物聯(lián)網(wǎng)水表在民用水費(fèi)計(jì)量中的應(yīng)用

于 雪

(北京檀州自來(lái)水有限責(zé)任公司，北京 101500)

物聯(lián)網(wǎng)水表在民用水費(fèi)計(jì)量中的應(yīng)用

于 雪

(北京檀州自來(lái)水有限責(zé)任公司，北京 101500)

物聯(lián)網(wǎng)水表作為新型民用計(jì)量水表，是北京市自來(lái)水集團(tuán)2011年科研項(xiàng)目之一，同年在密云新城地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用。該水表器具及系統(tǒng)的應(yīng)用解決了高層住宅抄表和階梯水價(jià)水費(fèi)計(jì)量的難題，方便了采集表具數(shù)據(jù)，提高了供水企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量和管理水平，截止到2013年密云新城共安裝該水表2100多塊、主要試用于綠港小區(qū)、鼓樓小區(qū)、水岸花墅、首創(chuàng)瀾茵山四個(gè)新建小區(qū)，取得了階段性的成果。該水表及系統(tǒng)的試驗(yàn)應(yīng)用意思不僅僅是技術(shù)改進(jìn)，重要的是使其在未來(lái)各項(xiàng)水務(wù)管理中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，擁有更廣闊的推廣使用前景。但是作為新興的民用計(jì)量水表，其普及和應(yīng)用還有一些問(wèn)題有待進(jìn)一步的改進(jìn)。

物聯(lián)網(wǎng);物聯(lián)水表;水費(fèi)計(jì)量

一、物聯(lián)網(wǎng)水表的概念

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念

“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品和物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱是“The Internet of things”，意思是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。因此物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。

2、物聯(lián)網(wǎng)水表的概念

本文介紹的物聯(lián)網(wǎng)智能水表及其控制系統(tǒng)，屬一種自來(lái)水表，水表上設(shè)置有水源入口與水源出口，水源入口上安裝有閥組件與水流量測(cè)量裝置，且水表中還包括CPU控制器，CPU控制器連接水流量測(cè)量裝置，從水流量測(cè)量裝置中讀取計(jì)量信息，并依照數(shù)據(jù)信息扣除EPPROM存儲(chǔ)器儲(chǔ)存的初始值;CPU控制器還通過(guò)閥組件控制電路連接閥組件，控制閥組件的開(kāi)啟與關(guān)閉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合在各個(gè)地區(qū)安裝使用，應(yīng)用范圍廣闊。

二、物聯(lián)網(wǎng)水表

1、項(xiàng)目背景

檀州自來(lái)水公司主要承擔(dān)著北京市密云縣城30平方公里，20萬(wàn)居住人口生產(chǎn)和生活供水的任務(wù)。現(xiàn)有用戶8萬(wàn)余戶，其中機(jī)關(guān)及企事業(yè)單位1200余戶;普通機(jī)械水表用戶6.1萬(wàn)余戶，IC卡水表用戶2萬(wàn)余戶，每年平均新增3000多個(gè)用戶。2001年開(kāi)始使用的IC卡水表，由于其表具本身無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，入戶回訪也越來(lái)越困難，老舊樓房水表超期服役，計(jì)量精度降低，在階梯水價(jià)實(shí)施的大環(huán)境下，急需用新型水表來(lái)替代。通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)水表及系統(tǒng)的考察，從2011年1月起，開(kāi)始在密云新城供水范圍內(nèi)試驗(yàn)應(yīng)用該水表。

2、水表外形

物聯(lián)網(wǎng)水表以濕式水表做基礎(chǔ)，采用GSM通訊方式，用于計(jì)量和控制流經(jīng)小口徑自來(lái)水管道冷水的總量，每塊水表內(nèi)置了一張SIAM卡，具有遠(yuǎn)程雙向?qū)崟r(shí)通訊功能、通過(guò)這張SIAM卡和信息交換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和信息的共享。

