智能燃氣表物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

程前

摘要：通過對物聯(lián)網(wǎng)運行體系架構(gòu)的進一步創(chuàng)新和完善，對燃氣表、傳感網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、燃氣綜合管理系統(tǒng)以及用戶平臺的功能和性能進行優(yōu)化，將物聯(lián)網(wǎng)引入云平臺架構(gòu)，設(shè)計開發(fā)面向智能燃氣表的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用解決方案。旨在推動我國燃氣計量管理領(lǐng)域信息化、智能化和智慧化建設(shè)，實現(xiàn)燃氣用戶安全用氣、公平用氣和智慧用氣的目標。

關(guān)鍵詞：智能燃氣表;物聯(lián)網(wǎng);安全用氣

引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們在生活當中越來越注重效率，生活的品質(zhì)越來越高。同時人們的生活也逐漸走向智能化，智能產(chǎn)品不斷增加，比如智能家居、智能電視、智能手表等等，家用的智能燃氣表也隨之出現(xiàn)。這種智能燃氣表就是以傳統(tǒng)燃氣表為基礎(chǔ)逐漸發(fā)展出來的，是智能燃氣網(wǎng)絡(luò)當中的終端設(shè)備，其不僅能夠滿足對于燃氣的計量需求，同時還可用于分析燃氣表的安全性、可靠性以及用戶燃氣使用狀況?；诖髷?shù)據(jù)的智能燃氣表的出現(xiàn)與大規(guī)模使用，使得我國燃氣網(wǎng)絡(luò)具有較高的安全性、有效性，為我國智能燃氣網(wǎng)絡(luò)打下了堅實的基礎(chǔ)。

1技術(shù)背景

1.1燃氣表

燃氣表雖然經(jīng)歷了機械膜式燃氣表、IC卡膜式燃氣表、遠傳膜式燃氣表、遠傳IC卡膜式燃氣表、GPRS膜式燃氣表、IC卡智能燃氣表、物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表等技術(shù)的更新迭代，但現(xiàn)有燃氣表依然還存在無整體設(shè)計、計量不準確、閥控不可靠、信息不安全、電池壽命短、接頭不可靠、遠程傳輸距離短、表端智能化程度低等問題。

1.2燃氣表綜合管理技術(shù)

近年來，隨著短距離無線通信技術(shù)的發(fā)展，燃氣表的綜合管理技術(shù)越來越趨于智能化和遠程化。目前在燃氣表遠程管理技術(shù)的應(yīng)用中，使用較多的為NB-IoT技術(shù)、LoRa技術(shù)、GPRS技術(shù)，盡管現(xiàn)有燃氣表的遠程管理已基本上能夠滿足遠程抄表的業(yè)務(wù)需求，但由于技術(shù)應(yīng)用的差異以及設(shè)計方案的缺失，目前燃氣表的綜合管理實施效果較差，主要體現(xiàn)在抄表成功率低、抗干擾能力差、通信穩(wěn)定性低、功耗大、信號弱、兼容性差、維護難度高等方面。

2技術(shù)分析

集成燃氣泄漏報警功能于一體的燃氣表，是在原有物聯(lián)網(wǎng)燃氣表技術(shù)基礎(chǔ)上，幾乎不增加硬件設(shè)施的投入，開發(fā)成燃氣泄漏檢測器。重新設(shè)計集成控制體系后，可同時實現(xiàn)五大服務(wù)功能：遠程智能抄表代替人工抄表;戶內(nèi)燃氣泄漏和異常工況監(jiān)測、報警和緊急斷氣;遠程支付及用戶個性化服務(wù);階梯氣價收費和欠費停供氣;建立大數(shù)據(jù)用氣測算模型，指揮供氣調(diào)度等功能五方面功能。

2.1表內(nèi)集成電路技術(shù)分析

從表內(nèi)集成電路通常以微電子處理器（MCU，俗稱單片機）為核心，外置存儲芯片和通信模塊（2G/3G/NBIoT等）。在MCU芯片中有內(nèi)部時鐘，也可通過通信模塊與外部時鐘進行校準，MCU本身具備一定的運算功能。

從軟件功能上看，目前的物聯(lián)網(wǎng)燃氣表在軟件設(shè)計方面只考慮了計數(shù)、上傳數(shù)據(jù)，未把脈沖發(fā)生的時間記錄并上傳，也未對脈沖發(fā)生的時間間隔進行任何處理，不具備對管道內(nèi)流速的判斷能力。

從電路硬件結(jié)構(gòu)上看，已具備記錄脈沖、記錄時間、上傳數(shù)據(jù)和關(guān)閥停氣的實現(xiàn)基礎(chǔ);在軟件設(shè)計方面，如果把脈沖時間納入整個軟件設(shè)計架構(gòu)，并對時間數(shù)據(jù)進行分析和判斷，則目前的物聯(lián)網(wǎng)燃氣表可以直接升級為具備燃氣流量監(jiān)測能力的真正意義上的智能燃氣表。

2.2燃氣表技術(shù)基礎(chǔ)分析

在機械數(shù)碼輪最低位的輪盤上嵌有磁鋼，當磁鋼靠近電路板上的計數(shù)感應(yīng)裝置時，電路產(chǎn)生一個電子脈沖。數(shù)碼輪旋轉(zhuǎn)一圈對應(yīng)一個電子脈沖，數(shù)碼輪每轉(zhuǎn)動一圈對應(yīng)固定的氣體體積V（計量裝置體積常量，容積式計量裝置尺寸確定后，該值保持不變），即用氣量。

