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1、基于不同無(wú)線通信方式的智能水表比較研究
摘要]隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速開(kāi)展，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，水務(wù)行業(yè)采用的傳統(tǒng)抄表方式已不能滿足現(xiàn)代管理需求。智能水表具備抄表自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化、設(shè)備智能化等特點(diǎn)，能夠有效提升抄表的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)計(jì)費(fèi)方式的變化。基于此，本文對(duì)智能水表的無(wú)線通信方式進(jìn)行比較研究，旨在為智能水表的選擇、數(shù)據(jù)采集及管理打下根底。
[關(guān)鍵詞]無(wú)線通信方式;智能水表;智能水表系統(tǒng)
2021
[中圖分類(lèi)號(hào)]TH814.2[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194〔2021〕04-00-02
0引言
傳統(tǒng)抄表方式效率低，發(fā)生人為錯(cuò)誤的可能性高，且抄表人員必須
2、到現(xiàn)場(chǎng)，而應(yīng)用智能水表可有效解決這些問(wèn)題。目前，公用事業(yè)企業(yè)均開(kāi)始使用智能表計(jì)〔智能水表、智能燃?xì)獗?、智能電表等〕。但智能表?jì)的覆蓋率存在差異，電力企業(yè)根本實(shí)現(xiàn)了智能表計(jì)全覆蓋，水務(wù)企業(yè)的智能表計(jì)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(tǒng)比較
智能水表系統(tǒng)包括基表、采集器/中繼器、集中器、上位機(jī)管理系統(tǒng)和傳輸網(wǎng)絡(luò)。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(diǎn)階段。不同通信方式智能水表系統(tǒng)組成如圖1所示。本文從智能水表系統(tǒng)組成、采集模式、故障報(bào)警、集中器和備用方案等方面，對(duì)NB-IoT、LoRa、GPRS的通信方式進(jìn)行比
3、較。
1.1NB-IoT通信方式
①智能水表系統(tǒng)組成?；?、光電轉(zhuǎn)換模塊、NB-IoT抄表模塊、數(shù)據(jù)接收效勞器。②采集模式。每天定時(shí)集中上報(bào)數(shù)據(jù)，NB-IoT抄表模塊可保存1個(gè)月的數(shù)據(jù)。③故障報(bào)警。設(shè)備故障、電池缺乏時(shí)，會(huì)自動(dòng)記錄并上報(bào)。④集中器。不需要集中器，需要NB-IoT信號(hào)覆蓋。⑤備用方案。NB-IoT抄表模塊出現(xiàn)故障時(shí)需要更換，最近1個(gè)月的數(shù)據(jù)可通過(guò)工具讀取上傳;某塊表NB-IoT信號(hào)不好時(shí)，通過(guò)加裝天線來(lái)改善。⑥數(shù)據(jù)流量。每塊表需要NB-IoT數(shù)據(jù)流量。
1.2LoRa通信方式
①智能水表系統(tǒng)組成。基表、光電轉(zhuǎn)換模塊、LoRa抄表模塊、LoRa集中器、手持抄表機(jī)、LoRa中
4、繼器和數(shù)據(jù)接收效勞器。②采集模式。每天定時(shí)集中上報(bào)數(shù)據(jù)，集中器可保存1個(gè)月的數(shù)據(jù)，居民區(qū)環(huán)境下一個(gè)集中器可接入500個(gè)表計(jì)，覆蓋半徑約500m。③故障報(bào)警。當(dāng)設(shè)備故障、電池缺乏時(shí)，會(huì)自動(dòng)記錄并上報(bào);集中器的配置和狀態(tài)也會(huì)自動(dòng)與效勞器同步。④集中器。需要集中器，可通過(guò)GPRS/WIFI/RJ45上傳數(shù)據(jù)，需要外部供電。⑤備用方案。當(dāng)集中器出現(xiàn)故障，無(wú)法自動(dòng)上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)，可采用手持抄表機(jī)人工抄報(bào);LoRa抄表模塊故障時(shí)需要更換設(shè)備，故障期間數(shù)據(jù)會(huì)喪失;某塊表信號(hào)不好時(shí)，可通過(guò)集中器位置、增加中繼器方式改善。⑥數(shù)據(jù)流量。集中器采用GPRS上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)需要數(shù)據(jù)流量。
1.3GPRS通信方式
①智能水表
