張妍　姜瑩瑩

摘要：電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的水表抄表技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們生活節(jié)奏高速運轉(zhuǎn)的需求以及階梯水價的普及工作，使得人們對抄表技術(shù)的要求越來越高，無線通信網(wǎng)絡(luò)智能抄表系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程水表的抄表功能，為階梯水價的實施提供了有力保證。文章從無線通信網(wǎng)絡(luò)智能遠程抄表方案入手，探討了智能抄表系統(tǒng)的框架組成及功能，側(cè)重于無線通信網(wǎng)絡(luò)在階梯水價智能抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能抄表；水表；無線通信；集中器

在知識經(jīng)濟的時代，伴隨我國科學(xué)技術(shù)不斷進步，電子信息產(chǎn)業(yè)突飛猛進發(fā)展，使得人們在學(xué)習(xí)、工作和生活方式上都產(chǎn)生了巨大變化。我國是一個嚴(yán)重缺水的國家，水資源又是人民生活中不可缺少的能源之一，合理的對水資源進行開發(fā)、保護、利用和管理，已經(jīng)成為全社會關(guān)注的問題。

2014年1月3日國家發(fā)展和改革委員會、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部宣布：為引導(dǎo)居民節(jié)約用水，促進水資源可持續(xù)利用，2015年年底前，設(shè)市城市原則上要全面實行居民階梯水價制度，所以水表的計量與水費的準(zhǔn)確收取顯得尤為重要。

目前，新建住宅小區(qū)內(nèi)的水表大多數(shù)都已經(jīng)安裝到室外，如何對用戶使用的數(shù)據(jù)進行實時、可靠和準(zhǔn)確的采集、存儲并且處理成為專家們討論的一個熱點問題。

1 無線通信網(wǎng)絡(luò)智能遠程抄表方案

無線通信網(wǎng)絡(luò)智能抄表系統(tǒng)在水表中的應(yīng)用是指采用現(xiàn)代無線通信網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)自動讀取和處理水表中的數(shù)據(jù)。無線通信網(wǎng)絡(luò)方式的選擇是無線通信網(wǎng)絡(luò)智能遠程抄表技術(shù)的關(guān)鍵。目前，國外許多國家在無線通信網(wǎng)絡(luò)智能遠程抄表方面發(fā)展成熟，數(shù)據(jù)傳輸采用的方式有：電纜、電力載波、無線電波、藍牙、移動通信網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)等。無線通信網(wǎng)絡(luò)智能遠程抄表系統(tǒng)正在呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢，目前采用的方案普遍有Ⅲ以下幾種。

1.1 電力載波抄表

電力載波（Power Line Carrier）抄表系統(tǒng)是遠程抄表系統(tǒng)中基本的通信方式，工作過程是把電力線作為傳輸橋梁，將發(fā)送端待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號調(diào)制成高頻信號然后疊加到電力線上進行高速傳送，在接收端還原成原來的數(shù)據(jù)信號。電力載波抄表系統(tǒng)不需要另外布線，可以利用現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)，所以覆蓋范圍和現(xiàn)有的電網(wǎng)同步。它具有易實現(xiàn)、低成本、分布范圍廣、傳輸信息穩(wěn)定可靠并且不需要維護的有線通信方式。目前國內(nèi)對高壓電力線載波技術(shù)發(fā)展比較成熟，對低壓電力線載波技術(shù)研究比較緩慢，因為電力載波信號具有低阻抗特性，使得距離傳輸越遠，信號衰減越大，對高速遠程抄表造成困擾，同時在數(shù)據(jù)傳輸過程中低壓電力線易受到嚴(yán)重的其他電磁信號或者脈沖信號等其他信號源的干擾，影響載波通信的質(zhì)量，導(dǎo)致了電力載波抄表系統(tǒng)在我國還未能發(fā)展到令人滿意的水平。

1.2 總線抄表

總線（Meter-Bus）通信是一種主從、半雙工通信系統(tǒng)，已經(jīng)形成了歐洲標(biāo)準(zhǔn)，也是目前國內(nèi)采用比較多的一種下行通信方式，主要有RS-232、RS-485、RS-422等。具有數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、可靠、速度快等特點。在工程中被最廣泛使用的現(xiàn)場總線是在RS-422標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上研究產(chǎn)生的一種靈敏度高、驅(qū)動強、支持多節(jié)點的半雙工異步RS-485標(biāo)準(zhǔn)?？偩€通信方式多采用并聯(lián)形式，易遭外界因素破壞，因此布線工作量大，后期維護難。

1.3 GSM短信息抄表

GSM～Global System for Mobile Communications全球移動通信系統(tǒng)的英文簡稱，是一種功能齊全的第二代移動通訊系統(tǒng)，技術(shù)發(fā)展比較成熟，具有覆蓋面積廣、不需要新建基站、傳輸速度快、通信容量大、可靠性高等優(yōu)勢。目前由GSM網(wǎng)絡(luò)提供的短信息服務(wù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在無線通信網(wǎng)絡(luò)智能抄表系統(tǒng)中，不需要建立端對端的信息通道，將采集到的各個用戶的數(shù)據(jù)按照相關(guān)協(xié)議處理后生成短信數(shù)據(jù)包，集中器通過GSM網(wǎng)絡(luò)短信息的形式將數(shù)據(jù)包上傳到GSM網(wǎng)絡(luò)短信服務(wù)中心，短信服務(wù)中心再將數(shù)據(jù)通過專線的形式傳送到水資源管理部門。如果數(shù)據(jù)發(fā)送過程中出現(xiàn)一些不確定的故障或者某些設(shè)備關(guān)閉問題，短信服務(wù)中心暫時能夠把未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)保留一段時間，每經(jīng)過一定的時間間隔再次嘗試發(fā)送，直至發(fā)送成功，達到遠程智能抄表的目的。但在業(yè)務(wù)量大的系統(tǒng)中可能會發(fā)生信息擁塞或者數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。

