物聯(lián)網(wǎng)水表在民用水費計量中的應(yīng)用

于雪

摘要：物聯(lián)網(wǎng)水表作為新型民用計量水表，是北京市自來水集團2011年科研項目之一，同年在密云新城地區(qū)進行試驗應(yīng)用。該水表器具及系統(tǒng)的應(yīng)用解決了高層住宅抄表和階梯水價水費計量的難題，方便了采集表具數(shù)據(jù)，提高了供水企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量和管理水平，截止到2013年密云新城共安裝該水表2100多塊、主要試用于綠港小區(qū)、鼓樓小區(qū)、水岸花墅、首創(chuàng)瀾茵山四個新建小區(qū)，取得了階段性的成果。該水表及系統(tǒng)的試驗應(yīng)用意思不僅僅是技術(shù)改進，重要的是使其在未來各項水務(wù)管理中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，擁有更廣闊的推廣使用前景。但是作為新興的民用計量水表，其普及和應(yīng)用還有一些問題有待進一步的改進。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；物聯(lián)水表；水費計量

一、物聯(lián)網(wǎng)水表的概念

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念

“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其用戶端延伸和擴展到了任何物品和物品之間，進行信息交換和通訊。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱是“The Internet of things”，意思是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。因此物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。

2、物聯(lián)網(wǎng)水表的概念

本文介紹的物聯(lián)網(wǎng)智能水表及其控制系統(tǒng)，屬一種自來水表，水表上設(shè)置有水源入口與水源出口，水源入口上安裝有閥組件與水流量測量裝置，且水表中還包括CPU控制器，CPU控制器連接水流量測量裝置，從水流量測量裝置中讀取計量信息，并依照數(shù)據(jù)信息扣除EPPROM存儲器儲存的初始值；CPU控制器還通過閥組件控制電路連接閥組件，控制閥組件的開啟與關(guān)閉，結(jié)構(gòu)簡單，適合在各個地區(qū)安裝使用，應(yīng)用范圍廣闊。

二、物聯(lián)網(wǎng)水表

1、項目背景

檀州自來水公司主要承擔(dān)著北京市密云縣城30平方公里，20萬居住人口生產(chǎn)和生活供水的任務(wù)?，F(xiàn)有用戶8萬余戶，其中機關(guān)及企事業(yè)單位1200余戶；普通機械水表用戶6.1萬余戶，IC卡水表用戶2萬余戶，每年平均新增3000多個用戶。2001年開始使用的IC卡水表，由于其表具本身無法實現(xiàn)實時監(jiān)控，入戶回訪也越來越困難，老舊樓房水表超期服役，計量精度降低，在階梯水價實施的大環(huán)境下，急需用新型水表來替代。通過對物聯(lián)網(wǎng)水表及系統(tǒng)的考察，從2011年1月起，開始在密云新城供水范圍內(nèi)試驗應(yīng)用該水表。

2、水表外形

物聯(lián)網(wǎng)水表以濕式水表做基礎(chǔ)，采用GSM通訊方式，用于計量和控制流經(jīng)小口徑自來水管道冷水的總量，每塊水表內(nèi)置了一張SIAM卡，具有遠(yuǎn)程雙向?qū)崟r通訊功能、通過這張SIAM卡和信息交換平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和信息的共享。

⑵閥門參數(shù)：

新裝閥門在水源壓力不大于1.0Mpa時，開關(guān)閥所需扭矩4.0kgf·cm；在水源壓力為0.2Mpa～1.0Mpa時，將閥門開關(guān)1000次后，使閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，基表泄露量不大于0.005m3/h。閥門最高適合溫度95度，使用壽命大于10000次。

⑶閥門驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)

采用直流電機做齒輪減速系統(tǒng)驅(qū)動閥門開關(guān)，電機的工作電源為2.2V～3.8V，在0.2Mpa～1.0Mpa的水源壓力時，電源3.3V電機驅(qū)動開關(guān)閥的最大工作電流不大于70mA，在3.3V電源時，開關(guān)閥時間不大于15秒。

⑷電壓參數(shù)

