基于NB-loT技術的在線監控在提升計量資產配送閉環管控的實踐研究

潘帆

摘要：現有對計量資產的采購到貨、驗收、檢定檢測、倉儲配送、安裝、運行、拆除、資產報廢等關鍵環節的管控，多局限于人工管理或菜單一環節的機械式管理，還未實現全流程的在線監控閉環管控。本文將以倉儲配送環節為切入口，探討了通過NB-IoT技術將電能表配送智能化、閉環化的可能性，為解決計量資產全壽命周期管理提供了一種新的思路，從而規范計量資產集約化管理方式和業務流程，支撐“大營銷”體系順暢運行。

關鍵詞：NB-loT;計量資產全壽命周期管理;電能表配送;在線監控

目前各地供電企業建設完成的初級計量資產配送網絡，僅能完成電能表等資產在計量中心庫房入庫和出庫的實時監控，但在配送的末端，從各地計量中心將電表配送至縣公司、供電所的過程中，對配送環節的精準安全監控存在空白。為提升計量表計配送環節的規范性與安全性，做到可控可跟蹤，避免表計的損壞與遺失，考慮引入基于NB-loT的在線電表配送箱的應用，從而形成閉環的電表配送管控體系，吸取經驗進而推廣至計量資產全壽命周期管理。

一、電表配送箱如何實現在線監控的必要性

（一）可以有效提高電能表配送效率

傳統的配送需要人進行大量數據交接、簽名確認等工作，效率低，導致了人力資源的嚴重浪費。應用智能配送箱不僅可以實現全過程的在線監控，還可以通過主動授權等方式進行保密性管理，記錄電表配送的實時信息，減少人工提高配送效率。

（二）可以有效提升電表配送安全性以及穩定性

電表在線監控配送箱的主要作用之一是杜絕配送環節可能發生丟表、人為調換等資產安全隱患的發生，提升資產配送環節的安全性和穩定性。

（三）實現計量資產的全壽命周期管控

智能配送箱不僅可用于配送，還可應用至設備安裝、設備拆除、資產報廢等全壽命周期關鍵環節，提升電力企業資產管理效益。

二、NB-loT模塊及通信技術在配送箱上的應用，如何分步實現

基于NB-loT的在線監控配送箱研發涉及到的技術有：NB-loT通信技術、串行通信技術、GPS定位尋址技術等。

（一）NB-loT通信技術

窄帶物聯網NB-loT己成為萬物互聯網絡的一個重要分支。NB-loT構建于蜂窩網絡，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡。它支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接。NB-loT的四個優勢：超強覆蓋、超低功耗、超低成本、超大連接。（見圖1）

NB-loT是一個空中接口標準，這個標準主要是在終端與基站eNB之間的約定，包括物理層與數據鏈路層的一些設計規定。考慮到與LTE的兼容性，NB-loT標準與LTE的空口標準有很多相似之處。比如NB-loT沿用LTE定義的頻段號，Release13為NB-IoT指定了14個頻段。NB-loT的多址技術，上行采用SC-FDMA，下行采用OFDMA;下行發射功率為43dBm，上行為23dBm。調制方式以QPSK和BPSK為主。Release13 NB-loT僅支持FDD半雙工type-B模式，FDD意味著上行和下行在頻率上分開，半雙工意味著UE不會同時處理接收和發送。

（二）串行通信技術

串行通信是指將數據一位一位地依次傳輸，每一位數據占據一個固定的時間長度，其只需少數幾條線就可以在系統間交換信息。

在串行通信中，不論是發送還是接收，都必須有時鐘信號對傳送的數據進行定位。在TTL標準表示的二進制數中，傳輸線上高電平表示二進制l，低電平表示二進制0，且每一位持續時間是固定的，由發送時鐘和接收時鐘的頻率決定。

1.發送時鐘

發送數據時，先將要發送的數據送入移位寄存器，然后在發送時鐘的控制下，將該并行數據逐位移位輸出。通常是在發送時鐘的下降沿將移位寄存器中的數據串行輸出，每個數據位的時間間隔由發送時鐘的周期來劃分。

