深圳水務集團：NB-IoT加速智慧水務變革

文｜劉江麗

深圳市水務（集團）有限公司是國內一流的水務與環境綜合服務商，為全國七個省16個城市超2000萬人提供水務服務。面對洶涌而來的數字化浪潮，深圳水務集團勇于創新，以NB-IoT智慧抄表為突破口，積極推動智慧水務變革。

智能水表受掣肘難言“智能”

作為維系民生的市政基礎設施之一，供水企業在運營管理中存在諸多難題，比如因供水設施故障導致的漏損、因水表故障導致的貿易糾紛、因無法及時了解用戶的用水需求和行為偏好而導致能耗損失等等，深圳水務集團也不例外。

其中，供水產銷差率居高不下、漏損量持續攀升是供水企業最大的痛點。它不僅直接影響著供水企業的經濟效益，而且也影響著供水企業的社會效益。

供水產銷差主要來自幾個方面，一是物理漏損，主要是供水管網的漏損，這部分漏損因為管網大多深埋于地下而不易及時發現；二是表觀漏損，主要是水表計量誤差；三是違法用水。

據統計，2015年國內603個建制市供水企業平均產銷差率為20.72%，按照供水總量415億立方米計算，漏損水量約86億立方米，相當于每年漏掉三峽水庫五分之一的庫容量。深圳水務集團2016年產銷差率約為12%，雖已處于國內先進水平，但與國際平均6-8%的產銷差率先進水平相比，尚有不小差距。

同時，貿易結算問題也不容忽視。水表作為供水企業與客戶進行貿易結算的重要依據，一旦水表出現故障或者人工抄錄數據錯誤等情況，都勢必導致某一方利益受損。目前，大多數供水企業都是通過人工以單月或雙月為周期抄讀一次水表，水表故障發現周期長，歷史用水狀況無法還原，一旦產生貿易結算糾紛，勢必耗費大量人力物力予以解決，而由于人工管理周期長，發現違法用水行為滯后，也將影響供水企業經濟效益、增加漏損幾率。

為了解決上述問題，包括深圳水務集團在內的許多供水企業開始使用智能水表。但是傳統的智能水表存在的數據傳輸安全、設備功耗、網絡覆蓋及成本等問題，制約了大規模廣泛應用。

傳統智能水表存在的問題：

1.數據傳輸安全性問題：目前，許多供水企業使用的傳統智能水表是通過小無線等技術進行數據傳輸。由于使用非授權頻譜自組網，其抗干擾性和數據管理技術水平良莠不齊，數據傳輸安全性難以保證。

2.功耗高問題：傳統智能水表大多需要外接電源，這必將增加安裝中的溝通和未來管理成本，而如果通過內置電池的方式解決供電問題，則由于傳統智能水表數據傳輸功耗大，需頻繁更換電池，勢必增加維護成本和管理難度。目前，國內小口徑水表國家強制更換周期一般為6年，而傳統智能水表一天采集兩次數據的電池使用壽命僅為兩到三年，如果對數據發送頻次要求稍高，則電池壽命可能會更短、更換電池更頻繁。

3.網絡覆蓋問題：目前，供水企業很多水表安裝在樓道內、室內或地下，安裝環境復雜、對網絡覆蓋要求較高，為保證數據傳輸效果往往需要加裝信號放大器，但效果并不理想。

4.大量水表統一接入問題：水表逐步智能化是大勢所趨，僅深圳地區未來智能水表數量將超過300萬只。傳統智能水表通過小無線等方式進行數據傳輸，大量智能水表接入的安全性難以保證。

NB-IoT智慧抄表聯合創新

為了實現水表智慧管理，以“物聯網+云+大數據+水務”新模式推動變革，深圳水務集團開展了以智慧抄表驅動的水務數字化轉型實踐，重點研究NB-IoT智慧水表的規模應用。

NB-IoT智慧水表解決了傳統智能水表的各種問題，同時為后續大數據管理及其他應用場景的拓展帶來各種可能性。

NB-IoT智慧水表的優勢：

1.數據安全可靠：NB-IoT網絡基于授權頻譜組建，其抗干擾能力、數據安全性、技術服務等方面均有充分保障，能夠確保計費水表的數據整體安全。

2.功耗低：NB-IoT技術配合低功耗的信號采集單元，能顯著降低能耗。經測試表明，在普通環境下一天采集兩次數據（半小時一個行度，一天48個數據），NB-IoT水表電池可以連續使用6年。