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3、水表主要技術(shù)指標(biāo)及各項(xiàng)參數(shù)

⑴水表參數(shù):

符合GB冷水水表的要求，精確度等級(jí)為2級(jí)，壓力損失不大于0.063mpa，最大允許工作壓力為1mpa，表體材質(zhì)ZCu-Zu40Pb2。

型號(hào) 公稱口徑(mm)過(guò)載流量(m3/h)常用流量(m3/h)分界流量(m3/h)最小流量(m3/h)最小讀數(shù)(m3)最大讀數(shù)(m3)SYS－15 15 3 1.5 0.12 0.03 SYS－20 20 5 2.5 0.2 0.05 0.0001 9999.9999 SYS－25 25 7 3.5 0.28 0.07

⑵閥門參數(shù):

新裝閥門在水源壓力不大于1.0Mpa時(shí)，開(kāi)關(guān)閥所需扭矩4.0kgf·cm;在水源壓力為0.2Mpa～1.0Mpa時(shí)，將閥門開(kāi)關(guān)1000次后，使閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，基表泄露量不大于0.005m3/h。閥門最高適合溫度95度，使用壽命大于10000次。

⑶閥門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)

采用直流電機(jī)做齒輪減速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)閥門開(kāi)關(guān)，電機(jī)的工作電源為2.2V～3.8V，在0.2Mpa～1.0Mpa的水源壓力時(shí)，電源3.3V電機(jī)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)閥的最大工作電流不大于70mA，在3.3V電源時(shí)，開(kāi)關(guān)閥時(shí)間不大于15秒。

⑷電壓參數(shù)

電源工作電壓范圍為 DC4.5V～6.5V，電源適配器直流5V、2A，或者4節(jié)5號(hào)堿性電池。

⑸液晶顯示

最小計(jì)量單位顯示為0.1 m3，最大購(gòu)買次數(shù)為999次(循環(huán))，單次購(gòu)買量范圍:1 m3－4095 m3(取決于銷售管理系統(tǒng))。

4、物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的功能介紹

物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶以及水表的信息管理、各區(qū)域及用戶用水量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制表具、價(jià)格發(fā)布及向用戶發(fā)送的通知公告等功能。用戶可以利用手機(jī)、固定電話、互聯(lián)網(wǎng)繳納水費(fèi)、查詢用水明細(xì)。該系統(tǒng)主要構(gòu)成包括:業(yè)務(wù)管理、表具監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、價(jià)格管理、職能權(quán)限、網(wǎng)頁(yè)資訊六個(gè)子系統(tǒng)。

三、物聯(lián)網(wǎng)水表特性及優(yōu)點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)水表產(chǎn)生和依存于當(dāng)下這個(gè)科技飛速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，因此該水表及系統(tǒng)與其它水表相比有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1、遠(yuǎn)程控制

通過(guò)手機(jī)提示報(bào)警，用戶可以及時(shí)了解到表具閥門開(kāi)啟時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、購(gòu)水量不足、電池電量低等異常狀態(tài)，并能及時(shí)收到水價(jià)變更、停水、表故障等各種人性化的手機(jī)短息服務(wù)，并利用編輯短信可以隨時(shí)查詢水表余量、遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)閥門等。

2、水價(jià)計(jì)量

通過(guò)預(yù)先輸入控制系統(tǒng)的階梯價(jià)格計(jì)算公式，對(duì)定期抄收的終端表具數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出用戶應(yīng)繳納的階梯費(fèi)用。省掉了手工或半自動(dòng)化的階梯價(jià)格計(jì)算的麻煩，加上該水表計(jì)量的精確度優(yōu)于普通水表，方便供水企業(yè)階梯水價(jià)計(jì)量。

