再論電、水、氣、熱四表集抄的爭議與發(fā)展——國網(wǎng)四表合一采集：調(diào)整策略，走向大同

再論電、水、氣、熱四表集抄的爭議與發(fā)展

——國網(wǎng)四表合一采集：調(diào)整策略，走向大同

中國現(xiàn)代電網(wǎng)量測技術(shù)高端論壇

張春暉

2016年6月25日

2016年4月16日，發(fā)表文稿《電、水、氣、熱四表集抄的爭議與發(fā)展》，指出：“通過對“四表合一采集”，分行業(yè)集抄兩類的評估，可以明晰：“四表集抄”兩類模式，暫時都難以否定，只能各自順勢發(fā)展”。

匯總近兩個月來網(wǎng)上、報刊的報道，可以看出：“四表集抄”在爭議中快速推進(jìn)，無論是國網(wǎng)“四表合一采集”，還是水氣熱分行業(yè)集抄的發(fā)展都在提速，還有新的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)正在快速介入。在新的情況下，如何為“四表集抄”的發(fā)展導(dǎo)向？本文作者認(rèn)為：國網(wǎng)“四表合一采集”具有明顯的技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟優(yōu)勢，需為推進(jìn)水、氣、熱分行業(yè)全面、均衡的建設(shè)現(xiàn)代化遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)作出新的貢獻(xiàn)，更期望地方政府指定一個跨行業(yè)主管部門進(jìn)行組織與協(xié)調(diào)?？梢哉f，這是“四表集抄”走向大同的目標(biāo)。

本文討論的范圍，僅限于通過剖析國網(wǎng)“四表合一采集”強力推進(jìn)的經(jīng)驗與出現(xiàn)的問題，建議國網(wǎng)“四表合一采集”應(yīng)用工作，調(diào)整策略，做深一步，走得更好更遠(yuǎn)，并有針對性提出期望開發(fā)的新項目。

1、國網(wǎng)“四表合一采集”為何要調(diào)整策略，做深一步？

1）國網(wǎng)推進(jìn)“四表合一采集”具有明顯的技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟優(yōu)勢，預(yù)計2017年，由巨資建設(shè)的全網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)將全面完成，積累起擁有4億戶的智能電表全覆蓋，通信技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗。2015年以來，推進(jìn)“四表合一采集”，由國家多個部委支持，地方政府和行業(yè)主管部門積極協(xié)調(diào)，“以城鎮(zhèn)新建居民小區(qū)為重點，找準(zhǔn)政府重視，企業(yè)積極和智慧城市建設(shè)等重點區(qū)域”，進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表，“繼而開展代抄、代收，不斷創(chuàng)新商業(yè)合作模式”，國網(wǎng)從技術(shù)、資金上保障各地工程如期完成，這是一方面，另一方面，國網(wǎng)“四表合一采集”將水、氣、熱行業(yè)最底層，先進(jìn)的智能計量設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及通信技術(shù)都管控起來，增設(shè)跨行業(yè)數(shù)據(jù)交換一個環(huán)節(jié)，從水、氣、熱分行業(yè)集抄中劃走了現(xiàn)代化采集部分，留下的是早期分行業(yè)集抄系統(tǒng)及諸多行業(yè)計量管理及技術(shù)難題，估計靠水、氣、熱行業(yè)現(xiàn)有的實力去解決，需要走漫長的路。

2）水、氣、熱分行業(yè)集抄的整體管理水準(zhǔn)差在哪里？

以武漢市供水行業(yè)的情況：“從上世紀(jì)90年代至今，相繼建立起諸多的行業(yè)管理系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，營業(yè)收費系統(tǒng)，生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)（SCADA），管網(wǎng)供水監(jiān)測系統(tǒng)，管網(wǎng)濁度在線監(jiān)測系統(tǒng)，協(xié)同辦公系統(tǒng)等，可以說，一直在追求實現(xiàn)供水自動化管理，打通信息共享通道，建立智慧水務(wù)平臺”。但是，實際應(yīng)用情況很不理想：智慧水務(wù)平臺的感知層（注：表計）數(shù)據(jù)的來源，數(shù)據(jù)的可靠性，及時/準(zhǔn)確/有效性都難以保證，這些海量數(shù)據(jù)如何應(yīng)用分析與整合，更是缺乏技術(shù)力量。國網(wǎng)“四表合一采集”工程實施后，這些行業(yè)的大量早期表計需要更新為智能表計，早期表計的采集工作，也要完善與改進(jìn)成為現(xiàn)代遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其資金來源困難。再是，用戶側(cè)與計量相關(guān)的供水漏損，供氣安全，供熱溫度不達(dá)標(biāo)，都需要水、氣、熱行業(yè)作出綜合規(guī)劃，開展大規(guī)模用戶側(cè)改進(jìn)工程和大量資金投入。

