遠傳IC卡燃氣表在家用燃氣計量領(lǐng)域的適用性

邵澤華

(成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司，四川成都610100)

1 遠傳IC卡燃氣表

1.1 遠傳IC卡燃氣表功能

遠傳IC卡燃氣表是以膜式燃氣表為計量基表，加裝有流量采集模塊、IC卡讀寫模塊、預付費管理模塊、閥門控制模塊、遠傳模塊以及CPU控制器，除具有機械計量功能外，還具有電子計量功能、預付費功能、閥控功能、遠程繳費、異常用氣監(jiān)控以及調(diào)價功能等。遠傳IC卡燃氣表結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 遠傳IC卡燃氣表結(jié)構(gòu)

本文分析遠程抄表、調(diào)價、繳費功能，其他功能如計量、預付費功能、閥控功能不予詳述。

① 采用短距無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表能夠?qū)崿F(xiàn)遠程抄表和遠程調(diào)價。

a.遠程抄表：短距無線通信技術(shù)主要通過手持抄表器實現(xiàn)遠程抄表。在抄表日，抄表人員持手持抄表器通過無線方式無需入戶便能完成抄表，相對于入戶抄表提高了抄表效率。

b.遠程調(diào)價：一年之中燃氣單價可能不同，而IC卡燃氣表在使用過程中存在低價屯氣現(xiàn)象，這在氣價上調(diào)時會給燃氣公司造成巨大經(jīng)濟損失。遠傳IC卡燃氣表具有遠程調(diào)價功能，工作人員通過在室外使用手持抄表器與遠傳IC卡燃氣表通信，實現(xiàn)氣價調(diào)整。

② 采用遠程無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表能夠?qū)崿F(xiàn)遠程抄表、調(diào)價、繳費功能。

a.遠程抄表：燃氣公司通過遠程無線通信技術(shù)能夠在抄表日實現(xiàn)遠程抄表，在此業(yè)務流程中不需要抄表人員前往小區(qū)，在燃氣公司就可以完成抄表。

b.遠程調(diào)價：遠程調(diào)價不需要工作人員外派，理論上可實現(xiàn)以天為單位的階梯氣價，從而最大限度減少因天然氣價格變動給燃氣公司和燃氣用戶帶來的經(jīng)濟損失。

c.遠程繳費：在使用IC卡繳費的基礎(chǔ)上還可實現(xiàn)遠程繳費，燃氣用戶通過安裝于移動終端上的專用APP便能實現(xiàn)足不出戶隨時隨地繳費，極大地方便了燃氣用戶，提高了燃氣公司的服務效率和質(zhì)量。

1.2 遠傳IC卡燃氣表運行系統(tǒng)

遠傳IC卡燃氣表運行系統(tǒng)由兩部分組成：IC卡運行系統(tǒng)和無線通信運行系統(tǒng)。遠傳IC卡燃氣表運行系統(tǒng)拓撲圖見圖2，圖中黑色箭頭是IC卡運行系統(tǒng)拓撲圖，綠色箭頭和紅色箭頭是無線通信運行系統(tǒng)拓撲圖。

圖2 遠傳IC卡燃氣表運行系統(tǒng)拓撲圖

① IC卡繳費流程

燃氣用戶持IC卡前往燃氣公司售氣網(wǎng)點開戶成功后，持IC卡在燃氣公司售氣網(wǎng)點或燃氣公司授權(quán)的第三方營業(yè)網(wǎng)點進行購氣。

若在燃氣公司售氣網(wǎng)點購氣，燃氣用戶的購氣信息會直接通過IC卡繳費業(yè)務平臺數(shù)據(jù)庫處理后，存入燃氣公司服務器，然后將支付成功信息通過IC卡繳費業(yè)務平臺數(shù)據(jù)庫返回給燃氣公司售氣網(wǎng)點，進而向IC卡中寫入相關(guān)的充值信息。

若前往燃氣公司授權(quán)的第三方營業(yè)網(wǎng)點購氣，購氣信息會先經(jīng)過燃氣公司授權(quán)銀行的銀行代售氣服務器，傳輸給IC卡繳費業(yè)務平臺數(shù)據(jù)庫處理，然后再將繳費信息傳輸至燃氣公司服務器；燃氣公司服務器在接收到付款信息后會依次通過IC卡繳費業(yè)務平臺數(shù)據(jù)庫、銀行代售氣服務器向第三方營業(yè)網(wǎng)點授權(quán)向IC卡中寫入氣量信息，完成繳費。