5、系統(tǒng)組成。基表、光電轉(zhuǎn)換模塊、GPRS抄表模塊、數(shù)據(jù)接收效勞器。②采集模式。每天定時(shí)集中上報(bào)數(shù)據(jù)，GPRS抄表模塊可保存1個(gè)月的數(shù)據(jù)。③故障報(bào)警。當(dāng)設(shè)備故障、電池缺乏時(shí)，會(huì)自動(dòng)記錄并上報(bào)。④集中器。不需要集中器，需要GPRS信號(hào)覆蓋。⑤備用方案。GPRS抄表模塊故障時(shí)需要更換，最近1個(gè)月的數(shù)據(jù)可通過(guò)工具讀取上傳;某塊表GPRS信號(hào)不好時(shí)，通過(guò)加裝天線來(lái)改善。⑥數(shù)據(jù)流量。每塊表需要GPRS數(shù)據(jù)流量。
2基于不同無(wú)線通信方式的智能水表測(cè)試
本文搭建智能水表的無(wú)線通信測(cè)試平臺(tái)，引入4家通信運(yùn)營(yíng)商和4家水表廠商配合測(cè)試，結(jié)合智能水表與通信基站的通信信號(hào)情況，選擇有代表性的居民小區(qū)安裝智能水表，對(duì)數(shù)
6、據(jù)采集成功率、數(shù)據(jù)可靠性、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行比較。
2.1數(shù)據(jù)采集成功率
以15天為采集周期，以4組智能水表應(yīng)采數(shù)據(jù)量、實(shí)際采集數(shù)據(jù)量為基準(zhǔn)，計(jì)算數(shù)據(jù)采集成功率。數(shù)據(jù)采集成功率分析如表1所示。
LoRa的智能水表抄表數(shù)據(jù)先會(huì)聚到水表廠商效勞器，再會(huì)聚到水務(wù)企業(yè)數(shù)據(jù)管理中心，通過(guò)關(guān)鍵數(shù)據(jù)〔如日凍結(jié)累計(jì)流量〕統(tǒng)計(jì)水表廠商和水務(wù)企業(yè)兩端數(shù)據(jù)的一致性。
2.2數(shù)據(jù)可靠性
從抄表數(shù)據(jù)中選取10天的日凍結(jié)累計(jì)流量〔單位：L〕進(jìn)行數(shù)據(jù)可靠性分析，檢查數(shù)據(jù)是否存在突變、溢出正常范圍，以保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的可靠性。A組日凍結(jié)累計(jì)流量分析如圖2所示。
2.3網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度
網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度綜合分析將
7、信號(hào)強(qiáng)度分為4個(gè)等級(jí)〔強(qiáng)、較強(qiáng)、弱、較弱〕，4個(gè)分組分別獲取連續(xù)15天的信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，根據(jù)4個(gè)等級(jí)進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)比照一定周期內(nèi)的測(cè)試數(shù)據(jù)，基于NB-IoT的A組〔CoAP協(xié)議〕、B組〔UDP協(xié)議〕的智能水表在數(shù)據(jù)采集成功率、數(shù)據(jù)可靠性和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度等方面均優(yōu)于基于LoRa的C組和D組，需要對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行更長(zhǎng)周期的跟蹤，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)覆蓋、硬件與通信費(fèi)用本錢(qián)，確定智能水表選擇的最優(yōu)方案。
3應(yīng)用前景及展望
隨著水表基表技術(shù)、傳感技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和電源技術(shù)的開(kāi)展與成熟，以及水資源管理力度的加強(qiáng)和智能小區(qū)工程推進(jìn)速度的加快，作為用水計(jì)量器具和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳管理工具的水表自動(dòng)抄表系統(tǒng)，具有良好的應(yīng)用前景和廣闊的開(kāi)展空間。因此，企業(yè)未來(lái)還需要建立完整的平臺(tái)來(lái)支撐規(guī)?；闹悄芩砉芾?，包括表計(jì)檢測(cè)、抄表數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)、抄表業(yè)務(wù)管理、表計(jì)設(shè)備運(yùn)維管理、抄表數(shù)據(jù)增值效勞等，平臺(tái)的核心是基于云平臺(tái)、支持高頻、高并發(fā)的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，支持智能水表和上端抄表業(yè)務(wù)的閉環(huán)，并為智慧水務(wù)提供大量的根底數(shù)據(jù)。
主要參考文獻(xiàn)
【1】王宗輝，張世豪，姚靈.智能水表技術(shù)及開(kāi)展趨勢(shì)[J].儀表技術(shù)，2021〔6〕.
【2】倪巍，劉弢.智能水表遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J].計(jì)量技術(shù)，2021〔10〕.
基于不同無(wú)線通信方式的智能水表比較研究