3）鑒于國網(wǎng)“四表合一采集”，與水、氣、熱分行業(yè)集抄發(fā)展的巨大反差，本文作者建議：國網(wǎng)“四表合一采集”要在做好居民小區(qū)遠(yuǎn)程抄表與數(shù)據(jù)交換的同時，再做兩件事，一是，將水、氣、熱行業(yè)用戶側(cè)與計量相關(guān)，供電公司可以做的難事，通過擴展采集子系統(tǒng)功能做起來，不留后遺癥，盡量減少管理上的爭議。二是，結(jié)合“四表合一采集”工程的進(jìn)程，研究采用有利于水、氣、熱行業(yè)集抄長遠(yuǎn)發(fā)展的計量及通信新技術(shù)，起好示范引領(lǐng)作用。走向大同，才能保障“四表合一采集”走得更好更遠(yuǎn)。

2、推進(jìn)網(wǎng)格計量管理，解決用戶側(cè)供水漏損技術(shù)瓶頸

水行業(yè)是水、氣、熱計量行業(yè)中歷史最久、擁有水表量最多的。供水的漏損，歷來是行業(yè)的痛點，涉及管網(wǎng)和分支網(wǎng)多方面的因素，控制漏損是個系統(tǒng)工程。

1）網(wǎng)格計量管理是用戶側(cè)供水漏損控制的基礎(chǔ)

供水的用戶側(cè)，按網(wǎng)絡(luò)社區(qū)進(jìn)行計量改造，實現(xiàn)分區(qū)計量管理是國際/國內(nèi)的發(fā)展趨勢，上海、北京、武漢市已經(jīng)先走一步。

·上海水司：全市供水網(wǎng)絡(luò)，按行政區(qū)域劃分為11個一級分區(qū)，配套成立11個供水管所，再按鐵路、河流等自然邊界劃分為36個二級分區(qū)，成立36個供水管理站。用戶側(cè)，以網(wǎng)格社區(qū)，安裝小區(qū)計量總表，分析總夜表間最小流量和總分差異。

供水的分區(qū)，網(wǎng)絡(luò)社區(qū)計量設(shè)備運行數(shù)據(jù)實時遠(yuǎn)傳，建立漏損控制信息化管理平臺。

·北京水司：2015年研究提出“水行業(yè)DMA”，就是供水分區(qū)計量。現(xiàn)有的自來水管網(wǎng)中，加裝獨立的開關(guān)閥門，使自來水管線形成相對封閉的分區(qū)，通過進(jìn)水口安裝的流量計，每15分鐘監(jiān)測一次分區(qū)入口處的水量，與分區(qū)內(nèi)計費水表水量之和進(jìn)行比對，可及時發(fā)現(xiàn)和解決漏水問題。每個分區(qū)計量區(qū)大約可覆蓋5000-10000戶居民。分區(qū)入口處流量計的15分鐘采集一次數(shù)據(jù)，再每隔6小時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)健癉MA數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”。

2015年，北京市新建供水分區(qū)計量區(qū)150處（注：75一150萬戶）。2016年計劃新建供水分區(qū)計量區(qū)200處。2017年底前，北京市六環(huán)內(nèi)所有區(qū)域?qū)⑷繉崿F(xiàn)供水分區(qū)計量區(qū)，預(yù)計達(dá)800處（注：400-800萬戶），全市居民社區(qū)將全部實現(xiàn)漏水可控可預(yù)防。

·武漢市東西湖水司：目前，進(jìn)入供水產(chǎn)銷率91%的攻堅階段，“瓶頸”現(xiàn)象困擾。供水漏損檢控主要工作是供水分區(qū)計量（DMA）的建立，考核表的安裝、數(shù)據(jù)的分析。