3.網絡信號覆蓋廣：NB-IoT網絡具有覆蓋廣、容量大、可靠性高等優勢，目前，深圳地區NB-IoT網絡覆蓋率達98%，完全符合供水企業復雜環境下的水表安裝。

4.統一平臺接入：建立統一的IoT平臺，可以承接不同的物聯網應用，兼容各類供應商協議，解決大規模部署水表產生的互聯互通問題。

5.降低抄表成本：能夠提供實時數據分析和及時故障排查，降低運營成本，提升效率。

NB-IoT智慧水表到底是否可行？深圳水務集團聯合中國電信和華為一起，圍繞NBIoT網絡的傳輸性能、覆蓋能力、終端功耗以及IoT云平臺等開展研究驗證，應用場景包括水表抄讀、流量分析以及漏損控制等，力圖借NB-IoT技術實現的數據傳送優勢，優化現有營銷管理模式及流程，實現自動化的抄讀計費、數據分析等功能，提升深圳水務集團在水表智慧管理、漏損管控等方面的能力。

目前，三方聯合研究已取得良好效果。2018年深圳水務集團將率先在深圳市鹽田區以NB-IoT智慧水表應用為基礎實現智慧管理，2020年前深圳水務集團將陸續實現56萬只NB-IoT智慧水表的更新改造。

NB-IoT智慧水表方案支撐智慧水務應用

深圳水務集團NB-IoT智慧抄表實踐按照云、管、端的系統架構來建設，方案包括終端層、網絡層、云平臺、IoT平臺、水務應用層，通過物聯網、云計算、大數據等技術將各個層面統一為有機的整體，支撐智慧水務應用的構建和快速上線。

終端層：智慧水表、水壓計、流量計、水質監測和水泵站監測設備等多種水務終端，通過增加傳感器并集成NB-IoT標準模組，與NB-IoT基站連接實現通訊能力，實現終端可控、可管、可互通，并進一步將信息上傳給IoT平臺。

網絡層：網絡是整個物聯網的通訊基礎，中國電信基于800M頻段的NB-IoT網絡，承載抄表等水務業務，使用較窄的頻段實現廣覆蓋、大連接的能力，相比傳統LTE網絡，成本大大降低。與其他LPWA技術相比，NB-IoT網絡基于授權頻譜，其抗干擾能力、數據安全性、技術服務等方面均有保障。

云計算平臺：具備彈性可伸縮、高可靠和經濟性等特點，通過云數據中心來支撐物聯網數據匯聚和存儲，支撐智慧水務應用的搭建和可靠運行。云計算平臺由中國電信天翼云負責承載，利用天翼云2+31的資源池布局優勢，可以就近部署應用，保證數據傳輸質量；中國電信DCI網絡可以實現就近部署數據采集點，通過“云間高速”提供按需即時開通的穩定帶寬服務，實現數據采集點和平臺之間穩定高速數據傳輸；利用中國電信云安全服務，可以抵御DDoS攻擊，保證數據采集的穩定性。

IoT平臺：提供連接管理、設備管理、數據管理、能力開放等基礎功能，支持多種物聯網終端快速接入及水務應用的快速集成和業務創新。平臺通過統一的協議與接口實現不同終端的接入，水務應用無需關心具體物理連接和數據傳輸，實現終端對象化管理；平臺提供靈活高效的數據管理，包括數據采集、分類、結構化存儲，數據調用、使用量分析，提供分析性的業務定制報表；業務模塊化設計，業務邏輯可實現靈活編排，滿足行業應用的快速開發需求。

水務應用層：IoT應用是物聯網業務的上層控制核心，智慧水務應用系統通過IoT平臺獲取來自設備層的數據，并統一管理水表、流量計等各種水務設備。水務行業在NB-IoT智能管道、IoT平臺的基礎上，可聚焦自身的應用開發，使物聯網發揮更大的價值。

展望未來，云計算、大數據、物聯網等ICT技術將改變整個水務行業。深圳水務集團將以智慧抄表為基礎，以更加精準、動態的方式實現管理的標準化、規范化、數字化和智能化，從而給市民生活帶來更大的便利、給企業和社會帶來更大的價值。