無線自動抄表技術(shù)探討

摘 要

1 概論 近年來，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，新的無線通信技術(shù)不斷地涌現(xiàn)，如：無線射頻技術(shù)、移動GPRS、無線局域網(wǎng)(Wi-Fi)技術(shù)等，這些無線技術(shù)以其獨有的優(yōu)勢，迅速在各個領(lǐng)域得到了
1 概論
    近年來，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，新的無線通信技術(shù)不斷地涌現(xiàn)，如：無線射頻技術(shù)、移動GPRS、無線局域網(wǎng)(Wi-Fi)技術(shù)等，這些無線技術(shù)以其獨有的優(yōu)勢，迅速在各個領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用。無線通信技術(shù)應(yīng)用到燃?xì)庾詣映?AMR)，可以簡化系統(tǒng)的配置、優(yōu)化系統(tǒng)施工、降低系統(tǒng)整體成本，有效解決普通用戶抄表入戶難、抄見率低、準(zhǔn)確性差的問題，有效解決工商業(yè)用戶與管網(wǎng)監(jiān)測問題，極大地提高燃?xì)夤镜墓ぷ餍剩?jié)省運營成本，并能及時有效地采集數(shù)據(jù)、分析控制輸配差。
2 燃?xì)庾詣映?AMR)的需求
    目前我國城鎮(zhèn)燃?xì)獍l(fā)展管道長達(dá)27.13萬km，城市燃?xì)馐褂萌丝谶_(dá)3.24億，天然氣供氣已達(dá)308.6億m3，城市燃?xì)獬龔V泛用于居民用戶外，還在不斷向新的領(lǐng)域拓展，如飯店、食堂、洗浴、學(xué)校、工廠、供暖等用戶，對這些燃?xì)庥脩舻挠行в嬃颗c安全監(jiān)測顯得尤為重要。特別是當(dāng)今世界能源價格不斷攀升，氣價持續(xù)走高，燃?xì)馄髽I(yè)如何實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏，是眾多燃?xì)夤久媾R的難題。
    自上個世紀(jì)初水、電、氣引入計量表的一百年來，人工抄表方式一直是最傳統(tǒng)的方式。直到上世紀(jì)80年代，歐美開始第一套AMR系統(tǒng)的應(yīng)用探索，90年代，我國燃?xì)庑袠I(yè)開始推廣IC卡預(yù)付費燃?xì)獗?，進(jìn)入新世紀(jì)后，我國AMR新技術(shù)開始不斷涌現(xiàn)。
    IC卡預(yù)付費燃?xì)獗淼拿媸烙行У亟鉀Q了抄表入戶問題，解決了收費難的問題，但是隨著燃?xì)庑袠I(yè)的發(fā)展，管理日益精細(xì)化，單純的IC卡預(yù)收費方式雖然實現(xiàn)了預(yù)收費，但不能有效解決氣量實時統(tǒng)計，不能給運行調(diào)度、財務(wù)核算帶來更多的幫助。單純的IC卡燃?xì)獗硪巡荒軡M足新階段燃?xì)庥嬃抗芾淼男枰?/span>
    如何引入AMR技術(shù)，建立自動抄表系統(tǒng)，實現(xiàn)對戶用表具的自動抄表、對工商業(yè)用戶與管網(wǎng)設(shè)備的有效監(jiān)測，進(jìn)而實現(xiàn)整個輸配管網(wǎng)的高效管理，值得燃?xì)庑袠I(yè)深入探討。
3 幾種常用的無線通信技術(shù)
3.1 微功率無線射頻技術(shù)
    無線射頻技術(shù)是一種短距離、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，在我國開放了433MHZ，470MHZ兩個頻段，其最大優(yōu)勢是可免費使用無線通信信道。
3.2 無線局域網(wǎng)(Wi-Fi)技術(shù)
   Wi-Fi(wireless fidelity)，它使用開放的2.4GHz直接序列擴(kuò)頻，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1 1Mbps，室外傳輸距離可達(dá)300m，是現(xiàn)在使用最多的傳輸協(xié)議。
3.3 藍(lán)牙技術(shù)
