建筑資質(zhì)合作節(jié)能數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)探析

1系統(tǒng)概述

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分結(jié)構(gòu)組成。硬件結(jié)構(gòu)包括樹莓派硬件主平臺(tái)、圖像采集模塊，以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸模塊，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字儀表從圖像到數(shù)字并傳送到云端的功能;軟件系統(tǒng)以機(jī)器學(xué)習(xí)為核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)字儀表從圖像到數(shù)字并傳送到云端的功能。迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，其結(jié)構(gòu)簡單、體積較小，可滿足既有建筑和管道的改造需求;具有更好的普適性、靈活性，安裝便捷、使用方便，無需對(duì)現(xiàn)有儀表的安裝方式進(jìn)行調(diào)整，可以根據(jù)需要隨時(shí)移動(dòng)或拆裝。初投資小、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、維護(hù)成本低，可滿足大范圍、多節(jié)點(diǎn)使用需求;運(yùn)行穩(wěn)定、采集數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，并適用于多種傳輸方式。基于該系統(tǒng)的諸多特點(diǎn)，其可加裝在既有建筑和管道上的水表、電表、燃?xì)獗砗推渌麛?shù)字儀表上，實(shí)現(xiàn)水、電、熱等能耗數(shù)據(jù)的全面監(jiān)測，為能源管理的可測量化、數(shù)據(jù)化和準(zhǔn)確化提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2系統(tǒng)工作原理及組成

2．1系統(tǒng)工作原理

建筑資質(zhì)合作數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案由下向上包括圖像采集層、數(shù)據(jù)分析層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層，以及遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用層，總體方案。1)圖像采集層:采用小型化的圖像采集器安裝在不同環(huán)境下，可以實(shí)時(shí)采集包括水表、電表、燃?xì)獗淼雀黝悢?shù)字儀表圖像信息，通過圖像采集器內(nèi)置的高速緩存上傳到數(shù)據(jù)分析層。2)數(shù)據(jù)分析層:主要完成由圖像信息向讀數(shù)結(jié)果的轉(zhuǎn)換，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。數(shù)據(jù)分析主要包括圖像預(yù)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)模型和模板庫訓(xùn)練、圖像識(shí)別和數(shù)字判讀三個(gè)主要階段。

2．2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

該監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括樹莓派硬件主平臺(tái)、圖像采集模塊，以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸模塊。系統(tǒng)采用樹莓派4作為主平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上搭載圖像采集模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸模塊，盡可能提高整個(gè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的小型化和整體性。這種以主平臺(tái)為載體，根據(jù)不同需求選擇搭配不同可配置模塊的方式能夠很好地應(yīng)對(duì)多種場景的應(yīng)用。

2．3系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

軟件系統(tǒng)以機(jī)器學(xué)習(xí)為核心，該部分需要實(shí)現(xiàn)儀表盤實(shí)時(shí)/定時(shí)拍照、圖像預(yù)處理、數(shù)字部分自動(dòng)截取、字符分割、數(shù)字識(shí)別、結(jié)果輸出寫寄存器等主要功能，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字儀表從圖像到數(shù)字并傳送到云端。

3應(yīng)用效果

3．1安裝效果

迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集并監(jiān)控包括水表、電表、燃?xì)獗淼雀黝悢?shù)字儀表讀數(shù)，其采集間隔可根據(jù)需要適時(shí)調(diào)整。目前樣機(jī)已加裝在某燃?xì)夤艿赖娜細(xì)獗砩蠈?shí)時(shí)監(jiān)控采集燃?xì)庾x數(shù)，并上傳至某能源管理公司采集器，為該地區(qū)能源科學(xué)調(diào)配和運(yùn)行策略調(diào)整提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3．2數(shù)字識(shí)別和傳輸效果

迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)于2020年4月底建筑安裝并投入使用，運(yùn)行一個(gè)月無故障。通過運(yùn)行一個(gè)月內(nèi)采集的數(shù)據(jù)與人工讀數(shù)比對(duì)結(jié)果，數(shù)據(jù)讀取準(zhǔn)確率高，識(shí)別誤差小，并且傳輸時(shí)間短。說明系統(tǒng)數(shù)字識(shí)別和傳輸效果良好，完全可以滿足工程要求。

4數(shù)字儀表的應(yīng)用前景

4．1直接經(jīng)濟(jì)效益

迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的直接經(jīng)濟(jì)效益主要包括兩部分:降低儀表監(jiān)控成本和節(jié)省改造費(fèi)用。在系統(tǒng)僅需遠(yuǎn)程監(jiān)控功能時(shí)，迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與普通數(shù)字儀表可取代高價(jià)的智能化儀表，極大的降低初投資。系統(tǒng)成本計(jì)算過程見表1，一套完整的迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)成本約為400元，與近萬元的智能化儀表相比，大范圍、多節(jié)點(diǎn)推廣可產(chǎn)生很大的直接經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可直接外掛在管道上，不需要原有管道系統(tǒng)停運(yùn)，節(jié)省了管道改造過程的原材料費(fèi)用和人工成本，并且可極大地縮短施工工期，產(chǎn)生很大的直接經(jīng)濟(jì)效益。

4．2節(jié)能減排效益

迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，主要用于為能源管理的可測量化、數(shù)據(jù)化和準(zhǔn)確化提供重要的數(shù)據(jù)。其監(jiān)控結(jié)果直接影響到后續(xù)能源管理工作數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響運(yùn)行策略的合理性，關(guān)系到能源是否科學(xué)調(diào)配和合理利用。因此，迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的推廣應(yīng)用具備一定的節(jié)能減排效益。

4．3社會(huì)效益

迷你數(shù)字儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)成本較低，可在民用建筑和既有公用建筑中大量推廣，讓廣大用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)控個(gè)人行為對(duì)能耗的影響，從而提高用戶自主用熱、用電、用水、用氣等節(jié)能意識(shí)，達(dá)到良好的社會(huì)效益。另一方面，系統(tǒng)節(jié)約的能源可用于發(fā)展新的產(chǎn)業(yè)，并可以較大地緩解近年來新增的能耗壓力，對(duì)企業(yè)、對(duì)社會(huì)都會(huì)產(chǎn)生良好的效益。