Système universel de collecte de données à distance à partir des compteurs

La nécessité de lectures régulières des appareils de mesure et de transmission des données au fournisseur de ressources fait partie intégrante de la vie d'une personne moderne.

Bien que l'opération de lecture ne soit pas très lourde, elle s'accompagne d'un «facteur humain»: vous pouvez l'oublier, faire des erreurs lors de la prise ou de l'envoi de données, il peut y avoir des erreurs d'autre part. En outre, une augmentation du coût des ressources accroît la responsabilité des parties et entraîne une augmentation de la méfiance entre elles, des tentatives de vol d'un côté, l'émergence d'une armée de contrôleurs de l'autre, et cela conduit à une nouvelle augmentation du coût des ressources. La solution généralement acceptée à ces problèmes, ainsi qu'à d'autres, est l'automatisation ou, en d'autres termes, l'introduction d'un troisième côté «objectif» - une machine qui remplit deux fonctions principales (joue deux rôles principaux):

1. recevoir des données de compteurs (rôle d'un lecteur);
2. transfert de données aux parties intéressées (rôle de l'émetteur).

Aujourd'hui, il existe de nombreuses solutions techniques pour introduire une machine intermédiaire dans la relation entre un fournisseur et un consommateur de ressources. Ces solutions diffèrent les unes des autres à la fois par les appareils pour remplir les rôles et par les canaux de communication entre eux, les appareils de mesure et les destinataires des données. Une structure typique de ces solutions est illustrée dans le diagramme.


Dispositif de mesure des canaux - le lecteur est déterminé par la conception du compteur:

Type d'appareil de mesure (mètre)	Type de canal	Remarque
Sans impulsions et sorties d'interface, sans port optique	Optique pour l'acquisition d'images	Les données reçues sont utilisées pour la reconnaissance.
Avec port optique	Optique pour l'acquisition de données
Avec impulsion ou interface ( CAN, RS485, RS422, RS232 )	Câblé pour recevoir des données
Avec lecteur intégré	Caché	La voiture n'a que le rôle d'émetteur

Le canal du lecteur / émetteur est souvent masqué, car dans la plupart des cas, les deux rôles sont intégrés dans un seul appareil.

Canal émetteur - le récepteur de données a une structure complexe et peut être composé de divers sous-canaux. Habituellement, il y en a trois: le premier sous-canal peut avoir un type différent [ 1 ] - filaire ( PLC, xDSL, RSxxx ) ou sans fil ( LPWAN ( ZigBee, LoRa, Swift ) Bluetooth, WiFi ), le second - GSM / GPRS ou Internet, le troisième - Internet. La frontière entre les premier et deuxième sous-canaux est généralement un concentrateur ou DRC , et entre le deuxième et le troisième est un serveur de traitement des données. A titre d'illustration, vous pouvez citer la décision de la société "Strizh" [ 2 ]:



L'abondance des solutions techniques proposées d'une part et leur distribution insuffisante d'autre part, indique la présence de problèmes avec la mise en place de systèmes de collecte de données à distance. À notre avis, ces problèmes sont les suivants:

1. Une grande variété de compteurs en fonctionnement, y compris la disponibilité de compteurs sans aucune interface. Cela nécessite une variété appropriée de lecteurs. La principale tendance à résoudre ce problème est le remplacement des compteurs.
   En Occident, il y a déjà un deuxième cycle de remplacement des compteurs, les premiers compteurs installés à sortie impulsionnelle (génération AMR ), les seconds compteurs avec lecteurs intégrés et dispositifs d'arrêt (génération AMI ). Dans notre pays, jusqu'à présent, tous les projets sont de nature pilote et le registre national de l'IS contient tous les types de compteurs.
2. L'infrastructure existante permet de n'utiliser à grande échelle que les types de canaux GSM et PLC pour le premier sous-canal, dont l'utilisation est limitée en raison du prix relativement élevé des émetteurs (modems), et l' automate ne peut également être utilisé que pour les compteurs électriques. Les émetteurs LPWAN moins chers nécessitent le déploiement d'une infrastructure appropriée.
3. Les destinataires des données sont des fournisseurs de diverses ressources ou des sociétés de gestion. Cependant, contrairement à l'Occident, les propriétaires des infrastructures sont souvent des entreprises très différentes (intégrateurs, opérateurs). En raison de l'absence de normes, le changement d'une telle entreprise entraîne des problèmes dans le système. De plus, les fournisseurs de diverses ressources agissent de manière indépendante et incohérente, ce qui complique encore la mise en œuvre d'un système intégré.
4. Les consommateurs finaux ne commenceront à ressentir les avantages de l'automatisation qu'après sa mise en œuvre finale et l'accès à votre compte personnel. Et sur l'exemple de l'installation de compteurs avec une sortie impulsionnelle, on peut voir que ce moment peut être attendu pendant des années. Cela conduit à leur désintérêt, par conséquent, le processus de mise en œuvre se déroule «d'en haut» - de la part des entreprises.
   Heureusement, le développement de la technologie et l'utilisation généralisée d'Internet peuvent résoudre tous les problèmes discutés.