    也是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)的無線通信技術(shù)。它具有數(shù)據(jù)傳輸可靠，網(wǎng)絡(luò)容量大，兼容性好，安全性好的特點，但由于頻率高、信號衰減快，其傳輸距離不盡人意。與Wi-Fi技術(shù)類似，藍(lán)牙技術(shù)同屬于在辦公、家庭中使用的短距離無線技術(shù)，但功耗是智能抄表應(yīng)用中必須考慮的問題。
3.4 移動公網(wǎng)GPRS技術(shù)
    GPRS技術(shù)是一種較為安全低廉的數(shù)據(jù)傳輸通道。GPRS運營商能夠以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時間為基準(zhǔn)計費，從而使用戶的服務(wù)成本更低。目前國內(nèi)GPRS技術(shù)在很多方面都有應(yīng)用：電力遙控遙測(對電網(wǎng)配變運行實時監(jiān)測、抄取、分析、處理和控制、水利監(jiān)測(利用GPRS網(wǎng)絡(luò)對雨量、水位點等數(shù)據(jù)的采集和傳輸)、氣象監(jiān)測、車輛管理及無線抄表等方面有著非常廣泛的應(yīng)用。
4 上海無線AMR應(yīng)用案例介紹
上海燃?xì)怃N售市場目前主要分為浦東、大眾、市北、松江、青浦、奉賢等管道燃?xì)怃N售公司，全市各類燃?xì)饪蛻?00多萬戶。上海燃?xì)馐斜变N售公司隸屬上海燃?xì)饧瘓F(tuán)，各類燃?xì)饪蛻?83萬余戶。數(shù)據(jù)統(tǒng)計，每年市北公司要提供近1000萬次以上的抄表服務(wù)，80萬戶次的安全檢查，接受l萬多戶次的燃?xì)鈽I(yè)務(wù)和服務(wù)咨詢，服務(wù)量巨大。多年來，市北公司秉持嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、創(chuàng)新、價值的管理理念，積極對新技術(shù)進(jìn)行了探索和應(yīng)用。
4.1 方案選擇
上海燃?xì)馐斜惫緯r刻關(guān)注國內(nèi)外各種抄表技術(shù)的發(fā)展，尤其無線AMR技術(shù)，圍繞上海燃?xì)馓囟ǖ男枰?，探索適合自己特定情況的抄表技術(shù)。
選擇無線自動抄表，是因為使用無線的通信方式，既可實現(xiàn)快速的集抄，也支持點對點通信；系統(tǒng)具有終端安裝方便，易于施工，后期維護(hù)量小的特點；其抄收時間短，傳輸距離遠(yuǎn)，抄表效率高；且系統(tǒng)耗能低，環(huán)保節(jié)能。這項集中抄表技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較為成熟，歐洲已經(jīng)有ENl3757-1(2，3，4，5，6)系列標(biāo)準(zhǔn)，中國2010年6月1日起也將實施JG/T162-2009的《住宅遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
針對無線抄表技術(shù)方案，我們選擇了射頻微功率技術(shù)和GPRS技術(shù)結(jié)合的無線集中抄表系統(tǒng)。即樓棟內(nèi)使用低功耗射頻技術(shù)，內(nèi)置集中器，然后采用GPRS遠(yuǎn)程中繼器，集中數(shù)據(jù)到管理中心。在樓棟內(nèi)表具數(shù)據(jù)傳遞方面，我們采用鏈狀網(wǎng)絡(luò)為主實施數(shù)據(jù)傳遞。舍棄了國外常用的星型網(wǎng)絡(luò)，最關(guān)鍵的是由于星型網(wǎng)絡(luò)的集中器(也稱樓棟中繼器)安裝困難，尤其是施工時必須由專業(yè)人員去尋找合適位置，工程量大，維護(hù)不便，難以推廣。而我們采用的優(yōu)化的鏈狀網(wǎng)絡(luò)，增加了橫向數(shù)據(jù)收集能力，形成網(wǎng)格狀的通信網(wǎng)絡(luò)，可以確保一次集抄抄到率，對國內(nèi)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
    幾年來的實踐證實，該方案將微功耗射頻通信技
