摘 要： 目前國內水表抄表行業存在找表難、外出抄表員難管理、水表漏抄和抄表界面不友好等問題，給企業造成較大的經濟損失。為避免上述現象的出現，設計了一款基于Android平臺的抄表機抄表軟件。該軟件具有二維碼掃描、GPS定位/地圖導航、拍照以及GPRS/WiFi通信等功能。
關鍵詞： Android；二維碼；GPS；地圖導航；GPRS/WiFi通信
目前水表抄表方式主要有IC智能卡水表、無線發射式、抄表機抄表以及分線制集中抄表等[1]。IC智能卡水表是一種先充值后使用的智能水表，用戶往往由于無法很好地掌握充值時間造成突然停水的現象；無線發射式和分線制集中抄表方式因其昂貴的前期投入和后期維護費用，暫無法廣泛推廣。抄表機抄表是目前國內市場上采用最多使用最廣的方式。
現有的抄表機抄表存在以下4個問題：（1）抄表機不能夠精確定位每一只水表，導致找表困難；（2）供水企業難以掌握外出抄表員工的工作情況，常出現有意估抄的情況；（3）水表分布廣泛、不規律，常常漏抄大量水表；（4）現有抄表機界面不友好，不便于使用。
鑒于此，設計一款基于Android OS水表抄表機軟件。本軟件利用現有GPS定位技術實時記錄外出抄表員工的抄表路徑，方便供水企業管理外出抄表員工；本系統還具有地圖導航功能，可以方便抄表員在地圖上查詢水表地理位置以及行走路線；同時，利用現有成熟的GPRS/WiFi通信技術與服務器即時通信。此外，為了提高抄表效率，本系統采用二維碼掃描技術快速得到水表信息，省去抄表員在抄表機中查找的過程；最后，本系統增加對水表讀數拍照的功能，以便日后公司對抄表情況的抽查和復查。
1 抄表機軟件總體設計
抄表機軟件堆棧結構如圖1所示。主要包含以下模塊：
（1）本地數據庫設計。本地數據庫用于存儲抄表相關數據，數據讀寫方便，減少抄表機與服務器的通信。
（2）二維碼掃描。抄表機直接從印制在表體上的二維碼識別出該水表的相關信息，無需手動查找。
（3）抄表功能。通過手動或者二維碼掃描的方式找到對應的水表，輸入水表讀數。
（4）GPS實時定位。對外出抄表員外出抄表路徑實時定位并記錄，方便對其管理。
（5）地圖導航。地圖上顯示每一個水表的地理位置，并提供路線導航。
（6）網絡通信。利用GPRS/WiFi通信技術實現終端與后臺服務器的無縫連接。
（7）拍照功能。將水表表碼以水表圖片的形式存入數據庫中，方便供水企業日后對抄表工作的抽查和復查。
2 主要模塊介紹
2.1 抄表機數據庫
本地數據庫用于存儲來自服務器的抄表任務單以便于抄表員抄表。本地數據庫主要由6張表組成，分別為水表信息表（PDA_ShuiBiaoXX）、客戶信息表（PDA_KeHuXX）、用戶欠費信息表（PDA_QianFeiXX）、抄表信息表（PDA_ChaoBiaoList）、冊本信息表（PDA_CeBenXX）和圖片信息表（PDA_MediaFile）。
抄表信息表中每個水表的ID（S_id）是唯一的，與水表信息表中水表ID（S_id）構成一對一的關系；一個抄表冊包含多個水表，通過冊本ID（C_id）與水表信息表構成一對多的關系；一個水表可以有多種欠費信息，通過水表ID（S_id）與欠費信息表構成一對多的關系；一個水表可以有多張圖片，同樣通過水表ID（S_id）與圖片信息表形成一對多的關系；一個客戶可以擁有多個水表，客戶信息表與水表信息表通過客戶ID（K_id）構成一對多的關系。根據以上所述，可以構建如圖2所示的關系圖。
2.2 抄表功能
抄表功能是該軟件的基本功能，其主要任務是將水表讀數寫入本地數據庫以及記錄抄表過程中的異常情況。具體步驟如下：
（1）輸入本次水表讀數；
（2）計算本次用水量。從數據庫中讀出上次讀數，本次讀數減去上次讀數得到本次用水量；
（3）將用水量及相關數據寫入數據庫。當確認所抄表碼無誤后，調用database的update方法[2]將數據寫入數據庫中。
2.3 二維碼識別
二維碼（dimensional barcode）是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息[3]。二維碼有很多種，本系統采用在行業中應用最成功的QR碼（Quick Response code），它以矩陣排列的形式存儲數據。
為實現QR碼的快速識別，本軟件采用開源類庫Zxing實現。首先將識別出的信息以固定的格式輸出，最后對輸出的信息進行后續操作。二維碼識別主要流程如下：
（1）完成初始化，打開攝像頭。初始化主要由Android項目的Activity來完成，包含view的初始化，攝像頭硬件和驅動初始化以及Zxing類庫的初始化。
setContentView（R.layout.qrcodescan）；
CameraManager.init（getApplication（））；
CameraManager.openDriver（）；
（2）攝像頭自動對焦。在CaptureActivityHandler中實現自動對焦，并獲取一幀圖像。
CameraManager.get（）.requestAutoFocus（this，R.id.auto_focus）；