3、電子帳單

通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)生成電子賬單，發(fā)送給用戶的手機(jī)或郵箱，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公，也可通過(guò)手機(jī)、網(wǎng)銀等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)繳費(fèi)。用戶可以選擇多樣性的充值方式，用戶不用再去營(yíng)業(yè)廳或指定的網(wǎng)點(diǎn)繳納水費(fèi)，只要通過(guò)手機(jī)短信、電話、上網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水表的充值降低了出行成本，支持了綠色低碳出行的。

4、數(shù)據(jù)平臺(tái)

遠(yuǎn)程用戶終端水量數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，將終端表具的數(shù)據(jù)發(fā)送到管理平臺(tái)，供水企業(yè)可以隨時(shí)抄收提取水表的使用數(shù)據(jù)，進(jìn)行成本核算以及快速及時(shí)的對(duì)于故障水表的維修更換。通過(guò)采集上來(lái)的表具數(shù)據(jù)，分析用戶資源使用習(xí)慣，提高管理效率。提供數(shù)據(jù)備份及恢復(fù)，可選擇路徑、服務(wù)器地址等，也可以備份到本地服務(wù)器中，離線使用部分查詢統(tǒng)計(jì)功能。

5、柔性管理

通過(guò)建立供水企業(yè)的公共網(wǎng)站，使之與物聯(lián)網(wǎng)水表的管理運(yùn)營(yíng)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接。用戶可以通過(guò)這個(gè)公用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)繳費(fèi)充值、業(yè)務(wù)咨詢、在線答疑、信息查詢、業(yè)務(wù)辦理、投訴建議、了解最新的政策公告以及故障報(bào)修等業(yè)務(wù)服務(wù)。

6、異常消費(fèi)分析

根據(jù)之前的數(shù)據(jù)模型對(duì)抄收上來(lái)的終端表具數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，找出階段用量不正常的用戶，俗稱黑名單功能。也用于通過(guò)比對(duì)小區(qū)大表與居民表數(shù)據(jù)之間差值，找出用量不正常的用戶，或發(fā)現(xiàn)管道漏洞，防患于未然。

7、委托代管

對(duì)于一些在密云地區(qū)買房并以度假為目的的客戶，平時(shí)需要花草養(yǎng)護(hù)以、鍋爐采暖等用水需求，往往這種時(shí)候客戶就會(huì)很麻煩，而這種水表可以方便物業(yè)公司對(duì)住宅的用水進(jìn)行委托管理。

四、物聯(lián)網(wǎng)水表實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

1、產(chǎn)品初次測(cè)試

2011年1月1 至2011年5月31日，進(jìn)行初步試驗(yàn)，在小范圍內(nèi)應(yīng)用水表及其運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，在自來(lái)水公司辦公大樓、密東廣場(chǎng)商戶和檀州家園商戶共安裝4塊該水表，進(jìn)行初次測(cè)試工作。主要內(nèi)容為該表具及后臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)，根據(jù)系統(tǒng)功能列表對(duì)功能逐一進(jìn)行了測(cè)試，并按全部實(shí)現(xiàn)、部分實(shí)現(xiàn)、未實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了歸類，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對(duì)部分功能進(jìn)行了剔出和修改。

2、產(chǎn)品小規(guī)模安裝及應(yīng)用

自2011年1月1日至2013年12月31日止，對(duì)試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行水表安裝，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)水表功能及后臺(tái)系統(tǒng)有較大范圍的應(yīng)用試用，對(duì)各項(xiàng)功能進(jìn)一步進(jìn)行測(cè)試及改進(jìn)。在密云縣綠港小區(qū)、鼓樓小區(qū)、海闊水岸花墅、首創(chuàng)瀾茵山等4個(gè)小區(qū)的共計(jì)安裝2100塊物聯(lián)網(wǎng)水表。隨著該水表大批量的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)水表及系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)了充值延時(shí)、充值失敗、電源適配器損壞、充值報(bào)表與實(shí)際金額不符、后臺(tái)不能登錄、閥門故障等的問(wèn)題。

五、實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中出現(xiàn)的產(chǎn)品問(wèn)題

