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水资源智慧应用水涨船高 NB-IoT智慧水表全面启动

2018年06月19日
水资源智慧应用水涨船高 NB-IoT智慧水表全面启动

  图片来源:https://pixabay.com/photo-2265062/

  水资源缺乏日益严重,提升用水效率包括降低漏水率为政府施政重点,中国也定下2017年公共供水管路漏水率应控制在12%以内。NB-IoT应用于智慧仪表,可以有效解决传统布线、设备成本、环境要求、耗能等问题,使读表稳定可靠。

  根据中国计量协会资料,中国人均用水量约2100立方米,水资源缺乏日益严重。现今供水管路设备老化,技术和管理方法落后,漏水率居高不下:全中国654个城市平均漏水率超过15%,最高达到70%以上,其中农村尤为严重。中国“水十条”第三条第九项规定:对使用超过50年和材质落后的供水管路进行更新改造,到2017年,全国公共供水管路漏水率应控制在12%以内;到2020年,控制在10%以内。

  此外,受益于差别式水价全面施行,水务需求得到释放。在中国国家发展改革委、住房城乡建设部印发《关于加快建立完善城镇居民用水阶梯价格制度的指导意见》,部署全面实行城镇居民差别式水价制度。该意见指出:城市原则上要全面实行居民差别式水价制度;具备实施条件的建制镇也要积极推动。因差别式水价要求抄表实时、定时、成功抄收、数据准确、自动计费等,这些功能都需要智能水表的辅助才能实现。因此,水务管理从原本人工抄表及管路管理,变成了自动抄表、大数据处、管路供水科学调度系统、地理信息系统、水压/水质监测系统等整合式的物联网综合管理系统。智能水表,正是该物联网系统的核心之一。

  NB-IoT落地助推智慧水表

  NB-IoT已经成为当前最有前景的物联网技术之一,它可以直接部署于GSM、4G或LTE网络,未来可部署到5G网络,因此NB-IoT网络将占据全球营运商级物联网的大部分应用。预期低速率广域网连接数将占物联网总连接数的60%左右,就具体应用来看,考虑到NB-IoT技术主要应用在低功耗广域物联网通讯领域,结合其对数据时间实时性不敏感的特点,智慧读表、土壤环境监控、对象追踪等对环境、耗能具有严格要求的领域,将会非常适合。此外,以停车场、路灯、垃圾桶、消防栓等为代表的智慧城市建设,也将成为NB-IoT的典型应用场景。

  NB-IoT应用于智慧仪表,可以有效解决传统布线、设备成本、环境要求、耗能等问题,使读表稳定可靠。它与现有4G基地台共享,不占额外网络和数据带宽,保证传统业务稳定运行的同时,还能与新兴物联网应用结合。在智能读表的应用中,现阶段使用GPRS网络发送数据,一个基地台只能同时负载300多个水表,采用NB-IoT技术后,一个基地台可同时承载5万个水表传输的数据。

  生活及农业用水 带动智慧水表发展潜力

  智慧水表既是水务产业分布最广泛的基础数据源,也是与民众生活密切联系的终端装置。由于漏水、计量精度低以及管理漏洞,中国水务公司的营业损失比较大。按照中国年均供水量6,000亿吨,供水均价人民币2元/吨,采用智能水表解决方案可降低5%左右的产销损失或呆账,产值约人民币600亿元。

  中国农业用水约占总用水量的70%,鉴于农业领域物联网技术日渐成熟,新增高效节水灌溉面积的增加,根据公开资料整理,「十三五」期间,中国高效节水灌溉市场每年市场规模有望超过400亿元,整个市场规模约为2,440亿元。

水资源智慧应用水涨船高 NB-IoT智慧水表全面启动

  图1 2016~2020年智能水表产业市场规模及成长趋势

  根据公开资料整理,当前中国智能水表整体渗透率约22%,年销量1,500万台。随着国家政策的落实以及NB-IoT水表的应用,预测智能水表将以30%的速度成长,预计未来5年智能水表市场规模将持续稳定而明显成长(图1)。智能水表强化流量资料撷取,不仅可为水务产业带来丰富的潜在数据资产,未来还可能与物业管理、配送系统、金融系统等平台进一步整合,发挥无限的可能性。

  智慧水务解决方案架构

  目前也有业界厂商推出智慧水务整体解决方案(图2),围绕水公司深化营运需求构建的整套物联网解决方案,方案包括终端、云端运算、物联网平台及水务应用等,同时透过上述技术将巨量水务信息进行采集、分析和处理,帮助水公司提升运营效率。

水资源智慧应用水涨船高 NB-IoT智慧水表全面启动

  图2 生态智能水务系统架构

  终端设备是物联网的基础,透过整合、改造现有水厂设备,使其可控制,包括:智慧水表、水质监测、压变、流量计、变频设备等多种水务终端。其中,智能水表整合NB-IoT标准模块,透过基地台将信息上传到云端物联网平台。IoT平台提供连接、设备、数据管理等多项基础功能,支持多种水务终端设备快速存取与应用整合。产业应用无需关心终端的物理连接和数据传输方式,实现终端对象化管理,平台还提供数据撷取、分类、结构化储存、用量分析、设定并产生报表等,满足水务应用的快速开发需求。

  水务应用是该物联网解决方案产业用户呈现的上层控制核心,通过物联网平台获取来自终端层的数据,经由网络层、云端运算平台,最终形成统一的水务管理数据。在供水管理方面,有变频设备、调节阀、压变、场地视讯监控等;在管路监测方面,有水质监测、管路信息、节水管理、分区计量等;在智慧水表管理方面,有水表基础信息管理、计费管理、数据分析等。

  NB-IoT智能水表系统

  NB-IoT芯片模块供货商芯讯通在兰州使用的智能水表中,有效营运1.5万台,每台水表每2天透过NB-IoT模块向当地水务综合管理平台发送用水数据,每月总计抄收22.5万次数据。水表本身具有磁干扰识别、磁簧管技术故障警告等功能,总体待机时间长,有低电压提示、断电保护、年限管理等功能,避免传统无线水表传输距离短、功耗大、讯号覆盖范围小等缺点。水表记录数据长期保存,有效期长达10年。

  NB-IoT技术具备终端耗电量低、讯号覆盖范围广、不需自建网络、网络存取简易等特点,水表可自动化读表,提升实时性、精确性等,便于差别化费率的精准实施,促进用水效率、节约用水。目前,该智能水表服务平台除了水表讯息读取,管路监测等功能,还可以进一步分析出不同群体的用水习惯,及时发现用水异常情况,提升故障处理效率与使用者满意度,更加有效率地指导供水网络建设和改造,具有全面感测、互联互通、智慧决策、主动服务等特性。

  中国水表产业已经将NB-IoT技术列入水表产业「十三五」期间重要推广的应用技术,制定相关标准和技术解决方案,进行大规模推广前的试营运,推动NB-IoT技术在智能供水中的应用(图3)。

水资源智慧应用水涨船高 NB-IoT智慧水表全面启动

  图3 2017~2022年中国智慧水、气表连接数预测

  中国管理相对独立的自来水公司超过4,000家,大部分自来水厂预算用于供水管路的维修,很难有足够的资金采购并布设智能水表系统,因此大部分水表公司研发智能产品也受限。目前中国水表供货商有600多家,但规模大多有限,因此发展智慧水表的进展并不明显。不过随着社会对于智慧水表的需求提升以及政策的支持,能够提供综合性能稳定的水表厂商有望逐渐提升产业地位和市场出货比例。

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