1.4 GPRS網(wǎng)絡(luò)抄表

GPRS是General Packet Radio Service通用分組無線業(yè)務(wù)的英文簡稱，是在現(xiàn)有的GSM通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，采用TDMA方式傳輸語音，介于第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術(shù)之間，經(jīng)常被描述成“2.56”。無線通信網(wǎng)絡(luò)智能遠程抄表系統(tǒng)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到Internet網(wǎng)上，并與水資源管理部門的計算機主機進行數(shù)據(jù)通信。通信過程是將采集到的各個用戶數(shù)據(jù)按照協(xié)議封裝，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)射模塊發(fā)送出去，再由GPRS接收模塊接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到水資源管理部門的計算機主機，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)和水資源管理部門的主計算機之間實時連接。

以GSM網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的GPRS網(wǎng)絡(luò)，采用分組交換的高效率傳輸方式，具有以下特點：（1）激活GPRS后，不存在掉線情況，一直保持在線；（2）雖然一直在線，但只有產(chǎn)生通信數(shù)據(jù)流量才計費；（3）變換速率快、資源利用率高；（4）傳輸速率高，接入時間短，降低服務(wù)成本。因此，GPRS通信網(wǎng)絡(luò)特別適用于頻繁的、突發(fā)的、間斷的少量數(shù)據(jù)量傳輸，或者偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。

2 智能抄表系統(tǒng)的框架組成及功能

智能抄表系統(tǒng)的框架主要包括采集器、集中器和能源管理部門的管理控制服務(wù)中心，如圖1所示。集中器是整個智能抄表系統(tǒng)中重要的管理者，不僅能夠發(fā)揮對采集器所收集的數(shù)據(jù)信息進行分析、整理、儲存的功能，還能夠?qū)⒐芾砜刂品?wù)中心發(fā)出的臨時指令下達給采集器。

居民小區(qū)每單元的采集器與該單元的所有用戶水表下行通信方式連接起來，每個采集器負責(zé)采集所連接的單個住戶水表用水量的信息，根據(jù)小區(qū)內(nèi)住宅樓分布情況，將通信范圍內(nèi)所有采集器用總線形式連接到集中器上，集中器收集各采集終端數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)預(yù)處理、儲存，形成抄表局域網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過通信控制數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對收集到的數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送給GPRS網(wǎng)絡(luò)，再利用無線GPRS網(wǎng)絡(luò)上行通信方式與管理控制服務(wù)中心系統(tǒng)進行實時通信，完成用戶水表數(shù)據(jù)和管理控制服務(wù)中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時在線連接。

管理服務(wù)控制中心的服務(wù)器接收到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳回來的數(shù)據(jù)后，首先對數(shù)據(jù)進行安全認(rèn)證，增強系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信安全性能，然后傳送到管理控制服務(wù)中心的計算機主機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原處理并顯示。管理控制服務(wù)中心的計算機主機能夠進行數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理和計費管理，對所管轄的水表數(shù)據(jù)進行存儲、統(tǒng)計、分析、管理等，當(dāng)異常情況發(fā)生的時候，能夠發(fā)出報警信息，同時對各個用戶使用水量情況進行實時監(jiān)控。各個用水量住戶可以電腦或者手機終端登錄管理控制服務(wù)中心網(wǎng)站查詢用水情況，及時準(zhǔn)確的知道目前用水量處于階梯水價的第幾個階段，是否還有水費，方便家庭生活的需要。

智能抄表系統(tǒng)可以根據(jù)實際工作情況的需要，對水表數(shù)據(jù)信息進行定時采集，并發(fā)揮智能抄表系統(tǒng)雙向通信的功能。例如在正常的工作狀態(tài)下，用戶的水表數(shù)據(jù)信息按設(shè)定的固定時間上傳，如果遇到特殊情況需要即時了解用戶的水表數(shù)據(jù)信息，就要由管理控制服務(wù)中心下達抄表指令，當(dāng)節(jié)點接收到指令后，調(diào)整用戶的水表數(shù)據(jù)信息傳輸時間，轉(zhuǎn)為實時抄送。

為了確保每一個模塊的工作狀態(tài)都可以接受任意時間的網(wǎng)絡(luò)檢測，需要設(shè)置報警設(shè)備，當(dāng)模塊在工作中出現(xiàn)故障的時候（如采集器數(shù)據(jù)溢出或者集中器上傳信息為零等問題），就會同步啟動報警設(shè)備，并及時通過網(wǎng)絡(luò)將故障信息第一時間報告給管理控制服務(wù)中心。

綜上所述，無線通信網(wǎng)絡(luò)智能抄表系統(tǒng)能夠提供全面實時的數(shù)據(jù)、不間斷的系統(tǒng)監(jiān)控，非常適合應(yīng)用在階梯水價數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，同時也為普及階梯水價提供有效的數(shù)據(jù)分析支撐。因此，無線通信網(wǎng)絡(luò)智能抄表系統(tǒng)在階梯水價中會得到廣泛應(yīng)用。