術(shù)和移動公網(wǎng)GPRS技術(shù)的應(yīng)用做了完美的結(jié)合，數(shù)據(jù)安全，實時性好，安裝維護(hù)簡便，運營成本低。
4.2 系統(tǒng)組成
    該系統(tǒng)主要由賬務(wù)結(jié)算中心、GPRS中繼器、無線AMR終端燃?xì)獗淼葞撞糠纸M成。如圖1所示。
 
    賬務(wù)結(jié)算中心是無線集抄系統(tǒng)的管理控制中心，可以實現(xiàn)對住戶信息的管理、收費，可以對手抄器進(jìn)行程序更新、下載/上傳抄表任務(wù)等，是系統(tǒng)的監(jiān)控中心。
    GPRS中繼器(又稱本地設(shè)備)，向無線通信收集集中器內(nèi)匯總數(shù)據(jù)，并將匯總后的數(shù)據(jù)通過GPRS公網(wǎng)上傳至賬務(wù)結(jié)算中心。
    無線AMR終端燃?xì)獗?或簡稱無線表具)由基表、閥門(可選)、智能控制模塊幾部分組成，集計量、控制、通信等功能為一體，是智能化的無線傳輸控制單元，核心技術(shù)是，它具有內(nèi)置的集中與中繼功能，無需再行安裝專門的集中器。
4.3 分步實施
    回顧無線AMR在上海燃?xì)饧瘓F(tuán)的推廣，大致可以分為3個階段，即考察論證階段，試用階段和制定規(guī)范階段。
    4.3.1 考察論證階段(2005年6月—2006年2月)
    上海燃?xì)馐斜惫居芍鞴茴I(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)，營業(yè)部門、技術(shù)部門共同參與，在半年多的時間里，分別對行業(yè)內(nèi)的主要廠家接觸洽談，考察工廠、技術(shù)交流、樣機(jī)測試，根據(jù)技術(shù)領(lǐng)先性、產(chǎn)品可靠性、企業(yè)實力、行業(yè)口碑等因素，最終確定了合作廠家。
    4.3.2 試用階段(2006年3月—2007年4月)
    在2006年初，市北公司分別在天然氣置換區(qū)域和新用戶區(qū)域安裝了近5 000臺無線遠(yuǎn)傳表，市北公司營業(yè)人員、技術(shù)人員和廠家技術(shù)人員根據(jù)上海燃?xì)獾膶嶋H狀況，進(jìn)行了多次的改進(jìn)升級。經(jīng)過無線手持機(jī)和集中器的改進(jìn)，點抄效果很好，可以滿足目前高層的點抄和集中抄表需求；同時，無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗砀倪M(jìn)后，無線通信性能有明顯提高，與改進(jìn)后的手持機(jī)及集中器配合使用，使集中抄表效率也有了較大的提高。前后經(jīng)過多次的測試和近3年的應(yīng)用，我們認(rèn)為無線遠(yuǎn)傳表的軟、硬件性能、可靠性已經(jīng)基本滿足了大規(guī)模抄表的要求。
    4.3.3 制定規(guī)范階段(2007年5月—)
    考慮到市北公司信息平臺統(tǒng)一的要求，以及保障無線抄表長期服務(wù)的需要，2007年5月，邀請廠家和專業(yè)人員參與，對無線遠(yuǎn)傳表系統(tǒng)的終端、中繼方式、集中器位置、數(shù)據(jù)格式、通訊規(guī)范等進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化工作。并要求供應(yīng)廠家按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)表具、中繼器、集中器、手持機(jī)及管理軟件。目前，無線終端表和手持機(jī)的整合已經(jīng)基本到位。這些規(guī)范化工作的完成，為大規(guī)模推廣無線遠(yuǎn)傳表奠定了基礎(chǔ)。
4.4 推廣與使用情況
    在上海，截止2009年底，這套無線集中抄表系統(tǒng)安裝使用已經(jīng)突破10萬戶。包括鄭州、沈陽、中國燃?xì)饪毓傻热細(xì)饧瘓F(tuán)公司的推廣，2009年底已經(jīng)安裝使用超過20萬戶，用戶中最長的運行時間已經(jīng)接近5年。2010年初，上海燃?xì)膺\營部門分別對2007年底、2008年初安裝的50000臺無線AMR遠(yuǎn)傳表進(jìn)行了抄表比對，得到的主要數(shù)據(jù)如下：
