NB-IoT 水表起草人

本文選自《環(huán)球表計(jì)》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(shí)際應(yīng)用情況， 重點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)行闡述，同時(shí)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(yàn)，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(shí)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(xiàng)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(jì)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(xiàng)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(diǎn)和推廣，這段時(shí)間內(nèi)行業(yè)主要關(guān)注點(diǎn)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(gè)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(shí)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(gè)命題時(shí)，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(gè)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?yàn)榇松钲谒畡?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(diǎn)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(jià)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(jià)的應(yīng)用水表的具體需求

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

所以針對這個(gè)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(gè)月的結(jié)算日當(dāng)天進(jìn)行實(shí)時(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)這個(gè)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(shí)時(shí)抄表：

水表月結(jié)數(shù)據(jù)時(shí)間點(diǎn)只能精確到小時(shí)，因?yàn)槌淼倪^程是串行的一只只抄的，所以如果以一個(gè)集中器為單位，也許從開始第一只表抄表時(shí)間到完成最后一只表抄表的時(shí)間可能相差30分鐘。 當(dāng)抄表成功率沒有達(dá)到100%時(shí)（補(bǔ)抄后），月結(jié)日未抄成功的，后續(xù)結(jié)算時(shí)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(shí)間點(diǎn)可以精確分鐘（由水表的內(nèi)部時(shí)鐘決定），因?yàn)槭窃谒矶送瓿?，如果定好了在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)凍結(jié)數(shù)據(jù)，時(shí)間一到所有水表會同時(shí)凍結(jié)數(shù)據(jù)，表與表之間的時(shí)間差異取決于水表的內(nèi)部時(shí)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(shí)時(shí)抄表	表端技術(shù)難度小，實(shí)現(xiàn)成本低	時(shí)間只能精確到小時(shí)，月結(jié)抄表可以不成功
表端月結(jié)日數(shù)據(jù)凍結(jié)	時(shí)間只能精確到分鐘	表端技術(shù)難度高，實(shí)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(shí)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(gè)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(shí)際以居民小區(qū)為單位的區(qū)域產(chǎn)銷差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)無法反饋真實(shí)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(shí)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(gè)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(gè)時(shí)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(shí)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(xiàng)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(xiàng)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(jì)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(jià)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(bào)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(bào)，上報(bào)的對象可以是IOT平臺，也可以是指定的客戶端。

異常用水報(bào)警

階梯水價(jià)報(bào)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(jì)費(fèi)周期時(shí)主動上報(bào)，上報(bào)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(bào)警、月上限用水量報(bào)警，在用戶用水量達(dá)到用戶定義值時(shí)，主動上報(bào)，上報(bào)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(gè)報(bào)警值，超過后主動上報(bào)，上報(bào)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(shí)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。

8月17日，《環(huán)球表計(jì)》在長沙還有一場關(guān)于傳統(tǒng)水表和智能水表的巔峰對決辯論賽，歡迎參與贊助，只需小小投入，回饋?zhàn)畲髢r(jià)值的的回報(bào)!不管您支持傳統(tǒng)水表，還是站隊(duì)智能水表，我們來一起戰(zhàn)長沙！

8月17日，長沙，傳統(tǒng)水表 VS 智能水表，誰能更好地解決水司的痛點(diǎn)？

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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(gè)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(jià)，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(shí)，要加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測頻率。并應(yīng)及時(shí)報(bào)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(yàn)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(yàn)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(shí)，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(shí)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(shí)，供水企業(yè)除立即采取應(yīng)急措施外，應(yīng)立即報(bào)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！