深水集团：采用 NB-IoT 技术加速智慧水务变革

智能水表受掣肘难言“智能”

作为维系民生的市政基础设施之一，供水企业在运营管理中存在诸多难题，比如因供水设施故障导致的漏损、因水表故障导致的贸易纠纷、因无法及时了解用户的用水需求和行为偏好而导致能耗损失等等，深水集团也不例外。

其中，供水产销差率居高不下、漏损量持续攀升是供水企业最大的痛点。它不仅直接影响着供水企业的经济效益，而且也影响着供水企业的社会效益。

供水产销差主要来自几个方面，一是物理漏损，主要是供水管网的漏损，这部分漏损因为管网大多深埋于地下而不易及时发现；二是表观漏损，主要是水表计量误差；三是违法用水等。

据统计，2015 年国内 603 个建制市供水企业平均产销差率为 20.72%，按照供水总量 415 亿立方米计算，漏损水量约 86 亿立方米，相当于每年漏掉三峡水库五分之一的库容量。深水集团 2016 年产销差率约为 12%，虽已处于国内先进水平，但与国际平均 6-8% 的产销差率先进水平相比，尚有不小差距。

同时，贸易结算问题也不容忽视。水表作为供水企业与客户进行贸易结算的重要依据，一旦水表出现故障或者人工抄录数据错误等情况，都势必导致某一方利益受损。目前，大多数供水企业都是通过人工以单月或双月为周期抄读一次水表，水表故障发现周期长，历史用水状况无法还原，一旦产生贸易结算纠纷，势必耗费大量人力物力予以解决，而由于人工管理周期长，发现违法用水行为滞后，势必影响供水企业经济效益，增加漏损几率。

为了解决上述问题，包括深水集团在内的许多供水企业开始使用智能水表。但是，传统的智能水表存在数据传输安全、设备功耗、网络覆盖及成本等问题，制约了大规模广泛应用。

数据传输安全性问题：目前，许多供水企业使用的传统智能水表是通过小无线等技术进行数据传输。由于使用非授权频谱自组网，其抗干扰性和数据管理技术水平良莠不齐，数据传输安全性难以保证。

功耗高：传统智能水表大多需要外接电源，这必将增加安装中的沟通和未来管理成本。如果通过内置电池的方式解决供电问题，由于传统智能水表数据传输功耗大，需频繁更换电池，势必增加维护成本和管理难度。目前，国内小口径水表国家强制更换周期一般为 6 年，而传统智能水表一天采集两次数据的电池使用寿命仅为两到三年，如果对数据发送频次要求稍高，则电池寿命可能会更短、更换电池更频繁。

网络覆盖问题：目前，供水企业很多水表安装在楼道内、室内或地下，安装环境复杂、对网络覆盖要求较高，为保证数据传输效果往往需要加装信号放大器，但效果并不理想。

大量水表统一接入问题：水表逐步智能化是大势所趋，仅深圳地区未来智能水表数量将超过 300 万只。传统智能水表通过小无线等方式进行数据传输，大量智能水表接入的安全性难以保证。

NB-IoT 智慧抄表联合创新

为了实现水表智慧管理，以“物联网+云+大数据+水务”新模式推动变革，深水集团开展了以智慧抄表驱动的水务数字化转型实践，重点研究 NB-IoT 智慧水表的规模应用。

NB-IoT 智慧水表解决了传统智能水表的各种问题，同时为后续大数据管理及其他应用场景的拓展带来各种可能性，其优势包括：

数据安全可靠：NB-IoT 网络基于授权频谱组建，其抗干扰能力、数据安全性、技术服务等均有充分保障，能够确保计费水表的数据整体安全。

功耗低：NB-IoT 技术配合低功耗的信号采集单元，能显著降低能耗。经测试表明，在普通环境下一天采集两次数据（半小时一个行度，一天 48 个数据），NB-IoT 水表电池可以连续使用 6 年。

