Universelles System zur Ferndatenerfassung von Messgeräten

Die Notwendigkeit, Messgeräte regelmäßig abzulesen und die Daten an den Ressourcenanbieter zu übertragen, ist ein wesentlicher Bestandteil des Lebens eines modernen Menschen.

Obwohl das Ablesen nicht sehr aufwändig ist, geht es mit einem „menschlichen Faktor“ einher: Sie können es vergessen, Fehler beim Aufnehmen oder Senden von Daten machen, andererseits kann es zu Fehlern kommen. Darüber hinaus erhöht eine Erhöhung der Ressourcenkosten die Verantwortung der Parteien und führt zu einem Anstieg des Misstrauens zwischen ihnen, einerseits zu Unterschlagungsversuchen und andererseits zur Entstehung einer Armee von Kontrolleuren, was zu einer weiteren Erhöhung der Ressourcenkosten führt. Die allgemein akzeptierte Lösung für diese und andere Probleme ist die Automatisierung oder mit anderen Worten die Einführung einer dritten „objektiven“ Seite - einer Maschine, die zwei Hauptfunktionen ausführt (zwei Hauptrollen spielt):

1. Empfangen von Daten von Messgeräten (Rolle eines Lesegeräts);
2. Übermittlung von Daten an interessierte Parteien (Rolle des Senders).

Heutzutage gibt es viele technische Lösungen, um eine Zwischenmaschine in die Beziehung zwischen einem Lieferanten und einem Verbraucher von Ressourcen einzuführen. Diese Lösungen unterscheiden sich sowohl in Geräten zur Ausführung von Rollen als auch in den Kommunikationskanälen zwischen ihnen, Messgeräten und Datenempfängern. Eine typische Struktur solcher Lösungen ist im Diagramm dargestellt.


Kanalmessgerät - Der Leser wird durch das Design des Messgeräts bestimmt:

Art des Messgeräts (Messgerät)	Kanaltyp	Hinweis
Ohne Impuls- und Schnittstellenausgänge, ohne optischen Anschluss	Optisch für die Bildaufnahme	Die empfangenen Daten werden zur Erkennung verwendet.
Mit optischem Anschluss	Optisch zur Datenerfassung
Mit Impuls oder Schnittstelle ( CAN, RS485, RS422, RS232 )	Verdrahtet, um Daten zu empfangen
Mit integriertem Lesegerät	Versteckt	Das Auto hat nur die Rolle des Senders

Der Lese- / Sendekanal ist häufig ausgeblendet, da in den meisten Fällen beide Rollen in einem Gerät integriert sind.

Senderkanal - Der Datenempfänger hat eine komplexe Struktur und kann aus verschiedenen Unterkanälen bestehen. Normalerweise gibt es drei davon: Der erste Unterkanal kann einen anderen Typ [ 1 ] haben - verkabelt ( SPS, xDSL, RSxxx ) oder drahtlos ( LPWAN ( ZigBee, LoRa, Swift ), Bluetooth, WiFi ), der zweite - GSM / GPRS oder das Internet, der dritte - das Internet. Die Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Unterkanal ist normalerweise ein Hub oder DRC , und zwischen dem zweiten und dritten befindet sich ein Datenverarbeitungsserver. Zur Veranschaulichung können Sie die Entscheidung der Firma "Strizh" [ 2 ] einbringen:



Die Fülle der vorgeschlagenen technischen Lösungen einerseits und ihre unzureichende Verteilung andererseits weisen auf Probleme bei der Implementierung von Ferndatenerfassungssystemen hin. Nach unserer Meinung umfassen diese Probleme Folgendes:

1. Eine Vielzahl von Messgeräten in Betrieb, einschließlich der Verfügbarkeit von Messgeräten ohne Schnittstellen. Dies erfordert eine angemessene Vielfalt an Lesern. Der Haupttrend bei der Lösung dieses Problems ist der Austausch von Zählern.
   Im Westen gibt es bereits die zweite Runde des Zählerwechsels, die ersten installierten Zähler mit Impulsausgang ( AMR- Generation), die zweiten Zähler mit integrierten Lesegeräten und Abschaltgeräten ( AMI- Generation). In unserem Land sind bisher alle Projekte Pilotprojekte, und das SI-Staatsregister enthält alle Arten von Zählern.
2. Die vorhandene Infrastruktur ermöglicht es, nur die GSM- und SPS- Kanaltypen für den ersten Unterkanal zu verwenden, deren Nutzung aufgrund des relativ hohen Preises für Sender (Modems) begrenzt ist, und die SPS kann auch nur für Stromzähler verwendet werden. Billigere LPWAN- Sender erfordern die Bereitstellung einer geeigneten Infrastruktur.
3. Datenempfänger sind Lieferanten verschiedener Ressourcen oder Verwaltungsgesellschaften. Im Gegensatz zum Westen sind die Eigentümer der Infrastruktur jedoch häufig sehr unterschiedliche Unternehmen (Integratoren, Betreiber). Aufgrund fehlender Standards führt der Wechsel eines solchen Unternehmens zu Systemproblemen. Darüber hinaus handeln Lieferanten verschiedener Ressourcen unabhängig und inkonsistent, was die Implementierung eines integrierten Systems weiter erschwert.
4. Endverbraucher werden die Vorteile der Automatisierung erst nach ihrer endgültigen Implementierung und dem Zugriff auf Ihr persönliches Konto spüren. Und am Beispiel der Installation von Zählern mit Impulsausgang ist zu erkennen, dass dieser Moment jahrelang zu erwarten ist. Dies führt zu ihrem Desinteresse, daher findet der Umsetzungsprozess „von oben“ statt - seitens der Unternehmen.
   Glücklicherweise können die Entwicklung der Technologie und die weit verbreitete Nutzung des Internets alle diskutierten Probleme lösen.

