二等奖——基于机器视觉与激光传感的大口径水表智能检定技术及装置研发
1 主要荣誉
研究成果《基于机器视觉与激光传感的大口径水表智能检定技术及装置研发》经广东省测量控制技术与装备应用促进会鉴定，具有较高的创新性、技术价值、经济价值和社会价值，整体技术达到国际先进水平，获得2024年中国职工技术协会技术创新成果二等奖。
本项目属于计量技术领域；水表计量准确度是衡量水表质量优劣的关键指标，需要法定计量检定机构开展检定工作来保障其计量准确；项目针对水表送检类别数量多、检定要求高、检定效率低等问题，开展基于机器视觉与激光传感的大口径水表智能检定技术及装置研发。项目成果适用于法定计量检定机构、水表生产企业、水表检定装置生产企业以及自来水的生产和供应业对DN（65-200）水表进行首次检定、周期检定、校准或使用中检查。
主要研究内容包括：
1、研发水表读数视觉识别和激光传感器应用新技术，实现水表流量读数自动识别与机械式水表读数自动采集，为信息集成创造数字化条件；
2、开发三维可调式气体动力水表自动对中新装置，提高测量系统的装卸效率与测量准确度；
3、研制基于视觉识别技术的DN（65-100）水表智能检定、基于激光传感器的DN（125-200）机械式水表智能检定的新产品新装置，实现水表读数自动读取、误差自动计算以及原始记录、报告出具自动化。
项目成果具有检定适用性强、差错率低、检定效率高等特点。项目申请专利17件，其中获得授权发明专利6件、实用新型专利8件、外观设计专利1件，计算机软件著作权登记2项，制订、发布地方标准1项、团体标准3项，发表学术论文13篇。
检定装置主要技术经济指标如下：
（1）检定流量范围：DN（65-100）水表智能检定装置为（0.1~250）m3/h，DN（125-200）机械式水表智能检定装置为（2~600）m3/h；
（2）检定装置计量性能：符合《水表检定装置检定规程》（JJG 1113—2015）规定要求，测量准确度等级达0.2级；
（3）水表累积水量读数图像识别成功率不低于99.9%。
（4）2021-2023年，水表检定收入达998.5万元，水表检定装置销售收入1079.36万元，新增利润528.46万元，同时降低人力成本96万元，直接经济效益合计2173.86万元。
项目实现水表自动检定，显著提高检定效率，保障了水表的准确计量；电子式水表读数的视觉识别填补了国内外水表检定领域的空白，对推动本行业水表检定装置的技术水平提升发挥了重要作用。
检定装置得到用户和相关业内人士的一致好评，已在广州市自来水有限公司、广州市兆基仪表仪器制造有限公司等用户中得到应用，具有良好的推广前景，取得显著的社会、经济和生态环境效益。
（1）开发水表读数视觉识别模块，自动识别得到累积流量示值。
对机械式水表和电子式水表的流量分别采用不同的视觉识别技术进行自动读数。对机械式水表，采用摄像机对水表表盘拍照，采集检定前、后各指针的静态位置，并分析其角度，进而识别出检定开始时刻和终止时刻的水量示值，计算出检定过程水表累积体积示值。
首次提出了一种基于改进穿线法的电子式水表读数图像识别方法及装置，对摄像机拍摄的电子式水表表盘图像中的读数数字采用改进穿线法识别，先从数字的上边界中点从上往下扫描，再分别从数字左边界的3/4中点和左边界1/4中点从左往右扫描，根据三次扫描的结果确定数字类型，合并各位识别出的液晶数字得到被检水表的累积流量示值。视觉识别模块已应用于实际检定工作。
（2）开发激光传感器读数装置，自动采集机械式水表读数。
首次开发激光传感器读数装置，将传感器光源发射到水表末位指针转动一圈扫过的圆形区域任一固定点并返回漫反射光信号、再将漫反射光信号转换成电信号，在指针转动过程中因指针颜色和所在区域底色不同导致光电元件检测到的电信号也不同，因此在指针转到激光光源所在点时发送一个脉冲，每转动一圈发送一个脉冲，根据记录的脉冲数转换成该表的累积流量示值。
