TWI677845B

TWI677845B - 用水量監視裝置和用水量監視方法

Info

Publication number: TWI677845B
Application number: TW107140334A
Authority: TW
Inventors: 江啟宏; Chi-Hung Chiang
Original assignee: 中華電信股份有限公司; Chunghwa Telecom Co., Ltd.
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2019-11-21
Also published as: CN111189502A; TW202018652A; CN111189502B

Abstract

提供一種用水量監視方法，包括：接收累積用水量資料，並且取樣累積用水量資料以產生對應於第一時間間隔的第一資料集和第二資料集；根據門檻值過濾第一資料集和第二資料集以分別產生第一集縮資料集和第二集縮資料集；響應於第一集縮資料集與第二集縮資料集的取樣時間差值超過第一時間間隔而根據第一集縮資料集和第二集縮資料集產生插補資料集；以及根據第一集縮資料集、第二集縮資料集以及插補資料集計算總用水量。

Description

用水量監視裝置和用水量監視方法

本發明是有關於一種監視技術，且特別是有關於一種用水量監視裝置和用水量監視方法。

現行的用水量監視設備係收集用水資料並將其不斷地累加，直到水量累進數值超過用水量計數器上限後，計數器會重置而使水量累進數值歸零。然而，採用累進式資料收集方式會遭遇各種問題，諸如通訊異常造成用水資料的回報失敗、設備暫時或永久異常導致用水資料的數值暴增或用水量計數器因達到最大值而重置進而導致用水資料的數值急速地變小等狀況。上述的狀況常造成用水量的數值異常，使得人員難以通過用水量監視設備準確地評估用水資料。

因此，需要提出一種可排除異常數值以及修補缺漏數值的方法，使得監視設備能正確地反映用水狀況。

本發明提供一種用水量監視裝置，包括收發器、儲存單元以及處理單元。收發器接收累積用水量資料。儲存單元儲存多個模組。處理單元耦接收發器和儲存單元，並且存取及執行多個模組。多個模組包括資料擷取模組、資料過濾模組、資料補值模組以及資料修正模組。資料擷取模組取樣累積用水量資料以產生對應於第一時間間隔的第一資料集和第二資料集。資料過濾模組根據門檻值過濾第一資料集和第二資料集以分別產生第一集縮資料集和第二集縮資料集。資料補值模組響應於第一集縮資料集與第二集縮資料集的取樣時間差值超過第一時間間隔而根據第一集縮資料集和第二集縮資料集產生插補資料集。資料修正模組根據第一集縮資料集、第二集縮資料集以及插補資料集計算總用水量。

本發明提供一種用水量監視方法，包括：接收累積用水量資料，並且取樣累積用水量資料以產生對應於第一時間間隔的第一資料集和第二資料集；根據門檻值過濾第一資料集和第二資料集以分別產生第一集縮資料集和第二集縮資料集；響應於第一集縮資料集與第二集縮資料集的取樣時間差值超過第一時間間隔而根據第一集縮資料集和第二集縮資料集產生插補資料集；以及根據第一集縮資料集、第二集縮資料集以及插補資料集計算總用水量。

基於上述，本發明的用水量監視裝置可對原始的用水資料進行過濾，將較為正確的取樣資料呈現給監視裝置，且還能大幅地壓縮用水資料。用水量監視裝置可對取樣資料進行內插運算以修補缺漏的用水量資料。透過本發明的用水量監視方法，用水量監視裝置可對各式異常的用水量資料進行修正。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

為了排除異常的用水量數值並修補缺漏的用水量資料，本發明提出一種用水量監視裝置和用水量監視方法。

圖1根據本發明的實施例繪示一種用水量監視裝置10的示意圖。用水量監視裝置10可包括處理單元100、儲存單元200以及收發器300。

處理單元100耦接儲存單元200以及收發器300，並且存取及執行儲存於儲存單元200中的多個模組。處理單元100可例如是中央處理單元（central processing unit，CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（microprocessor）、數位信號處理器（digital signal processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（application specific integrated circuit，ASIC）或其他類似元件或上述元件的組合，本發明不限於此。