网络信号覆盖广：NB-IoT 网络具有覆盖广、容量大、可靠性高等优势。目前，深圳地区 NB-IoT 网络覆盖率达 98%，完全符合供水企业复杂环境下的水表安装。

统一平台接入：建立统一的 IoT 平台，可以承接不同的物联网应用，兼容各类供应商协议，解决大规模部署水表产生的互联互通问题。

降低抄表成本：能够提供实时数据分析和及时故障排查，降低运营成本，提升效率。

NB-IoT 智慧水表到底是否可行？深水集团联合中国电信和华为一起，围绕 NB-IoT 网络的传输性能、覆盖能力、终端功耗以及物联网平台等开展研究验证，应用场景包括水表抄读、流量分析以及漏损控制等，力图借 NB-IoT 技术实现的数据传送优势，优化现有营销管理模式及流程，实现自动化的抄读计费、数据分析等功能，提升深水集团在水表智慧管理、漏损管控等方面的能力。

目前，三方联合研究已经取得良好效果，2018 年深水集团将率先在深圳市盐田区以 NB-IoT 智慧水表应用为基础实现智慧管理，2020 年前深水集团将陆续实现 56 万只 NB-IoT 智慧水表的更新改造。

NB-IoT 支撑智慧水务应用

深水集团 NB-IoT 智慧抄表实践按照云、 管、端的系统架构来建设，方案包括终端层、网络层、云计算平台、物联网平台和水务应用层，通过物联网、云计算、大数据等技术将各个层面统一为有机的整体，支撑智慧水务应用的构建和快速上线。

• 终端层

智慧水表、水压计、流量计、水质监测和水泵站监测设备等多种水务终端，通过增加传感器并集成 NB-IoT 标准模组，与 NB-IoT 基站连接实现通讯能力，实现终端可控、可管、可互通，并进一步将信息上传给中国电信物联网开放平台。

• 网络层

网络是整个物联网的通讯基础，中国电信基于 800M 频段的 NB-IoT 网络，承载抄表等水务业务，使用较窄的频段实现广覆盖、大连接的能力，相比传统 LTE 网络，成本大大降低。与其他 LPWA 技术相比，NB-IoT 网络基于授权频谱，其抗干扰能力、数据安全性、技术服务等方面均有保障。

• 云计算平台

云计算平台具备弹性可伸缩、高可靠和经济性等特点，通过云数据中心来支撑物联网数据汇聚和存储，支撑智慧水务应用的搭建和可靠运行，云计算平台由中国电信天翼云负责承载，利用天翼云 2+31 的资源池布局优势，可以就近部署应用，保证数据传输质量；中国电信 DCI 网络可以实现就近部署数据采集点，通过“云间高速”提供按需即时开通的稳定带宽服务，实现数据采集点和平台之间稳定高速数据传输；利用中国电信云安全服务，可以抵御 DDoS 攻击，保证数据采集的稳定性。

• 物联网平台

中国电信物联网开放平台提供连接管理、设备管理、数据管理、能力开放等基础功能，支持多种物联网终端快速接入及水务应用的快速集成和业务创新。平台通过统一的协议与接口实现不同终端的接入，水务应用无需关心具体物理连接和数据传输，实现终端对象化管理；平台提供灵活高效的数据管理，包括数据采集、分类、结构化存储，数据调用、使用量分析，提供分析性的业务定制报表。业务模块化设计，业务逻辑可实现灵活编排，满足行业应用的快速开发需求。

• 应用层

IoT 应用是物联网业务的上层控制核心，智慧水务应用系统通过中国电信物联网开放平台获取来自设备层的数据，并统一管理水表、流量计等各种水务设备。水务行业在 NB-IoT 智能管道、物联网平台的基础上，可聚焦自身的应用开发，使物联网发挥更大的价值。

展望未来，云计算、大数据、物联网等 ICT 技术将改变整个水务行业。深水集团将以智慧抄表为基础，以更加精准、动态的方式实现管理的标准化、规范化、数字化和智能化，从而给人民生活带来更大的便利，给企业和社会带来更大的价值。

文章来源：《华为技术》 第 79 期

本文转载自公众号华为开发者社区（ID：Huawei_Developer）。

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