② 遠程繳費流程

只有采用遠程無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表才能夠?qū)崿F(xiàn)遠程繳費。燃氣用戶通過安裝在移動設(shè)備中的燃氣繳費APP、第三方繳費APP以及網(wǎng)銀APP等將繳費信息傳輸至遠程繳費業(yè)務平臺數(shù)據(jù)庫，經(jīng)校驗、認證處理后傳輸至燃氣公司服務器，燃氣公司服務器再通過遠程繳費業(yè)務平臺數(shù)據(jù)庫向燃氣用戶所用APP反饋繳費處理結(jié)果信息。對于表端采用GPRS等通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表，燃氣公司服務器在確認燃氣用戶繳費成功后會直接通過GPRS基站將繳費信息傳輸給遠傳IC卡燃氣表；對于表端采用ZigBee、GFSK等通信技術(shù)，進行組網(wǎng)通信的遠傳IC卡燃氣表，燃氣公司服務器在確認燃氣用戶繳費成功后會依次通過GPRS基站、集中器、中繼器將用戶繳費信息傳輸給遠傳IC卡燃氣表，由預付費管理模塊將預購氣量或預存金額累加到剩余氣量內(nèi)或剩余金額內(nèi)。

③ 遠程抄表流程

遠傳IC卡燃氣表根據(jù)所采用的無線通信技術(shù)不同，抄表形式有兩種：第一種是利用短距無線通信技術(shù)，人工持手持抄表器進行抄表；第二種是通過遠程無線通信技術(shù)實現(xiàn)遠程全自動抄表[1]。

第一種抄表形式：燃氣公司抄表人員持手持抄表器前往遠傳IC卡燃氣表所在小區(qū)與遠傳IC卡燃氣表連接，手持抄表器接收并保存遠傳IC卡燃氣表傳輸來的累積氣量信息，由抄表人員攜帶手持抄表器回燃氣公司后將數(shù)據(jù)導入燃氣公司服務器，完成抄表。此種形式的抄表根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)、戶型及裝表方式不同，抄表方式也略有不同，如多層住宅可在樓下抄表，高層住宅可在樓道抄表或樓下集中抄表。

第二種抄表形式：采用遠程無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表的抄表不需要人工介入。首先由燃氣公司服務器向遠傳IC卡燃氣表下發(fā)抄表指令，表端采用GPRS等通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表，其表端累計氣量信息經(jīng)GPRS基站直接傳輸給燃氣公司服務器，完成抄表；表端采用ZigBee、GFSK等通信技術(shù)，進行組網(wǎng)通信的遠傳IC卡燃氣表，表端將攜帶有累積氣量信息的數(shù)據(jù)經(jīng)中繼器信號放大后傳輸至集中器，儲存在集中器中，存入集中器內(nèi)的數(shù)據(jù)通過GPRS基站傳輸給燃氣公司服務器，完成抄表。

④ 遠程調(diào)價流程

第一種遠程調(diào)價方式：此種方式適用于采用短距無線通信技術(shù)。在需要價格調(diào)整時，燃氣公司服務器會向手持抄表器中寫入氣價調(diào)整信息，由工作人員攜帶其前往需要進行調(diào)價的小區(qū)，通過手持抄表器與遠傳IC卡燃氣表進行通信，更新遠傳IC卡燃氣表內(nèi)的燃氣單價，即刻或到達氣價調(diào)整時間后，以新的用氣價格與燃氣用戶結(jié)算。

第二種遠程調(diào)價方式：此種方式適用于采用遠程無線通信技術(shù)。在用氣價格需要調(diào)整時，表端采用GPRS等通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表，燃氣公司服務器會通過GPRS基站直接將調(diào)價信息發(fā)送給燃氣表，實現(xiàn)調(diào)價；表端采用ZigBee、GFSK等通信技術(shù)，進行組網(wǎng)通信的遠傳IC卡燃氣表，燃氣公司服務器會通過GPRS基站將氣價調(diào)整信息傳輸給集中器，經(jīng)集中器轉(zhuǎn)發(fā)傳輸給中繼器，再由中繼器下發(fā)給遠傳IC卡燃氣表，實現(xiàn)燃氣的氣價調(diào)整，即刻或到達氣價調(diào)整時間后，以新的用氣價格與燃氣用戶結(jié)算。

