深圳水務(wù)集團(tuán)：NB-IoT加速智慧水務(wù)變革

文｜劉江麗

深圳市水務(wù)（集團(tuán)）有限公司是國內(nèi)一流的水務(wù)與環(huán)境綜合服務(wù)商，為全國七個省16個城市超2000萬人提供水務(wù)服務(wù)。面對洶涌而來的數(shù)字化浪潮，深圳水務(wù)集團(tuán)勇于創(chuàng)新，以NB-IoT智慧抄表為突破口，積極推動智慧水務(wù)變革。

智能水表受掣肘難言“智能”

作為維系民生的市政基礎(chǔ)設(shè)施之一，供水企業(yè)在運(yùn)營管理中存在諸多難題，比如因供水設(shè)施故障導(dǎo)致的漏損、因水表故障導(dǎo)致的貿(mào)易糾紛、因無法及時了解用戶的用水需求和行為偏好而導(dǎo)致能耗損失等等，深圳水務(wù)集團(tuán)也不例外。

其中，供水產(chǎn)銷差率居高不下、漏損量持續(xù)攀升是供水企業(yè)最大的痛點(diǎn)。它不僅直接影響著供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且也影響著供水企業(yè)的社會效益。

供水產(chǎn)銷差主要來自幾個方面，一是物理漏損，主要是供水管網(wǎng)的漏損，這部分漏損因為管網(wǎng)大多深埋于地下而不易及時發(fā)現(xiàn)；二是表觀漏損，主要是水表計量誤差；三是違法用水。

據(jù)統(tǒng)計，2015年國內(nèi)603個建制市供水企業(yè)平均產(chǎn)銷差率為20.72%，按照供水總量415億立方米計算，漏損水量約86億立方米，相當(dāng)于每年漏掉三峽水庫五分之一的庫容量。深圳水務(wù)集團(tuán)2016年產(chǎn)銷差率約為12%，雖已處于國內(nèi)先進(jìn)水平，但與國際平均6-8%的產(chǎn)銷差率先進(jìn)水平相比，尚有不小差距。

同時，貿(mào)易結(jié)算問題也不容忽視。水表作為供水企業(yè)與客戶進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的重要依據(jù)，一旦水表出現(xiàn)故障或者人工抄錄數(shù)據(jù)錯誤等情況，都勢必導(dǎo)致某一方利益受損。目前，大多數(shù)供水企業(yè)都是通過人工以單月或雙月為周期抄讀一次水表，水表故障發(fā)現(xiàn)周期長，歷史用水狀況無法還原，一旦產(chǎn)生貿(mào)易結(jié)算糾紛，勢必耗費(fèi)大量人力物力予以解決，而由于人工管理周期長，發(fā)現(xiàn)違法用水行為滯后，也將影響供水企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、增加漏損幾率。

為了解決上述問題，包括深圳水務(wù)集團(tuán)在內(nèi)的許多供水企業(yè)開始使用智能水表。但是傳統(tǒng)的智能水表存在的數(shù)據(jù)傳輸安全、設(shè)備功耗、網(wǎng)絡(luò)覆蓋及成本等問題，制約了大規(guī)模廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)智能水表存在的問題：

1.數(shù)據(jù)傳輸安全性問題：目前，許多供水企業(yè)使用的傳統(tǒng)智能水表是通過小無線等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于使用非授權(quán)頻譜自組網(wǎng)，其抗干擾性和數(shù)據(jù)管理技術(shù)水平良莠不齊，數(shù)據(jù)傳輸安全性難以保證。

2.功耗高問題：傳統(tǒng)智能水表大多需要外接電源，這必將增加安裝中的溝通和未來管理成本，而如果通過內(nèi)置電池的方式解決供電問題，則由于傳統(tǒng)智能水表數(shù)據(jù)傳輸功耗大，需頻繁更換電池，勢必增加維護(hù)成本和管理難度。目前，國內(nèi)小口徑水表國家強(qiáng)制更換周期一般為6年，而傳統(tǒng)智能水表一天采集兩次數(shù)據(jù)的電池使用壽命僅為兩到三年，如果對數(shù)據(jù)發(fā)送頻次要求稍高，則電池壽命可能會更短、更換電池更頻繁。

3.網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題：目前，供水企業(yè)很多水表安裝在樓道內(nèi)、室內(nèi)或地下，安裝環(huán)境復(fù)雜、對網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求較高，為保證數(shù)據(jù)傳輸效果往往需要加裝信號放大器，但效果并不理想。

4.大量水表統(tǒng)一接入問題：水表逐步智能化是大勢所趨，僅深圳地區(qū)未來智能水表數(shù)量將超過300萬只。傳統(tǒng)智能水表通過小無線等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，大量智能水表接入的安全性難以保證。

NB-IoT智慧抄表聯(lián)合創(chuàng)新

為了實現(xiàn)水表智慧管理，以“物聯(lián)網(wǎng)+云+大數(shù)據(jù)+水務(wù)”新模式推動變革，深圳水務(wù)集團(tuán)開展了以智慧抄表驅(qū)動的水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐，重點(diǎn)研究NB-IoT智慧水表的規(guī)模應(yīng)用。

NB-IoT智慧水表解決了傳統(tǒng)智能水表的各種問題，同時為后續(xù)大數(shù)據(jù)管理及其他應(yīng)用場景的拓展帶來各種可能性。

NB-IoT智慧水表的優(yōu)勢：

1.數(shù)據(jù)安全可靠：NB-IoT網(wǎng)絡(luò)基于授權(quán)頻譜組建，其抗干擾能力、數(shù)據(jù)安全性、技術(shù)服務(wù)等方面均有充分保障，能夠確保計費(fèi)水表的數(shù)據(jù)整體安全。

2.功耗低：NB-IoT技術(shù)配合低功耗的信號采集單元，能顯著降低能耗。經(jīng)測試表明，在普通環(huán)境下一天采集兩次數(shù)據(jù)（半小時一個行度，一天48個數(shù)據(jù)），NB-IoT水表電池可以連續(xù)使用6年。

3.網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋廣：NB-IoT網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋廣、容量大、可靠性高等優(yōu)勢，目前，深圳地區(qū)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋率達(dá)98%，完全符合供水企業(yè)復(fù)雜環(huán)境下的水表安裝。

4.統(tǒng)一平臺接入：建立統(tǒng)一的IoT平臺，可以承接不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，兼容各類供應(yīng)商協(xié)議，解決大規(guī)模部署水表產(chǎn)生的互聯(lián)互通問題。

5.降低抄表成本：能夠提供實時數(shù)據(jù)分析和及時故障排查，降低運(yùn)營成本，提升效率。

NB-IoT智慧水表到底是否可行？深圳水務(wù)集團(tuán)聯(lián)合中國電信和華為一起，圍繞NBIoT網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能、覆蓋能力、終端功耗以及IoT云平臺等開展研究驗證，應(yīng)用場景包括水表抄讀、流量分析以及漏損控制等，力圖借NB-IoT技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳送優(yōu)勢，優(yōu)化現(xiàn)有營銷管理模式及流程，實現(xiàn)自動化的抄讀計費(fèi)、數(shù)據(jù)分析等功能，提升深圳水務(wù)集團(tuán)在水表智慧管理、漏損管控等方面的能力。

目前，三方聯(lián)合研究已取得良好效果。2018年深圳水務(wù)集團(tuán)將率先在深圳市鹽田區(qū)以NB-IoT智慧水表應(yīng)用為基礎(chǔ)實現(xiàn)智慧管理，2020年前深圳水務(wù)集團(tuán)將陸續(xù)實現(xiàn)56萬只NB-IoT智慧水表的更新改造。

NB-IoT智慧水表方案支撐智慧水務(wù)應(yīng)用

深圳水務(wù)集團(tuán)NB-IoT智慧抄表實踐按照云、管、端的系統(tǒng)架構(gòu)來建設(shè)，方案包括終端層、網(wǎng)絡(luò)層、云平臺、IoT平臺、水務(wù)應(yīng)用層，通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)將各個層面統(tǒng)一為有機(jī)的整體，支撐智慧水務(wù)應(yīng)用的構(gòu)建和快速上線。

終端層：智慧水表、水壓計、流量計、水質(zhì)監(jiān)測和水泵站監(jiān)測設(shè)備等多種水務(wù)終端，通過增加傳感器并集成NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)模組，與NB-IoT基站連接實現(xiàn)通訊能力，實現(xiàn)終端可控、可管、可互通，并進(jìn)一步將信息上傳給IoT平臺。

網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)是整個物聯(lián)網(wǎng)的通訊基礎(chǔ)，中國電信基于800M頻段的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，承載抄表等水務(wù)業(yè)務(wù)，使用較窄的頻段實現(xiàn)廣覆蓋、大連接的能力，相比傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)，成本大大降低。與其他LPWA技術(shù)相比，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)基于授權(quán)頻譜，其抗干擾能力、數(shù)據(jù)安全性、技術(shù)服務(wù)等方面均有保障。

云計算平臺：具備彈性可伸縮、高可靠和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，通過云數(shù)據(jù)中心來支撐物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)匯聚和存儲，支撐智慧水務(wù)應(yīng)用的搭建和可靠運(yùn)行。云計算平臺由中國電信天翼云負(fù)責(zé)承載，利用天翼云2+31的資源池布局優(yōu)勢，可以就近部署應(yīng)用，保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量；中國電信DCI網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)就近部署數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，通過“云間高速”提供按需即時開通的穩(wěn)定帶寬服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)和平臺之間穩(wěn)定高速數(shù)據(jù)傳輸；利用中國電信云安全服務(wù)，可以抵御DDoS攻擊，保證數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。

IoT平臺：提供連接管理、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理、能力開放等基礎(chǔ)功能，支持多種物聯(lián)網(wǎng)終端快速接入及水務(wù)應(yīng)用的快速集成和業(yè)務(wù)創(chuàng)新。平臺通過統(tǒng)一的協(xié)議與接口實現(xiàn)不同終端的接入，水務(wù)應(yīng)用無需關(guān)心具體物理連接和數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)終端對象化管理；平臺提供靈活高效的數(shù)據(jù)管理，包括數(shù)據(jù)采集、分類、結(jié)構(gòu)化存儲，數(shù)據(jù)調(diào)用、使用量分析，提供分析性的業(yè)務(wù)定制報表；業(yè)務(wù)模塊化設(shè)計，業(yè)務(wù)邏輯可實現(xiàn)靈活編排，滿足行業(yè)應(yīng)用的快速開發(fā)需求。

水務(wù)應(yīng)用層：IoT應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的上層控制核心，智慧水務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)通過IoT平臺獲取來自設(shè)備層的數(shù)據(jù)，并統(tǒng)一管理水表、流量計等各種水務(wù)設(shè)備。水務(wù)行業(yè)在NB-IoT智能管道、IoT平臺的基礎(chǔ)上，可聚焦自身的應(yīng)用開發(fā)，使物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮更大的價值。

展望未來，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等ICT技術(shù)將改變整個水務(wù)行業(yè)。深圳水務(wù)集團(tuán)將以智慧抄表為基礎(chǔ)，以更加精準(zhǔn)、動態(tài)的方式實現(xiàn)管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、數(shù)字化和智能化，從而給市民生活帶來更大的便利、給企業(yè)和社會帶來更大的價值。