1. Reconnaissance optique du compteur

L'obtention des relevés des appareils de mesure par l'analyse d'une image statique ou dynamique de l'affichage de l'instrument fait depuis longtemps l'objet de recherches. Et des succès importants ont été obtenus dans cette direction.

La façon la plus courante est probablement de prendre des photos de compteur et de les reconnaître sur le serveur. Le dernier exemple de cette approche est l'expérience du département des technologies de l'information de Moscou: les Moscovites se sont vu proposer de photographier leurs compteurs d'eau et d'envoyer des photos avec de vraies lectures de compteurs d'eau chaude et froide. Il est prévu que d'ici la fin de 2017, le réseau de neurones développé sera en mesure d'apprendre à reconnaître avec précision, rapidité et précision les lectures des compteurs à partir de photographies [ 3 ].

Avec le développement de la puissance des appareils mobiles, il est devenu possible de transférer la reconnaissance à ces appareils. Un attrait supplémentaire de cette solution est la possibilité de combiner deux processus - l'obtention d'une photo et sa reconnaissance sur un seul appareil. Les solutions les plus connues et les plus populaires sont le développement de Pixometer [ 4 ] et Anyline [ 5 ].

Avec toute la simplicité de l'idée d'obtenir une image et de reconnaître les relevés de compteur sur un appareil mobile, il n'est pas très facile d'utiliser des solutions appropriées en raison des exigences accrues de qualité d'image. Et ici, vous devez tenir compte du fait que les compteurs ne sont pas toujours situés dans des endroits propices à la photographie. Et si l'utilisateur arrive au comptoir, il lui est alors beaucoup plus facile d'écrire son témoignage sur papier ou dans le même smartphone, pour lequel, en passant, il existe de nombreuses solutions de haute qualité, par exemple [ 6 ].

Par conséquent, obtenir des images de compteurs à l'aide d'appareils fixes est certainement plus pratique pour l'utilisateur que de les photographier avec des smartphones. En outre, la qualité de ces photographies est nettement supérieure en raison de la constance de la distance et de l'éclairage. Il existe également différentes solutions de l'amateur [ 7 ] au professionnel:


[8] Scanner optique GPRS Accent SPS-2


Lecteur optique de compteurs d'eau de la société coréenne Neckers Co., Ltd.

Les serveurs distants sont utilisés pour reconnaître les photos de compteur.

La solution la plus efficace et la plus pratique est lorsque l'acquisition d'image à partir du compteur et sa reconnaissance sont effectuées sur un appareil (lecteur optique) monté sur le compteur. Il s'agit notamment des solutions Xemtec [ 10 ]


et Q-fort [ 11 ]


Malheureusement, les merveilleux appareils de ces sociétés ont un prix assez élevé, environ 250 euros (et cela n'inclut pas les hubs et autres périphériques!). Compte tenu du nombre de comptoirs dans un ménage ordinaire, cela rend leur utilisation dans nos conditions impossible.

Nous développons également un appareil de lecture de compteur qui fonctionne en mode plug & play mais à un prix abordable (jusqu'à 30 $). En utilisant la nouvelle technologie de reconnaissance originale, notre lecteur peut fonctionner, comme le produit Anyline , avec tout type de compteur.



