本发明涉及水务管理，具体为一种基于标准差算法的智能水表管理系统及方法。
背景技术：
1、智能水表远程管理系统是一种基于现代信息技术和物联网技术的水表管理系统，通过对水表进行智能化改造和远程监控，实现对水表数据的实时采集、远程传输、远程查询和远程控制等功能。系统通过网络与水务管理部门进行数据交互，为水务管理提供科学、高效、便捷的手段。
2、近年来，在受物联网技术快速发展的影响，以及一户一表、三供一业、定期强检轮换、阶梯水价收费等政策推动下，我国智能水表产品市场供给快速增长，市场容量不断扩大。智能水表的安装代替了往前人工上门抄表的工作模式，长时间没有人员上门检查，相应的让偷水行为更加猖獗，利用磁攻击的方式，实现对水表使用量进行篡改；有时部分用户水费出现异常增长的情况，系统管理员无法对异常情况是否为漏水作出判断，容易造成水资源的浪费。
3、所以，本发明公开一种基于标准差算法的智能水表管理系统及方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于标准差算法的智能水表管理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于标准差算法的智能水表管理方法，所述方法包括以下步骤：
3、s1：将智能水表传感器收集到的用户用水量信息传输到中央处理器；
4、s2：中央处理器接收到用户用水量数据后，对数据进行处理和分析，计算用户用水量的波动情况，检测用户用水量异常情况；
5、s3：根据上述的用户异常用水波动情况，对用户用水量进行深度分析，识别用户用水量异常情况的种类；
6、s4：将用户用水量信息和水费信息，反馈给用户；若上述异常情况为漏水，对用户进行提醒告知；若异常情况为磁攻击，系统管理员进行维修人员派遣。
7、根据上述方法，所述智能水表内置双光电磁敏传感器，所述双光电磁敏传感器是一款基于磁传动光电位置传感器，具有状态能够保存，功耗低和计量准确的特点；采用正交编码技术将叶轮的转动状态进行分解，分解后的转动状态数量为n，通过定期扫描获取叶轮状态，且当下一个状态位来临之前当前状态是保留的。
8、传统水表的计量叶轮转动的圈数方式是在叶轮上安装磁铁，外部使用干簧管或磁敏等感知叶轮的转动，使叶轮每转动一圈输出一个脉冲。此类水表的缺点是易受到外部磁场的干扰，且容易丢脉冲。本发明中的内置双光电磁敏传感器智能水表相对于磁传导脉冲水表丢脉冲的概率大大减少，提高了计量准确性。
9、根据上述方法，所述s2中的计算用水量的波动情况，具体计算方法如下：
10、每隔相同的时间段t，对水表的用水量进行读取，将第i天的第h个读取时刻的用户用水量记为wci(h)，其中h≥1；
11、对h-1至h时间段的用水量进行计算，将第i天的第j个读取时间段的用户用水量记为wchi(j)；计算公式如下所示：
12、wchi(j)＝wci(h)-wci(h-1)，
13、一个用户在一天中不同时间段的用水量大不相同，对一天内的用水量进行纵向分析，则难以获得用户用水的异常情况，而用户在不同日期相同时间段用水情况基本相同，故本发明将每日中相同时间段的用水量进行横向分析。
14、将每日中相同时间段的用水量形成序列：wcd(j)＝{wch1(j),wch2(j),…,wchn(j)}，其中n为序列日期天数，对上述序列求标准差，具体计算公式如下：
15、
16、其中为序列中所有元素的平均数；在系统中设置标准差阈值θ，标记σ(j)大于阈值θ的时间段；
17、与上述同理，计算连续的m个不同时间段的用水量序列的标准差，若均大于标准差阈值θ，则将上述第一个出现标准差大于系统中设置标准差阈值的用水量序列，记为用户用水量异常情况的用水量序列；反之，则记为用户用水量正常用水量序列。
18、标准差能反映一个数据集的离散程度，根据上述计算，能够计算得出用水情况有较大离散情况的时间段。
19、根据上述方法，所述步骤s3中的识别异常情况的种类，具体方式如下：
20、提取所述标准差大于阈值时间段的用水量序列；假设其中存在用户异常用水初始日期t(2≤t≤n-1)，用水量序列wcd(j)从日期t分为两个不同的序列，异常用水前的用水量序列表示为wcdt(j)＝{wch1(j),wch2(j),…,wcht(j)}，异常用水后的用水量序列表示为wcdn-t(j)＝{wcht+1(j),wcht+2(j),…,wchn(j)}；和分别为异常用水前后两个序列的均值；
21、两个序列之间的离差表示为：
22、
23、则异常用水前序列的标准差计算公式如下：
24、
25、异常用水后序列的标准差计算公式如下：
26、
27、设所述a对应的t即为用户异常用水初始日期；
28、所述a会因为t的取值变换而变化，因为用户在不同日期相同时间段用水情况基本相同，而出现用户用水异常情况之后，用户用水量相比较异常情况之前会出现明显的变化，同种情况之间离差较小，不同情况之间离差较大，只有将用户用水量序列完全地分成出现用户用水异常情况前后的两个序列，才会达到a的最小值，而此时对应的t就是用户异常用水初始日期。