2 遠傳IC卡燃氣表存在的問題

2.1 采用短距無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表

采用短距無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表屬于早期產(chǎn)品，通過手持抄表器能夠?qū)崿F(xiàn)抄表、調(diào)價功能，彌補了IC卡燃氣表無法實現(xiàn)抄表、調(diào)價的不足，是通信技術(shù)水平滿足不了市場需求時的一種過渡產(chǎn)品，是在IC卡燃氣表基礎(chǔ)上簡單疊加了遠傳功能。

采用短距無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表無法實現(xiàn)遠程繳費，同時抄表、調(diào)價工作需要投入大量工作人員前往燃氣表所在地附近進行作業(yè)，重復抄表、漏抄表、錯誤抄表、調(diào)價失敗等現(xiàn)象時常發(fā)生，不僅效率低下，作業(yè)質(zhì)量也無法得到保證，已經(jīng)不能滿足時代發(fā)展需要。

同時，采用短距無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表無相應的信息安全技術(shù)保障燃氣用戶個人信息安全以及表端數(shù)據(jù)安全，表端缺乏相應的安全機制，很容易被非法設(shè)備接入，再者過多的人工介入加大了信息泄漏的風險，使燃氣用戶個人敏感數(shù)據(jù)遭到竊取，氣量數(shù)據(jù)遭到篡改的可能性大大增加，易造成重大信息泄漏事件。

2.2 采用遠程無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表

① 功能冗余

對于采用遠程無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表，通過遠程無線通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)繳費、抄表、調(diào)價等遠傳IC卡燃氣表的全部功能，部分功能與IC卡功能重疊。采用過多冗余的功能對產(chǎn)品本身質(zhì)量和技術(shù)的提升沒有意義，是一種功能和硬件浪費。

② 系統(tǒng)復雜

如圖2所示，采用遠程無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表要實現(xiàn)所有功能，需要建立以IC卡為通信手段的IC卡運行系統(tǒng)和以遠程無線通信技術(shù)為通信手段的遠程無線通信運行系統(tǒng)。通過遠程無線通信運行系統(tǒng)能實現(xiàn)遠傳IC卡燃氣表的所有功能，而布設(shè)一個運行系統(tǒng)需花費巨額資金，使遠傳IC卡燃氣表整個運行系統(tǒng)更加復雜。

③ 無線通信性能低，信息安全性低

采用遠程無線通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表雖然能實現(xiàn)完全不需要人工參與的遠程抄表、遠程調(diào)價等功能，但其通信并不可靠，無跳頻技術(shù)支持，當出現(xiàn)同頻干擾時無法通信，且信號傳輸距離有限。由于我國居民居住環(huán)境具有高、密、雜的特點，無線信號容易被干擾和屏蔽，有的小區(qū)通信效果較差甚至根本無法通信。

同時遠程IC卡燃氣表信息安全性低，因其系統(tǒng)復雜，且無線信號加密技術(shù)水平較低，很容易被捕獲破解，一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題就會造成整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)泄露。

④ 功耗高，用氣安全得不到保障

同時采用IC卡運行系統(tǒng)和無線通信運行系統(tǒng)的遠傳IC卡燃氣表功耗較高，高功耗會降低遠傳IC卡燃氣表各種電子器件的使用壽命，燃氣表工作穩(wěn)定性將受到影響。

此外，表端采用GPRS通信技術(shù)的遠傳IC卡燃氣表，工作電流較大，其尖峰電流達到了2 A，不符合現(xiàn)行國家標準GB/T 6968—2011《膜式燃氣表》的要求。過大的電流會使電子元器件老化加快，容易造成電路短路，產(chǎn)生電火花，導致閥門失控，給燃氣用戶生命財產(chǎn)安全造成巨大威脅，不適合用于燃氣表通信[2]。

3 解決方案

通過對遠傳IC卡燃氣表存在問題的分析可知，遠傳IC卡燃氣表已經(jīng)不適合繼續(xù)用于家用燃氣計量領(lǐng)域。遠傳IC卡燃氣表需要在技術(shù)和管理層面做出改變才能更好地服務燃氣用戶。目前通過采用新技術(shù)和新的管理理念，市場上有兩種升級產(chǎn)品：一是只保留IC卡運行系統(tǒng)的升級普通IC卡燃氣表為整體設(shè)計且具有信息安全功能的IC卡智能燃氣表[3]；二是完全在表端除去IC卡功能只保留遠程無線通信運行系統(tǒng)的采用雙向遠程通信技術(shù)、具有信息安全功能的遠控智能燃氣表[4]。當前二者技術(shù)已經(jīng)相當成熟，產(chǎn)品已在市場上獲得了良好的口碑和經(jīng)濟效益。