儲存單元200儲存多個模組，所述模組可包括資料儲存模組201、資料擷取模組202、資料過濾模組203、資料補值模組204、門檻值設定及計算模組205以及資料修正模組206。這些模組的功能將於本文後續說明。儲存單元200可例如是任何型態的固定式或可移動式的隨機存取記憶體（random access memory，RAM）、唯讀記憶體（read-only memory，ROM）、快閃記憶體（flash memory）、硬碟（hard disk drive，HDD）、固態硬碟（solid state drive，SSD）或類似元件或上述元件的組合，本發明不限於此。

收發器300傳送及接收訊號。收發器300還可以執行例如低噪聲放大（low noise amplifying，LNA）、阻抗匹配、混頻、上下變頻轉換、濾波、放大以及類似的操作。在本實施例中，收發器300用以接收累積用水量資料。舉例來說，收發器300可收集來自水表、智慧用水管理設備所回報之累積用水量資料，並將累積用水量資料傳送給儲存單元200的資料儲存模組201，以將該些資料儲存起來。累積用水量資料可包括時間、設備唯一識別碼及累積用水量等資訊。

圖2根據本發明的實施例繪示一種用水量監視方法的流程圖，所述用水量監視方法可由如圖1所示的用水量監視裝置10實施。

在步驟S210，收發器300可接收累積用水量資料，並且資料擷取模組202可取樣所述累積用水量資料以產生對應於第一時間間隔的第一資料集E ₀'和第二資料集E _N'，其中第一資料集E ₀'對應於第一時段、第二資料集E _N'對應於第二時段，且所述第一時段早於所述第二時段。第一資料集E ₀'和第二資料集E _N'可分別包括M個取樣資料R _j（j = 1~M，其中M為任意的正整數）。

具體來說，資料儲存模組201可儲存來自於收發器300的累積用水量資料。資料擷取模組202可對儲存於資料儲存模組201的累積用水量資料進行取樣，以產生對應於第一時間間隔的一或多筆資料集E _i'（i = 0~N，其中N為任意正整數）。舉例來說，資料儲存模組201可在每一取樣間隔（例如：每一分鐘）從累積用水量資料中取樣出一取樣資料，進而將M筆（例如：十五筆）取樣資料R _j（j = 1~M）結合為對應於第一時間間隔（例如：每十五分鐘）的資料集E _i'（i = 0~N）。詳言之，若第一時間間隔為T ₁且資料擷取模組202欲於時間T進行取樣，則資料擷取模組202可基於一取樣間隔而在T _S= T – 2*T ₁至T _E= T – T ₁期間進行取樣，藉以產生由至少一筆用水量的取樣資料R _j（j = 1~M）所組成的資料集E _i'，其中R ₁對應於時間T _S、R _M對應於時間T _E並且時間T _S與時間T _E相距第一時間間隔T ₁。接著，資料擷取模組202可將在取樣時間在T _S之前，但最接近T _S的一筆取樣資料R ₀取樣出來，並將取樣資料R ₀連同資料集E _i'傳送給資料過濾模組203。

在一些實施例中，資料儲存模組201可儲存對應於資料集E _i'的統計資料。在一些實施例中，資料過濾模組203和資料補值模組204可對資料集進行處理，進而產生分別對應於資料集E _i'的多筆統計資料。每一筆統計資料可代表第一時間間隔內，所有原始用水量之取樣資料的統計結果，其可包括時間區間起始時間、時間區間結束時間、首筆用水量的取樣資料、末筆用水量的取樣資料、第一時間間隔內的原始取樣資料筆數、設備唯一識別碼等資訊。

接著，在步驟S220，資料過濾模組203可根據門檻值過濾資料集E _i'以產生集縮資料集（aggregate data set）E _i。圖3根據本發明的實施例更進一步地繪示用水量監視方法之步驟S220的流程圖。