通過(guò)近兩年對(duì)物聯(lián)網(wǎng)水表及系統(tǒng)的階段性試驗(yàn)和應(yīng)用過(guò)程，發(fā)現(xiàn)該表具及系統(tǒng)主要的問(wèn)題包括如下四大類問(wèn)題:

1、表具本身的問(wèn)題

⑴因故障更換了302只水表電源適配器，故障率14.4%。電源適配器穩(wěn)定性較低，需要提高適配器性能;

⑵水表全部斷電恢復(fù)供電后只能手動(dòng)開(kāi)啟方可恢復(fù)供水，希望能夠改為自動(dòng)恢復(fù)供水;

⑶出現(xiàn)66只水表死機(jī)狀況，需斷電10－30分鐘重啟解決;

⑷出現(xiàn)762只水表充值失敗，故障率36.3%。

2、數(shù)據(jù)信息的問(wèn)題

⑴需要在表具信息查詢中增加了安裝地址、時(shí)間、證件號(hào)碼、客戶購(gòu)水信息等選項(xiàng)，使查詢和充值更實(shí)用、更便捷;

⑵需要完善了更換新的CT卡芯片流程，在換表和過(guò)戶環(huán)節(jié)中，將舊表關(guān)聯(lián)信息一并導(dǎo)入新表，同時(shí)在換表的同時(shí)，將舊表余額導(dǎo)入新表，并自動(dòng)產(chǎn)生換表記錄和操作日志;

⑶需增設(shè)黑名單設(shè)置條件，使后臺(tái)系統(tǒng)可以多方位、動(dòng)態(tài)提取，讓管理更有針對(duì)性;

⑷需完善了報(bào)警參數(shù)的設(shè)定，讓用戶得到水量信息、閥門開(kāi)閉、以及家中無(wú)人狀況下可能出現(xiàn)漏水等更多人性化的提示。

3、系統(tǒng)運(yùn)行的問(wèn)題

⑴需要完善、細(xì)化了各類報(bào)表;

⑵應(yīng)增加“退水費(fèi)”功能，可以以權(quán)限管理方式，完善退水費(fèi)的管理程序，如經(jīng)總經(jīng)理授權(quán)后，方可完成退水費(fèi)操作;

⑶“表具信息管理”中，應(yīng)增加“表具狀態(tài)”功能欄，對(duì)“未安裝 (庫(kù)存表)”、“已安裝 (已安裝但未開(kāi)戶)”、“已開(kāi)戶 (已經(jīng)投入使用)”的水表狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理;

⑷“數(shù)據(jù)采集”功能中，以小區(qū)為單位進(jìn)行采集時(shí)，不能實(shí)現(xiàn);

⑸“表具報(bào)修”應(yīng)增加“核銷和解決方式、處理人員姓名”等信息;

⑹原來(lái)黑名單報(bào)表、報(bào)警信息報(bào)表、報(bào)修信息統(tǒng)計(jì)表等所有表格形式的內(nèi)容，只要能顯示的內(nèi)容，應(yīng)該都增加打印功能。

4、人文環(huán)境的問(wèn)題

人的因素才是造成科技產(chǎn)品普及應(yīng)用的最大決定因素。對(duì)于一些歲數(shù)偏大、文化偏低的客戶而言，由于對(duì)目前廣泛應(yīng)用的電子設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)一無(wú)所知，相關(guān)的手機(jī)或網(wǎng)絡(luò)操作讓他們難以理解和使用，對(duì)于這些客戶供水企業(yè)不得不將物聯(lián)網(wǎng)水表重新更換為普通計(jì)量水表。

六、技術(shù)改進(jìn)

在大規(guī)模試驗(yàn)階段發(fā)現(xiàn)該水表問(wèn)題諸多，我們?cè)诓粩嗟馗倪M(jìn)表具本身問(wèn)題的同時(shí)，也在不斷的對(duì)表具進(jìn)行技術(shù)改造。

