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攝像技術(shù)直讀式遠(yuǎn)傳系統(tǒng)
　　中美合資北京北保電器有限公司總 國家發(fā)明獎(jiǎng)獲得者 梁志伸
三表遠(yuǎn)傳采集抄表自動(dòng)交費(fèi)系統(tǒng)是智能化小區(qū)很重要的體現(xiàn)部分，是目前擺在我們面前zui迫切又不好解決的任務(wù)之一，它比安防、寬帶接入更迫切又難做得多，從國外三表四表收費(fèi)也是很難的事，因?yàn)槭敲考颐繎舳家コナ?，并且和錢打交道一點(diǎn)不能馬虎，要準(zhǔn)確無誤又便捷，要求投入又少，要做好這幾個(gè)要求是比較難的，實(shí)際上都動(dòng)用了當(dāng)今的科技成就才易辦到，每個(gè)環(huán)節(jié)的解決都是用到當(dāng)今的技術(shù)來解決，用到的領(lǐng)域很寬。北保電器公司就是按“一步到位”——即現(xiàn)時(shí)的行列的理念來做的，我們始終努力做到這點(diǎn)。無論題目的大小，大家可以看出，我們公司每個(gè)項(xiàng)目提出的理念會(huì)有更新的感覺，如果讀者有這點(diǎn)感覺，將是對(duì)我們極大的支持了。希望讀者提出寶貴意見，不斷完善，我們的成就含有您一份十分寶貴東西——支持。 

一、 直讀式遠(yuǎn)傳三表數(shù)據(jù)的提出 

　　過去和現(xiàn)在大多數(shù)做三表遠(yuǎn)傳的都是用表具字輪某位數(shù)通過磁珠先把計(jì)量數(shù)字變成電脈沖數(shù)量，再累加，傳到上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)傳抄收。是通過三步來完成傳送：①傳感器變換；②暫存累計(jì)；③通訊傳到遠(yuǎn)方。一個(gè)計(jì)量數(shù)據(jù)，通過上述三個(gè)過程都可能產(chǎn)生差錯(cuò)，結(jié)果造成不準(zhǔn)確。zui后得到的數(shù)據(jù)和表具面上指示數(shù)不一致，人們十幾年的努力還是沒有完*，上述三個(gè)環(huán)節(jié)每個(gè)環(huán)節(jié)都可能出錯(cuò)，特別是第①步和第②步，錯(cuò)的機(jī)會(huì)較多。而且一旦有錯(cuò)就無法糾錯(cuò)，所以為了解決脈沖累積方法造成的差錯(cuò)，改為即讀即傳送把累計(jì)環(huán)節(jié)去掉，少了一個(gè)環(huán)節(jié)，就成了即讀式儀表遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，也有稱“直讀式遠(yuǎn)傳系統(tǒng)”。特征是每表每字輪每位有代碼，平時(shí)不工作，只需讀數(shù)據(jù)時(shí)，才給表具傳感器加電，發(fā)光管發(fā)光把每位數(shù)據(jù)相應(yīng)數(shù)編碼，并按所編碼形按位取樣后通過雙音頻或BCD碼傳到上位機(jī)，上位機(jī)看到的數(shù)據(jù)還是每位數(shù)的代碼，把代碼對(duì)應(yīng)的數(shù)字，以某種通訊協(xié)議方式例如雙音頻通訊方式，傳到上位機(jī)之后，把雙音頻所代的碼譯成數(shù)字再顯示出來，所顯示的數(shù)字是通過取樣、傳輸、譯碼等環(huán)節(jié)，一旦有所干擾雙音頻就不譯碼，就無法顯數(shù)字或“丟位”。也稱誤碼范疇，這種方法比原來略有好處，但到現(xiàn)在，92年開始聞世以來，約十年的努力，大力改善，但還沒做到人們想要看到的數(shù)據(jù)和表具的表面上的數(shù)字一樣，一點(diǎn)都不差錯(cuò)，要想一點(diǎn)都不差，那只能用攝像機(jī)把當(dāng)時(shí)的顯示數(shù)字?jǐn)z錄下來，再把圖像傳送到上位機(jī)顯示圖像，只有這樣做才是真正直讀式抄表系統(tǒng)。相對(duì)而言，代碼即時(shí)傳輸方式只能稱為準(zhǔn)直讀式或偽直讀式，圖像傳輸才能真正直讀式遠(yuǎn)傳系統(tǒng)。 

二、 圖像傳輸三表遠(yuǎn)傳有什么*性 

　　特點(diǎn)：真正直讀，一目了然，準(zhǔn)確無誤，用戶和收費(fèi)管理雙方放心，具有法律效果，我廠曾做了準(zhǔn)直讀式或偽直讀式，多年來都沒真正解決，一旦高位出錯(cuò)，如百位或千位出錯(cuò)，就相當(dāng)成百上千出錯(cuò)，因?yàn)槿齻€(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)有誤碼存在，這是客觀規(guī)律，只不過是10-2～10-9之間變化而已，之所以人們過去幾年對(duì)三表遠(yuǎn)傳有看法是因?yàn)殄e(cuò)數(shù)多，結(jié)論是：不夠準(zhǔn)確還很難改進(jìn)，當(dāng)然，原因很多不在此述。因此，圖像傳輸三表遠(yuǎn)傳其*性顯而易見：就是準(zhǔn)確無誤。長久以來人們追求的就是“準(zhǔn)確”二字，余下的問題都好安排。此外，可在強(qiáng)干擾環(huán)境中工作，如電力線載波無線電傳輸?shù)雀茱@出其*性。 