電源工作電壓范圍為 DC4.5V～6.5V，電源適配器直流5V、2A，或者4節(jié)5號堿性電池。

⑸液晶顯示

最小計量單位顯示為0.1 m3，最大購買次數(shù)為999次 （循環(huán)），單次購買量范圍：1 m3-4095 m3（取決于銷售管理系統(tǒng)）。

4、物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的功能介紹

物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對用戶以及水表的信息管理、各區(qū)域及用戶用水量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制表具、價格發(fā)布及向用戶發(fā)送的通知公告等功能。用戶可以利用手機、固定電話、互聯(lián)網(wǎng)繳納水費、查詢用水明細(xì)。該系統(tǒng)主要構(gòu)成包括：業(yè)務(wù)管理、表具監(jiān)控、統(tǒng)計報表、價格管理、職能權(quán)限、網(wǎng)頁資訊六個子系統(tǒng)。

三、物聯(lián)網(wǎng)水表特性及優(yōu)點

物聯(lián)網(wǎng)水表產(chǎn)生和依存于當(dāng)下這個科技飛速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)時代，因此該水表及系統(tǒng)與其它水表相比有著無可比擬的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、遠(yuǎn)程控制

通過手機提示報警，用戶可以及時了解到表具閥門開啟時間過長、購水量不足、電池電量低等異常狀態(tài)，并能及時收到水價變更、停水、表故障等各種人性化的手機短息服務(wù)，并利用編輯短信可以隨時查詢水表余量、遠(yuǎn)程開關(guān)閥門等。

2、水價計量

通過預(yù)先輸入控制系統(tǒng)的階梯價格計算公式，對定期抄收的終端表具數(shù)據(jù)進行計算，得出用戶應(yīng)繳納的階梯費用。省掉了手工或半自動化的階梯價格計算的麻煩，加上該水表計量的精確度優(yōu)于普通水表，方便供水企業(yè)階梯水價計量。

3、電子帳單

通過控制系統(tǒng)自動生成電子賬單，發(fā)送給用戶的手機或郵箱，實現(xiàn)無紙化辦公，也可通過手機、網(wǎng)銀等實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)繳費。用戶可以選擇多樣性的充值方式，用戶不用再去營業(yè)廳或指定的網(wǎng)點繳納水費，只要通過手機短信、電話、上網(wǎng)就可以實現(xiàn)對水表的充值降低了出行成本，支持了綠色低碳出行的。

4、數(shù)據(jù)平臺

遠(yuǎn)程用戶終端水量數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)，將終端表具的數(shù)據(jù)發(fā)送到管理平臺，供水企業(yè)可以隨時抄收提取水表的使用數(shù)據(jù)，進行成本核算以及快速及時的對于故障水表的維修更換。通過采集上來的表具數(shù)據(jù)，分析用戶資源使用習(xí)慣，提高管理效率。提供數(shù)據(jù)備份及恢復(fù)，可選擇路徑、服務(wù)器地址等，也可以備份到本地服務(wù)器中，離線使用部分查詢統(tǒng)計功能。

5、柔性管理

通過建立供水企業(yè)的公共網(wǎng)站，使之與物聯(lián)網(wǎng)水表的管理運營平臺進行對接。用戶可以通過這個公用平臺實現(xiàn)繳費充值、業(yè)務(wù)咨詢、在線答疑、信息查詢、業(yè)務(wù)辦理、投訴建議、了解最新的政策公告以及故障報修等業(yè)務(wù)服務(wù)。

6、異常消費分析

根據(jù)之前的數(shù)據(jù)模型對抄收上來的終端表具數(shù)據(jù)進行篩選，找出階段用量不正常的用戶，俗稱黑名單功能。也用于通過比對小區(qū)大表與居民表數(shù)據(jù)之間差值，找出用量不正常的用戶，或發(fā)現(xiàn)管道漏洞，防患于未然。

7、委托代管

對于一些在密云地區(qū)買房并以度假為目的的客戶，平時需要花草養(yǎng)護以、鍋爐采暖等用水需求，往往這種時候客戶就會很麻煩，而這種水表可以方便物業(yè)公司對住宅的用水進行委托管理。

