基于不同无线通信方式的智能水表比较研究

84 / CHINA MANAGEMENT INFORMATIONIZATION
2019年2月第22卷第4期中国管理信息化
China Management Informationization
Feb.,2019Vol.22,No.4
0 引　言
传统抄表方式效率低，发生人为错误的可能性高，且抄表人员必须到现场，而应用智能水表可有效解决这些问题。

目前，公用事业企业均开始使用智能表计（智能水表、智能燃气表、智能电表等）。

但智能表计的覆盖率存在差异，电力企业基本实现了智能表计全覆盖，水务企业的智能表计覆盖率还有很大的提升空间。

1 不同通信方式的智能水表系统比较
智能水表系统包括基表、采集器/中继器、集中器、上位机管理系统和传输网络。

通信方式包括有线方式、GPRS、LoRa、NB-IoT 等，其中LoRa、NB-IoT 等通信方式正在试点阶段。

不同通信方式智能水表系统组成如图1所示。

本文从智能水表系统组成、采集模式、故障报警、集中器和备用方案等方面，对NB-IoT、LoRa、GPRS 的通信方式进行比较。

1.1 NB-IoT 通信方式
①智能水表系统组成。

基表、光电转换模块、NB-IoT 抄表模块、数据接收服务器。

②采集模式。

每天定时集中上报数据，NB-IoT 抄表模块可保存1个月的数据。

③故障报警。

设备故障、电池不足时，会自动记录并上报。

④集中器。

不需要集中器，需要NB-IoT 信号覆盖。

⑤备用方案。

NB-IoT 抄表模块出现故障时需要更换，最近1个月的数据可通过工具读取上传；某块表NB-IoT 信号不好时，通过加装天线来改善。

⑥数据流量。

每块表需要NB-IoT 数据流量。

1.2 LoRa 通信方式
①智能水表系统组成。

基表、光电转换模块、LoRa 抄表模块、LoRa 集中器、手持抄表机、LoRa 中继器和数据接收服务器。

②采集模式。

每天定时集中上报数据，集中器可保存1个月的数据，居民区环境下一个集中器可接入500个表计，覆盖半径
基于不同无线通信方式的智能水表比较研究
冼　峰
（上海城投水务（集团）有限公司，上海　200002）
［摘　要］随着无线通信技术的飞速发展，物联网的应用越来越广泛，水务行业采用的传统抄表方式已不能满足现代管理需
求。

智能水表具备抄表自动化、远程化、设备智能化等特点，能够有效提升抄表的准确性和及时性，同时也会带来计费方式的变化。

基于此，本文对智能水表的无线通信方式进行比较研究，旨在为智能水表的选择、数据采集及管理打下基础。

［关键词］无线通信方式；智能水表；智能水表系统
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.04.037
［中图分类号］TH814.2 ［文献标识码］A ［文章编号］1673-0194（2019）04-0084-02
［收稿日期］
2019-01-03
图1　不同通信方式智能水表系统组成
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CHINA MANAGEMENT INFORMATIONIZATION 企业管理
约500 m。

③故障报警。

当设备故障、电池不足时，会自动记录并上报；集中器的配置和状态也会自动与服务器同步。

④集中器。

需要集中器，可通过GPRS/WIFI/RJ45上传数据，需要外部供电。

⑤备用方案。

当集中器出现故障，无法自动上报数据时，可采用手持抄表机人工抄报；LoRa 抄表模块故障时需要更换设备，故障期间数据会丢失；某块表信号不好时，可通过集中器位置、增加中继器方式改善。

⑥数据流量。

集中器采用GPRS 上报数据时需要数据流量。

1.3 GPRS 通信方式
①智能水表系统组成。

基表、光电转换模块、GPRS 抄表模块、数据接收服务器。

②采集模式。

每天定时集中上报数据，GPRS 抄表模块可保存1个月的数据。

③故障报警。

当设备故障、电池不足时，会自动记录并上报。

④集中器。

不需要集中器，
需要GPRS 信号覆盖。

⑤备用方案。

GPRS 抄表模块故障时需要更换，最近1个月的数据可通过工具读取上传；某块表GPRS 信号不好时，通过加装天线来改善。

⑥数据流量。

每块表需要GPRS 数据流量。

2 基于不同无线通信方式的智能水表测试
本文搭建智能水表的无线通信测试平台，引入4家通信运营商和4家水表厂商配合测试，结合智能水表与通信基站的通信信号情况，选择有代表性的居民小区安装智能水表，对数据采集成功率、数据可靠性、网络信号强度等关键指标进行比较。

2.1 数据采集成功率
以15天为采集周期，以4组智能水表应采数据量、实际采集数据量为基准，计算数据采集成功率。

数据采集成功率分析如表1所示。

表1　数据采集成功率分析
通信运营商＋水表厂商组合
通信运营商描述水表数/块采集数据周期/天
数据采集成功率/%
A 组NB-IoT 运营商（CoAP 协议） 1 6471596
B 组NB-IoT 运营商（UDP 协议）
1 7181597.7C 组LoRa 运营商
2 2511582.3D 组
LoRa 运营商
137
15
73.8
LoRa 的智能水表抄表数据先汇聚到水表厂商服务器，再汇聚到水务企业数据管理中心，通过关键数据（如日冻结累计流量）统计水表厂商和水务企业两端数据的一致性。

2.2 数据可靠性
从抄表数据中选取10天的日冻结累计流量（单位：L）进行数据可靠性分析，检查数据是否存在突变、溢出正常范围，以保证业务数据的可靠性。

A 组日冻结累计流量分析如图2
所示。

图2　A 组日冻结累计流量分析
从图2可以看出，20617090006221在7月27日、7月28日的数据增幅大，存在异常。

2.3 网络信号强度
网络信号强度综合分析将信号强度分为4个等级（强、较
强、弱、较弱），4个分组分别获取连续15天的信号强度数据，根据4个等级进行分组统计分析。

通过对比一定周期内的测试数据，基于NB-IoT 的A 组（CoAP 协议）、B 组（UDP 协议）的智能水表在数据采集成功率、数据可靠性和网络信号强度等方面均优于基于LoRa 的C 组和D 组，需要对测试数据进行更长周期的跟踪，并结合网络覆盖、硬件与通信费用成本，确定智能水表选择的最优方案。

3 应用前景及展望
随着水表基表技术、传感技术、无线通信技术、网络传输技术和电源技术的发展与成熟，以及水资源管理力度的加强和智能小区工程推进速度的加快，作为用水计量器具和数据远传管理工具的水表自动抄表系统，具有良好的应用前景和广阔的发展空间。

因此，企业未来还需要建立完整的平台来支撑规模化的智能水表管理，包括表计检测、抄表数据采集及存储、抄表业务管理、表计设备运维管理、抄表数据增值服务等，平台的核心是基于云平台、支持高频、高并发的数据采集和存储，支持智能水表和上端抄表业务的闭环，并为智慧水务提供大量的基础数据。

主要参考文献
［1］王宗辉,张世豪,姚灵.智能水表技术及发展趋势［J］.仪表技
术,2014(6).
［2］倪巍,刘弢.智能水表远程自动抄表系统的研究及应用［J］.计量
技术,2012(10).。