Универсальная система удаленного сбора данных со счетчиков

Универсальная система удаленного сбора данных со счетчиков

Необходимость регулярного снятия показаний приборов учета и передачи полученных данных поставщику ресурсов является неотъемлемой частью жизни современного человека.

Хотя операция снятия показаний не является очень обременительной, но она сопровождается «человеческим фактором»: про нее можно забыть, совершить ошибки при снятии или отправке данных, могут быть ошибки и с другой стороны. Кроме того увеличение стоимости ресурсов повышает ответственность сторон и приводит к росту недоверия между ними, попыткам хищения с одной стороны, появлению армии контроллеров с другой стороны, а это приводит к дальнейшему росту стоимости ресурсов. Общепризнанным решением указанных, а также других проблем является автоматизация или, другими словами, введение третьей «объективной» стороны — машины, которая выполняет две основные функции (исполняет две основные роли):

1. получение данных от приборов учета (роль считывателя);
2. передача данных заинтересованным сторонам (роль передатчика).

Канал прибор учета — считыватель определяется конструкцией счетчика:

Канал считыватель-передатчик очень часто является скрытым, так как в большинстве случаев обе роли интегрированы в одном устройстве.

Канал передатчик — получатель данных имеет сложную структуру и может состоять из подканалов различного вида. Обычно их три: первый подканал может иметь различный тип [1]- проводной (PLC,xDSL,RSxxx) или беспроводной (LPWAN(ZigBee,LoRa, Стриж) Bluetooth, WiFi), второй — GSM/GPRS или интернет, третий — интернет. Границей между первым и вторым подканалами обычно является концентратор или УСПД, а между вторым и третьим — сервер обработки данных. В качестве иллюстрации можно привести решение компании «Стриж» [2]:

Обилие предлагаемых технических решений с одной стороны и их недостаточное распространение с другой, говорит о наличии проблем с внедрением систем удаленного сбора данных. По нашему мнению, к этим проблемам можно отнести следующее:

1. Большое разнообразие приборов учета в эксплуатации, в том числе наличие счетчиков не имеющих никаких интерфейсов. Это требует соответствующего разнообразия считывателей. Основным трендом решения указанной проблемы является замена счетчиков.
   На Западе идет уже второй круг замен счетчиков, на первом устанавливались счетчики с импульсным выходом (поколение AMR), на втором — счетчики с интегрированными считывателями и устройствами отключения (поколение AMI). В нашей стране пока все проекты носят пилотный характер, а Госреестр СИ содержит счетчики всех типов.
2. Имеющаяся инфраструктура позволяет широко использовать для первого подканала только GSM и PLC типы каналов, которые ограниченно используется из-за достаточно высокой цены передатчиков (модемов), а PLC к тому же может быть применен только для электрических счетчиков. Более дешевые передатчики LPWAN требуют развертывания соответствующей инфраструктуры.
3. Получателями данных являются поставщики различных ресурсов или управляющие компании. Однако, в отличие от Запада, владельцами инфраструктуры часто являются совсем другие компании (интеграторы, операторы). Из-за отсутствия стандартов смена такой компании приводит к проблемам в работе системы. К тому же поставщики различных ресурсов действуют независимо и несогласованно, что еще больше усложняет внедрение комплексной системы.
4. Конечные потребители начнут ощущать преимущества от автоматизации только после ее окончательного внедрения и доступа в личный кабинет. А на примере установки счетчиков с импульсным выходом видно, что ждать этого момента можно годами. Это приводит к их незаинтересованности, поэтому процесс внедрения происходит «сверху» — со стороны компаний.
   К счастью, развитие технологий и широкое распространение интернета позволяет решить все рассмотренные проблемы.

1. Оптическое распознавание показаний счетчика

Получение показаний приборов учета через анализ статического или динамического изображения табло прибора давно является предметом исследований. И в этом направлении достигнуты значительные успехи.

Вероятно, наиболее распространенным способом является получение фотографий счетчика и ее распознавание на сервере. Последним примером такого подхода является эксперимент столичного департамента информационных технологий: москвичам предложили фотографировать свои счетчики на воду и отправлять фото с реальными показаниями приборов учета горячей и холодной воды. Планируются, что до конца 2017 года разрабатываемая нейронная сеть сможет научиться безошибочно, быстро и точно распознавать показания счетчиков по фотографиям [3].