四、物聯(lián)網(wǎng)水表實驗應(yīng)用

1、產(chǎn)品初次測試

2011年1月1至2011年5月31日，進行初步試驗，在小范圍內(nèi)應(yīng)用水表及其運營系統(tǒng)，在自來水公司辦公大樓、密東廣場商戶和檀州家園商戶共安裝4塊該水表，進行初次測試工作。主要內(nèi)容為該表具及后臺系統(tǒng)的運營，根據(jù)系統(tǒng)功能列表對功能逐一進行了測試，并按全部實現(xiàn)、部分實現(xiàn)、未實現(xiàn)進行了歸類，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實際應(yīng)用對部分功能進行了剔出和修改。

2、產(chǎn)品小規(guī)模安裝及應(yīng)用

自2011年1月1日至2013年12月31日止，對試驗小區(qū)進行水表安裝，對物聯(lián)網(wǎng)水表功能及后臺系統(tǒng)有較大范圍的應(yīng)用試用，對各項功能進一步進行測試及改進。在密云縣綠港小區(qū)、鼓樓小區(qū)、海闊水岸花墅、首創(chuàng)瀾茵山等4個小區(qū)的共計安裝2100塊物聯(lián)網(wǎng)水表。隨著該水表大批量的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)水表及系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)了充值延時、充值失敗、電源適配器損壞、充值報表與實際金額不符、后臺不能登錄、閥門故障等的問題。

五、實驗應(yīng)用中出現(xiàn)的產(chǎn)品問題

通過近兩年對物聯(lián)網(wǎng)水表及系統(tǒng)的階段性試驗和應(yīng)用過程，發(fā)現(xiàn)該表具及系統(tǒng)主要的問題包括如下四大類問題：

1、表具本身的問題

⑴因故障更換了302只水表電源適配器，故障率14.4%。電源適配器穩(wěn)定性較低，需要提高適配器性能；

⑵水表全部斷電恢復(fù)供電后只能手動開啟方可恢復(fù)供水，希望能夠改為自動恢復(fù)供水；

⑶出現(xiàn)66只水表死機狀況，需斷電10-30分鐘重啟解決；

⑷出現(xiàn)762只水表充值失敗，故障率36.3%。

2、數(shù)據(jù)信息的問題

⑴需要在表具信息查詢中增加了安裝地址、時間、證件號碼、客戶購水信息等選項，使查詢和充值更實用、更便捷；

⑵需要完善了更換新的CT卡芯片流程，在換表和過戶環(huán)節(jié)中，將舊表關(guān)聯(lián)信息一并導(dǎo)入新表，同時在換表的同時，將舊表余額導(dǎo)入新表，并自動產(chǎn)生換表記錄和操作日志；

⑶需增設(shè)黑名單設(shè)置條件，使后臺系統(tǒng)可以多方位、動態(tài)提取，讓管理更有針對性；

⑷需完善了報警參數(shù)的設(shè)定，讓用戶得到水量信息、閥門開閉、以及家中無人狀況下可能出現(xiàn)漏水等更多人性化的提示。

3、系統(tǒng)運行的問題

⑴需要完善、細(xì)化了各類報表；

⑵應(yīng)增加“退水費”功能，可以以權(quán)限管理方式，完善退水費的管理程序，如經(jīng)總經(jīng)理授權(quán)后，方可完成退水費操作；

⑶“表具信息管理”中，應(yīng)增加“表具狀態(tài)”功能欄，對“未安裝（庫存表）”、“已安裝（已安裝但未開戶）”、“已開戶（已經(jīng)投入使用）”的水表狀態(tài)進行統(tǒng)計管理；