提出一种基于多光源激光传感器的机械式水表检定方法及装置；将多个激光传感器形成多光源发射到水表末位指针所在的表盘上，使激光照射点沿着圆周均匀分布，利用测距原理，当指针经过激光照射点时，对应激光传感器测得距离变化获得脉冲信号，根据获得的脉冲信号识别指针转动圈数并换算成被检水表累积体积示值。
（3）提出一种基于激光传感器的机械水表智能检定装置及固定方法。装置的中控单元根据智能水表的外轮廓初步确定第一采集器和第二采集器的坐标，保证了采集信息的完整性；中控单元根据第一采集器和第二采集器的横坐标确定第二横向螺杆延迟时长，并根据第一采集器和第二采集器采集到的图像信息中表针特征位于对应位置将第一采集器和第二采集器移动至对应位置，进一步提高了智能水表待采集信息获取的精确度。
（4）首次提出了一种串并联耦合式多工位水表检定装置。可串并联耦合同时检定多台相同规格型号的水表，检定装置测量段有多路检定通道、每个通道串联多台被检水表，在常用流量点采用串联式检定方式，在分界流量点和最小流量点采用并联式检定方式。
（5）研制三维位移可调式气压驱动水表自动对中系统，降低被检水表检定前安装难度和检定不确定度。
本项目研制的检定装置凭借其检定稳定、可靠、科学、高效、自动化程度高的特性，得到用户和相关业内人士的一致好评，具有良好的推广应用前景，可推广至法定计量检定机构、水表生产企业、水表检定装置生产企业以及自来水的生产和供应业。
目前项目成果已在广州市自来水有限公司、广州市兆基仪表仪器制造有限公司、杭州丹纳计量科技有限公司、宁波索图测控技术有限公司、无锡英特沃德自动化科技有限公司和海盐美捷测试仪器有限公司应用，水表检定装置生产企业普遍反映应用项目成果后，其生产的水表检定装置在保证准确度等级达0.2级的前提下，可提高检定效率20%-80%，为提升行业检定水平奠定了较好的基础，同时也为其开拓国内检定装置市场发挥了重要作用；水表生产企业和法定计量检定单位采用本智能检定装置进行检定后，检定装置准确度等级至少达0.2级，水表累积流量示值采集成功率不低于99.9%，检定效率提高了3倍，大大节约了企业的送检时间。随着技术的不断成熟，检定装置价格的逐步降低，国内法定计量检定机构和水表生产企业将逐步替换落后的检定装置，而选择本项目研制的检定装置，整体提升水表检定的技术水平。
项目承担单位将在现有研究成果的基础上，进一步提升基于单光源激光传感器的DN（125-200）机械式水表智能检定装置的稳定性、高效性和适用性；后续项目组将深入研究更多防止脉冲信号丢失的方法，进一步提高水表检定装置的抗干扰能力。受限于项目实施时间，项目组尚未将基于多光源激光传感器的机械式水表自动检定装置研制出来，接下来项目组将致力于把设计文件转化为装置成品并应用于实际检定工作，进一步提升检定效率和质量；同时深入研究、比较基于不同原理的指针转动圈数采集方式，供检定装置研究、生产、应用参考。项目组对机械式水表的图像识别方法，将运用各种不同厂家、规格型号的机械式水表进行图像采集系统和图像识别模块的优化，不断提高图像识别的成功率、高效性、稳定性、可靠性。对电子式水表，项目组对电子式水表表盘图像中的数字采用改进穿线法识别，该方法主要适用于七段式液晶显示电子式水表，对于其它类型的电子式水表则识别成功率偏低；项目组将开发出除改进穿线法之外的其它识别方法，如基于神经网络的字符识别方法，并致力于建立数字样本、开展训练和提升算法运行效率。
| 联系人 | 张圆明 |
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编辑：小羊
发稿：专委会秘书处
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