三、 系統(tǒng)的構(gòu)成： 

　　1.實(shí)時(shí)攝錄圖像；2.傳輸圖像；3.存儲(chǔ)圖像；4.圖像處理；5.物業(yè)管理平臺(tái)。 

　　構(gòu)成簡述： 

　　1．每個(gè)表具有一個(gè)類攝像系統(tǒng)，利用電視行幀掃描成像原理，把表具顯示的數(shù)字?jǐn)z錄下來，并經(jīng)過圖像信息予處理或多次壓縮以便于滿足傳輸要求，在1㎝寬，長4㎝的5位數(shù)字，壓成適當(dāng)點(diǎn)陣后傳輸。 

　　2． 傳輸圖像 

　　攝像后，以圖像幀傳輸，即一幀是有很多行組成，每行有很多點(diǎn)組成，每點(diǎn)以象素組成，每象素以“0”“1”比特組成，是以串行“0”“1”數(shù)據(jù)流傳輸?shù)摹Ｄ壳耙炎龅?㎝×4㎝面積有2K象素已夠清晰，同手機(jī)顯示屏象素差不多，傳輸根據(jù)需要可以有線傳輸和無線傳輸兩大類。在新的小區(qū)用有線傳輸較合理，實(shí)際上每個(gè)城市新建的小區(qū)戶數(shù)只占百分之幾，而城市90%以上目前還是入戶人工抄表計(jì)費(fèi)，如果用這套系統(tǒng)無線傳輸，就可以為自來水公司和燃?xì)夤緷M周期更換表具時(shí)，換裝有此系統(tǒng)的表，將為一個(gè)城市具有遠(yuǎn)傳抄表，而且很準(zhǔn)確的并可實(shí)現(xiàn)銀行劃拔費(fèi)用功能創(chuàng)造條件，將準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交銀行，按戶劃拔費(fèi)用，這是個(gè)方向。 

　?、?有線傳輸：
表具得到上位機(jī)指令“讀數(shù)”之后，表具攝像機(jī)即工作并同時(shí)上傳2K比特?cái)?shù)據(jù)（一幀圖像）一般為5位數(shù)，即每表占用2Kb的圖像空間?？梢悦吭虏杉淮位蛉齻€(gè)月采集一次，分別另存在上位機(jī)上。 

　　ⅱ.無線傳輸：
這種方式在新建小區(qū)應(yīng)少用，主要用于城區(qū)改造不便再鋪設(shè)線纜的地方或沒有裝遠(yuǎn)傳而現(xiàn)在想裝遠(yuǎn)傳的新樓和分散型別墅，例如水表，水表本身裝有無線電發(fā)射裝置，每噸水向樓外發(fā)一次圖像數(shù)據(jù)。樓層有一個(gè)接收存儲(chǔ)器，每走一噸水發(fā)信號(hào)一次，都把原先圖像復(fù)蓋一次，即把上次發(fā)的圖像信號(hào)復(fù)蓋。當(dāng)抄表時(shí)，只對(duì)樓層發(fā)出收集信號(hào)指令，每層依次向收集機(jī)發(fā)信號(hào)，收集機(jī)可為手持式，也可車載式，抄表人員駕車到樓前即可收集到數(shù)據(jù)，收集到數(shù)據(jù)之后，回到本部再裝收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入物業(yè)計(jì)算機(jī)或者收集者可用網(wǎng)從樓層收數(shù)據(jù)，如果無線電互聯(lián)網(wǎng)逐步普及實(shí)用，也可通過無線互聯(lián)網(wǎng)收數(shù)存儲(chǔ)起來，備計(jì)算管理收費(fèi)等等。如果是高層樓可在樓頂上裝一個(gè)小型雙工無線發(fā)射接收機(jī)，把全樓的數(shù)據(jù)都收集到樓頂，待收集員來收集。 

　?、?、無線收發(fā)是需要電源的，樓層可用戶外電源供電，平時(shí)只耗5mA6V，相當(dāng)30mW。
水表、氣表都自發(fā)電，裝有一個(gè)超微型發(fā)電機(jī)，如同人動(dòng)電能手表自發(fā)電的道理一樣，氣表用字輪轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，氣表精度不受影響；水表，用水流過表本身葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁力線切割線圈發(fā)電，平時(shí)發(fā)電存放在一個(gè)電容和一個(gè)扣式充電電池里。每用1噸水所發(fā)的電能，足夠發(fā)射所需的電，用1/4電能就可發(fā)射，所以每噸水余下3/4的電能儲(chǔ)備，要想作水表無線遠(yuǎn)傳，水表自發(fā)電是必須的。用電池不僅不實(shí)用，也維護(hù)不起，幾十萬戶，電池就無法更換，進(jìn)戶換電池都是問題，因此自發(fā)電的自來水表是無線遠(yuǎn)傳的基礎(chǔ)，也是*的。 