⑷“數(shù)據(jù)采集”功能中，以小區(qū)為單位進行采集時，不能實現(xiàn)；

⑸“表具報修”應(yīng)增加“核銷和解決方式、處理人員姓名”等信息；

⑹原來黑名單報表、報警信息報表、報修信息統(tǒng)計表等所有表格形式的內(nèi)容，只要能顯示的內(nèi)容，應(yīng)該都增加打印功能。

4、人文環(huán)境的問題

人的因素才是造成科技產(chǎn)品普及應(yīng)用的最大決定因素。對于一些歲數(shù)偏大、文化偏低的客戶而言，由于對目前廣泛應(yīng)用的電子設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)一無所知，相關(guān)的手機或網(wǎng)絡(luò)操作讓他們難以理解和使用，對于這些客戶供水企業(yè)不得不將物聯(lián)網(wǎng)水表重新更換為普通計量水表。

六、技術(shù)改進

在大規(guī)模試驗階段發(fā)現(xiàn)該水表問題諸多，我們在不斷地改進表具本身問題的同時，也在不斷的對表具進行技術(shù)改造。

1、內(nèi)置天線

設(shè)計之初水表使用普通的外置天線，經(jīng)過實用發(fā)現(xiàn)其信號差、抗干擾能力弱、暴露已損壞、用戶的充值信息因此會發(fā)生丟失現(xiàn)象，以及受到非人為干擾后發(fā)出垃圾報警信息?，F(xiàn)改造為內(nèi)置“智能”天線，它具有信號強、具備識別正常干擾能力、結(jié)構(gòu)更加合理。

2、備用電源

該水表采用了外接電源的供電方式，但是我們在應(yīng)用實驗階段發(fā)現(xiàn)停電會影響用戶用水，因此我們要求廠家在設(shè)備上加入備用電池后，即使加裝備用電源以后停電也不會造成用戶用水問題。

3、增加系統(tǒng)功能

加入自動控制閥門檢測功能，定期、分區(qū)域?qū)λ磉M行遠(yuǎn)程操作，減少雜質(zhì)對于長期處于停滯狀態(tài)下的閥門的禁錮，并將當(dāng)時水表的運行狀態(tài)進行采集，對于可能出現(xiàn)的問題隱患主動檢修和維護。

4、機卡分離

CT卡與基表的機卡分離，更換新的CT卡芯片可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和新用戶的延續(xù)使用，這樣維修更簡便，可以分步排查故障原因。

七、未來應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題

1、通訊網(wǎng)絡(luò)問題

網(wǎng)絡(luò)基于公共網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信制造商，只要聯(lián)通或者移動等通訊運營商仍然在運營，理論上講表具就可以正常通訊，不會影響用戶的正常使用。但是由于完全依賴公共網(wǎng)絡(luò)運營商，在某些方面就難免受運營商的限制，比如信號強度和資費等，這個問題的解決有待于國家關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的政策和法律的確立。

2、安全管理問題

因為所有服務(wù)器都托管在聯(lián)通IDC機房，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)都在這些服務(wù)器內(nèi)，后臺管理系統(tǒng)完全依托公用資源，在網(wǎng)絡(luò)時代，黑客等的存在將會嚴(yán)重威脅數(shù)據(jù)的管理安全。

3、表具成本問題

表具通過CT卡實現(xiàn)通訊及控制，因此CT卡可能受到廠家及通訊上的制約，會給供水企業(yè)運營成本帶來不確定因素。

八、結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用到水務(wù)工作中，是未來水表發(fā)展和延伸的必經(jīng)之路。在這條路上，物聯(lián)網(wǎng)水表的應(yīng)用和發(fā)展還是在剛剛起步的初級階段，在這個階段就需要供水企業(yè)的大力配合和指導(dǎo)，必須經(jīng)過大量試驗測試，才能形成一個在本地區(qū)適用并且有用的技術(shù)產(chǎn)品。希望本文能為今后物聯(lián)網(wǎng)水表的發(fā)展和應(yīng)用提供堅實可靠的參考方案和數(shù)據(jù)資料，也希望能為供水企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持和使用經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]《物聯(lián)網(wǎng)的起源和發(fā)展背景的研究》甘志祥.

[2]《北京市信息化基礎(chǔ)設(shè)施提升計劃》北京市經(jīng)濟和信息化委員會

[3]《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》王毅

[4]《預(yù)付費水表的應(yīng)用及發(fā)展前景分析》李曉仲 周建軍