3智能燃氣表的發(fā)展應(yīng)用

3.1基于大數(shù)據(jù)的智能燃氣表的故障分析

隨著燃氣表智能化趨勢的加快，越來越多的地區(qū)安裝智能燃氣表，對燃氣信息數(shù)據(jù)采集的覆蓋率越來越大。然而對于智能燃氣表來說，其故障發(fā)生率較多，由于其屬于長期使用的儀表，較為容易發(fā)生故障。同時我國智能燃氣表的生產(chǎn)商又不統(tǒng)一，有些廠家設(shè)計能力有限，當這些智能燃氣表投入使用之后，很容易發(fā)生故障，這就會導(dǎo)致人力和財產(chǎn)的巨大損失，從而大大增加了智能燃氣網(wǎng)絡(luò)的成本。而傳統(tǒng)燃氣表安全可靠等特點，使得一部分地區(qū)并不希望更換到智能燃氣表當中，由于生產(chǎn)智能燃氣表的廠家越來越多，每一個廠家所選擇的設(shè)備芯片又各不相同，其生產(chǎn)過程、工藝方法等各不相同，這就使得其投入使用之后，所遇到的問題也也不咸通，總體來看，故障主要是由工作麗麗那個、外部因素、自然災(zāi)害以及設(shè)備質(zhì)量故障等，其中設(shè)備故障約占總數(shù)的3/4，由此可見，設(shè)備質(zhì)量故障遠高于其他幾項，由于智能燃氣表升級之后，運維人員對于智能燃氣表的相關(guān)知識并不了解，因此就需要對其進行培訓(xùn)，才能加快維修速度和維修質(zhì)量。

3.2基于大數(shù)據(jù)的智能燃氣表的環(huán)境狀態(tài)檢測

隨著智能燃氣表的使用越來越廣泛，而且城市人口居住越來越密集，一旦發(fā)生燃氣泄漏將極大的影響居住的安全。傳統(tǒng)燃氣表僅僅是對于燃氣進行計量等，而對于燃氣泄漏等并無狀態(tài)感知等，這也是燃氣泄漏事故的一個重要原因。所以針對環(huán)境的狀態(tài)檢測成為實現(xiàn)燃氣泄漏的重要途徑，這里的環(huán)境狀態(tài)主要是攜帶捕捉燃氣泄漏的傳感器等，如用戶使用環(huán)境發(fā)生了燃氣泄漏，則是通過智能燃氣表對于進行檢測，通過傳感器以及使用時間等方式，從而能夠判斷是否發(fā)生漏氣現(xiàn)象，并通過短信或者燃氣APP的形式提示用戶，除此以外通過報警聲音等形式來進行物理提示。同時通過對環(huán)境狀態(tài)檢測，確已發(fā)生燃氣泄漏，通過大數(shù)據(jù)分析之后，發(fā)送到用戶的手機上，同時給出具體的建議處理方法，并提供一鍵報警的選擇。這樣有效提高了家用燃氣的安全性。

4系統(tǒng)創(chuàng)新點

4.1物聯(lián)網(wǎng)與云平臺結(jié)合方式的創(chuàng)新性

智能燃氣表物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過與云平臺連接為其提供云計算支持。智能燃氣表物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與云平臺的連接方式為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，燃氣數(shù)據(jù)在傳輸給云平臺之前會在管理平臺中進行處理，如認證、標記等，然后再傳輸給云平臺進行云計算。事實上，云平臺處理后的燃氣數(shù)據(jù)短暫脫離了燃氣公司管理平臺的管理邊界，不能完全保證燃氣數(shù)據(jù)的合法性，需要由云平臺將處理后的燃氣數(shù)據(jù)傳輸回管理平臺，由管理平臺對該數(shù)據(jù)進行確認后，通過服務(wù)平臺傳輸給燃氣用戶，實現(xiàn)燃氣服務(wù)。這種方式在降低設(shè)備運維管理需求的同時，還能實現(xiàn)對燃氣數(shù)據(jù)的最終掌控，保證燃氣數(shù)據(jù)合規(guī)合法。

4.2運行體系架構(gòu)創(chuàng)新性

基于物聯(lián)網(wǎng)三體系理論，創(chuàng)新性提出了智能燃氣表物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由信息體系、物理體系以及功能體系組成，被運用于智能燃氣表物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)項目的研發(fā)和運營。智能燃氣表物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)清晰展現(xiàn)了燃氣用戶、燃氣公司以及物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表三者之間的關(guān)系，體現(xiàn)了公用服務(wù)事業(yè)為民服務(wù)的宗旨。通過清晰界定信息、物理實體以及功能之間的關(guān)系，使原本混亂的燃氣管理工作變得清晰有序。

結(jié)語

智能燃氣表物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將應(yīng)用在智慧城市的公共服務(wù)管理中，包括燃氣公司遠程抄表、遠程收費、遠程安檢、遠程閥控、遠程調(diào)價、設(shè)備監(jiān)管、信息安全管理等業(yè)務(wù)場景，以及燃氣用戶預(yù)付費、遠程充值、燃氣資源信息推送、個人隱私安全保護等場景，真正實現(xiàn)燃氣表的遠程化和智慧化管理，為廣大民用和商用消費者提供更安全、更公平和更智慧的用氣服務(wù)。

參考文獻

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