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新型智慧NB-IoT物联网水表在城市供水中的应用

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-08  来源:新天科技股份有限公司  作者:费战波1 赵博2  浏览次数:36

 

摘要:阶梯水价促进智能水表逐渐普及。国务院2015 年上半年印发的《水污染防治行动计划》要求加快水价改革,县级及以上城市应于2015 年底前全面实行居民阶梯水价制度,具备条件的建制镇也要积极推进。同时,2020 年底前,全面实行非居民用水超定额、超计划累进加价制度。为了贯彻阶梯水价政策,对阶梯水价的科学机制做到准确计量,智能水表的支持必不可少。《我国水表行业“十三五”发展规划纲要》指出,“十三五”期间智能水表(含智能应用系统)销售收入占全部水表销售比例要达到40%,伴随着政策向好,智能水表的市场规模也将稳步提升。

然而现阶段,水务行业生产管理技术、理念和运营方式上普遍较为陈旧,缺乏详实的数据支撑,导致了不合理的生产调度、过高的资源消耗与浪费,同时也给自来水的安全生产和调配埋下了隐患。当前我国每个城镇基本上都拥有给水排水系统,但绝大多数自动化和信息化程度较低,且大多处于亏损状态,如果再继续延用传统的水务管理模式,不但不利于行业长期发展,还将加大政府与公司的负担。“供节水管理‘智慧’化是行业发展的必然趋势,智慧水务对智能水表提出新要求,NB-IoT 技术的应用将大大降低智能水表的成本。我国水表行业已经将NB-IoT 无线网络接入技术列入我国水表行业“十三五”期间重要推广的应用技术,并计划在水表行业内组建“无线通信技术工作组”,制订相关标准和技术解决方案,进行大面积推广前的试点工作,推进NB-IoT 技术在智慧供水业务中的应用。

关键词:

物联网水表、NB-IoT、窄带物联网、远程实时监控、数据采集和传输、智慧水表

作者简介:

1新天科技股份有限公司董事长

2新天科技研发部工程师

1、 传统智能水表的问题及瓶颈

我国智能水表当前基础落后。

首先,受安装环境、测量介质等诸多因素影响,智能水表长期运行在潮湿、生锈环境中,电控模块极易发生故障。南、北水质,地表水、地下水等检测指标,水表口径、安装方式和安装环境都不尽相同,因此无法建立统一的技术路线和标准,智能水表在物理层还是在协议层都呈现高度的不统一,严重影响智能水表的覆盖率。

其次,智能水表的技术壁垒很高,在无线通信方面,相比于电表有入网证,每个电表的通信都会受到监测的完善体制,水表的入网无人负责,集中器也无处监测;此外,水表自身技术射频性能不稳定,外部环境的通信频段资源紧缺,没有统一通讯的互联网络,各个企业的水表只能自己和自身的系统相通,无法形成大面积的无线抄表系统,这也很大程度上影响了四表集抄的进行。即使通过引进国外先进技术快速实现水表的智能化,仍会由于我国自来水水质的问题导致电控模块极在潮湿、生锈环境中的运行而极易发生故障。

供水企业在传统智能水表的使用过程中还存在诸多问题:比如数据传输安全问题、功耗问题、网络覆盖和大量水表的接入问题。作为供水企业与客户联系的重要纽带-水表,其安全、可靠、准确计量和科学、规范管理十分重要。长期以来供水行业在运营管理中存在许多痛点:因供水设施故障导致的漏损问题、因水表故障导致的贸易纠纷问题、因人工费用上升导致的运营成本增加问题等等。

而为了解决上述问题许多供水企业开始使用“智慧水表”,即融合了NB-IoT技术的新型智慧水表。

2、 窄带物联网(NB-IoT)技术

窄带物联网是由3GPP(《第三代伙伴计划协议》)标准化组织定义的一种技术标准,是一种专为物联网设计的窄带射频技术,因此得名。该技术可用于GSM网络和LTE网络。

目前,物联网的应用主要使用WiFi和蓝牙技术,数据准确率很低、耗电量极大。而广域物联网可用光纤,但只适用于连接摄像头等宽带终端;低容量传感器虽然可以使用2G/3G/4G网络,但难以满足低功耗低成本的要求。因此,目前接入到运营商网络的物联网终端仅有6%。但如果利用运营商的网络组织物联网,就可真正实现整个城市一张网,便于维护和管理,NB-IoT也由此应运而生,其具有以下技术特点:

 

3、 新型NB-IoT物联网水表及系统简述

应用在NB-IoT智慧水务中的NB-IoT物联网水表,通过运营商网络可实现集中抄读、远程抄读和实时抄读,数据客观、准确,既可实时读取、实时监控表具的运行状况,又可加载水质、水压等监测,方便水务公司进行数据分析和加强用水管理,还可以提供智能收费等管理和服务,融入智慧城市建设,解决了机械水表人工抄读效率低、抄录数据误差大、自来水公司长期垫资运营等状况。在信号传输方面,解决用户组网问题与终端水表的最后一公里问题,全面实现水表端与云平台处理端的有效融合;在水表接入方面,原来,使用GPRS作为水表发送数据的手段,一个基站只能同时负载几百个水表。采用窄带物联网后,一个基站可同时并发5万个水表数据。在水务管理方面,实现远程阀控、水质水压检测,并实现故障检测、异常报警等各类智慧水务管理职责。新技术将推动智慧水务的快速发展。下图展示了NB-IoT在智慧水务应用中的整体解决方案示意图:

 

 

借助于物联网,云计算和大数据等技术将海量水务信息进行及时采集、分析与处理,帮助水务公司提升运营管理效率,以更加精细和动态的方式管理水务系统的整个生产、管理和服务流程,实现水务企业对内管理创新和对外服务创新从而实现智能化管理和决策。

4、 智能水表市场前景广阔,增长迅速

2015 年我国水表产量7000 万台,其中智能水表1500 万台,出口水表约1000 万台,国内销售的6000 万台最主要应用于新建楼盘与住宅改造。虽然目前国内房地产市场已经趋近平稳,但棚户区改造同样是巨大的市场。随着技术的不断提升以及智慧城市的演进,智能水表行业将稳步发展。

2016 年之前智能水表产量一直以近20%的速度增长,预计新一代的物联网以及NB-IoT智能水表将于2-3 年内实现批量生产,这将大大满足市场需求。《我国水表行业“十三五”发展规划纲要》指出,“十三五”期间智能水表(含智能应用系统)销售收入占全部水表销售比例要达到40%,伴随着政策向好,智能水表的市场规模也将稳步提升,预计增速将达到28%,到2020 年智能水表的渗透率将接近45%,年出货量4500 万台。根据渗透率提升的预测以及销售收入的预计增幅比例,假定未来40%-50%的新增水表需求为智能水表,按我国当前约4.5 亿家庭用户以及智能水表价格270 元/台计算,预计未来五年我国将新增智能水表超过1.5 亿台,对应规模将达到超过400 亿元,相较于当前每年50 亿元的市场规模将实现显著的提升。

2016年新天科技业绩高速增长,随着公司产能释放,行业集中度提高,主营业务智能水表及系统同比增长21.39%。随着2017年3月22日全球首个NB-IoT智慧水务在深圳正式规模商用的开启,预计到2017年底全球将有25张网络商用NB-IoT,新天通过物联网并购基金收购华奥通,使得公司在NB-IoT、LoRa等物联网技术领域获得竞争优势。

5、小结

新型NB-IoT智慧水表将会给供水企业以及城市的治理带来巨大的变革,未来随着包括水表,流量计和压力计和水质监测仪等海量水务基础设施设备接入NB-IoT网络,设备的统一接入与互联、信息监测、等全生命周期管理及如何更好的使用这些设备产生的数据将是水务企业面临的新问题,而基于云计算、大数据技术的物联网云平台可以很好的解决这一问题。而NB-IoT网络、大数据、云计算与水务企业过程控制和内部管理深度融合通过挖掘和运用水务信息资源、提升管理效率和效能,智慧的管理城市的供水、用水、耗水、排水、污水收集处理、再生水综合利用等成为现实。

相信随着技术的不断提升以及智慧城市建设进程的加快,智慧能源信息化将稳步发展,新天科技作为智能表、智慧能源领域的龙头将不负众望,随着行业的高速发展,享受到更有利的成长环境。

 
 
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