在步驟S221，門檻值設定及計算模組205確認是否存在為了因應突發狀況（例如：臨時用水需求增加導致合理的用水量暴增）而由人工設定的人工輸入門檻值（例如：每一取樣間隔內最大容許的用水量增幅）。若不存在人工輸入門檻值，則在步驟S222，門檻值設定及計算模組205可利用過去的用水量資料計算門檻值。例如，門檻值設定及計算模組205可取得過往三年同樣時間區段內的每一取樣間隔的用水量增幅，並以用水量增幅中的最大者作為門檻值。

在步驟S223，門檻值設定及計算模組205可判斷資料集E _i'中的一第二取樣資料（例如：R _j）與一第一取樣資料（例如：R _j-1）的差值是否超過門檻值，其中第一取樣資料R _j-1的取樣時間早於第二取樣資料R _j的取樣時間。若步驟S223的判斷結果為是，則進入步驟S224，若步驟S223的判斷結果為否，則進入步驟S225。

在步驟S224，資料過濾模組203可將第二取樣資料R _j自資料集E _i'移出。這個步驟的目的是為了將不合理的用水量暴增（即：取樣資料R _j-1和R _j之間的用水量差異大於門檻值）的取樣資料自資料集E _i'中移除。

在步驟S225，資料過濾模組203判斷第二取樣資料R _j是否為資料集E _i'中的最末筆取樣資料R _M。若判斷結果否，則資料過濾模組203在步驟S226時使j = j + 1，並且再次執行步驟S223。若R _j即為最末筆取樣資料R _M，則進入步驟S227。資料過濾模組203可用尚未遭移出的取樣資料組成集縮資料集E _i（i = 0~N）。在執行完步驟S227後，可進入步驟S230。

簡而言之，在步驟S220的過程中，資料過濾模組203可對每一筆資料集E _i'進行過濾並產生對應的多筆集縮資料集E _i。

回到圖2，在步驟S230，資料補值模組204可響應於第一集縮資料集E ₀與第二集縮資料集E _N的取樣時間差值超過第一時間間隔而根據第一集縮資料集E ₀和第二集縮資料集E _N產生插補資料集E _k（k = 1~N-1）。具體來說，在獲得多筆集縮資料集E _i後，資料補值模組204會先從多筆集縮資料集E _i（i = 0~N）中決定可用來當作線性內插運算之依據的第一集縮資料集E ₀以及第二集縮資料集E _N。

首先，資料補值模組204會依序判斷每一集縮資料集E _i內是否存在取樣資料。若一集縮資料集E _i內不存在取樣資料，代表對應於所述集縮資料集E _i的資料集E _i'內的所有取樣資料都被資料過濾模組203所過濾，因而所述集縮資料集E _i不具有任何的取樣資料，且所述集縮資料集E _i不適合作為第二集縮資料集E _N。相對來說，若所述集縮資料集E _i內存在取樣資料，代表與所述集縮資料集E _i對應的資料集E _i'中，存在至少有一筆取樣資料未被資料過濾模組203所過濾。如此，則資料補值模組204可將所述集縮資料集E _i作為第二集縮資料集E _N。

在取得第二集縮資料集E _N後，資料補值模組204可自資料儲存模組201取出其取樣時間早於第二集縮資料集E _N之取樣時間、具有至少一筆取樣資料以及其取樣時間最接近第二集縮資料集E _N之取樣時間的一集縮資料集E _i以作為第一集縮資料集E ₀。接著，資料補值模組204可判斷第一集縮資料集E ₀與第二集縮資料集E _N之間是否存在其他的無效的集縮資料集E _i（即：不具有任何取樣資料的集縮資料集E _i）。資料儲存模組201可儲存第一集縮資料集E ₀與第二集縮資料集E _N，以備日後查詢。

