基于不同無線通信方式的智能水表比較研究

冼峰

[摘 要]隨著無線通信技術的飛速發展，物聯網的應用越來越廣泛，水務行業采用的傳統抄表方式已不能滿足現代管理需求。智能水表具備抄表自動化、遠程化、設備智能化等特點，能夠有效提升抄表的準確性和及時性，同時也會帶來計費方式的變化。基于此，本文對智能水表的無線通信方式進行比較研究，旨在為智能水表的選擇、數據采集及管理打下基礎。

[關鍵詞]無線通信方式;智能水表;智能水表系統

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.04.037

[中圖分類號]TH814.2[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2019）04-00-02

0 ? ? 引 言

傳統抄表方式效率低，發生人為錯誤的可能性高，且抄表人員必須到現場，而應用智能水表可有效解決這些問題。目前，公用事業企業均開始使用智能表計（智能水表、智能燃氣表、智能電表等）。但智能表計的覆蓋率存在差異，電力企業基本實現了智能表計全覆蓋，水務企業的智能表計覆蓋率還有很大的提升空間。

1 ? ? 不同通信方式的智能水表系統比較

智能水表系統包括基表、采集器/中繼器、集中器、上位機管理系統和傳輸網絡。通信方式包括有線方式、GPRS、LoRa、NB-IoT等，其中LoRa、NB-IoT等通信方式正在試點階段。不同通信方式智能水表系統組成如圖1所示。本文從智能水表系統組成、采集模式、故障報警、集中器和備用方案等方面，對NB-IoT、LoRa、GPRS的通信方式進行比較。

1.1 ? NB-IoT通信方式

①智能水表系統組成。基表、光電轉換模塊、NB-IoT抄表模塊、數據接收服務器。②采集模式。每天定時集中上報數據，NB-IoT抄表模塊可保存1個月的數據。③故障報警。設備故障、電池不足時，會自動記錄并上報。④集中器。不需要集中器，需要NB-IoT信號覆蓋。⑤備用方案。NB-IoT抄表模塊出現故障時需要更換，最近1個月的數據可通過工具讀取上傳;某塊表NB-IoT信號不好時，通過加裝天線來改善。⑥數據流量。每塊表需要NB-IoT數據流量。

1.2 ? LoRa通信方式

①智能水表系統組成。基表、光電轉換模塊、LoRa抄表模塊、LoRa集中器、手持抄表機、LoRa中繼器和數據接收服務器。②采集模式。每天定時集中上報數據，集中器可保存1個月的數據，居民區環境下一個集中器可接入500個表計，覆蓋半徑約500 m。③故障報警。當設備故障、電池不足時，會自動記錄并上報;集中器的配置和狀態也會自動與服務器同步。④集中器。需要集中器，可通過GPRS/WIFI/RJ45上傳數據，需要外部供電。⑤備用方案。當集中器出現故障，無法自動上報數據時，可采用手持抄表機人工抄報;LoRa抄表模塊故障時需要更換設備，故障期間數據會丟失;某塊表信號不好時，可通過集中器位置、增加中繼器方式改善。⑥數據流量。集中器采用GPRS上報數據時需要數據流量。

1.3 ? GPRS通信方式

①智能水表系統組成。基表、光電轉換模塊、GPRS抄表模塊、數據接收服務器。②采集模式。每天定時集中上報數據，GPRS抄表模塊可保存1個月的數據。③故障報警。當設備故障、電池不足時，會自動記錄并上報。④集中器。不需要集中器，需要GPRS信號覆蓋。⑤備用方案。GPRS抄表模塊故障時需要更換，最近1個月的數據可通過工具讀取上傳;某塊表GPRS信號不好時，通過加裝天線來改善。⑥數據流量。每塊表需要GPRS數據流量。

2 ? ? 基于不同無線通信方式的智能水表測試

本文搭建智能水表的無線通信測試平臺，引入4家通信運營商和4家水表廠商配合測試，結合智能水表與通信基站的通信信號情況，選擇有代表性的居民小區安裝智能水表，對數據采集成功率、數據可靠性、網絡信號強度等關鍵指標進行比較。

2.1 ? 數據采集成功率

以15天為采集周期，以4組智能水表應采數據量、實際采集數據量為基準，計算數據采集成功率。數據采集成功率分析如表1所示。

LoRa的智能水表抄表數據先匯聚到水表廠商服務器，再匯聚到水務企業數據管理中心，通過關鍵數據（如日凍結累計流量）統計水表廠商和水務企業兩端數據的一致性。

2.2 ? 數據可靠性

從抄表數據中選取10天的日凍結累計流量（單位：L）進行數據可靠性分析，檢查數據是否存在突變、溢出正常范圍，以保證業務數據的可靠性。A組日凍結累計流量分析如圖2所示。

從圖2可以看出，20617090006221在7月27日、7月28日的數據增幅大，存在異常。

2.3 ? 網絡信號強度

網絡信號強度綜合分析將信號強度分為4個等級（強、較強、弱、較弱），4個分組分別獲取連續15天的信號強度數據，根據4個等級進行分組統計分析。通過對比一定周期內的測試數據，基于NB-IoT的A組（CoAP協議）、B組（UDP協議）的智能水表在數據采集成功率、數據可靠性和網絡信號強度等方面均優于基于LoRa的C組和D組，需要對測試數據進行更長周期的跟蹤，并結合網絡覆蓋、硬件與通信費用成本，確定智能水表選擇的最優方案。

3 ? ? 應用前景及展望

隨著水表基表技術、傳感技術、無線通信技術、網絡傳輸技術和電源技術的發展與成熟，以及水資源管理力度的加強和智能小區工程推進速度的加快，作為用水計量器具和數據遠傳管理工具的水表自動抄表系統，具有良好的應用前景和廣闊的發展空間。因此，企業未來還需要建立完整的平臺來支撐規模化的智能水表管理，包括表計檢測、抄表數據采集及存儲、抄表業務管理、表計設備運維管理、抄表數據增值服務等，平臺的核心是基于云平臺、支持高頻、高并發的數據采集和存儲，支持智能水表和上端抄表業務的閉環，并為智慧水務提供大量的基礎數據。

主要參考文獻

[1]王宗輝，張世豪，姚靈.智能水表技術及發展趨勢[J].儀表技術，2014（6）.

[2]倪巍，劉弢.智能水表遠程自動抄表系統的研究及應用[J].計量技術，2012（10）.