趙 威，付 森

（1.寧夏大學經(jīng)濟管理學院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏水投科技股份有限公司，寧夏 銀川 750004）

引言

近些年，隨著智慧城市不斷地發(fā)展，智慧水務的作為智慧城市的一個子集被提出，智慧水務成為了水務行業(yè)近年的熱門詞匯，也是未來水務現(xiàn)代化發(fā)展的新目標。許多水務企業(yè)著手發(fā)力智慧水務建設，把智慧水務的建設上升為企業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略位置，力爭通過智慧水務的建設，帶動供水漏損的有效管控，全面提升企業(yè)的管理能力和生產(chǎn)運營能力[1]。

智慧水務是指通過遠傳壓力表、數(shù)據(jù)采集器、水質(zhì)檢測儀、遠傳液位計、電能表、遠傳流量計、遠傳溫度計、無線網(wǎng)絡和視頻監(jiān)控等在線監(jiān)測設備實時感知城鄉(xiāng)供排水系統(tǒng)的運行狀態(tài)。并采用可視化的方式將供排水設施與水務管理部門有機整合，形成“城鄉(xiāng)供水物聯(lián)網(wǎng)”。通過對各類關鍵數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、智能分析再提供分級、分類預警，且利用手機APP、電子郵件、短信和聲光報警等方式通知到相關水務生產(chǎn)負責人。同時給予相應的分析結(jié)果以幫助決策處理問題，以更加精細、動態(tài)的方式管理水務運營系統(tǒng)的整個管理、生產(chǎn)和服務流程，使之更加規(guī)范化、數(shù)字化、智能化，從而達到對城鄉(xiāng)水資源管理更加高效、智慧的狀態(tài)。

1 項目背景

目前，YC 縣城鄉(xiāng)供水入戶抄表業(yè)務主要依靠人工走手完成，再由人工手動錄入至繳費系統(tǒng)，耗費抄表員工大量精力和時間。另外由于缺乏入戶智能計量設備，抄表困難，工作人員入戶收費困難，造成水費收繳率偏低。急需通過智慧水務工程項目進行升級改造，從而提高用水計量精度，數(shù)據(jù)通過遠程傳輸回水務公司，減少人工抄表帶來的工作量，改進水費收繳模式，從而提高水費收繳率，實現(xiàn)遠程抄表，節(jié)省人力、物力、財力等，保證供水企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 關鍵技術

1）NB-loT 技術是基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)的一個重要分支。NB-IoT 在蜂窩網(wǎng)絡上構(gòu)建，只消耗大約180 kHz 的帶寬，可直接部署于UMTS 網(wǎng)絡、LTE 網(wǎng)絡或GSM網(wǎng)絡，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級[2]。

2）NB-IoT 是物聯(lián)網(wǎng)領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫做低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）。采用NB-IoT 技術的智能水表的內(nèi)置電池壽命在10 年上下，基本保障了感知層的電池續(xù)航能力，降低了水表的運行維護頻率。NB-IoT 支持待機時間長、對網(wǎng)絡連接要求較高設備的高效連接，同時還能提供非常全面的室內(nèi)蜂窩數(shù)據(jù)連接的覆蓋[3]。

3）目前我國主推的物聯(lián)網(wǎng)技術標準為NB-IoT，各大運營商在此標準上都有大量投入，在國內(nèi)對于NB-IoT 的應用已經(jīng)處于領先地位。

4）NB-IoT 具有4 個主要特點，分別是低功耗、廣覆蓋、低成本、大連接。功耗方面，NB-IoT 降低了速率，換回了更低的功耗，大幅提升了終端的待機時間。信號覆蓋方面，NB-IoT 有更好的覆蓋能力，可以解決水表等終端在井下的信號問題。成本方面，通信模塊成本很低，每個模組在5 美元之內(nèi)，有利于農(nóng)村供水大批量采購和使用。連接方面，NB-IoT 基站是基于物聯(lián)網(wǎng)的模型改進設計的。物聯(lián)網(wǎng)模型不同于手機模型，終端接入數(shù)量龐大[4]。

3 測試背景

YC 水務公司于2019 年將YC 縣境內(nèi)7 萬塊傳統(tǒng)水表替換為NB 物聯(lián)網(wǎng)智能水表，按照水務公司要求配合智能水表廠家針對選取的20 個點位進行現(xiàn)場NB-IoT 網(wǎng)絡信號覆蓋測試。

YC 移動分公司根據(jù)YC 水務公司本次項目計劃，擬申報建站投資，將開啟全縣及鄉(xiāng)鎮(zhèn)村的NB 物聯(lián)網(wǎng)信號覆蓋，全力保障水表遠傳數(shù)據(jù)及時穩(wěn)定、滿足目前及后期在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的所有業(yè)務支撐需求。