2.接收時鐘

在接收串行數據時，接收時鐘的上升沿對接收數據采樣，進行數據位檢測，并將其移入接收器的移位寄存器中，最后組成并行數據輸出。

3.波特率因子

接收時鐘和發送時鐘與波特率有如下關系：F=n×B這里F是發送時鐘或接收時鐘的頻率;B是數據傳輸的波特率;n稱為波特率因子。設發送或接收時鐘的周期為Te，頻率為F的位傳輸時間為Td，則：Tc=I/F，Td=1 /B得到：Tc-Td/n。在實際串行通信中，波特率因子可以設定。在異步傳送時，n=l，16，64，實際常采用n=16，即發送或接收時鐘的頻率要比數據傳送的波特率高n倍。在同步通信時，波特率因子n必須等于l。

（三）GPS定位尋址技術

GPS定位技術的基本原理是將GPS接收機接收到的信號經過誤差處理后解算得到位置信息，再將位置信息傳給所連接的設備，連接設備對該信息進行一定的計算和變換后傳遞給移動終端，實現定位。

在移動通信網絡中，一是基于Cell ID的定位技術;二是基于AFLT、的三角定位法算出具體位置的定位技術;三是基于AGPS（無線網絡輔助GPS定位技術）的定位技術。

廣域GPS衛星參考網絡由多個高靈敏度GPS接收機組成，負責全天候監測覆蓋區域上空所有GPS衛星的星歷數據、多普勒頻移等定位所需信息，動態刷新存儲于定位平臺中的GPS衛星數據庫（衛星數據與地理位置對應關系）。終端只有在需要定位時才通過無線網絡向定位平臺通報大概位置，然后通過定位平臺獲得GPS衛星信息，從而大大縮短衛星捕獲時間，大幅度降低耗電。

三、應用后達成的管理效果

在電力企業建設泛在電力物聯網的重要背景下，將NB -IoT技術應用到智能電表配送箱符合發展需求方向。在供電公司的配送箱應用中，班員在資產班二級庫房領取新表，使用配送箱帶到現場進行故障表的更換作業;拆回的故障表，同步置換至配送箱中，最后由班組臨時保存至周轉柜;表計對應明確，不可能發生換錯表的風險。原有的配送方式分則直接將電表領出送到對應供電所的周轉柜內;或從供電所配送拆回的電能表回至二級庫房，這兩種方式電能表部是直接擺放在裸露表框中運輸，不安全。曾為了保障電表的配送過程安全，嘗試過在配送車輛上安裝攝像頭對電表進行監控，但效果不理想。一是攝像頭無法避免的有拍攝盲區;二是配送的效率低，往往都需要調整攝像頭角度來拍攝交接單簽字過程;三是配送過程攝像頭的錄像視頻資料偏多，無人進行歸檔存儲管理。

使用了基于NB-IoT的在線監控配送箱測試后，配送員僅需按照規劃好的路徑行進，到達供電所后，接收人使用自己的賬號開箱取出電表即可，減少了大量的交接環節時間。整個配送的過程和配送路徑，資產班或高級權限人員都可以隨時查看路徑及領用記錄。配送箱的實時尋址、地理位置核查、開關時間、遠程開箱，這些功能都一定程度上減少了電表遺失或者是被盜的風險。使用配送箱實現在線監控，也因省去中間環節提高了效率，有利于資產全壽命周期管理。

四、結束語

2019年國網公司“兩會”提出了建設泛在電力物聯網的工作要求，其中電表、計量終端作為泛在電力物聯網感知層的重要組成部分，關系到公司的生產利益。在這種背景下，針對電表、終端的配送末端環節，研發并應用基于NB-IoT的在線監控配送箱，不僅保護了計量資產，更是與泛在電力物聯網內涵高度契合的業務應用。

從智能管理、信息物聯、安全防護三方面客觀需求著手，研制基于NB-IoT的在線監控配送箱并在市公司開展試點應用，在總結試點工作成果的基礎上，形成公司計量資產末端配送的管理實施細則。進而可延伸到所有縣公司的電表配送使用，做到統一的監控管理，徹底杜絕電表資產遺失或被篡改的可能，以此來推動配送與拆回電表及終端的安全穩定可控。將來還可將NB -IoT技術延伸擴展至計量資產全壽命周期管理的各個環節，實現全自動在線監控的閉環管控模式。

參考文獻：

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