NB-IoT 水表

本文選自《環(huán)球表計》2018年6月刊，原文作者：張衛(wèi)紅，深圳市源啓智能科技有限公司。

摘要：作者就智能水表行業(yè)基于NB-IoT通訊的智能化應(yīng)用進(jìn)行闡述，結(jié)合近兩年國內(nèi)實際應(yīng)用情況， 重點針對基于NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)水表的在智能抄表行業(yè)應(yīng)用過程中對一些問題的思考和觀點進(jìn)行闡述，同時也對NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)水表的產(chǎn)業(yè)化過程的技術(shù)和業(yè)務(wù)需求走向提出自己的想法，以供行業(yè)參考。

引言

上世紀(jì)九十年代末，國內(nèi)智能水表行業(yè)借鑒電表、安防等行業(yè)經(jīng)驗，采用RS-485 國際標(biāo)準(zhǔn)總線通訊技術(shù)來解決自動抄水表功能。2007年左右國內(nèi)智能水表企業(yè)開始在歐洲Mini-BUS 的總線電路進(jìn)行修改后產(chǎn)生了國內(nèi)的M-BUS 總線電路，但各企業(yè)的M-BUS 總線電平處理方式有細(xì)微差別?？偩€制通訊技術(shù)方案由于存在大量工程布線工作，所以主要用于新建樓盤和小區(qū)，必須在弱電建設(shè)時介入預(yù)留布線管道。對于舊小區(qū)改造等不方便布線的環(huán)境不適用。

2010年左右，隨著智能抄表在水行業(yè)的廣泛應(yīng)用，部分城市除了新建樓盤采用智能水表，周期更換項目也開始采用智能水表。舊小區(qū)無法布線原有總線制通訊方案的弊端暴露出來。在這種背景下小無線通訊技術(shù)開始在智能水表上應(yīng)用，從早期的 Zigbee 到 RF(FSK)、再到近兩年的LoRa。

2013年左右，隨著中移物聯(lián)網(wǎng)成立并推出物聯(lián)網(wǎng)卡業(yè)務(wù)，GPRS流量費(fèi)用得到了大幅下降，原來只用在集中器類設(shè)備上的GPRS 技術(shù)開始向智能水表終端轉(zhuǎn)移。

2015年隨著華為在歐洲商用NB-IoT成功，華為與三大運(yùn)營商簽訂了NB-IoT技術(shù)在中國商用的戰(zhàn)略計劃，NB-IoT將在未來的物聯(lián)網(wǎng)層面上取代現(xiàn)有的GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)。2017年被行業(yè)冠以NB-IoT元年，鷹潭、深圳、福州國內(nèi)三大NB-IoT水表項目相繼上馬，至此NB-IoT 水表被定義為正式商用。

智能水表從自組網(wǎng)進(jìn)入到租用運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的道路上，為表述方便，本文將“基于NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)水表”統(tǒng)一用“物聯(lián)網(wǎng)水表” 為表述。

物聯(lián)網(wǎng)水表經(jīng)過近兩年試點和推廣，這段時間內(nèi)行業(yè)主要關(guān)注點在于NB-IoT 技術(shù)在通訊環(huán)境和功耗方面對于水表抄表應(yīng)用的可行性，在這方面眾說紛紜，可謂仁者見仁智者見智。本文不對此進(jìn)行討論，而是從供水企業(yè)的角度就物聯(lián)網(wǎng)水表應(yīng)該在供水企業(yè)的管理中發(fā)揮什么作用這個問題進(jìn)行闡述，并嘗試著探討解決的思路，本文水表主要針對于居民戶表。

替代人工抄表

一說到智能水表大部分人第一反應(yīng)就是不用人去現(xiàn)場抄表了，其實替代人工抄表也恰恰是智能水表推廣最早的需求，而目前市場的智能水表絕大部分的應(yīng)用仍然是替代人工抄表為主。