（3）條碼解碼。在CaptureActivityHandler中新建一個條碼解碼線程DecodeThread進行解碼，將圖像灰度化、二值化、條碼區域定位。如果解碼成功，調用系統函數getSystemService（VIBRATOR_SERVICE）新建vibrator類，執行方法vibrate（VIBRATE_DURATION）進行震動及聲音提示，并將條碼值返回給CaptureActivityHandler；如果解碼失敗則獲取下一幀圖像繼續嘗試解碼。
（4）后續處理。最終解碼成功后，CaptureActivityHandler調用主程序中的回調函數將解碼出的信息作進一步的處理。
抄表機軟件QR碼解碼應用流程如圖3所示。
2.4 網絡通信
抄表機軟件采用WiFi和GPRS兩種網絡保證通信的可靠，實現有線網絡和無線網絡的無縫連接，利用socket[4]通信構建通信鏈路，完成數據協議轉換等功能。
為提高抄表機軟件與服務器之間的通信效率，本文初步設計一套通信協議，采用指令加數據的形式，具體格式如表1所示。
2.5 地圖導航
軟件結合百度地圖API和GPS的使用，實現以下功能：定位并在地圖上標注當前所處位置；地圖顯示當前位置到目的位置的最優公交、駕車以及步行路線；地圖上標識每一個水表的地理位置，抄表員可以直觀地查看水表分布。以下是調用百度地圖API[5]實現路線導航的基本步驟（以駕車路線為例）：
（1）初始化。完成授權驗證、BMapManager類初始化、百度地圖Activity初始化以及MapView的初始化。
（2）設置地圖顯示模式。主要是對是否使用內置縮放控件以及縮放過程中是否顯示圖層的設置。
mMapView.setBuiltInZoomControls（true）；
//設置是否使用內置縮放控件
mMapView.setDrawOverlayWhenZooming（true）；
（3）新建路線搜索模塊。百度地圖API中有一個MKSearch類專門用于路線搜索，它包含公交、駕車和步行等路線搜索，并可以根據需要設置搜索策略，如時間最短、距離最短、換乘最少、步行距離最短等。
mMKSearch=new MKSearch（）；
//新建一個MKSearch，初始化搜索模塊
mMKSearch.setDrivingPolicy（MKSearch.ECAR_DIS_FIRST）；
//設置策略
（4）初始化搜索模塊，建立搜索監聽事件。百度地圖API中MKSearchListener（）用于接收并處理MKSearch（）返回的搜索結果。
（5）開始搜索。得到起點位置和終點位置后，將起始點傳給搜索方法，開始搜索，搜索完畢將結果返回。
mMKSearch.drivingSearch（“杭州”，startNode，“杭州”，endNode）；
3 測試結果分析
該軟件各模塊的測試是在HTC G11手機上進行的，該測試平臺各參數如下。主屏尺寸：4英寸800×480像素；操作系統：Android OS 2.3.4；CPU型號：高通驍龍Snapdrago；CPU頻率：1 024 MHz；電池容量：1 450 mAh可拆卸式。
3.1 抄表功能測試結果
圖4顯示的是抄表功能測試結果。圖4（a）是ID號為P12537水表對應的抄表界面。圖4（b）是通過SQLiteSpy數據庫軟件查看執行抄表功能以后的數據庫相關信息。圖中可以看到PDA_ChaoBiaoSJ表中水表編號P12537對應的BenCiCM（本次抄碼）和I_ChaoJianSL（用水量）兩項的值與圖4（a）中填入的數據一致，因此數據寫入數據庫成功。
3.2 二維碼識別測試結果
圖5是QR碼識別測試結果圖。圖5（a）是QR碼掃描過程界面；圖5（b）是識別結果顯示界面；圖5（c）是選擇“確定”后的相應抄表界面。本次實驗結果表明，該QR碼識別方法識別速度快、準確率高、糾錯能力強，能夠滿足本系統的要求。
3.3 網絡通信測試結果
利用WiFi/GPRS主要是用于發送單個抄表數據（含圖片）和抄表數據庫。考慮到網絡不穩定而導致傳輸中斷的情況，軟件設計時采用大文件斷點上傳技術。實驗結果表明，軟件可實現網絡重連后續傳文件，提高效率。
3.4 地圖導航測試結果
圖6是GPS定位及地圖導航測試結果界面，圖6（a）中地圖中心點是抄表員當前位置在地圖上的顯示，圖6（b）中線顯示的是當前位置到目的地的駕車路線（點擊每一個帶箭頭的節點將會提示行走方向及距離）。
針對現有抄表機軟件不能滿足水表抄表行業需求的現狀，本文設計了一款基于Android OS的抄表機軟件。重點介紹了軟件中數據庫設計、二維碼識別應用、網絡通信及地圖導航等模塊。本軟件基于Android操作系統，增加現有抄表機沒有的二維碼掃描、地圖導航等功能，彌補了現有抄表機存在的一些不足。
參考文獻
[1] 石巖峰，蔡洪光，尹佳輝.水表抄表系統的發展與趨勢分析[M].科技風，2009（8）：204.
[2] 吳亞峰，索伊娜.Android核心技術與實例詳解[M].北京：電子工業出版社，2012.
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[4] 劉邦桂，李正凡.用Java實現流式Socket通信[J].華東交通大學學報，2007，24（5）：110-112.
[5] 文斌，李代偉.基于Android的移動公交輔助導航系統設計與實現[J].成都信息工程學院學報，2012（5）：437-442.