基于NB-IOT技术的智能水表

(物联网水表)

返回物联网水平展示页


  物联网作为新一代信息技术的代表,已成为全球新一轮技术革命和产业变革的核心驱动和可持续发展的关键基础和重要引擎。是继计算机和互联网之后世界信息产业的第三次浪潮,其应用范围几乎涵盖所有行业,目前已被国家正式列为重点战略新兴产业之一。

  NB-IoT(窄带蜂窝物联网)标准于2016年6月16日获得国际组织3GPP通过,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。作为万物互联网络的一个重要组成部分。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM(全球移动通讯系统,是一种源于欧洲的无线通信技术, 当前我们用的移动和联通的网络就是GSM制式,)网络、UMTS网络或LTE网络。具有以下优势:

  1.海量连接:每小区可达10万连接;NB- IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升,这也就意味着,在同一基站的情况下,NB-IoT可以比现有无线技术提供50~100倍的接入数。

  2.超低功耗:电池寿命长达10年;

  通信设备消耗的能量与数据量和速率成正比,即单位时间内发出数据包的大小决定了功耗的大小。NB-IoT聚焦小数据量、 小速率应用,设备功耗可以做到非常小,可以保障电池10年以上的使用寿命。

  3.深度覆盖:能实现比 GSM 高20db的覆盖增益;

  NB-IoT比LTE提升20dB增益,相当于发射功率提升了 100倍,即覆盖能力提升了100倍,就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。

  4.安全性:继承4G网络安全能力,支持双向鉴权以及空口严格加密,确保用户数据的安全性;

  5.稳定可靠:采用中国电信运营平台,保证接入的可靠性,有效支撑 IoT 应用和智慧城市解决方案。

  6. 低成本

  低速率低功耗低带宽带来的是低成本优势。速率低就不需要大缓存,所以可以缓存小、DSP配置低;低功耗,意味着RF设计要求低,小PA就能实现;因为低带宽,就不要复杂的均衡算法。这些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相关,尺寸越小,成本越低,模块的成本也随之变低。

  随着智慧城市的发展,物联网、云计算、下一代互联网等新技术的广泛应用,基于NB-IOT技术的智慧水务将成为智慧城市管理信息化水平的标志之一,将推动行业创新,增加民生福祉,提升社会价值,保护环境资源。

  NB-IOT物联网水表—智慧水务

  1、水务行业普遍存在的问题

  目前,供水行业商业运营模式是:供水企业--水表--客户。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,如: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。


四大痛点


  首先,产销差是供水企业最大的痛点。产销差居高不下将直接影响供水企业的经济效益。据中国城镇供水排水协会2016年《城市供水统计年鉴》统计,2015年国内603个建制市供水企业平均产销差率为20.72%,按照2015年603个建制市供水量415亿立方米计算,2015年603个建制市产销差水量(即管网漏损、计量损失、盗用水、无收益用水等)约86亿立方米,相当于每年漏损掉三峡水库五分之一的库容量。产销差主要来自几个方面,一是物理漏损,主要是供水管网的漏损,这类漏损由于管网大多埋于地下而不易及时发现;二是水具漏损,主要是水表计量误差;三是免费及非法用水等。

  其次,是贸易结算问题。水表作为供水企业与客户进行贸易结算的重要依据,一旦出现故障或者人工抄录数据错误等情况,都势必导致客户或供水企业利益受损。

  目前,大多数供水企业都是通过人工以1个月、2个月甚至更长时间为周期抄读一次水表,发现问题的周期长、历史用水状况无法还原,需耗费大量人力物力解决纠纷。同时,由于水表人工管理周期长,易产生违法用水行为,从而增加了供水企业的产销差。

  三是运营成本不断上升问题。

  为了解决上述问题,许多供水企业开始使用智能水表。

  传统智能水表存在的问题

  ● IC卡水表

  目前,IC卡水表在农村被广泛使用,有效解决了拖欠水费和上门抄表的问题,但也存在主要3个方面的问题。

  ● 远传水表

  有线远传水表智能化较高,安装时线路铺设极其不方便,后期维护成本高,线路容易被破坏。

  ● 无线远传水表

  安装调试较为方便,但自组网的无线通讯信号不稳定,后期维护工作量大,维护成本高。

  为解决供水企业抄表及传统智能水表存在的问题,2017年11月,我公司与中国电信签署《战略合作框架协议》,宣告正式开展基于NB-IOT的智慧水务战略合作。NB-IOT物联网水表旨在提供一个可复制的解决方案。该方案运用NB-IOT高安全、广覆盖、低功耗、大连接广域通信技术,实现对智能水表的流量信息实时采集、设备状态监测、控制指令下发等远程操作,将采集的水表数据和状态信息进行及时分析和处理,从而实现更有针对性、科学性的动态管理,提升智能水表的管理效率和服务水平。


四大优势


  3.NB-IOT物联网水表具备以下特点:

 采用先进的NB-IOT广域通信技术,电信无线频谱资源,实时采集城市供水终端信息;

 端到端的安全技术保障数据安全和接入安全;