1. Optische Zählererkennung

Das Abrufen der Messwerte von Messgeräten durch Analyse eines statischen oder dynamischen Bildes der Instrumentenanzeige ist seit langem Gegenstand der Forschung. In dieser Richtung wurden bedeutende Erfolge erzielt.

Am häufigsten werden wahrscheinlich Gegenfotos aufgenommen und auf dem Server erkannt. Das jüngste Beispiel für diesen Ansatz ist das Experiment der Moskauer Abteilung für Informationstechnologie: Den Moskowitern wurde angeboten, ihre Wasserzähler zu fotografieren und Fotos mit echten Messwerten von Heiß- und Kaltwasserzählern zu senden. Es ist geplant, dass das entwickelte neuronale Netz bis Ende 2017 lernen kann, die Messwerte von Zählern anhand von Fotos genau, schnell und genau zu erkennen [ 3 ].

Mit der Entwicklung der Leistungsfähigkeit mobiler Geräte wurde es möglich, die Erkennung auf diese Geräte zu übertragen. Eine zusätzliche Attraktivität dieser Lösung ist die Möglichkeit, zwei Prozesse zu kombinieren - ein Foto zu erhalten und es auf einem Gerät zu erkennen. Die bekanntesten und beliebtesten Lösungen sind die Entwicklung von Pixometer [ 4 ] und Anyline [ 5 ].

Bei all der Einfachheit der Idee, ein Bild zu erhalten und Zählerstände auf einem mobilen Gerät zu erkennen, ist es aufgrund der gestiegenen Anforderungen an die Bildqualität nicht sehr einfach, geeignete Lösungen zu verwenden. Und hier müssen Sie berücksichtigen, dass sich die Zähler nicht immer an Orten befinden, die zum Fotografieren geeignet sind. Und wenn der Benutzer an die Theke kommt, ist es für ihn viel einfacher, sein Zeugnis auf Papier oder mit demselben Smartphone zu schreiben, für das es übrigens viele hochwertige Lösungen gibt [ 6 ].

Daher ist das Erhalten von Bildern von Messgeräten mit stationären Geräten für den Benutzer sicherlich bequemer als das Fotografieren mit Smartphones. Darüber hinaus ist die Qualität solcher Fotos aufgrund der Konstanz von Abstand und Beleuchtung deutlich höher. Es gibt auch verschiedene Lösungen von Amateur [ 7 ] bis Profi:


[8] Optischer GPRS-Scanner Accent SPS-2


Optischer Leser von Wasserzählern der koreanischen Firma Neckers Co., Ltd.

Remote-Server werden verwendet, um Gegenfotos zu erkennen.

Die effektivste und bequemste Lösung besteht darin, dass sowohl die Bildaufnahme vom Zähler als auch dessen Erkennung auf einem am Zähler montierten Gerät (optischer Leser) durchgeführt werden. Dazu gehören Xemtec-Lösungen [ 10 ]


und Q-laut [ 11 ]


Leider haben die wunderbaren Geräte dieser Unternehmen einen ziemlich hohen Preis, etwa 250 Euro (und dies schließt Hubs und andere Peripheriegeräte nicht ein!). Angesichts der Anzahl der Zähler in einem normalen Haushalt ist ihre Verwendung unter unseren Bedingungen unmöglich.

Wir entwickeln auch ein Ablesegerät, das im Plug & Play-Modus arbeitet, aber einen erschwinglichen Preis hat (bis zu 30 US-Dollar). Durch die Verwendung der neuen Originalerkennungstechnologie kann unser Leser wie das Anyline- Produkt mit jeder Art von Zähler arbeiten.



Das Video zeigt den Betrieb des Prototyps mit dem Mikrocontroller ESP8266 , der zur Bilderfassung und Erkennung von Zählerständen verwendet wird. Aufgrund des unzureichenden Speichers erfolgt die Erkennung mit zwei Ziffern pro Frame.