當(dāng)供水企業(yè)面臨大面積使用智能水表替代人工抄表這個命題時，是使用人工抄表成本更低還是使用智能水表抄表成本更低這個問題就會擺在管理者的面前。由于各地經(jīng)濟(jì)水平不一，人工抄表成本核算出來會有差異。我們以深圳水務(wù)為例，深圳水務(wù)曾經(jīng)進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)分析和核算，最后得出結(jié)論針對居民戶表結(jié)算的抄表業(yè)務(wù)僅從成本的角度考慮，人工抄表成本遠(yuǎn)低于全面應(yīng)用智能水表的成本；也正因為此深圳水務(wù)居民戶表一直沒有大范圍推智能水表，僅僅在小范圍內(nèi)進(jìn)行嘗試。

所以各水表企業(yè)也發(fā)現(xiàn)在智能水表推廣過程中更多的是要尋找替代人工抄表以外的增值點來說服供水企業(yè)的決策層，才有可能得到大面積的使用。

用水傳感器

上面提到水表對于供水企業(yè)來說應(yīng)該有更多的增值應(yīng)用，我們羅列一些常見的需求：

階梯水價的應(yīng)用 區(qū)域產(chǎn)銷差應(yīng)用 區(qū)域漏損數(shù)據(jù)分析 夜間DMA漏損檢測

下面我們對這些需求具體到水表產(chǎn)品的需求嘗試做更深層次的分析：

階梯水價的應(yīng)用水表的具體需求

階梯水價的應(yīng)用其實還是抄表結(jié)算的應(yīng)用，只是對結(jié)算的時間點有了明確的定義，即需要確保當(dāng)前抄表結(jié)算時間點與上一次抄表時間結(jié)算點是一個固定的時間，按國家要求的來說一般是一個月。

所以針對這個應(yīng)用需求，行業(yè)通常有兩種方案：第一種是行業(yè)常用的方案，在每個月的結(jié)算日當(dāng)天進(jìn)行實時抄表把抄表的數(shù)據(jù)做為結(jié)算依據(jù)；第二種方案采用月結(jié)日數(shù)據(jù)凍結(jié)功能來記錄表的讀數(shù)做為結(jié)算依據(jù)，這里特別提一下，這個月結(jié)日數(shù)據(jù)凍結(jié)功能是指在水表端完成的，即數(shù)據(jù)是記錄在水表內(nèi)的，如果是集中器來實現(xiàn)這個功能應(yīng)該屬于第一種。

我們再進(jìn)一步剖析兩種方案的區(qū)別：

第一種月結(jié)日實時抄表：

水表月結(jié)數(shù)據(jù)時間點只能精確到小時，因為抄表的過程是串行的一只只抄的，所以如果以一個集中器為單位，也許從開始第一只表抄表時間到完成最后一只表抄表的時間可能相差30分鐘。 當(dāng)抄表成功率沒有達(dá)到100%時（補(bǔ)抄后），月結(jié)日未抄成功的，后續(xù)結(jié)算時會采取用參考距離月結(jié)日最近的一次抄表日期的數(shù)據(jù)來決定月結(jié)日的抄表數(shù)據(jù)。

第二種表端月結(jié)日數(shù)據(jù)凍結(jié)功能：

水表月結(jié)數(shù)據(jù)時間點可以精確分鐘（由水表的內(nèi)部時鐘決定），因為是在水表端完成，如果定好了在某個時間點凍結(jié)數(shù)據(jù)，時間一到所有水表會同時凍結(jié)數(shù)據(jù)，表與表之間的時間差異取決于水表的內(nèi)部時鐘。 除非水表壞了，般不會出現(xiàn)月結(jié)數(shù)據(jù)凍結(jié)不成功的情況。

方案	優(yōu)勢	劣勢
月結(jié)日實時抄表	表端技術(shù)難度小，實現(xiàn)成本低	時間只能精確到小時，月結(jié)抄表可以不成功
表端月結(jié)日數(shù)據(jù)凍結(jié)	時間只能精確到分鐘	表端技術(shù)難度高，實現(xiàn)成本高