 信息共享平台,构建基于物联网和云计算的智能表务管理平台。

 4.NB-IOT物联网水表技术优势:

  我公司NB-IOT物联网水表的技术特点有助于解决上述传统智能水表面临的问题,而且带来后续应用场景的高可拓展性,具体如下:

  ■ 降低运营成本:NB-IOT物联网水表有助于降低抄表成本、实时数据分析、科学表务管理、及时故障排查,降低运营成本,提升运营效率;

  ■ 数据更安全:NB-IOT物联网水表端到端的安全管理方案,保障数据可靠性。电信网络基于授权频谱组建的网络,其抗干扰能力、数据安全性、技术服务等方面均有高安全性保障,同时易于推广,对于计费水表的数据整体安全提供可靠保障;

  ■ 低功耗:配合低功耗的信号采集单元;NB-IOT技术显著降低能耗,经测试表明,在普通环境下我公司NB-IOT物联网水表功耗在数据采集一天两次的频率上可以满足连续使用6年的规格要求;

  ■ 网络覆盖:广域低功耗技术,具备广覆盖,容量大,可靠性高的优势,可协助解决水表安装密集或分散,安装位置条件复杂等网络覆盖问题;

  ■ 兼容性:建立统一的IOT平台,可以承接不同的物联网应用。为水司应用解决多家供应商协议的兼容性,简化不同供应商的集成。满足水表终端接入便捷性的要求,满足互联互通互换的大规模连接问题;

  5.后续可拓展到水务其他领域


可扩展性


  满足智能水表业务应用的同时,可拓展到智能管道、漏损监测、水质监测以及增值业务等智慧水务相关领域。

  6.NB-IOT物联网水表解决方案

  6.1 NB-IOT物联网水表整体解决方案

  我公司NB-IOT物联网水表解决方案是围绕水务公司精细化运营管理需求构建的端到端行业解决方案,借助物联网、云计算、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。

  我公司NB-IOT物联网水表解决方案按照云、管、端的系统架构来建设,以满足ICT未来演进的需求,方案包括终端层、网络层、IOT平台、云平台和水务应用层等几个层面,通过物联网、云计算、大数据等技术将各个层面整合统一为有机的整体,支撑智慧水务应用的构建和快速上线。


可扩展性


  6.1.1终端层(设备层)

  终端设备是物联网的基础载体,随着物联网的发展,终端由原有的哑终端逐步向智能终端演进,通过增加各种传感器、通讯模块使得终端可控、可管、可互通,包括智能水表、水压计、流量计、水质监测设备及水泵站监测设备等多种水务智能终端,与基站连接来实现通讯能力,智能终端通过基站将信息上传给IOT平台。

  6.1.2网络层

  网络是整个物联网的通讯基础,中国电信基于800M频段的NB-IOT网络承载抄表等水务业务,具有低速率、低功耗、低成本、广覆盖的特点,符合物联网通讯的需求,使用较窄的频段实现广覆盖、大连接的能力,相比传统的LTE网络,成本会大大降低,与其他的LPWA技术相比,NB-IOT网络基于授权频谱组建网络,其抗干扰能力、数据安全性、技术服务等方面均有高安全性保障。

  6.1.3 IOT平台

  IOT平台提供链接管理、设备管理、数据管理、能力开放等基础功能,支持多种物联网终端设备快速接入及水务应用的快速集成,支撑客户聚焦应用和业务创新。通过统一的协议与接口实现不同终端的接入,上层行为应用无需关心终端设备具体物理连接和数据传输,实现终端对象化管理;平台提供灵活高效的数据管理,包括数据采集、分类、结构化存储,数据调用、使用量分析,提供分析性的业务定制报表。业务模块化设计,业务逻辑可实现灵活编排,满足行业应用的快速开发需求。

  6.1.4 云计算平台

  云计算平台具备弹性可伸缩、高可靠和经济行的特点,通过云计算数据中心,来支撑物联网数据汇聚和存储,支撑智慧水务应用的搭建和可靠运行,我公司采用的云计算平台由中国电信天翼云负责承载。

  利用天翼云2+31的资源池布局优势,可以就近部署应用,保证数据传输质量;

  利用中国电信DCI网络优势,可以实现就近部署数据采集点,通过“云间高速”提供按需即时开通的稳定带宽服务,实现数据采集点和平台之间稳定高速数据传输;

  利用中国电信云安全服务,可以抵御全球范围内的DDos攻击,保证数据采集的稳定性。

  6.1.5应用层

  IOT应用是物联网业务的上层控制核心,水务行业在NB-IOT智能管道、IOT平台的基础上,可聚焦自身的应用开发,使物联网得到更好的体现。智慧水务应用系统通过IOT平台获取来自设备层的数据,并统一管理水表、流量计等各种水务设备,IOT平台可以屏蔽不同类型设备和链接协议的差异性,使用统一的标准和协议与应用层连接。