供水漏損，分主管網(wǎng)和分支網(wǎng)漏損。分支網(wǎng)漏損基本為實際漏損，也就是水司主抓的漏損源。

2）由蘭吉爾研發(fā)出新型網(wǎng)絡(luò)路由器的啟示

2016年2月，蘭吉爾推出能夠連接多個網(wǎng)格部署AMI解決方案的（Grid Stream）通信平臺。

（注：Grid Stream—蘭吉爾公司AMI的指令中心）

“網(wǎng)格路由器對于Grid Stream”通信平臺的網(wǎng)絡(luò)連接適應(yīng)性、分布智能和客戶智能解決方案的處理能力有很大的幫助。該裝置作為一個網(wǎng)格邊緣服務(wù)器，會實時指導(dǎo)和處理從多個前端系統(tǒng)和智能社區(qū)網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)”，“新的網(wǎng)格路由器通過和其它相關(guān)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備建立連接的方式，擴展Grid Stream的網(wǎng)格化管理，以幫助公用事業(yè)和他們所服務(wù)的社區(qū)實現(xiàn)更廣泛的能源管理目標(biāo)?！?/p>

由以上表述可知，網(wǎng)格路由器的關(guān)鍵技術(shù)：

一是，通過建立連接的方式，擴展（AMI）通信平臺的網(wǎng)格化管理。

二是，“會實時指導(dǎo)和處理”多方面?zhèn)鱽淼臄?shù)據(jù)，屬于智能控制技術(shù)范疇。參考北京郵電大學(xué)：《智能信息技術(shù)》，“智能控制是一類無需人干預(yù)就能獨立驅(qū)動智能機器實現(xiàn)其目標(biāo)的自動控制”，“智能控制的關(guān)鍵”在高層，高層控制的任務(wù)在于對實際環(huán)境或過程進(jìn)行組織，即決策和規(guī)劃”，也就是“自主、實時判斷和響應(yīng)”。

在“四表合一采集”的現(xiàn)場，當(dāng)水/氣/熱表計或計量發(fā)生應(yīng)急事件，需要具有自主、實時判斷和響應(yīng)功能的智能設(shè)備，為相應(yīng)行業(yè)集抄主站進(jìn)行特殊方式的連接，及時反饋應(yīng)急事件的信息，并組織現(xiàn)場處理，無需按“四表合一采集”正常信息傳遞路徑反饋。

3）四表合一采集：推進(jìn)網(wǎng)格化社區(qū)供水漏損計量管理，協(xié)助水司解除用戶側(cè)供水漏損之憂！

·網(wǎng)絡(luò)社區(qū)供水漏計量管理主要工作：

·協(xié)同水司在網(wǎng)格社區(qū)供水入口處，加裝開關(guān)閥門，智能水表，記錄供水量

·供水智能終端研發(fā)

·定時由供水智能終端采集網(wǎng)格社區(qū)入口處的供水量，與該網(wǎng)格社區(qū)內(nèi)計費智能水表用水量之和進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)供水漏損指標(biāo)超標(biāo)，由供水智能終端及時向水司主站傳送供水漏損超標(biāo)信息、報警，進(jìn)行現(xiàn)場處理。同時將供水漏損指標(biāo)情況報送“四表合一采集”主站。

·按期由“四表合一采集”主站遠(yuǎn)程抄錄社區(qū)入口處的總供水量，與該網(wǎng)格社區(qū)內(nèi)計費智能水表之和進(jìn)行比對，并將該周期網(wǎng)格社區(qū)總用水量、供水漏損指標(biāo)情況傳遞給水司主站。

·供水智能終端研發(fā)

說明：供水智能終端，可以用作網(wǎng)格社區(qū)供氣、供熱智能終端研發(fā)參考。

借鑒蘭吉爾“新型網(wǎng)格路由器”的設(shè)計思路，作為網(wǎng)格社區(qū)供水智能終端，需擁有基于標(biāo)準(zhǔn)、開放的內(nèi)置高級應(yīng)用程序。只要感知到網(wǎng)格社區(qū)供水漏損超標(biāo)的信息，符合由“四表合一采集”主站預(yù)先設(shè)置的邏輯，無需等待其再次發(fā)出指令，就能自主實時作出判斷和響應(yīng)，向水司主站傳遞網(wǎng)格社區(qū)供水漏損超標(biāo)的信息、報警，進(jìn)行現(xiàn)場處理。同時將這些供水漏損情況報送“四表合一采集”主站。以上高級應(yīng)用程序可以實時遠(yuǎn)程修改“政策”，進(jìn)行軟件升級維護(hù)，還提供多種格式的交換數(shù)據(jù)信息，方便與“四表合一采集”主站、水司主站的軟件平臺集成，擁有更多的智能功能。

