基于窄帶物聯網的智慧燃氣抄表系統的流程設計及功能實現

劉松濤，郭 敏，戴 繪，胡 靜

(1.天津市賽達燃氣有限公司 天津 300385；2.天津城建大學 天津 300384)

1 燃氣智慧抄表系統建設構想的提出

目前很多燃氣公司的工商業用戶都安裝著各類型燃氣貿易計量表，通常以皮膜表、羅茨流量計、渦輪流量計和超聲波流量計為主，用以計量作為貿易結算依據，這之中有很多老舊表型因無法安裝數據采集終端，故無法進行遠程數據采集，需要人工去現場抄表。以天津市賽達燃氣有限公司為例，工商業用氣范圍包括天津市西青經濟技術開發區、天津經濟技術開發區微電子工業區、天津騰達工業園、大寺工業園及西青經濟技術開發區區內企業及周邊飯店等共計700 余戶[1]，還有相當數量的老、舊表型需要人工抄表，主要存在以下問題：

①人工手動抄表勞動強度大、效率低，已不能適應企業管理現代化的要求。

②抄表員現場手動抄表并計算用氣量，存在用氣量計算錯誤的可能性。

③抄表員現場抄表后，一般都是幾天甚至一直到全部抄表完成后將所有抄表結算單集中給財務，如果每月抄表周期持續到整月，月底會導致財務工作量劇增，而且燃氣用戶往往也不能在當月取到發票及時結算完畢，常常引發矛盾。

④抄表周期持續到整月，營業報表統計人員工作量也劇增，氣量報表和營業報表不能及時統計出來，會直接影響到公司氣量調配和向行業主管部門(如燃氣處)或上級單位的及時報送。

⑤每月一些燃氣工商業用戶常常會有變動，這些變動會直接影響到計量表數量、表型、量程的變動，如果不能及時反饋給計量管理人，常常會導致計量誤差及計量維修不及時。

針對以上比較突出的問題，基于成熟的物聯網技術和云計算技術[2]，提出建設一套基于窄帶物聯網(NB-IoT)網絡的智慧抄表系統，既能減少各部門工作量、提升工作效率，又能實現利用一套系統將所負責部門串聯起來管理的目標。

2 智慧抄表系統的建設目標

在公司現有信息化基礎上，以成熟的數據庫管理技術、計算機和通信技術為主要手段，采用構件化技術[3]，使應用系統具有相應的獨立性，各子系統能具有通用性，能夠適應抄表結算流程中各個環節的個性化要求。

搭建NB-IoT 網絡的智慧抄表系統，最終實現如下管理目標：

①選擇一款集掃碼、識別計量表數據、數據手動錄入、自主計算本月用氣量、打印氣量結算單、數據實時上傳到智慧抄表系統的硬件設備。

②抄表員現場抄表后，用氣量數據實時上傳到智慧抄表系統，智慧抄表系統和開票系統(航天金稅或百旺金稅系統)對接，財務人員能實時收到數據，核實自動生成的發票，如果無誤，即可實現批量打印，極大提升實時開票效率。

③抄表完成，氣量報表和營業報表自動生產，即可直接向公司、行業主管部門(如燃氣處)或上級單位報送。

④每月一些燃氣工商業用戶燃氣計量表的故障，會直接反饋到計量管理人員，以便及時跟進維修；對表型的數量、量程的變動，客服人員會及時反饋到計量管理人員，因此計量表的維修、檢定、更改等信息計量管理會及時在系統更新，隨時掌握計量情況。

綜上可知，智慧燃氣抄表系統主要由兩大板塊組成：基于andorid 系統的移動端抄表系統、電腦端業務系統。

移動端抄表系統需要實現真正意義的移動抄表，利用移動網絡實現數據的無線傳輸、自動同步與存儲、未抄表信息的自動派發等功能。主要包括操作用戶身份認證、待抄表數據查詢、抄表數據錄入、抄表數據查詢、抄表數據修改、掃碼及打印。

電腦端主要功能包括抄表管理、統計分析、繳費管理、系統管理、權限管理和控制面板等。

3 智慧燃氣抄表系統流程設計

根據智慧燃氣抄表系統建設目標及公司相關部門職責、權限、抄表流程，設計抄表過程中信息的傳遞、處理流程，強化計算機在抄表過程中的作用，降低人員的不必要勞動，把人員工作重心從信息傳遞、整理、計算等向節點把控、流程監管方面轉移，簡化工作流程，降低人員勞動強度，提高工作效率。

智慧燃氣抄表系統主要針對工商業用戶的抄表流程管理，涉及到的業務部室有管網運行部、客戶服務中心、財務部、技術設備部，抄表流程及各部室職責如圖1 所示。

圖1 抄表流程及各部室職責Fig.1 Meter reading process and responsibilities of each department

工業用戶抄表流程主要為抄表、結算、開票收費、表具管理4 個環節，其中管網運行部負責抄表管理與表具巡檢工作，負責收集表具計量數據及表具異常信息，將計量數據移交至客戶服務中心，將表具異常信息移交至技術設備部。客戶服務中心主要負責用戶管理，包括企業開戶、注銷、氣量核算(企業用氣量、氣量報表、燃氣價格)等數據管理，并將核算后的企業用氣量移交至財務部。財務部在收到氣量數據后進行費用核算和開票工作，具體包括收費管理和發票管理。技術設備部負責表具管理，主要包括表具維修、表具檢定、計量糾紛處理等工作。

4 智慧燃氣抄表系統平臺搭建

智慧燃氣抄表系統總體按照3 層架構搭建，包括數據來源、數據資源平臺、數據應用3 部分。數據來源層提供采集抄表系統所需數據，提交至數據資源平臺層進行解析、計算、轉儲等一系列操作[4]，最終由數據應用層對數據進行分區展示、統計。整個流程所需的硬件設備包括移動抄表終端、數據處理服務器、應用服務器以及交換機。其中移動抄表終端由抄表人持有，數據處理服務器、應用服務器以及交換機均設置于公司機房內。智慧燃氣抄表系統平臺架構如圖2所示。

圖2 智慧燃氣抄表系統平臺架構圖Fig.2 Architecture diagram of intelligent gas meter reading system platform

4.1 數據來源

智慧燃氣抄表系統基礎數據獲取主要有用戶數據、表具數據與氣價數據3 部分組成。

用戶數據主要包括企業信息、表具型號、表具狀態、檢表周期、開票信息6 項內容，在系統建立初期錄入到智慧燃氣抄表系統中。其中表具狀態有正常、禁用2 種狀態，由管網運行部現場確認后轉至技術設備部進行實時更正，檢表周期由技術設備部根據表具類型設置周期進行檢定信息錄入。

表具數據主要包括負荷數據和異常數據，即表具正常計量數據及表具異常計量數據2 種。表具計量數據是費用結算的依據，通過移動抄表機與智能遠傳抄表終端獲取。表具異常數據來源有2 種，一是巡線人員或企業人員現場抄表或巡檢過程中發現表具或計量數據異常，二是由技術設備部后臺監控數據分析得到。

氣價數據主要是指燃氣價格及價格調整、調整時間，近幾年北方地區每年采暖期燃氣價格都會上調，非采暖期下調。

4.2 數據資源平臺

智慧燃氣抄表系統數據資源平臺主要由數據采集、數據存儲和數據服務3 部分構成。

4.2.1 數據采集

數據采集部分數據來自抄表員持有的移動抄表機，數據采集終端的數據上傳，燃氣用戶新建、注銷申請，共3 種渠道。

抄表員手持的移動抄表機與數據采集終端都是用于采集表具計量數據的設備，其中移動抄表機采集數據后通過4G 網絡傳輸到抄表管理平臺，數據采集終端通過NB-IoT 網絡將采集到的數據發送到抄表管理平臺，燃氣用戶新建、注銷申請表為用戶信息數據采集渠道，由客戶服務中心負責數據采集整理，并同步更新至智慧燃氣抄表系統。

4.2.2 數據存儲

數據采集傳輸到抄表管理平臺的數據通過光纖和核心交換機將數據傳輸到數據處理服務器，完成對數據的解析，并根據功能需求對數據進行分類、計算后將數據轉儲至6 大數據集市：抄表數據分析、表具檢定周期、企業開票收費、異常數據報警、表具狀態、供銷差分析，為相應的功能分區提供數據支撐。以異常數據報警集市為例，異常數據報警分為用氣異常數據報警、表具校正儀電池電量不足報警2 部分。氣量異常數據報警以企業用氣負荷、用氣壓力、用氣溫度等歷史數據為基礎，當有一定幅度偏離歷史規律曲線時對數據進行判斷或報警，管理人員通過電腦、手機APP 或綜合大屏等方式查看數據，并根據報警數據進行相應處置。智慧燃氣抄表系統報警界面如圖3所示。

圖3 智慧燃氣抄表系統報警界面Fig.3 Alarm interface of intelligent gas meter reading system

4.2.3 數據服務

數據服務層主要為數據應用及展示提供技術服務，通過移動服務端接口、系統服務端接口進行傳輸，數據可視化分析工具將所獲取的數據進行展示。

智慧燃氣抄表系統的數據來源主要包括PC 端用戶基礎數據及移動端表具基礎數據，根據系統數據來源特點，數據服務層建立移動服務端接口、系統服務端接口，完成移動端與PC 端的數據訪問、交互，并通過數據可視化分析工具繪制各類報表、圖形，完成數據的展示功能。

4.3 數據應用

應用服務器根據業務需求從數據資源平臺中調取相關數據，并通過數據服務層的可視化分析工具完成數據層的應用功能。智慧抄表燃氣系統數據應用分為PC 端和移動端2 部分。

4.3.1 PC 端業務系統

PC 端業務系統最終實現的應用功能包括：控制面板、抄表管理、開票繳費、統計分析、表具管理、系統管理、權限管理。

①控制面板。用戶登錄業務系統可自定義“我的桌面”顯示內容，方便查看。

②抄表管理。分為表具基礎信息管理、抄表記錄和進銷差管理3 部分，其中表具基礎信息管理包括設備類別管理、抄表區域管理、企業用戶管理。

③開票繳費。包括發票管理、一鍵式發票打印及繳費管理，當繳費周期涉及到燃氣價格調整時，可通過設置調價日期、調整價格自動計算應交燃氣費用。

④統計分析。年、月用氣報表及進銷差統計。

⑤表具管理。包括表具檢定記錄、表具維修記錄、表具檢定提醒、表具臺賬；抄表記錄業務包括表具初始化功能和抄表記錄管理。

⑥系統管理。包括基本信息和數據字典，基本信息包括系統配置、系統日志、系統異常；數據字典包括公司組織架構、行政區域管理、公司職位設置。

⑦權限管理。包括用戶角色的錄入、查詢、管理權限的設置。

4.3.2 移動端抄表系統

移動端抄表系統主要應用功能有移動端登錄、待抄表查詢、移動抄表、查閱抄表數據、修改抄表數據、掃碼、打印、自動升級、注銷登錄。

①移動端登錄。抄表人員打開手機移動抄表APP，輸入用戶名、密碼登錄，進行用戶名密碼驗證。

②待抄表數據查詢。可查看本月待抄表數據。

③移動抄表。進入數據展示頁面，并點擊“執行抄表”，跳轉至數據錄入頁面錄入表數。

④查閱抄表數據。可查看本月抄表數據。

⑤修改抄表數據。進入數據查詢頁面，可查詢抄表歷史記錄，抄表員可修改未審核的抄表數據。

⑥掃碼、打印。掃碼是給每臺表具編碼，用戶通過手持移動端掃碼直接調取該表信息；抄表員完成并確認無誤后，用戶通過手持移動端自帶的藍牙打印機，點擊“打印”按鈕打印抄表數據小票給用戶。

⑦自動升級。系統自動檢測APP 是否需要升級，如需升級，則自動下載安裝包并安裝應用程序，如不需要升級，則進入登陸頁面。用戶也可以登錄APP 之后前往個人中心手動檢查更新并升級應用程序。

⑧注銷登錄。系統注銷之后，需重新登錄才能使用系統功能。

5 建設意義

抄表結算作為燃氣公司運營最為重要的流程之一，智慧化抄表系統也是燃氣公司建立智慧燃氣系統的重要組成部分，其主要建設意義如下：

①規范抄表流程，通過電子化辦公流程降低人員工作強度，提高人員工作效率，減少人工抄表誤差，縮短抄表結算周期的同時，提高數據獲取、傳遞的準確性。

②基于NB-Iot 網絡實現表具數據的遠傳采集，周期性采集表具計量數據，結合燃氣價格信息、企業開票信息實現智慧化繳費管理，解決因燃氣價格波動造成的結算困難。