  6.2 NB-IOT物联网水表解决方案优势

  6.2.1 800M频段信号覆盖特性更优

  中国电信的800M频段在信号穿透力和覆盖度上拥有较大的优势,能够充分保障智能水表等业务在复杂应用环境下的数据信号传输的稳定性与可靠性。

  6.2.2专网服务保证数据传输安全可靠

  中国电信物联网业务基于物联网移动核心网专用网元,与传统网络区隔,防止恶意网络攻击,可帮助企业实现终端访问控制盒流量控制以及企业内外网隔离,为客户提供可靠、稳定的网络。同时,中国电信提供物联网无线VPDN增值服务,利用L2TP或GRE隧道技术为物联网客户构建与公众互联网隔离的虚拟专用网络,满足客户的物联网无线终端访问客户内部网络的需求。

  6.2.3 IOT平台使水务应用快速构建和部署

  IOT平台丰富的协议适配能力,可支持海量多样化终端设备接入,基于统一规约和统一接口,IOT平台可实现不同品牌、不同型号水表以及不同应用平台统一接入和管理,互联互通。同时,开放的API可实现水务应用快速集成,实现快速构建和部署。

  7、我公司NB-IOT物联网水表介绍

  NB-IOT物联网水表是我公司针对供水企业智能化管理的实际需要,自行研发的一款便于远程抄表及控制的智能水表。它采用我公司最新研制具有国内领先水表的干式水表(R160)为计量基表,通过NB-IOT物联网通讯方式进行自动联网通讯,实现水表自动远程抄表、控制和缴费,有效地避免了管理部门上门查抄和收费等工作。方便管理部门对水表的用水情况进行控制,节约人力、物力和财力的同时,有效地提高了生产效益。

  主要功能:

  ■ 远程抄读: 周期性定时主动上报表计读数。

  ■ 远程阀控:可远程关阀和开阀。

  ■ 远程充值:互联网、微信和手机APP均可充值,方便快捷。

  ■ 预付费: 支持预付费和预购量、透支量。

  ■ 预警系统:电池欠压,计量异常、预购量和预付费使用达到阈值等告警提示,可根据不同用户设置不同应急用水量。

  ■ 阶梯水价:水价可根据用户类别及用量设置不同基准价和阶梯价。

  ■ 实时调价: 水价调整时,可在系统实时调价,无需人工操作。

  ■ 应急透支:当通讯基站故障或损毁,表计将启动应急透支机制,保障用户正常用水。

  ■ 异常处理:水表监测到异常情况自动上报,可根据自动上报的数据进行处理和分析。

  ■ 超长寿命电池:电池供电保证6年使用无须更换。

  ■ 内置天线:内置天线、信号稳定可靠,实现全覆盖,无盲区。

  ■ 采样准确度高:采用干式R160水表结构,表面永不污染,读数准确性可达到100%。

  ■ 用水异常监控:水表设置有过载上报,可有效保护水表和监测表后爆管。

  ■ 上传频率灵活设置:数据上传周期可设置,满足不同用户管理需要。

  ■ 防护等级IP68:符合IEC529国际性标准规定防护等级IP68。

  ■ 可更换电池结构设计专利:电池盒采用独立可更换设计,无须开主体上盖,更换便捷。

  ■ 6年通信资费:表计出厂已包含6年通信费用。

  ■ 系统采用B/S架构:PC端和手机端均可支持。

  8、NB-IOT物联网水表给供水企业及城市治理带来的变革

  8.1提高社会管理水平,彰显企业社会责任

  NB-IOT物联网水表的应用,将使供水企业获取高密度、高精度、多维度与高价值的大规模水务数据。通过构建各部门、各行业的信息互联通道,开展数据融合分析,可充分释放数据价值,刺激综合应用、掌握行业规律,提升社会治理效率与民生服务质量。在城市治理安全方面,可降低社会管理成本;在民生服务方面,可增进民生福祉。

  8.2减少漏损,提高企业经济效益

  NB-IOT物联网水表的应用,使得供水企业高质量大规模应用智能终端变为可能。除了能实时监控漏损,降低供水企业的产销差外,NB-IOT物联网水表还提供更精准的计量和用水异常监控,可增加售水收入、减少贸易纠纷,也为供水企业提供增值服务提供了支撑。

  8.3提升管理效率,降低管理成本

  8.3.1与现有管理模式比

  与供水企业现有管理模式相比,NB-IOT物联网水表每天高频次水量数据采集能力可使供水企业对所有的水表运行状况了如指掌,从而大大降低人工管理成本,提高管理效率。

  8.3.2与传统智能水表比

  与传统智能水表管理相比,NB-IOT物联网水表能更好地解决了互联互通问题,降低供水企业管理难度。

  9、新技术将推动智慧水务飞速发展

  通过尝试与物联网、云计算、大数据结合的新商业模式,水行业未来将会产生难以估量的战略价值。

  着眼于整个水循环始末,无论企业管理层、运营调度层或是生产控制层,都将海量水务信息进行及时分析与处理,并及时作出反应,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,从而实现智能化管理和决策,使水务资产更加高效、长期河可靠运行,让智慧水务成为现实。