1、內(nèi)置天線

設(shè)計(jì)之初水表使用普通的外置天線，經(jīng)過(guò)實(shí)用發(fā)現(xiàn)其信號(hào)差、抗干擾能力弱、暴露已損壞、用戶的充值信息因此會(huì)發(fā)生丟失現(xiàn)象，以及受到非人為干擾后發(fā)出垃圾報(bào)警信息。現(xiàn)改造為內(nèi)置“智能”天線，它具有信號(hào)強(qiáng)、具備識(shí)別正常干擾能力、結(jié)構(gòu)更加合理。

2、備用電源

該水表采用了外接電源的供電方式，但是我們?cè)趹?yīng)用實(shí)驗(yàn)階段發(fā)現(xiàn)停電會(huì)影響用戶用水，因此我們要求廠家在設(shè)備上加入備用電池后，即使加裝備用電源以后停電也不會(huì)造成用戶用水問(wèn)題。

3、增加系統(tǒng)功能

加入自動(dòng)控制閥門檢測(cè)功能，定期、分區(qū)域?qū)λ磉M(jìn)行遠(yuǎn)程操作，減少雜質(zhì)對(duì)于長(zhǎng)期處于停滯狀態(tài)下的閥門的禁錮，并將當(dāng)時(shí)水表的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集，對(duì)于可能出現(xiàn)的問(wèn)題隱患主動(dòng)檢修和維護(hù)。

4、機(jī)卡分離

CT卡與基表的機(jī)卡分離，更換新的CT卡芯片可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和新用戶的延續(xù)使用，這樣維修更簡(jiǎn)便，可以分步排查故障原因。

七、未來(lái)應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問(wèn)題

1、通訊網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題

網(wǎng)絡(luò)基于公共網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信制造商，只要聯(lián)通或者移動(dòng)等通訊運(yùn)營(yíng)商仍然在運(yùn)營(yíng)，理論上講表具就可以正常通訊，不會(huì)影響用戶的正常使用。但是由于完全依賴公共網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，在某些方面就難免受運(yùn)營(yíng)商的限制，比如信號(hào)強(qiáng)度和資費(fèi)等，這個(gè)問(wèn)題的解決有待于國(guó)家關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的政策和法律的確立。

2、安全管理問(wèn)題

因?yàn)樗蟹?wù)器都托管在聯(lián)通IDC機(jī)房，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)都在這些服務(wù)器內(nèi)，后臺(tái)管理系統(tǒng)完全依托公用資源，在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，黑客等的存在將會(huì)嚴(yán)重威脅數(shù)據(jù)的管理安全。

3、表具成本問(wèn)題

表具通過(guò)CT卡實(shí)現(xiàn)通訊及控制，因此CT卡可能受到廠家及通訊上的制約，會(huì)給供水企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本帶來(lái)不確定因素。

八、結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用到水務(wù)工作中，是未來(lái)水表發(fā)展和延伸的必經(jīng)之路。在這條路上，物聯(lián)網(wǎng)水表的應(yīng)用和發(fā)展還是在剛剛起步的初級(jí)階段，在這個(gè)階段就需要供水企業(yè)的大力配合和指導(dǎo)，必須經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)測(cè)試，才能形成一個(gè)在本地區(qū)適用并且有用的技術(shù)產(chǎn)品。希望本文能為今后物聯(lián)網(wǎng)水表的發(fā)展和應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)可靠的參考方案和數(shù)據(jù)資料，也希望能為供水企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持和使用經(jīng)驗(yàn)。

［1］《物聯(lián)網(wǎng)的起源和發(fā)展背景的研究》甘志祥.

［2］《北京市信息化基礎(chǔ)設(shè)施提升計(jì)劃》北京市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)

［3］《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》王毅

［4］《預(yù)付費(fèi)水表的應(yīng)用及發(fā)展前景分析》李曉仲周建軍