表1兩種不同方案的對比

區(qū)域產(chǎn)銷差應(yīng)用、區(qū)域漏損數(shù)據(jù)分析、的具體需求

大部分供水企業(yè)區(qū)域產(chǎn)銷差、區(qū)域漏損數(shù)據(jù)分析是基于區(qū)域管網(wǎng)建立總分表關(guān)系，通過在同一時間記錄各水表的用水量對比出總分表之間的用量差異，當(dāng)差異達(dá)到一定程度則認(rèn)為存在漏損。當(dāng)然專業(yè)的管網(wǎng)漏損分析除了水量數(shù)據(jù)外，還涉及水壓、流速、環(huán)境噪音等傳感數(shù)據(jù)，是一個綜合的數(shù)據(jù)分析模型，本文僅對水表的數(shù)據(jù)進(jìn)行闡述。

由于目前市面上抄表數(shù)據(jù)的精度單位為立方米，因此采用的機(jī)電轉(zhuǎn)換方案大部分轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的精度為立方米，在實際以居民小區(qū)為單位的區(qū)域產(chǎn)銷差統(tǒng)計數(shù)據(jù)無法反饋真實的數(shù)據(jù)，國內(nèi)家庭用戶平均每天的用水量不足0.5立方米，也就是說如果用戶當(dāng)前水表讀數(shù)為2.5立方米，實際智能抄表抄讀的數(shù)據(jù)為2立方米。

為了解決上述的問題，供水企業(yè)對抄表數(shù)據(jù)精度提出了要求，行業(yè)開始在光電直讀產(chǎn)品有精確到0.1立方米、0.01立米方產(chǎn)品；而近幾年深圳水務(wù)提出智能水表抄表數(shù)據(jù)精度應(yīng)精確到1升，隨著這個要求的提出，原來一直在海外應(yīng)用的無磁傳感技術(shù)在國內(nèi)開始爆發(fā)，行業(yè)各大水表廠陸續(xù)都推出了基于無磁傳感技術(shù)抄表數(shù)據(jù)精度到升的水表。

夜間DMA漏損檢測

夜間DMA漏損檢測的原理：正常居民用戶深夜處于睡眠狀態(tài)，理論上居民的所有用水行為都停止了，在這個時間段連續(xù)密集的監(jiān)控居民的用水狀態(tài)，如果在監(jiān)控時間段發(fā)現(xiàn)水表持續(xù)存在流量較穩(wěn)定的小流量用水，即可認(rèn)為水表后的管網(wǎng)存在滲漏。

這項業(yè)務(wù)分析可以在抄表平臺的軟件端完成，也可以在智能水表端完成，目前國內(nèi)的主要做法是在抄表平臺的軟件端完成分析，智能水表只負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)提供給抄表平臺；如果在智能水表端完成則技術(shù)難度和復(fù)雜度較高。

影響這項業(yè)務(wù)的關(guān)鍵因素在于智能水表的傳感數(shù)據(jù)精度，深圳水務(wù)在這方面做了大量的工作和數(shù)據(jù)分析，從居民用戶的管網(wǎng)滲漏的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，智能水表的數(shù)據(jù)精度應(yīng)達(dá)到以升為單位才能反應(yīng)出來，因此深圳水務(wù)也提出了智能水表的傳感數(shù)據(jù)精度應(yīng)為升。

智能業(yè)務(wù)輔助

物聯(lián)網(wǎng)水表應(yīng)用各種先進(jìn)的技術(shù)，隨之而來的成本也在增加，筆者認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)水表應(yīng)該向智能硬件的方向進(jìn)化，通過提供更多的增值功能體現(xiàn)它的價值才能更廣泛讓供水企業(yè)和社會所接受，在這里我們一起探討一下有哪些增值功能。

