2021年物聯(lián)網(wǎng)智能水表展望

作者：Jeff 公司新聞：2021年03月12日

一、NB-loT物聯(lián)網(wǎng)水表發(fā)展趨勢

隨著三供一業(yè)、城鄉(xiāng)供水一體化、老舊水表到期更換和國家《水十條》漏損控制等政策要求。同時，也隨著數(shù)字城市的建設(shè)發(fā)展，智能水表使用率越來越高，數(shù)字水務(wù)的構(gòu)建已成趨勢。最近幾年，智能無線遠傳水表一般都采用Lora或GSM短信通訊等技術(shù)，雖然都有其自身技術(shù)優(yōu)勢，但缺點也很明顯。譬如：

      · Lora屬于自組網(wǎng)技術(shù)，用戶接入數(shù)量有限，且表與表之間需要相互連接，使得成本高、工程量大；
      · GSM通訊不僅功耗大而且信號盲區(qū)多。

1、NB-loT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

NB-loT（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）即基于蜂窩窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，整個網(wǎng)絡(luò)是由專門機構(gòu)給予制定的一項新的技術(shù)標準，屬于一種針對物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)的窄帶射頻技術(shù)。所占帶寬窄，只需約180KHz，而且其使用License頻段，可以借助不同模式來實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)和諧共存，并且能夠直接部署在2/3/4G網(wǎng)絡(luò)上，實現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)復(fù)用，降低部署成本。

典型的窄帶物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)為三層，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。

      · 感知層：由各種傳感器構(gòu)成，包括計量計、壓力計、GPS等感知終端。感知層是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源；
      · 網(wǎng)絡(luò)層：由各種網(wǎng)絡(luò)，包括互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，是整個物聯(lián)網(wǎng)的中樞，負責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息；
      · 應(yīng)用層：是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。

2、NB-loT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點

① 廣覆蓋
相比現(xiàn)有的GSM、寬帶LTE等網(wǎng)絡(luò)，NB-loT網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強了20dB，其信號的傳輸范圍更大（GSM基站目前理想狀況下能覆蓋35km），NB-loT能覆蓋到深層地下GSM網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋到的地方。

② 大連接
相比其它無線技術(shù)，同一基站下增多了50-100倍的接入數(shù)，每小區(qū)可以達到50K連接，真正實現(xiàn)萬物互聯(lián)所必須的海量連接，非常適合農(nóng)村人飲工程的建設(shè)。

③ 低功耗
終端在99%的時間內(nèi)均處在休眠狀態(tài)，并集成多種節(jié)電技術(shù)。

④ 低成本
硬件可剪裁，軟件按需簡化，確保了NB-loT的成本低廉。NB-loT因其適用的場景，還具有低速率和低移動性的特點。

二、NB-loT物聯(lián)網(wǎng)水表模組介紹

NB-loT物聯(lián)網(wǎng)水表是一款“雙芯”智能水表，即“智慧芯=計量+監(jiān)控”，計量芯——水表回歸計量的本質(zhì)，監(jiān)控芯——物聯(lián)網(wǎng)賦能管理。NB-loT開創(chuàng)雙向“雙芯”智能水表。

三、物聯(lián)網(wǎng)智能水表安裝環(huán)境訴求

NB-loT物聯(lián)網(wǎng)水表采用NB-loT無線通信技術(shù)，不用布線連接，通過便攜式的安裝方式，節(jié)省人力、物力和財力?？砂惭b在農(nóng)村水井、城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)水利灌溉、田園道路綠化、校園集體宿舍、小區(qū)住宅等。但在物聯(lián)網(wǎng)信號覆蓋方面有如下需求：

      · 覆蓋需求：需要有NB信號覆蓋且水表安裝前信號覆蓋強度足夠好；
      · 補盲需求：對信號覆蓋不好的區(qū)域，需要運營商升級基站；
      · 勘測需求：水表安裝時，需要便捷的信號測試設(shè)備，測試信號。

四、物聯(lián)網(wǎng)信號的優(yōu)化處理

NB-loT物聯(lián)網(wǎng)與其他任何網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，速度和響應(yīng)能力對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全操作至關(guān)重要，在物聯(lián)網(wǎng)連接過程中安全可靠的目標難以捕捉，怎樣優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸信號是決定普及萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)。

首先在網(wǎng)絡(luò)布局中，使用網(wǎng)絡(luò)分段法，在有效距離內(nèi)合理分段式布局網(wǎng)絡(luò)基站。RF優(yōu)化，由于NB-loT與L800M為1:1組網(wǎng)，依據(jù)L800M覆蓋情況，通過天線調(diào)整進行干擾消除和降低干擾。

參數(shù)優(yōu)化，通過功率參數(shù)、SI無線幀號偏移，跳出PRACH和頻域參數(shù)錯開干擾。經(jīng)過上述優(yōu)化調(diào)整，地面平均RSRP為-68.90dbm，SINR為12.83db，井下平均RSRP為-105dbm，SINR為8.9db。水表數(shù)據(jù)上報成功率達100%，為水表數(shù)據(jù)采集打下基礎(chǔ)。

五、經(jīng)典項目案例分析

康德曼控股集團于1999年在北京成立。公司主要從事計算機軟件開發(fā)、數(shù)字水務(wù)、大數(shù)據(jù)和人工智能產(chǎn)品研發(fā)。在數(shù)字水務(wù)領(lǐng)域，公司組建了集芯片研發(fā)、智能水表及其它水務(wù)設(shè)備的生產(chǎn)、銷售和售后服務(wù)等完整的生產(chǎn)鏈。