·開發(fā)用戶節(jié)水量統(tǒng)計功能。按期，由“四表合一采集”主站將用戶節(jié)水量數(shù)據(jù)傳送給水司主站，供全市節(jié)水量匯總與供水效率分析。

3.綜合評估nb---lot（窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)）在"四表集抄"中應(yīng)用的適用性

1）國網(wǎng)?"四表合一采集"典型技術(shù)方案?對現(xiàn)有微功率無線通信技術(shù)的評價

該典型技術(shù)方案指出:

微功率無線通信是指發(fā)射功率不超過50mw，覆蓋范圍數(shù)百米，采用470mhz--510mhz頻段，具備自組網(wǎng)功能。組網(wǎng)簡單，通信速率可達(dá)10kbps。其缺點，在公變臺區(qū)范圍大或電磁屏蔽環(huán)境，通信效果較差。無法給水，氣，熱表計供電，須配置外接電源或后備電源。
在該典型技術(shù)方案中應(yīng)用:

?升級無線模塊，適用于微功率無線電表或（rs485電表+
I型無線采集器）+無線水，氣，熱表。此方案，由于采用電池供電，電池容量有限，可實現(xiàn)對水，氣，熱表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，但無法實現(xiàn)實時在線通信，只能采用喚醒的方式，來延長電池壽命。

?更換雙模模塊，適用于載波電表或(rs485電表+i型載波采集器）+無線水，氣，熱表。

由以上表述可知，現(xiàn)有"四表集抄"應(yīng)用微功率無線通信，主要有zigbee,wifi等，都是局域網(wǎng)范圍的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，受通信距離限制，有時通信效果較差。電池容量，使用壽命一直是個糾結(jié)。從多年應(yīng)用情況來看，這些微功率無線通信技術(shù)用于"四表集抄",技術(shù)上有瓶頸。

2）nb-- lot在低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)競爭中應(yīng)用前景看好

一是 ，近幾年，Lora,sigfox等非授權(quán)頻段低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)和nb---fi在國際上已經(jīng)有規(guī)?；纳虡I(yè)應(yīng)用。國內(nèi)開發(fā)的zfta低功耗廣域網(wǎng)，采用通用芯片和融合接入思路和技術(shù)，解破低功耗廣域網(wǎng)落地的困境。

二是 ，nb---lot，國際上首個授權(quán)頻段的低功耗廣域網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)。

NB---lot是源于gsm技術(shù)的進(jìn)一步演進(jìn)和全新接入技術(shù)。

?2016年6月16日，國際3gpp ran全會
批準(zhǔn)nb--lot標(biāo)準(zhǔn)核心協(xié)議。

?2015年11月，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會通過?面向物聯(lián)網(wǎng)的窄帶蜂窩無線接入總體技術(shù)要求?立項。標(biāo)志國內(nèi)nb---lot標(biāo)準(zhǔn)化工作啟動。

?2016年6月初，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會將nb---lot系列行 標(biāo)（核心網(wǎng)，接入網(wǎng)，終端）工作立項。nb---lot系列行標(biāo)計劃于2016年年底發(fā)布。

三是 ，nb---lot的特性與使用范圍

?靈活部署，窄帶，低速率，低成本，高容量
宜支持三種部署方式:獨立部署，保護(hù)帶部署，帶內(nèi)部署。

Rf帶寬180khz（上行/下行）

下行:ofdma，子載波間隔15khz。

上行:sc--fdma，single---tone:3.75kHz /15khz，multi---tone:15khz。

僅需支持半雙工。

速率的預(yù)期指標(biāo):上行，下行至少支持160khz。

Nb---lot模塊成本:預(yù)計控制在5美金以內(nèi)，甚至更低。

?覆蓋增強，低時延敏感

在獨立部署方式下，nb- -lot覆蓋能力可達(dá)164db。

由于大量數(shù)據(jù)重傳將導(dǎo)致延時增加，目前l(fā)ot設(shè)想允許時延約10秒，實際可以支持6秒左右。

?不支持連續(xù)態(tài)的移動性管理

Nb-- lot最初設(shè)想為適用于移動性支持不強的應(yīng)用場景（如智能抄表，智能停車）,不支持連續(xù)態(tài)的移動性管理，包括相關(guān)測量，測量報告，切換等。

?低功耗，nb-- lot借助psm和edrx可實現(xiàn)長期待機。

Nb---lot目標(biāo)是對于典型的低速率，低頻次業(yè)務(wù)模型，等容量電池壽命可達(dá)10年以上。

四是，基于nb---lot的業(yè)務(wù)