漏水報警

采用夜間DMA漏損檢測的原理，進(jìn)行夜間自動漏水檢測，對漏水情況進(jìn)行上報，上報的對象可以是IOT平臺，也可以是指定的客戶端。

異常用水報警

階梯水價報警，根據(jù)月累積用水量和日平均用水量，在用戶用水量接近下一計費(fèi)周期時主動上報，上報的對象可以是IOT平臺，也可以是指定的客戶端。 日上限用水量報警、月上限用水量報警，在用戶用水量達(dá)到用戶定義值時，主動上報，上報的對象可以是IOT平臺，也可以是指定的客戶端。

特殊業(yè)務(wù)場景

出差模式場景

定義出差模式后，理論上家里沒有人用水，水表會設(shè)定一個報警值，超過后主動上報，上報的對象可以是IOT平臺，也可以是指定的客戶端。業(yè)務(wù)場景為非法入侵、管漏、用水口未關(guān)緊漏水等，如果嚴(yán)重可以通知物業(yè)及時處理。

出租結(jié)算場景

定義日結(jié)算業(yè)務(wù)，每日為出租方提供結(jié)算數(shù)據(jù)。

小結(jié)

通過上述的分析，智能水表的方向是確定的，但是大規(guī)模使用還需要尋找到更多的增值服務(wù)來增加水務(wù)公司的收入，才有可能得到大面積的使用，并不是簡單的替代人工抄表。

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段斌 / 劉伯恒

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NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)水表是目前非常先進(jìn)的一款智能型水表，由于尚未在全國范圍內(nèi)普及開來，很多用戶對該表的質(zhì)量較為關(guān)系，那么NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)水表會影響自來水的水質(zhì)嗎？

對于這個疑問，需要各位用戶先來了解一下自來水水質(zhì)安全規(guī)范：

1、供水水源地必須依法建立水源保護(hù)區(qū)。保護(hù)區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁建任何可能危害水源水質(zhì)的設(shè)施和一切有礙水源水質(zhì)的行為。

2、城市公共集中式供水企業(yè)和自建設(shè)施供水單位，應(yīng)依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對飲用水源水質(zhì)定期監(jiān)測和評價，建立水源水質(zhì)資料庫。

3、當(dāng)供水水質(zhì)出現(xiàn)異常和污染物質(zhì)超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時，要加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測頻率。并應(yīng)及時報告城市供水行政主管部門和衛(wèi)生監(jiān)督部門。

4、城市公共集中式供水企業(yè)、自建設(shè)施供水和二次供水單位應(yīng)依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)和國家有關(guān)規(guī)定，對設(shè)施進(jìn)行維護(hù)管理，確保到達(dá)用戶的供水水質(zhì)符合要求。

5、水廠、輸配水設(shè)施和二次供水設(shè)施的管理單位，應(yīng)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)對供水水質(zhì)的要求和水質(zhì)檢驗的規(guī)定，結(jié)合本地區(qū)的情況建立相應(yīng)的生產(chǎn)、水質(zhì)檢驗和管理制度，確保供水水質(zhì)符合要求。

6、當(dāng)城市供水水源水質(zhì)或供水設(shè)施發(fā)生重大污染事件時，城市公共集中式供水企業(yè)或自建設(shè)施供水單位，應(yīng)及時采取有效措施。當(dāng)發(fā)生不明原因的水質(zhì)突然惡化及水源性疾病暴發(fā)事件時，供水企業(yè)除立即采取應(yīng)急措施外，應(yīng)立即報告當(dāng)?shù)毓┧姓鞴懿块T。

按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，光電直讀遠(yuǎn)傳水表內(nèi)所有接觸水的零部件都應(yīng)該采用無毒、無污染、無生物活性的材料制造。因此，使用光電表并不會影響水質(zhì)安全。如果您覺得本文對您有幫助，歡迎收藏轉(zhuǎn)發(fā)哦！