[ Methodenbeschreibung ]

2. Universelle Infrastruktur

Jüngsten Studien zufolge hat das Internetpublikum in Russland 87,7 Millionen Menschen erreicht. (71% der Bevölkerung und 98% der Jugendlichen). RAEC prognostiziert, dass bis 2020 bis zu 85% der Russen in der Russischen Föderation Zugang zum Internet haben werden [ 13 ]. Diese Zahlen bedeuten, dass heute fast jeder Haushalt Zugang zum Internet hat. Für die Implementierung von Remote-Datenerfassungssystemen bedeutet dies die Möglichkeit, die Struktur der Kanal-Sender-Empfänger-Daten zu ändern. Jetzt enthält dieser Kanal nur noch zwei Unterkanäle: Der erste ist der HF-Kanal, der zweite ist der Internetkanal. Ein Hub trennt die Unterkanäle, der Daten von nur einer kleinen Anzahl von Zählern eines Haushalts sammelt und diese Daten direkt an Ressourcenanbieter, Verwaltungsgesellschaften usw. überträgt.



Eine solche Infrastruktur kann in Kombination mit optischen Lesegeräten alle oben beschriebenen Probleme lösen.

1. Eine Vielzahl von Messgeräten spielt keine Rolle, da eine Anzeigetafel verwendet wird, um die Messwerte zu bestimmen, die alle Messgeräte haben. Der dafür erforderliche optische Leser hat einen niedrigen Preis, ist einfach zu installieren und erfordert keine Einstellungen.
2. Für den ersten Unterkanal werden sehr billige Sender mit geringer Leistung und einer Reichweite von bis zu 50 m verwendet (der gleiche Typ wie bei herkömmlichen Funkfernbedienungen). Für den zweiten Unterkanal - das Internet. Hub-Funktionen:
   
   • Gemäß dem in den Einstellungen angegebenen Zeitplan sendet es einen Befehl an den entsprechenden Leser, empfängt einen Zählerstand und speichert ihn. Das gleiche Verfahren (Abfrage des Zählers) ist jederzeit auf Befehl möglich.
   • Bei einem bestimmten Zeitplan (der möglicherweise nicht mit dem Zeitplan der Umfrage übereinstimmt) und Adressen werden die Zählerstände an den Datenempfängerserver gesendet.
   • Ruft Befehle vom Ressourcenproviderserver ab.
   • Verfügt über eine WEB-Schnittstelle für die Arbeit mit Benutzern (Besitzer von Messgeräten).
   
   
3. Alle Lieferanten von Ressourcen sowie Verwaltungsgesellschaften befinden sich im System unter gleichen Bedingungen und können jederzeit per Fernzugriff auf die Messwerte von Messgeräten zugreifen und Feedback organisieren.
4. Der Benutzer erhält unmittelbar nach der Installation des Hubs die Möglichkeit, remote auf Zählerstände zuzugreifen.

3. Home Hub - Smart Home Center

Derzeit wird das Konzept des Smart Home immer beliebter. Das Management von technischen Systemen ermöglicht es Ihnen, das Wohnen komfortabler zu gestalten, was für viele ein wünschenswerter, aber nicht notwendiger Bestandteil des Lebens ist. Gleichzeitig macht der weltweite Trend einer zunehmenden Kontrolle des Ressourcenverbrauchs die Einführung einer automatisierten Remote-Datenerfassung erforderlich. Die Kombination dieser beiden Konzepte im Rahmen des betrachteten universellen Systems ermöglicht es uns, Anforderungen an einen Heimkonzentrator als Zentrum eines zukünftigen Smart Home zu formulieren:

1. Erhalten Sie vom Benutzer und speichern Sie Informationen zur Zahlung für Ressourcen.
2. Empfangen Sie vom Ressourcenanbieter / Verwaltungsunternehmen und speichern Sie Informationen zu den vom Benutzer erhaltenen Zahlungen.
3. Bestimmen Sie den Zahlungsbetrag für die Ressource am Tag der Zahlung.
4. Erinnern Sie den Benutzer an die Zahlung unter Angabe des Zahlungsbetrags oder leisten Sie mit Erlaubnis des Benutzers eine eigene Zahlung.
5. Verbinden Sie Module für die Kommunikation über verschiedene Protokolle ( Bluetooth, Z-Wave, ZigBee, Wi-Fi, ... ).

Die Verfügbarkeit solcher Möglichkeiten beim Konzentrator wird die Zahlung von Energieressourcen zu einem einfachen, transparenten und kontrollierten Prozess machen, der die Erfassung und Installation von Remote-Datenerfassungssystemen durch Benutzer anregt und den Prozess seiner weit verbreiteten Implementierung beschleunigt.