3.1 YC 4G、NB 網(wǎng)絡覆蓋簡況

中國電信目前YC 縣區(qū)域，現(xiàn)有L800M（NB）基站共175 個，吳忠地區(qū)占比最高；其中可提供NB 業(yè)務小區(qū)數(shù)382 個，可容納NB 業(yè)務用戶數(shù)3 820 萬戶，占吳忠現(xiàn)網(wǎng)比例26.34%，按理論值YC 縣175 個NB 基站可覆蓋19 782 km2面積區(qū)域，遠大于YC 縣8 661 km2行政區(qū)域面積。覆蓋面積如表1 所示。

表1 SYCNB、4G 網(wǎng)絡覆蓋表

3.2 NB-IoT 業(yè)務各項相關指標

YC NB 網(wǎng)絡MR 覆蓋率 {分別取覆蓋等級0（RSRP 大于-107dBm）、覆蓋等級1（RSRP 大于-117dbm）}。

MR 覆蓋率是根據(jù)UE 上報的采樣點，分別選取信號強度（RSRP）不大于-107dbm 和（RSRP）不大于-117dbm 的采樣點數(shù)與總采樣點的比值，占比越高說明覆蓋越好。詳見圖1。

NB-IoT 小區(qū)RRC 連接建立完成次數(shù)（數(shù)據(jù)來源：LTE 專業(yè)網(wǎng)管），見圖2。

NB-IoT 小區(qū)RRC 連接建成功率（數(shù)據(jù)來源：LTE專業(yè)網(wǎng)管）

指標定義：NB-IoT 小區(qū)RRC 連接建立完成次數(shù)/（NB-IoT 小區(qū)RRC 連接建立嘗試次數(shù)）×100%。見圖3。

通過上述大量的實驗測試，結(jié)果表明在YC 縣使用基于NB-IoT 的設備的客觀條件具備。

YC 縣智慧水務平臺通過無線傳輸?shù)膲毫Α⒁何?、流量變送器對供水官網(wǎng)進行監(jiān)測，將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)。

4 數(shù)據(jù)統(tǒng)一接收系統(tǒng)

隨著信息化不斷發(fā)展，監(jiān)測站點規(guī)模的不斷增多大和自動化度的不斷提高，對中心站接收和處理數(shù)據(jù)的要求越來越高，為了滿足日益提高的監(jiān)測與采集需求，需要對整個接收軟件系統(tǒng)進行自頂向下全方面的規(guī)劃。

為應對后續(xù)將站點規(guī)模不斷地擴大，考慮到目前YC 縣農(nóng)村飲水安全信息采集的現(xiàn)狀，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)應能兼容不同生產(chǎn)廠家采集設備的傳輸協(xié)議，能對大批量數(shù)據(jù)進行并發(fā)處理。通過建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺，形成一個從數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲到處理一體化的流程。對新接入的設備根據(jù)統(tǒng)一傳輸協(xié)議，實現(xiàn)所有遙測數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、入庫、存儲、展示。

數(shù)據(jù)統(tǒng)一接收處理平臺系統(tǒng)具有以下功能。

1）兼容性：兼容現(xiàn)有主流廠家采集設備的傳輸協(xié)議，放開數(shù)據(jù)接口協(xié)議，為后續(xù)新擴建的采集設備接入提供數(shù)據(jù)對接服務。

2）并發(fā)性：對大批量的數(shù)據(jù)進行并發(fā)處理。

3）安全性：做到權限劃分，監(jiān)控用戶只能監(jiān)控數(shù)據(jù)，不能做任何操作，普通用戶只能做查詢操作，管理員用戶可對所有功能操作。

4）支持各種常見數(shù)據(jù)庫類型，例如：MySQL、Oracle、SQL Server 等等；支持通過編程方式連接數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)從功能模塊上主要劃分為數(shù)據(jù)處理模塊、用戶管理模塊、系統(tǒng)管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、站點管理模塊、報表模塊和遠程控制模塊等。數(shù)據(jù)統(tǒng)一接收及處理軟件部署在總調(diào)度中心的數(shù)據(jù)中心服務器上。

5 結(jié)語

通過對NB-IoT 技術在智慧水務的實踐研究發(fā)現(xiàn)，以“互聯(lián)網(wǎng)+”實施創(chuàng)新改革，是為智慧水務在城鄉(xiāng)供水打通最后一公里提供了很好的解決方案。該方案能推動管理效能化、工程智能化、服務社會化，實現(xiàn)降本、增效、節(jié)水的效果。該方案促進了城鄉(xiāng)供水的技術進步，提高了自來水普及率、集中供水率、供水保證率以及水質(zhì)達標率；城鄉(xiāng)供水人口、供水量、供水保障率等各類信息實時展示、傳遞、分析的數(shù)據(jù)更準確全面，提高了管理效率和供水服務水平。YC 縣在智慧水務的探索經(jīng)驗可以在區(qū)內(nèi)外的推廣應用，進一步豐富我國農(nóng)村供水新模式。