29、若则用户异常用水情况为磁攻击；若则用户异常用水情况为漏水。
30、根据上述方法，若用户异常用水情况为磁攻击，则系统管理员需要派遣员工上门，对用户水表进行检修；若用户异常用水情况为漏水，则系统管理员将所述异常情况发送告知给用户。
31、根据申请的另一个方面，提供了一种基于标准差算法的智能水表管理系统，所述系统应用于上述的一种基于标准差算法的智能水表管理方法实现，其特征在于，所述智能水表管理系统包括：水表水流计量与传输模块、中央处理器模块和水表数据展示与管理模块；
32、所述水表水流计量与传输模块用于计算用户使用水量，并将上述水量数据传输中央处理器模块；所述中央处理器模块用于分析计算用户的水量数据，检测用户异常用水情况，并对异常情况进行报警提示；所述水表数据展示与管理模块用于用户查看使用水量和费用，展示报警提示条目。
33、根据上述方案，所述水表水流计量与传输模块内置双光电磁敏传感器，系统预制时间t，对用户用水信息采样收集；所述数字传感器采用正交编码技术将叶轮的转动状态进行分解，分解后的转动状态数量为n，通过定期扫描获取叶轮状态；下一个状态位来临之前当前状态保留；所述水表水流计量与传输模块具有整点冻结数据功能，并将上述数据上传至中央处理器模块。
34、根据上述方案，所述中央处理器模块包括数据处理与分析单元和异常检测与报警单元；
35、所述数据处理与分析单元基于标准差对用户用水信息进行分析，计算用水量的波动情况；所述异常检测与报警单元根据分析计算结果，对异常用水情况进行识别，判断异常用水的类别，并将根据最终异常情况分析结果，若异常情况用水为漏水，发送至水表数据展示与管理模块。
36、根据上述方案，所述水表数据展示与管理模块能够展示实时的用水量数据、历史数据和统计信息；用户能够通过该模块对水表进行管理，包括查询用水量和设置报警阈值；所述设置报警阈值用于用户制定更加经济和环保的用水计划，根据分析用水量数据，对每日用水总量做出预设行为。
37、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明根据具体的用户用水量的变化，通过基于标准差的计算方法，快速识别磁攻击手段，能够有效避免因长时间没有人员上门检查，用户利用磁攻击的方式实现对水表使用量进行篡改的行为；基于标准差的计算方法，识别用户的漏水情况，能够有效地减少水资源的浪费和用户不必要开支；基于标准差的计算方法能够减少智能水表中元器件的使用，不但能够减少水表厂家的生产成本，也能够避免元器件损坏，而造成人力物力的浪费。
1.一种基于标准差算法的智能水表管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于标准差算法的智能水表管理方法，其特征在于：所述智能水表内置双光电磁敏传感器，采用正交编码技术将叶轮的转动状态进行分解，分解后的转动状态数量为n，通过定期扫描获取叶轮状态，且当下一个状态位来临之前当前状态是保留的。
3.根据权利要求1所述的一种基于标准差算法的智能水表管理方法，其特征在于：所述s2中的计算用水量的波动情况，具体计算方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于标准差算法的智能水表管理方法，其特征在于：所述步骤s3中的识别异常情况的种类，具体方式如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于标准差算法的智能水表管理方法，其特征在于：若用户异常用水情况为磁攻击，则水表公司需要派遣员工上门，对用户水表进行检修；若用户异常用水情况为漏水，则将所述异常情况发送告知用户。
6.一种基于标准差算法的智能水表管理系统，所述系统应用权利要求1-5中任意一项所述的一种基于标准差算法的智能水表管理方法实现，其特征在于，所述智能水表管理系统包括：水表水流计量与传输模块、中央处理器模块和水表数据展示与管理模块；
7.根据权利要求6所述的一种基于标准差算法的智能水表管理系统，其特征在于：所述水表水流计量与传输模块内置双光电磁敏传感器，系统预制时间t，对用户用水信息采样收集；所述数字传感器采用正交编码技术将叶轮的转动状态进行分解，分解后的转动状态数量为n，通过定期扫描获取叶轮状态；下一个状态位来临之前当前状态保留；所述水表水流计量与传输模块具有整点冻结数据功能，并将上述数据上传至中央处理器模块。
8.根据权利要求6所述的一种基于标准差算法的智能水表管理系统，其特征在于：所述中央处理器模块包括数据处理与分析单元和异常检测与报警单元；
9.根据权利要求6所述的一种基于标准差算法的智能水表管理系统，其特征在于：所述水表数据展示与管理模块能够展示实时的用水量数据、历史数据和统计信息；用户能够通过该模块对水表进行管理，包括查询用水量和设置报警阈值；所述设置报警阈值用于用户根据用水量数据，对每日用水总量做出预设行为。