    集抄時間：3s～5s
    集抄成功率：多層住宅一次抄收成功率為100%
    高層住宅一次抄收成功率為98.1%
    高層住宅二次抄收成功率為100%
    集抄成功率：100%
    數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率：100%
5 應(yīng)用中的體會與認(rèn)識
5.1 關(guān)于無線AMR系統(tǒng)的規(guī)范性
    統(tǒng)一接口和通信規(guī)約是推廣普及無線遠(yuǎn)傳表系統(tǒng)的基礎(chǔ)，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部雖然出臺了《戶用表具遠(yuǎn)傳技術(shù)條件》以及《戶用表具集中抄表系統(tǒng)》兩個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并在最近又一次組織修編，重點增加了無線AMR表具方面的內(nèi)容，但整體而言，對接口和通訊規(guī)約方面還沒有具體的參考規(guī)定。
    各類無線AMR表具的發(fā)展是不平衡的，譬如發(fā)展比較早的電表，就是明確在向RS485接口和部頒645規(guī)約規(guī)范發(fā)展，從而促進(jìn)了電表遠(yuǎn)程自動抄表的較快發(fā)展。當(dāng)然，這與行業(yè)特點不同、產(chǎn)品技術(shù)難度差異較大有關(guān)，無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼囊?guī)范與發(fā)展需要國家主管部門、AMR表具廠家、燃?xì)膺\營商的共同努力。
5.2 要選擇有實力的合作伙伴
    合作伙伴的實力是決定項目成敗的關(guān)鍵因素之一。要認(rèn)真考察，謹(jǐn)慎選擇，關(guān)注產(chǎn)品的性能、可靠性、價格以外，還要對合作企業(yè)的技術(shù)力量，資金實力，企業(yè)規(guī)模，乃至行業(yè)口碑，可持續(xù)發(fā)展能力等做出評價，然后，進(jìn)行優(yōu)選。
5.3 我國AMR發(fā)展展望
    未來的發(fā)展方向應(yīng)該是，國家建立起社會化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，要使用這個網(wǎng)絡(luò)，只要經(jīng)過申請，將自己行業(yè)的智能計量終端掛接上去就可以了。同時，這種網(wǎng)絡(luò)式智能儀表管理系統(tǒng)可以與個人金融網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合使用。
    目前階段，整個社會都正在努力推進(jìn)著網(wǎng)絡(luò)化的工作，在可以預(yù)見的時間里，這種把千家萬戶連接起來的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就會逐步形成。這樣的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，才是最有效率的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但是目前的實際情況卻恰恰相反，是各個行業(yè)分別獨自開發(fā)各自的平臺，其中原因，一是政府社會化網(wǎng)絡(luò)的推進(jìn)力度，二是現(xiàn)有公共企業(yè)的管理體制。
    總之，將來的無線通信在燃?xì)忸I(lǐng)域應(yīng)用會更加成熟，燃?xì)膺\營公司也將建立完善的AMR/AMI系統(tǒng)，并依據(jù)系統(tǒng)提供實時全面的數(shù)據(jù)，為有效分析輸配差，更好地監(jiān)控輸差，提供數(shù)據(jù)分析支撐，進(jìn)而提高公司運行效率，改善運營服務(wù)質(zhì)量。
 
(本文作者：張文閣1 厲戌吟2 1.鄭州安然測控設(shè)備有限公司 450006；2.上海燃?xì)馐斜变N售有限公司 200434)