假設第一集縮資料集E ₀的首筆取樣資料的取樣時間為T _S0、末筆取樣資料的取樣時間為T _E0，並且第二集縮資料集E _N的首筆取樣資料的取樣時間為T _SN、末筆取樣資料的取樣時間為T _EN。若T _SN減去T _S0大於第一時間間隔T1，代表第一集縮資料集E ₀與第二集縮資料集E _N之間存在其他無效的集縮資料集E _i（即：集縮資料集E _i中不存在任何的取樣資料）。資料補值模組204可對進行第一集縮資料集E ₀與第二集縮資料集E _N線性內插運算來修補對應該些無效集縮資料集的取樣資料。例如，資料補值模組204可透過線性內插運算以根據第一集縮資料集E ₀與第二集縮資料集E _N計算出插補資料集E _k（k = 1~N-1）的首筆取樣資料和末筆取樣資料，其中第一集縮資料集E ₀對應於第一時段、第二集縮資料集E _N對應於第二時段、插補資料集E _k對應於第三時段、所述第一時段早於所述第二時段並且所述第三時段在所述第一時段和所述第二時段之間。資料儲存模組201可儲存計算好的插補資料集E _k，以備日後查詢。

在一些實施例中，資料補值模組204可透過線性內插運算以根據插補資料集E _k的首筆取樣資料和末筆取樣資料來修補被過濾的取樣資料，使插補資料集E _k包括M個取樣資料R _j（j = 1~M，其中M為任意的正整數）。資料儲存模組201可儲存修補後的插補資料集E _k，以備日後查詢。

另一方面，資料補值模組204還可以根據第一集縮資料集E ₀與第二集縮資料集E _N的統計量計算出插補資料集E _k（k = 1~N-1）的統計量，如公式（1）所示。公式（1）其中v(a)代表a的統計量、N代表集縮資料集的總數，所述統計量可例如是變異量、標準差或平均值等，本發明不限於此。

在步驟S240，資料修正模組206可根據第一集縮資料集E ₀、第二集縮資料集E _N以及插補資料集E _k計算總用水量。資料儲存模組201可將計算出的總用水量儲存，以備日後查詢。詳言之，資料修正模組206可根據分別對應於第一集縮資料集E ₀、第二集縮資料集E _N以及插補資料集E _k的多筆首筆取樣資料以及多筆末筆取樣資料計算總用水量，如公式（2）所示。公式（2）其中U代表第一時段和第二時段之間的總用水量、f(a)代表集縮資料a的首筆取樣資料、l(a)代表集縮資料集a的末筆取樣資料、m(a, b)代表如公式（3）所示的條件方程式。公式（3）

綜上所述，本發明的用水量監視裝置可對原始的用水資料進行過濾，將無意義或異常的取樣資料（例如：用水量暴增的取樣資料）移除，進而將較為正確的取樣資料呈現給監視裝置，且還能大幅地壓縮用水資料。用水量監視裝置可對取樣資料進行內插運算以修補缺漏的用水量資料，還可以根據少量的取樣資料計算出總用水量。透過本發明的用水量監視方法，用水量監視裝置可對各式異常的用水量資料進行修正。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧用水量監視裝置

100‧‧‧處理單元

200‧‧‧儲存單元

201‧‧‧資料儲存模組

202‧‧‧資料擷取模組

203‧‧‧資料過濾模組

204‧‧‧資料補值模組

205‧‧‧門檻值設定及計算模組

206‧‧‧資料修正模組

300‧‧‧收發器

S210、S220、S221、S222、S223、S224、S225、S226、S227、S230、S240‧‧‧步驟

圖1根據本發明的實施例繪示一種用水量監視裝置的示意圖。圖2根據本發明的實施例繪示一種用水量監視方法的流程圖。圖3根據本發明的實施例更進一步地繪示用水量監視方法之步驟的流程圖。