　　各種傳輸協(xié)議原則上都可以，我們認(rèn)為用IP聯(lián)網(wǎng)傳輸，符合建設(shè)部的要求，也符合互聯(lián)網(wǎng)的要求。 

　　3.存儲(chǔ)圖像 

　?、? 樓層存儲(chǔ)器
由于無線遠(yuǎn)傳只是戶內(nèi)先傳到戶外樓層，等待抄表員或主機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)來收數(shù)，所以要設(shè)圖像暫存器。每個(gè)表按2Kb來分配，每層zui多8戶，每戶三表，即24×2Kb=48Kb，其他信息在內(nèi)64Kb就夠用。存儲(chǔ)器上附有萬年歷時(shí)鐘，都記下zui后一次對(duì)應(yīng)的時(shí)間。所以除圖像數(shù)據(jù)之外還有兩個(gè)重要的附加信息，一個(gè)是表號(hào)，另一個(gè)是時(shí)間。有了這三個(gè)參數(shù)就基本上可對(duì)一個(gè)小區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確收集。
　　
　?、? 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器
對(duì)于一個(gè)小區(qū)或一片，表號(hào)是*的?？稍O(shè)四位數(shù)（一萬戶以內(nèi)）如果再大可設(shè)6位數(shù)（一百萬以下等等）或7位數(shù)。計(jì)算機(jī)有較大的空間，就圖像而言，每戶一表2Kb，100萬戶才用2G，而目前普通計(jì)算機(jī)硬盤都在40G～100G之間，足夠存幾年的數(shù)據(jù)。 

　　4.圖像處理 

　　從用戶收集到的是含有數(shù)據(jù)的圖像。圖像處理就是把數(shù)據(jù)從圖像中取出來。這是整套系統(tǒng)的核心。其實(shí)大家對(duì)這種圖像處并不陌生，是有十分成熟實(shí)用的軟件。大家寄信信封左上角有六位郵政編碼，是手寫填入的，當(dāng)郵信件自動(dòng)分選時(shí)，飛快而過。就知道信件發(fā)到省、市、地區(qū)。首先，飛過之時(shí)，攝下圖像立即判斷，每格內(nèi)的數(shù)字寫的是什么，既使手寫千姿百態(tài)，計(jì)算機(jī)對(duì)阿拉伯字碼神速判斷，準(zhǔn)確分選。而現(xiàn)在是十分規(guī)整的印刷字體，就更沒問題了。這種技術(shù)也常用在“商務(wù)通”手寫錄入數(shù)字、字體、連筆等都能準(zhǔn)確判別后錄入數(shù)據(jù)庫。錄入數(shù)據(jù)庫后就完成整個(gè)遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)過程。為什么要用這樣的轉(zhuǎn)換過程，是因?yàn)檫@種技術(shù)有*的抗干擾性是其他編碼無法比的，用圖像傳輸數(shù)據(jù)，已經(jīng)是智能的體現(xiàn)，在傳輸圖像時(shí)，只是一行行黑白點(diǎn)，并不代表任何約定的編碼可言，即使同樣的字，比如“2”字，字體可瘦可肥，可長可短，可斜可歪，用人眼判斷就是相同的“2”字，這是一個(gè)判斷是沒錯(cuò)的，如果“2”字是由50個(gè)小點(diǎn)組成的，在傳輸過程中少了十幾個(gè)黑點(diǎn)，結(jié)果“2”字有幾個(gè)處為白點(diǎn)不連續(xù)，其實(shí)看上去就是 。還是2字這就是說傳輸比特誤碼率為10-1或0.3，如果均勻分布0.5誤碼還能正確提出數(shù)據(jù)，這樣大的誤碼還能提出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，過去沒聽說過，這是不可想象的，這就是本文的創(chuàng)新和核心之處，如果常規(guī)代碼傳輸，10-3作為數(shù)據(jù)，就不能用，只能反復(fù)多次糾錯(cuò)重發(fā)而有的無法糾錯(cuò)的場合就造成誤字。這種奇強(qiáng)的智能糾錯(cuò)，使“真正直讀式”有很強(qiáng)的生命力，也許今后有發(fā)展前途。在多表遠(yuǎn)傳的領(lǐng)域特別是用無線遠(yuǎn)傳和電力線載波，在易受干擾的場合，就特別有用。這種技術(shù)，用在城市干擾特大的環(huán)境中顯出其極大的*性。 

　　5.物業(yè)管理平臺(tái) 

　　是處理日常操作規(guī)程，是管理領(lǐng)域，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳采集成功后，打印票據(jù)、收費(fèi)通知，有管理軟件所支配，由于技術(shù)不斷進(jìn)步。從物業(yè)平臺(tái)與銀行約定對(duì)用戶劃拔收費(fèi)成為可能，如用戶有意見，即可從計(jì)算機(jī)上調(diào)出本月圖像，有年月日及表號(hào)，提供法律依據(jù)，我們將努力做得盡可能好一點(diǎn)。