La vidéo montre le fonctionnement du dispositif prototype avec le microcontrôleur ESP8266 , utilisé pour l'acquisition d'images et la reconnaissance des relevés de compteurs. En raison d'une mémoire insuffisante, la reconnaissance est effectuée à deux chiffres par trame.


[ Description de la méthode ]

2. Infrastructure universelle

Selon des études récentes, l'audience Internet en Russie a atteint 87,7 millions de personnes. (71% de la population et parmi les jeunes - 98%). L'AREC prévoit que d'ici 2020, jusqu'à 85% des Russes auront accès à Internet dans la Fédération de Russie [ 13 ]. Ces chiffres signifient qu'aujourd'hui presque tous les ménages ont accès à Internet. Pour la mise en œuvre de systèmes de collecte de données à distance, cela signifie la possibilité de modifier la structure des données émetteur-récepteur du canal. Maintenant, ce canal ne contiendra que deux sous-canaux: le premier est le canal RF, le second est le canal Internet. Un concentrateur sépare les sous-canaux, qui collecte des données à partir d'un petit nombre de compteurs d'un ménage et transfère ces données directement aux fournisseurs de ressources, aux sociétés de gestion, etc.



Une telle infrastructure, combinée à des lecteurs optiques, peut résoudre tous les problèmes décrits ci-dessus.

1. Une variété de dispositifs de mesure n'a pas d'importance, car un tableau de bord est utilisé pour déterminer les lectures que tous les compteurs ont. Le lecteur optique requis pour cela a un prix bas, est facile à installer et ne nécessite aucun réglage.
2. Pour le premier sous-canal, des émetteurs de faible puissance très bon marché avec une portée allant jusqu'à 50 m sont utilisés (du même type que dans les télécommandes radio conventionnelles). Pour le deuxième sous-canal - Internet. Fonctions du hub:
   
   • Selon le calendrier spécifié dans les paramètres, il envoie une commande au lecteur approprié, reçoit une lecture du compteur et l'enregistre. La même procédure (interrogation du compteur) est possible à tout moment sur commande.
   • À un horaire donné (il peut ne pas coïncider avec le calendrier de l'enquête) et à des adresses, il envoie les relevés du compteur au serveur de réception des données.
   • Obtient les commandes du serveur du fournisseur de ressources.
   • Dispose d'une interface WEB pour travailler avec les utilisateurs (propriétaires d'appareils de mesure).
   
   
3. Tous les fournisseurs de ressources, ainsi que les sociétés de gestion sont dans des conditions égales dans le système et peuvent à tout moment accéder à distance aux relevés des appareils de mesure, ainsi qu'organiser des retours d'expérience.
4. L'utilisateur immédiatement après l'installation du concentrateur a la possibilité d'accéder à distance aux relevés de compteur.

3. Home Hub - Smart Home Center

Actuellement, le concept de maison intelligente devient de plus en plus populaire. La gestion des systèmes d'ingénierie vous permet de rendre le logement plus confortable, ce qui est pour beaucoup une composante souhaitable mais non nécessaire de la vie. Dans le même temps, la tendance mondiale à l'augmentation du contrôle de la consommation des ressources rend nécessaire l'introduction de la collecte automatisée de données à distance. La combinaison de ces deux concepts dans le cadre du système universel considéré nous permet de formuler les exigences d'un concentrateur domestique comme centre d'une future maison intelligente:

1. Recevoir de l'utilisateur et stocker des informations sur le paiement des ressources.
2. Recevoir du fournisseur de ressources / société de gestion et stocker des informations sur les paiements reçus de l'utilisateur.
3. Déterminez le montant du paiement pour la ressource le jour du paiement.
4. Rappelez à l'utilisateur le paiement en indiquant le montant du paiement ou effectuez un paiement par lui-même avec la permission de l'utilisateur.
5. Connectez des modules de communication via différents protocoles ( Bluetooth, Z-Wave, ZigBee, Wi-Fi, ... ).

La disponibilité de telles opportunités au concentrateur fera du paiement des ressources énergétiques un processus facile, transparent et contrôlé, qui stimulera l'acquisition et l'installation de systèmes de collecte de données à distance par les utilisateurs et accélérera le processus de sa mise en œuvre généralisée.