① IC卡智能燃氣表是以IC卡為通信媒體，售氣管理系統(tǒng)為平臺，以容積式機械計量為基礎(chǔ)，通過機電轉(zhuǎn)換、電子計量、智能控制、信息安全管理的有機結(jié)合實現(xiàn)計量管理、預付費管理(氣量增減、上限控制、信息回寫反饋等)、智能控制管理(過流保護、強磁干擾保護、故障診斷等)和信息安全管理(高級密鑰加密、數(shù)據(jù)歷史追溯、密鑰升級、ID管理等)的智能燃氣表。IC卡智能燃氣表與燃氣公司服務器的通信可通過給燃氣用戶配備藍牙讀寫卡設(shè)備實現(xiàn)：燃氣用戶通過手機等手持移動設(shè)備的藍牙功能與藍牙讀寫卡設(shè)備通信，藍牙讀寫卡設(shè)備具有IC卡讀寫功能，實現(xiàn)燃氣公司服務器、手持移動設(shè)備、藍牙讀寫卡設(shè)備、IC卡、IC卡智能燃氣表之間的通信，最終實現(xiàn)燃氣用戶在家可與燃氣公司服務器通信，實現(xiàn)遠程繳費、抄表、調(diào)價等功能，此種通信方式對燃氣公司和燃氣用戶來說都便捷、高效。IC卡智能燃氣表的智能控制功能和信息安全管理功能能很好地保障IC卡智能燃氣表工作性能的穩(wěn)定性和計量結(jié)果的準確性，燃氣公司只需要在燃氣用戶購氣時讀取IC卡中儲存的燃氣表的相關(guān)信息和向IC卡中寫入相應信息便能實現(xiàn)對IC卡智能燃氣表的智能管理，對長期無購氣行為的用戶進行重點稽查，以防范出現(xiàn)違規(guī)用氣。

② 遠控智能燃氣表是以雙向遠程通信為通信方式，以智能控制與安全切斷閥為手段，通過容積式機械計量、機電轉(zhuǎn)換、電子計量、智能控制、遠程通信、燃氣泄漏報警監(jiān)測的有機結(jié)合實現(xiàn)智能計量、遠程實時階梯氣價、遠程智能控制、遠程閥控，具有高級別信息安全管理的智能燃氣表。遠控智能燃氣表的遠程通信具有實時性和雙向性，其整個運行系統(tǒng)通過運用信息安全管理技術(shù)很好地保證了燃氣數(shù)據(jù)和燃氣用戶個人敏感數(shù)據(jù)的安全，燃氣公司能夠遠程獲取任一遠控智能燃氣表的信息，實現(xiàn)對表端的精細化管理。

當前采用 IC卡智能燃氣表和遠控智能燃氣表是相對遠傳IC卡燃氣表而言較優(yōu)的措施，不但能夠避免后者的諸多缺點，而且隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在燃氣表上的發(fā)展和應用，IC卡智能燃氣表和遠控智能燃氣表通過增設(shè)網(wǎng)絡(luò)化服務，實現(xiàn)燃氣公司數(shù)據(jù)采集和燃氣用戶繳費的便利，從而實現(xiàn)IC卡智能燃氣表和遠控智能燃氣表的物聯(lián)網(wǎng)管理，這是適應目前國內(nèi)民用燃氣智能化發(fā)展還不平衡和不充分狀況的明智之舉，在物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表普及后能夠?qū)崿F(xiàn)自然逐步替換。

4 發(fā)展方向

隨著近年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)應用到燃氣行業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表是在智能燃氣表的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡(luò)以及低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)(LPWAN)等技術(shù)，使燃氣表除具有智能燃氣表具有的功能之外，還具有流量監(jiān)控、溫度壓力報警監(jiān)控、階梯氣價、實時通信、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)報表、數(shù)據(jù)挖掘等擴展功能，基本上涵蓋了燃氣公司、燃氣用戶對天然氣使用以及用氣安全實時監(jiān)控的需求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與燃氣表計量技術(shù)的結(jié)合，使燃氣表在信息處理和信息交換方面的優(yōu)勢最大化，提高了燃氣使用安全性，實現(xiàn)了服務數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和共享。物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表具有更智能化、網(wǎng)絡(luò)化、安全化的特點，必將成為燃氣計量的發(fā)展方向。