户设计
该系统主要实现水表图像的获取，存储，处理和识别五大功能。 同时，为了使系统操作简单，移动终端界面设计应该简单易行，结构布局应该是一级和二级。 客户端功能架构如图3所示。
图3客户端功能结构图
在客户端界面设计中，主要实现摄像头功能，数据上传功能，图像显示功能，处理结果显示功能。
客户端获取的图像需要动态库调用来实现图像处理和字符识别，获取用户的水信息，是系统的核心部分，该模块的工作流程如图4所示。
图4图像处理和字符识别流程图
图像处理和字符识别模块主要由预处理，字符分割，定位和识别三部分组成[4-5]。 在预处理步骤中，灰度图像增强的主要图像阈值[6]。 在区域定位上，分为粗定位和精定位两部分，从表盘图像中准确提取字符区域。 在字符分割和识别的步骤中，首先要剪切单个字符，并进行开启和关闭操作并进行归一化，最终确定结果[7]。 在系统设计时，需要通过NDK和JNI技术使用C / opencv编写的图像处理和识别码进行移植[8]，实现中国联通整个系统的验证。
2.4服务器设计
结合系统需求和参考相关管理系统设计，服务器管理系统主要实现了水情统计，用户信息查询与匹配，单用户水情信息查询，水价变化与支付状态查询等功能。 服务器管理系统结构如图5所示。
图5服务器功能结构图
在服务器中，系统管理模块主要需要实现用户信息，水情信息管理系统备份，登录密码修改和保存等功能。 基本信息主要用于存储统计区域内所有用户的信息，包括地址，联系方式，用户标识和名称等，便于查询和管理用户。 数量统计主要用于由dient上传的管理信息，并使用折线图，直方图进行分析和显示。 水量查询主要用于查询单个用户的每月用水量。 成本管理主要用于修改水价，并根据用户的付款和计费支付显示实时状态。
2.5数据库设计
根据管理系统的需要，系统数据库需要建立用户信息表，水情信息表，登录信息表等数据表，内容设计如表1〜表3所示。
表1登录信息表
User Password
Admin 123123
Admin ＊＊＊＊＊＊
表2用户信息表
ID Name Adress Tel
1001 Jim No． 127 Friendship Ｒoad 13995874564
1002 ＊＊＊ ＊＊＊＊ ＊＊＊＊
表3用水信息统计
Year Month ID Water / m3 Charge / yuan Pic
2015 1 1001 20. 31 40. 62 E: \ pic \ 1．jpg
2015 1 1002 12. 3 24. 6 E: \ pic \ 2．jpg
其中，主要存储表1管理员用户名和密码信息，主要用于实现用户登录认证功能; 表2中用户信息的主要存储区域，用于查询，管理用户的水信息和用户组; 表3中统计区域内所有用户用水量主要存储情况，显示原始图像路径和用户信息自动计算，主要用于区域水情信息统计的分类，并检查用户的支付情况， 查看原始图像错误更正。
2.6通信架构
为保证通信和数据存储的顺利进行，整个系统的通信采用CS模式和HTTP协议与整个系统进行通信，并使用JSON格式对数据进行封装，功能架构如图6。
图6系统通信链路图
在数据和图像上传的过程中，它将在HTTP方法中运行post协议进行数据传输，并且将使用JSON格式的数据包并写入数据库，以便于管理系统调用。
3智能抄表系统的实现
3.1接口布局
水表由客户端操作，用于拍照，存储，处理图像信息并上传到服务器。 客户端实现过程如图7所示。
图7客户端实施过程
在系统的设计和实现中，界面清晰简洁，布局有序。 基于Android系统，接口分为静态和动态两种类型，本文采用前一种方法创建接口。 首先，它将设计接口以实现XML定义的效果，然后实例化每个组件的接口，并调用setContentView（）方法来接口视图文件加载。
在相机相关应用的开发过程中，系统需要打开相机或使用相机来进行API的其他操作，有两种方法，一种是直接调用系统的Intent相机组件，然后获取 图片资源由ActivityResult。 另一种是通过Surface View组件控制摄像头界面，调用android。 硬件。 相机工具相机。 这两种方法都有优点和缺点。 第一个实现相对简单，快速，系统将使程序更有效。 第二种方法的接口可以由开发人员自己定义，使用更加灵活。 但是执行起来比较困难，需要根据需要进行补充。 为了使系统高效和快速，本文采用第一种方法来执行以下步骤：
第一步，它是进行相机调用，以及读/写权限设置。
第二步，在实现过程中，我们应该首先检查SD卡的存储空间，并初始化存储在父目录中的图像并命名为保存的图像。
第三步，Intent类用于调用系统相机拍照，获取图像。
第四步，将图像采集到SD卡或机身内存中，并显示在ImageView的界面中。
客户端照片存储和处理结果图如图8所示。
图8客户端照片存储和处理结果图表
3.2基于JNI的图像处理模块的移植
图像处理和字符识别是该系统的核心部分。 本文在图像处理和字符识别的主要部分Visual Studio 2010中配备了2.4.4 OpenCV库函数来实现，然后结合NDK的Android和JNI接口技术生成动态库，以方便系统 来电，步骤如下。
安装2. 4. 4 OpenCV，并复制文件夹“2。 4. 4 OpenCV“到Eclipse工作区”WorkSpace“的同一目录下，并添加到Android项目”readwatch“中，项目将在完成后显示在树中。
2）将includeOpenCV.mk文件复制到与项目“readwatch”相同的级别目录中。
- 在项目文件夹SRC“com中为”LibimageFun“包新增一个类名称。 例。 readwatch“，它会封装图像处理代码DLL导出功能。 该平台将自动创建一个文件“LibimageFun。 java“，在文件中添加一些代码：
public class LibimageFun {
static {
System．loadLibrary( “ImageFun”) ; / / ImageFun is dynamic library for call
}
public static native int［］ ImageFun( int［］ buf，int w，int h) ;
}
4）在“readwatch”项目中为JNI文件夹创建一个新名称，主要是利用C 和OpenCV存储图像处理和字符识别代码。
5）在“JNI”文件夹中添加新的Android.mk和Application.mk两个文件，添加和修改两个文件的内容，尤其是Application.mk的内容更重要。
6）安装并打开Cygwin，然后输入ndk-build编译器生成动态库。该
“readwatch”项目将出现在“obj”和“LIBS”两个文件夹下。
7）操作第3章和第4章的相关算法，并结合“OpenCV”库函数拍摄图像处理和字符识别。首先将投影特征匹配的模板转移到手机SD卡中，然后将摄像头获取的图像和投影特征模板引入原始函数“LibimageFun”界面。最后，结果返
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