?自主異常報告業(yè)務(wù)類型，如煙霧報警探測器，智能電表的停電通知。上行數(shù)據(jù)極小，數(shù)據(jù)量需求（十字節(jié)量級）,周期都以年，月為單位。

?自主周期報告業(yè)務(wù)類型，如智能公用事業(yè)（氣，水，電），測量報告，智能農(nóng)業(yè)，智能環(huán)境等。上行較小數(shù)據(jù)需求量（百字節(jié)量級），周期以天，小時為單位。

?網(wǎng)絡(luò)指令業(yè)務(wù)類型，如開啟/關(guān)閉，設(shè)備觸發(fā)發(fā)送上行報告，請求抄表。下行極小數(shù)據(jù)需求量（十字節(jié)量級）,周期都以天，小時為單位。

? 軟件更新業(yè)務(wù)類型，如軟件補丁/更新。上行下行較大數(shù)據(jù)量需求（千字節(jié)量級）,周期都以天，小時為單位。

五是，華為是nb---lot標(biāo)準(zhǔn)的主要推動者，以實踐助力nb---lot起航。

?2015年12月，華為聯(lián)合沃豐達(dá)及西班牙當(dāng)?shù)厮畡?wù)公司 ，在沃豐達(dá)西班牙商用網(wǎng)絡(luò)上完成水務(wù)應(yīng)用端到端測試。

?2016年5月，華為與中國電信，深圳水務(wù)集團共同簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，打造智能水務(wù)。

3）電，水，氣，熱四表集抄應(yīng)用nb---
lot的思考

?按照nb---lot的設(shè)計要求，適用于單相電表，水 ，氣，熱表的遠(yuǎn)程抄表，屬于智能公共事業(yè)測量報告業(yè)務(wù)類型。

從網(wǎng)絡(luò)部署上，nb---lot可以基于let fdd或gsm升級，也可以新建，方便構(gòu)建遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。

?nb---lot不適用于連接態(tài)的移動性管理場景，包括數(shù)據(jù)量大的三相電表，水，氣，熱行業(yè)生產(chǎn)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時采集。

?電網(wǎng)計量部門需要對nb---lot應(yīng)用于水表遠(yuǎn)程抄表影響"四表合一采集"推進(jìn)進(jìn)行評估，適時調(diào)整策略與投入。

?目前，正在討論省級電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)重構(gòu)，有些通信技術(shù)與nb---lot相關(guān):

一是，新建"四表集抄"的居民小區(qū)，優(yōu)先采用nb---lot技術(shù)。

二是，解決用電信息采集系統(tǒng)本地窄帶載波（低速）通信技術(shù)瓶頸，需采用低成本的100%運維方案，推薦應(yīng)用由青島東軟公司，重慶電科院合作提出?（重慶）江津龍門場二臺區(qū)現(xiàn)場工作報告?的經(jīng)驗。

三是，國網(wǎng)計量部門正在進(jìn)行寬帶電力線載波通信應(yīng)用試點，解決窄帶載波（低速）通信難題，本文作者建議:

如智能配電網(wǎng)建設(shè)需采用中低壓寬帶電力線載波技術(shù)，投資有保證，該方案可以。

采用寬帶通信技術(shù)，既要實現(xiàn)短周期內(nèi)自動抄表成功率100%，而且要從主站軟件升級 ，改進(jìn)集中器設(shè)計，大幅度提高抄表數(shù)量，該方案也可以。

采用寬帶載波通信僅用于解決窄帶通信抄不到表的問題，技術(shù)經(jīng)濟上都不合算，建議改用nb---lot技術(shù)來解決。

?最后，要關(guān)注nb- -lot落地難點如何解決
據(jù)網(wǎng)上報道:低功耗廣域網(wǎng)"落地實施過程中會遇到大量與理論偏差問題"，如站址部署的困惑，流量并發(fā)沖突，下行鏈路功耗問題。
從應(yīng)用的角度，nb- -lot只是國際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺，還沒有規(guī)?；?，不同場景的應(yīng)用經(jīng)驗。需要關(guān)注通信距離影響，nb---lot小于25km，在信號不好時，可以重復(fù)發(fā)送，估計無大的問題。再是，關(guān)注電磁環(huán)境影響，電池容量 ，使用壽命，防水保護(hù)。

聲明

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