基于3G技术的智能水表WEB服务系统的研究

常鑫++李北星

摘 要 基于3G技术的智能水表WEB服务系统，是为智能水表控制装置和手机客户端提供数据支持的服务器端软件。本服务系统实现了所有用水用户的基本信息、水量信息、水价信息以及用水告警信息的管理，使用户可在任何时间查询自己家中的水表读数以及所处状态，并在发生危急情况时立即关闭家中水阀，将损失降至最低。也可以在月底结算费用时，使用微信、支付宝、快捷支付、网上银行等多种支付方式快捷支付水费。同时，自来水公司可通过后台的管理系统，时时统计、监测用户的用水过程和出现的问题，并及时得以解决，极大的提高了工作效率。本系统不仅实现了用户用水信息的网上管理，也是传统行业基于“互联网+”技术的又一实际应用。

【关键词】智能表 Web服务 阶梯水价 远程服务 互联网+

随着我国“互联网+”时代的到来，各行各业都纷纷转型，进入网络信息管理时代。自来水管理公司也已经实现了网上银行交费等网络管理，但用户信息和水表仍然处于脱节管理的状态，中间各个环节仍然需要人工管理，如：抄表需要人工统计，报表需要人工录入，审核需要人工审核......在一定程度上还属于半自动半人工的状态。基于3G技术智能水表控制装置加上WEB服务系统的出现，实现用户网上管理、用水价格自动结算、银行收费自动对账等功能，省去中间各环节的人工成本，在提高统计与计算效率的同时，降低错误率，真正实现了网络自动化管理。

1 WEB服务系统功能设计

本服务系统共有12项功能，包括用户信息管理、权限管理、黑名单信息管理、水价管理、区域管理；用水管理、用水结算管理、用水报警管理、用水结算报警管理、用水量统计管理、设备状态与控制管理；信息推送管理。系统服务功能模块如图1所示。

2 WEB云服务系统设计

本系统分为三层：云服务层、业务管理层、数据管理层。云服务层用于响应来自智能水表控制装置和手机端发来的数据访问请求，根据不同的请求信息在进行查询和更新操作后，返回响应信息。业务管理层用于处理来自云服务层的请求数据，按照业务类型进行数据的处理与分发。数据管理层用于处理来自业务层的数据查询与更新请求，并返回查询结果。系统设计框架图如图2所示。

2.1 云服务层搭建技术要求

本层采用微软件公司WCF（Windows Communication Foundation）技术作为服务通讯开发平台处理客户和服务器之间的消息，在本系统中用于处理控制装置、手机设备和本服务系统之间收发消息。由于WCF技术是专门用于面向服务开发，通过图3，可以看到此項技术很好的解决了本系统中大数量访问和并发操作问题，使得系统运行更加健壮和稳定，由于WCF支持多平台语言访问，又很好的支撑了Android系统和iOS系统的开发兼容性。

2.2 业务管理层和数据库管理层搭建技术要求

本层中的用水管理模块，采用设计模式中简单工厂模式，进行框架搭建。由于用水管理模块下的用水、用水报警、用水结算、用水结算报警、用水量统计管理五个分属模块的基本功能类似，但执行过程不一，所以采用了简单工厂模式来进行管理。本层设计中将五个模块管理方法抽象为一个类，然后在各子类设计时分别进行继承。这样在使用时仅需声明一个抽象类对象，初始化实例对象时，实现具体子类即可进行不同模块的管理。经过工厂方法的使用，不仅使程序简化、便于管理，而且在有新功能加入时更加容易扩展。

3 基于数据挖掘的信息推送

在用户用水过程中，经常会发生漏水事件，从而会给自己及邻居造成严重后果并带来诸多困扰。为了减少此类事件的发生其产生的不良后果，我们需对水表流量进行分析建模，实时监控水表流量信息，把符合漏水条件的水表信息通知用户，使用户尽早的采取相关措施，降低损失。

本系统主要采用了决策树分类技术，对大量的漏水数据进行分析挖掘，最后形成分类规则，从而更好的分析和预测漏水数据。

3.1 数据挖掘方式：决策树模型

决策树（Decision Tree）是用于分类和预测的主要技术，它着眼于从一组无规则的事例推理出决策树表示形式的分类规则，采用自上而下的递归方式，决策树内部节点进行属性值的比较，并根据不同属性判断从该节点向下分支，在决策树的叶节点得到结论。因此，从根节点到叶节点就对应着一条合理规则，整棵树就对应着一组表达式规则。

3.2 算法：ID3算法（Iterative Dichotomiser 3）

ID3算法是Ross Quinlan发明的一种决策树算法，它是基于奥卡姆剃刀原理的，即尽量用较少的东西做更多的事，越是小型的决策树越优于大型的决策树，但尽管如此，也不总是生成最小的树型结构，而是一个启发式算法。

在信息论中，期望信息越小，信息增益就越大，从而纯度就越高。ID3算法的核心思想就是以信息增益来度量属性的选择，选择分裂后信息增益最大的属性进行分裂。

3.3 建立决策树模型

3.3.1 确定对象及目标

本系统对可能发生漏水用户的信息进行分析，并挖掘出由哪些因素可判断为漏水用户的水表。如根据季节、流水时间、流水量的相互间关系判断，分析漏水和正常用水与这些因素间的关系，最终判断出每个水表的工作状态，能够及时发现漏水水表，并通过WEB服务系统及时关闭阀门、通知用户，尽早采取相关措施，降低损失。

3.3.2 数据的收集

本系统按照阀门状态、流水状态、流量三个内容进行判断，具体信息如表1。

3.3.3 结论决策树

根据上述结果，建立最终决策树，如图4所示。

本系统使用上述决策树最终产生的分类规则，建立了判断水表是否漏水的决策树模型。在实际应用过程中较为准确的判断水表是否漏水，并及时通知用户查看家中用水状态，降低漏水带来的诸多损失，同时也为将来算法的改进打下良好基础。

综上所述，本文提出了一种基于互联网+模式的WEB服务系统，通过对基于3G技术的智能水表管制装置的数据管理，及时更新用户用水数据，进行存储、更新和向用户手机进行信息推送，使用户和供水公司能够了解水表运行状态并获取数据，即时反馈水表问题和定位问题水表位置，及时进行管理、维护和交费等操作，极大缩短了沟通和维护成本，提高了工作效率和数据的时效性。

参考文献

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[4]姚灵.我国智能水表技术标准体系的研究与构建[J].中国标准化，2013（07）.

[5]丁晓燕.基于以太网远程抄表系统的研究[D].南京：南京林业大学，2013.

作者简介

常鑫（1982-），女，内蒙古自治区乌兰察布市人。现为集宁师范学院数学系讲师，工程硕士。

作者单位

1.集宁师范学院数学系 内蒙古自治区乌兰察布市 012000

2.乌兰察布电业局 内蒙古自治区乌兰察布市 012000