2019年康德曼公司承建了甘肅省蘭州市紅古區(qū)“三供一業(yè)”水表改造項目，為紅古區(qū)上萬戶居民進行舊表更換。這些改造的小區(qū)都是老舊小區(qū)，供水設(shè)施陳舊老化，“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象頻發(fā)，管理上存在如下問題：

（1）采取粗放的管理手段，水費依舊按照人頭結(jié)算，用水浪費嚴重。

（2）監(jiān)管不透明，缺乏有效技術(shù)手段實時監(jiān)控。

（3）運維時效長，出現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，無法及時發(fā)現(xiàn)，及時維修。

1、解決方案

針對上述問題，康德曼公司為用戶管理部門提出“全面感知”、“主動服務(wù)”、“科學(xué)決策”、“繳費快捷”服務(wù)解決方案。通過康德曼公司NB-loT物聯(lián)網(wǎng)水表和數(shù)字水務(wù)平臺實現(xiàn)水表實時感知與管理。建立數(shù)據(jù)分析、存儲與管理，為管理部門提供各種信息支撐，實現(xiàn)科學(xué)用水、智慧管控。

（1）全面感知
以康德曼公司NB-loT物聯(lián)網(wǎng)水表作為感知層，及時、準確、全面的將用戶用水?dāng)?shù)據(jù)及水表運行狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)采集平臺。

（2）主動服務(wù)
通過對采集到的用戶用水?dāng)?shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”問題，及時預(yù)警并告知相關(guān)人員進行處理和解決。

（3）科學(xué)決策
全面分析采集到的用水?dāng)?shù)據(jù)，分析不同群體用水習(xí)慣，做出相應(yīng)預(yù)測，進行合理資源分配，優(yōu)化成本，改善服務(wù)，保障供水。

（4）繳費快捷
用戶可通過水司營業(yè)大廳、康德曼微信小程序等多種繳費方式繳費，用戶當(dāng)期及歷史用水量都可通過微信小程序查詢。微信公眾號還不定期提供水價信息、水質(zhì)檢測報告、停水公告等。

2、康德曼NB-loT智能水表運行效果

經(jīng)過工程方6個月的施工，水表安裝順利完成；經(jīng)過3個月的試運行，水表數(shù)據(jù)上線率如表所示：

由康德曼公司提出的服務(wù)解決方案，在試用階段，已經(jīng)提高了用戶管理部門管理水平，給水表用戶提供了更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

（1）節(jié)省人力，提高效率
康德曼NB-loT智能水表實現(xiàn)了點對點傳輸，并且它依托于廣覆蓋、低耗能和上線率高三大優(yōu)勢，有效確保了數(shù)據(jù)上傳的及時性、準確性和完整性，真正實現(xiàn)了遠程抄表和數(shù)據(jù)傳輸，降低了抄表成本；科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)采集方式和實時的采集頻率，會形成高密度、高精度、高價值的水務(wù)數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)。

（2）水量精準，經(jīng)濟增效
供水公司通過上報的數(shù)據(jù)，準確計算出用水量產(chǎn)銷差。通過分析各個區(qū)域總表數(shù)據(jù)，可查詢到各級管道漏損情況，有效篩選出漏損管網(wǎng)區(qū)域，安排人員有針對性的進行修補。避免了盲目查漏帶來的時間和人力浪費，提高漏損控制效率。

（3）分區(qū)計量
結(jié)合康德曼NB-loT智能水表，綜合利用數(shù)字化水務(wù)系統(tǒng)以及管網(wǎng)監(jiān)測，對管網(wǎng)壓力、流量進行監(jiān)測，有效分析片區(qū)主管網(wǎng)漏損情況；通過管網(wǎng)GIS報警上報，精確指導(dǎo)維修人員定點維修，大幅減少了漏損維修時間。漏損率由之前的20%逐漸下降到目前的8%左右。

（4）自動推送服務(wù)
通過康德曼NB-loT水表上報的海量數(shù)據(jù)，結(jié)合人工智能分析，計算出用戶用水習(xí)慣和平均用水量，設(shè)定異常水量提醒；一旦用戶用水出現(xiàn)異常，平臺將及時推送水量異常短信告知用戶；用戶可及時檢查或請求協(xié)助，減少不必要的損失，提高用戶服務(wù)體驗。

（5）“無接觸”用水服務(wù)
新冠疫情期間，“無接觸”服務(wù)席卷各個行業(yè)?？档侣麼B-loT物聯(lián)網(wǎng)水表精準的上報數(shù)據(jù)，遠程監(jiān)控水表運行，供水公司可通過康德曼數(shù)字水務(wù)平臺遠程監(jiān)控和查詢用戶用水情況；用戶足不出戶可通過康德曼康支付實現(xiàn)賬單查詢、網(wǎng)絡(luò)繳費等業(yè)務(wù)。這些“無接觸”用水服務(wù)，使得人們更安心、貼心。

六、NB-loT水表未來發(fā)展討論

隨著NB物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，NB-loT物聯(lián)網(wǎng)智能水表在水務(wù)行業(yè)將越來越普及，但在實際項目實施中，存在諸多問題。很多區(qū)域NB信號還未覆蓋，這是基礎(chǔ)，如果基礎(chǔ)做不好，談何物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及；目前NB資費過高，運營商應(yīng)進一步降低資費，將有助于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水務(wù)行業(yè)的推廣；運營商應(yīng)加強服務(wù)能力，才能保證物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的正常使用。

NB-loT智能水表是數(shù)字城市建設(shè)的感知層，通過感知層采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)字水務(wù)一張網(wǎng)。每張網(wǎng)由不同云朵構(gòu)成，每個云朵又由不同的感知層組成，形成了自下而上數(shù)據(jù)歸集，自上而下統(tǒng)一管理的數(shù)字水務(wù)。這將給水表賦能，萬物互聯(lián)，給智能水表插上AloT的翅膀。