Claims

一種用水量監視裝置，包括：收發器，接收累積用水量資料；儲存單元，儲存多個模組；以及處理單元，耦接所述收發器和所述儲存單元，並且存取及執行所述多個模組，所述多個模組包括：資料擷取模組，取樣所述累積用水量資料以產生對應於第一時間間隔的第一資料集和第二資料集；資料過濾模組，根據門檻值過濾所述第一資料集和所述第二資料集以分別產生第一集縮資料集和第二集縮資料集；資料補值模組，響應於所述第一集縮資料集與所述第二集縮資料集的取樣時間差值超過所述第一時間間隔而根據所述第一集縮資料集和所述第二集縮資料集產生插補資料集；以及資料修正模組，根據所述第一集縮資料集、所述第二集縮資料集以及所述插補資料集計算總用水量。
如申請專利範圍第1項所述的用水量監視裝置，其中根據門檻值過濾所述第一資料集和所述第二資料集以分別產生第一集縮資料集和第二集縮資料集的步驟，包括：響應於所述第一資料集中的第二取樣資料與第一取樣資料的差值超過所述門檻值，將所述第二取樣資料自所述第一資料集移出以產生所述第一集縮資料集，其中所述第一取樣資料的取樣時間早於所述第二取樣資料的取樣時間。
如申請專利範圍第1項所述的用水量監視裝置，其中根據所述第一集縮資料集、所述第二集縮資料集以及所述插補資料集計算總用水量的步驟，包括：根據分別對應於所述第一集縮資料集、所述第二集縮資料集以及所述插補資料集的多筆首筆取樣資料以及多筆末筆取樣資料計算所述總用水量。
如申請專利範圍第1項所述的用水量監視裝置，其中所述第一資料集對應於第一時段、所述第二資料集對應於第二時段並且所述插補資料集對應於第三時段，其中所述第三時段在所述第一時段和所述第二時段之間，且所述第一時段早於所述第二時段。
如申請專利範圍第4項所述的用水量監視裝置，其中所述第一資料集包括所述第一時段內的多筆取樣資料以及最接近所述第一時段的有效取樣資料，其中所述有效取樣資料的取樣時間早於所述第一時段。
一種用水量監視方法，包括：接收累積用水量資料，並且取樣所述累積用水量資料以產生對應於第一時間間隔的第一資料集和第二資料集；根據門檻值過濾所述第一資料集和所述第二資料集以分別產生第一集縮資料集和第二集縮資料集；響應於所述第一集縮資料集與所述第二集縮資料集的取樣時間差值超過所述第一時間間隔而根據所述第一集縮資料集和所述第二集縮資料集產生插補資料集；以及根據所述第一集縮資料集、所述第二集縮資料集以及所述插補資料集計算總用水量。
如申請專利範圍第6項所述的用水量監視方法，其中根據門檻值過濾所述第一資料集和所述第二資料集以分別產生第一集縮資料集和第二集縮資料集的步驟，包括：響應於所述第一資料集中的第二取樣資料與第一取樣資料的差值超過所述門檻值，將所述第二取樣資料自所述第一資料集移出以產生所述第一集縮資料集，其中所述第一取樣資料的取樣時間早於所述第二取樣資料的取樣時間。
如申請專利範圍第6項所述的用水量監視方法，其中根據所述第一集縮資料集、所述第二集縮資料集以及所述插補資料集計算總用水量的步驟，包括：根據分別對應於所述第一集縮資料集、所述第二集縮資料集以及所述插補資料集的多筆首筆取樣資料以及多筆末筆取樣資料計算所述總用水量。
如申請專利範圍第6項所述的用水量監視方法，其中所述第一資料集對應於第一時段、所述第二資料集對應於第二時段並且所述插補資料集對應於第三時段，其中所述第三時段在所述第一時段和所述第二時段之間，且所述第一時段早於所述第二時段。
如申請專利範圍第9項所述的用水量監視方法，其中所述第一資料集包括所述第一時段內的多筆取樣資料以及最接近所述第一時段的有效取樣資料，其中所述有效取樣資料的取樣時間早於所述第一時段。