С развитием мощности мобильных устройств стало возможным перенести распознавание на эти устройство. Дополнительную привлекательность такому решению придает возможность объединения двух процессов — получения фото и его распознавание на одном устройстве. Наиболее известными и популярными решениями являются разработки компаний Pixometer [4] и Anyline [5].

При всей простоте идеи получения изображения и распознавания показаний счетчика на мобильном устройстве пользоваться соответствующими решениями не очень просто из-за повышенных требований к качеству изображения. А здесь нужно учесть, что счетчики не всегда расположены в местах удобных для фотографирования. И если уж пользователь добрался до счетчика, то ему намного проще записать его показания на бумагу или в тот же смартфон, для чего, кстати, имеется множество качественных решений, например [6].

Поэтому получение изображений счетчиков при помощи стационарных устройств безусловно удобнее для пользователя, чем фотографирование их смартфонами. Кроме того, качество таких фотографий заметно выше из-за постоянства расстояния и освещенности. Здесь также имеется различные решения от любительских [7] до профессиональных:

Для распознавания фотографий счетчиков используются удаленные серверы.

Наиболее эффективным и удобным является решение, когда и получение изображения со счетчика и его распознавание производятся на устройстве (оптическом считывателе), закрепленном на счетчике. К таким относятся решения компании Xemtec [10]

К сожалению, замечательные устройства этих компаний имеют достаточно высокую цену, порядка 250 евро (и это без учета концентраторов и прочей периферии!). С учетом количества счетчиков в обычном домохозяйстве это делает их применение в наших условиях невозможным.

Мы также разрабатываем устройство для считывания показаний счетчика, работающее в режиме plug&play, но обладающее приемлемой ценой (до $30). За счет использования новой оригинальной технологии распознавания наш считыватель может работать, также как продукт Anyline, с любыми типами счетчиков.

На видео показана работа прототипа устройства с микроконтроллером ESP8266, используемого для получения изображения и распознавания показаний счетчика. Из-за недостаточной памяти, распознавание осуществляется по две цифры за один кадр.

2. Универсальная инфраструктура

Согласно последним исследованиям интернет-аудитория в России достигла 87,7 млн. чел. (71% населения, а среди молодежной аудитории — 98%). РАЭК предсказывает, что к 2020 году доступ в интернет в РФ будут иметь до 85% россиян [13]. Такие цифры означают, что уже сегодня практически в каждом домохозяйстве есть доступ к интернету. Для внедрения систем удаленного сбора данных это означает возможность изменения структуры канала передатчик — получатель данных. Теперь этот канал будет содержать только два подканала: первый — RF канал, второй — интернет канал. Разделяет подканалы концентратор, который собирает данные только от небольшого числа счетчиков одного домохозяйства и передает эти данные непосредственно поставщикам ресурсов, управляющим компаниям и т.д.

Такая инфраструктура в сочетании с оптическими считывателями позволяет решить все проблемы описанные выше.

1. Разнообразие приборов учета не имеет никакого значения, так как для определения показаний используется табло, которым обладают все счетчики. Необходимый для этого оптический считыватель обладает низкой ценой, прост в установке и не требует никаких настроек.
2. Для первого подканала используются очень дешевые маломощные передатчики с радиусом действия до 50 м (такого же типа как в обычных радиопультах). Для второго подканала — интернет. Функции концентратора:
   • По заданному при настройках расписанию посылает команду соответствующему считывателю, получает показание счетчика и сохраняет его. Такая же процедура (опрос счетчика) возможна по команде в произвольный момент времени.
   • По заданному расписанию (может не совпадать с расписанием опроса) и адресам осуществляет отправку показаний счетчиков на сервера получателей данных.
   • Получает команды от сервера поставщика ресурсов.
   • Имеет WEB интерфейс для работы с пользователями (владельцами приборов учета).

3. Все поставщики ресурсов, а также управляющих компаний находятся в равных состояниях в системе и могут в любой момент получить удаленный доступ к показаниям приборов учета, а также организовать обратную связь.
4. Пользователь сразу же после установки концентратора получает возможность удаленного доступа к показаниям счетчиков.

3. Домашний концентратор — центр умного дома

В настоящее время концепция умного дома становится все популярнее. Управление инженерными системами позволяет сделать жилье более комфортным, что является для многих желаемым, но не необходимых компонентом жизни. В то же время всемирный тренд на усиление контроля за потреблением ресурсов делает внедрение автоматизированного удаленного сбора данных необходимым. Совмещение указанных двух концепций в рамках рассматриваемой универсальной системы позволяет сформировать требования к домашнему концентратору как к центру будущего умного дома: