2021年物聯(lián)網智能水表展望

作者:Jeff 公司新聞:2021年03月12日

一、NB-loT物聯(lián)網水表發(fā)展趨勢

隨著三供一業(yè)、城鄉(xiāng)供水一體化、老舊水表到期更換和國家《水十條》漏損控制等政策要求。同時,也隨著數(shù)字城市的建設發(fā)展,智能水表使用率越來越高,數(shù)字水務的構建已成趨勢。最近幾年,智能無線遠傳水表一般都采用Lora或GSM短信通訊等技術,雖然都有其自身技術優(yōu)勢,但缺點也很明顯。譬如:

      · Lora屬于自組網技術,用戶接入數(shù)量有限,且表與表之間需要相互連接,使得成本高、工程量大;
      · GSM通訊不僅功耗大而且信號盲區(qū)多。

1、NB-loT物聯(lián)網技術

NB-loT(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)即基于蜂窩窄帶物聯(lián)網技術,整個網絡是由專門機構給予制定的一項新的技術標準,屬于一種針對物聯(lián)網研發(fā)的窄帶射頻技術。所占帶寬窄,只需約180KHz,而且其使用License頻段,可以借助不同模式來實現(xiàn)與網絡和諧共存,并且能夠直接部署在2/3/4G網絡上,實現(xiàn)現(xiàn)有網絡復用,降低部署成本。

典型的窄帶物聯(lián)網架構為三層,分別是感知層、網絡層、應用層。

      · 感知層:由各種傳感器構成,包括計量計、壓力計、GPS等感知終端。感知層是物聯(lián)網識別物體、采集信息的來源;
      · 網絡層:由各種網絡,包括互聯(lián)網、網絡管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成,是整個物聯(lián)網的中樞,負責傳遞和處理感知層獲取的信息;
      · 應用層:是物聯(lián)網和用戶的接口,與行業(yè)需求結合,實現(xiàn)物聯(lián)網的智能應用。

2、NB-loT物聯(lián)網技術特點

① 廣覆蓋
相比現(xiàn)有的GSM、寬帶LTE等網絡,NB-loT網絡覆蓋增強了20dB,其信號的傳輸范圍更大(GSM基站目前理想狀況下能覆蓋35km),NB-loT能覆蓋到深層地下GSM網絡無法覆蓋到的地方。

② 大連接
相比其它無線技術,同一基站下增多了50-100倍的接入數(shù),每小區(qū)可以達到50K連接,真正實現(xiàn)萬物互聯(lián)所必須的海量連接,非常適合農村人飲工程的建設。

③ 低功耗
終端在99%的時間內均處在休眠狀態(tài),并集成多種節(jié)電技術。

④ 低成本
硬件可剪裁,軟件按需簡化,確保了NB-loT的成本低廉。NB-loT因其適用的場景,還具有低速率和低移動性的特點。

二、NB-loT物聯(lián)網水表模組介紹

NB-loT物聯(lián)網水表是一款“雙芯”智能水表,即“智慧芯=計量+監(jiān)控”,計量芯——水表回歸計量的本質,監(jiān)控芯——物聯(lián)網賦能管理。NB-loT開創(chuàng)雙向“雙芯”智能水表。

三、物聯(lián)網智能水表安裝環(huán)境訴求

NB-loT物聯(lián)網水表采用NB-loT無線通信技術,不用布線連接,通過便攜式的安裝方式,節(jié)省人力、物力和財力??砂惭b在農村水井、城鎮(zhèn)供水、農業(yè)水利灌溉、田園道路綠化、校園集體宿舍、小區(qū)住宅等。但在物聯(lián)網信號覆蓋方面有如下需求:

      · 覆蓋需求:需要有NB信號覆蓋且水表安裝前信號覆蓋強度足夠好;
      · 補盲需求:對信號覆蓋不好的區(qū)域,需要運營商升級基站;
      · 勘測需求:水表安裝時,需要便捷的信號測試設備,測試信號。

四、物聯(lián)網信號的優(yōu)化處理

NB-loT物聯(lián)網與其他任何網絡技術一樣,速度和響應能力對于物聯(lián)網設備的安全操作至關重要,在物聯(lián)網連接過程中安全可靠的目標難以捕捉,怎樣優(yōu)化網絡傳輸信號是決定普及萬物互聯(lián)的基礎。

首先在網絡布局中,使用網絡分段法,在有效距離內合理分段式布局網絡基站。RF優(yōu)化,由于NB-loT與L800M為1:1組網,依據L800M覆蓋情況,通過天線調整進行干擾消除和降低干擾。

參數(shù)優(yōu)化,通過功率參數(shù)、SI無線幀號偏移,跳出PRACH和頻域參數(shù)錯開干擾。經過上述優(yōu)化調整,地面平均RSRP為-68.90dbm,SINR為12.83db,井下平均RSRP為-105dbm,SINR為8.9db。水表數(shù)據上報成功率達100%,為水表數(shù)據采集打下基礎。

五、經典項目案例分析

康德曼控股集團于1999年在北京成立。公司主要從事計算機軟件開發(fā)、數(shù)字水務、大數(shù)據和人工智能產品研發(fā)。在數(shù)字水務領域,公司組建了集芯片研發(fā)、智能水表及其它水務設備的生產、銷售和售后服務等完整的生產鏈。

2019年康德曼公司承建了甘肅省蘭州市紅古區(qū)“三供一業(yè)”水表改造項目,為紅古區(qū)上萬戶居民進行舊表更換。這些改造的小區(qū)都是老舊小區(qū),供水設施陳舊老化,“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象頻發(fā),管理上存在如下問題:

(1)采取粗放的管理手段,水費依舊按照人頭結算,用水浪費嚴重。

(2)監(jiān)管不透明,缺乏有效技術手段實時監(jiān)控。

(3)運維時效長,出現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象,無法及時發(fā)現(xiàn),及時維修。

1、解決方案

針對上述問題,康德曼公司為用戶管理部門提出“全面感知”、“主動服務”、“科學決策”、“繳費快捷”服務解決方案。通過康德曼公司NB-loT物聯(lián)網水表和數(shù)字水務平臺實現(xiàn)水表實時感知與管理。建立數(shù)據分析、存儲與管理,為管理部門提供各種信息支撐,實現(xiàn)科學用水、智慧管控。

(1)全面感知
以康德曼公司NB-loT物聯(lián)網水表作為感知層,及時、準確、全面的將用戶用水數(shù)據及水表運行狀態(tài)數(shù)據上傳至數(shù)據采集平臺。

(2)主動服務
通過對采集到的用戶用水數(shù)據分析,發(fā)現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”問題,及時預警并告知相關人員進行處理和解決。

(3)科學決策
全面分析采集到的用水數(shù)據,分析不同群體用水習慣,做出相應預測,進行合理資源分配,優(yōu)化成本,改善服務,保障供水。

(4)繳費快捷
用戶可通過水司營業(yè)大廳、康德曼微信小程序等多種繳費方式繳費,用戶當期及歷史用水量都可通過微信小程序查詢。微信公眾號還不定期提供水價信息、水質檢測報告、停水公告等。

2、康德曼NB-loT智能水表運行效果

經過工程方6個月的施工,水表安裝順利完成;經過3個月的試運行,水表數(shù)據上線率如表所示:

由康德曼公司提出的服務解決方案,在試用階段,已經提高了用戶管理部門管理水平,給水表用戶提供了更優(yōu)質的服務。

(1)節(jié)省人力,提高效率
康德曼NB-loT智能水表實現(xiàn)了點對點傳輸,并且它依托于廣覆蓋、低耗能和上線率高三大優(yōu)勢,有效確保了數(shù)據上傳的及時性、準確性和完整性,真正實現(xiàn)了遠程抄表和數(shù)據傳輸,降低了抄表成本;科學可靠的數(shù)據采集方式和實時的采集頻率,會形成高密度、高精度、高價值的水務數(shù)據,為大數(shù)據處理、數(shù)據分析提供基礎。

(2)水量精準,經濟增效
供水公司通過上報的數(shù)據,準確計算出用水量產銷差。通過分析各個區(qū)域總表數(shù)據,可查詢到各級管道漏損情況,有效篩選出漏損管網區(qū)域,安排人員有針對性的進行修補。避免了盲目查漏帶來的時間和人力浪費,提高漏損控制效率。

(3)分區(qū)計量
結合康德曼NB-loT智能水表,綜合利用數(shù)字化水務系統(tǒng)以及管網監(jiān)測,對管網壓力、流量進行監(jiān)測,有效分析片區(qū)主管網漏損情況;通過管網GIS報警上報,精確指導維修人員定點維修,大幅減少了漏損維修時間。漏損率由之前的20%逐漸下降到目前的8%左右。

(4)自動推送服務
通過康德曼NB-loT水表上報的海量數(shù)據,結合人工智能分析,計算出用戶用水習慣和平均用水量,設定異常水量提醒;一旦用戶用水出現(xiàn)異常,平臺將及時推送水量異常短信告知用戶;用戶可及時檢查或請求協(xié)助,減少不必要的損失,提高用戶服務體驗。

(5)“無接觸”用水服務
新冠疫情期間,“無接觸”服務席卷各個行業(yè)??档侣麼B-loT物聯(lián)網水表精準的上報數(shù)據,遠程監(jiān)控水表運行,供水公司可通過康德曼數(shù)字水務平臺遠程監(jiān)控和查詢用戶用水情況;用戶足不出戶可通過康德曼康支付實現(xiàn)賬單查詢、網絡繳費等業(yè)務。這些“無接觸”用水服務,使得人們更安心、貼心。

六、NB-loT水表未來發(fā)展討論

隨著NB物聯(lián)網技術的成熟,NB-loT物聯(lián)網智能水表在水務行業(yè)將越來越普及,但在實際項目實施中,存在諸多問題。很多區(qū)域NB信號還未覆蓋,這是基礎,如果基礎做不好,談何物聯(lián)網技術的普及;目前NB資費過高,運營商應進一步降低資費,將有助于窄帶物聯(lián)網技術在水務行業(yè)的推廣;運營商應加強服務能力,才能保證物聯(lián)網產品的正常使用。

NB-loT智能水表是數(shù)字城市建設的感知層,通過感知層采集數(shù)據,實現(xiàn)數(shù)字水務一張網。每張網由不同云朵構成,每個云朵又由不同的感知層組成,形成了自下而上數(shù)據歸集,自上而下統(tǒng)一管理的數(shù)字水務。這將給水表賦能,萬物互聯(lián),給智能水表插上AloT的翅膀。