再论电、水、气、热四表集抄的争议与发展
——国网四表合一采集：调整策略，走向大同
中国现代电网量测技术高端论坛
张春晖
2016年6月25日
2016年4月16日，本文作者通过“电网量测技术微信公众号（dianwangliangce）”发表文稿《电、水、气、热四表集抄的争议与发展》，指出：“通过对“四表合一采集”，分行业集抄两类的评估，可以明晰：“四表集抄”两类模式，暂时都难以否定，只能各自顺势发展”。
汇总近两个月来网上、报刊的报道，可以看出：“四表集抄”在争议中快速推进，无论是国网“四表合一采集”，还是水气热分行业集抄的发展都在提速，还有新的物联网通信技术正在快速介入。在新的情况下，如何为“四表集抄”的发展导向？本文作者认为：国网“四表合一采集”具有明显的技术先进与经济优势，需为推进水、气、热分行业全面、均衡的建设现代化远程集抄系统作出新的贡献，更期望地方政府指定一个跨行业主管部门进行组织与协调。可以说，这是“四表集抄”走向大同的目标。
本文讨论的范围，仅限于通过剖析国网“四表合一采集”强力推进的经验与出现的问题，建议国网“四表合一采集”应用工作，调整策略，做深一步，走得更好更远，并有针对性提出期望开发的新项目。
1、国网“四表合一采集”为何要调整策略，做深一步？
1）国网推进“四表合一采集”具有明显的技术先进与经济优势，预计2017年，由巨资建设的全网用电信息采集系统将全面完成，积累起拥有4亿户的智能电表全覆盖，通信技术应用的经验。2015年以来，推进“四表合一采集”，由国家多个部委支持，地方政府和行业主管部门积极协调，“以城镇新建居民小区为重点，找准政府重视，企业积极和智慧城市建设等重点区域”，进行远程抄表，“继而开展代抄、代收，不断创新商业合作模式”，国网从技术、资金上保障各地工程如期完成，这是一方面，另一方面，国网“四表合一采集”将水、气、热行业最底层，先进的智能计量设备的数据采集及通信技术都管控起来，增设跨行业数据交换一个环节，从水、气、热分行业集抄中划走了现代化采集部分，留下的是早期分行业集抄系统及诸多行业计量管理及技术难题，估计靠水、气、热行业现有的实力去解决，需要走漫长的路。
2）水、气、热分行业集抄的整体管理水准差在哪里？
以武汉市供水行业的情况：“从上世纪90年代至今，相继建立起诸多的行业管理系统，包括远程抄表系统，营业收费系统，生产调度管理系统（SCADA），管网供水监测系统，管网浊度在线监测系统，协同办公系统等，可以说，一直在追求实现供水自动化管理，打通信息共享通道，建立智慧水务平台”。但是，实际应用情况很不理想：智慧水务平台的感知层（注：表计）数据的来源，数据的可靠性，及时/准确/有效性都难以保证，这些海量数据如何应用分析与整合，更是缺乏技术力量。国网“四表合一采集”工程实施后，这些行业的大量早期表计需要更新为智能表计，早期表计的采集工作，也要完善与改进成为现代远程抄表系统，其资金来源困难。再是，用户侧与计量相关的供水漏损，供气安全，供热温度不达标，都需要水、气、热行业作出综合规划，开展大规模用户侧改进工程和大量资金投入。
3）鉴于国网“四表合一采集”，与水、气、热分行业集抄发展的巨大反差，本文作者建议：国网“四表合一采集”要在做好居民小区远程抄表与数据交换的同时，再做两件事，一是，将水、气、热行业用户侧与计量相关，供电公司可以做的难事，通过扩展采集子系统功能做起来，不留后遗症，尽量减少管理上的争议。二是，结合“四表合一采集”工程的进程，研究采用有利于水、气、热行业集抄长远发展的计量及通信新技术，起好示范引领作用。走向大同，才能保障“四表合一采集”走得更好更远。
2、推进网格计量管理，解决用户侧供水漏损技术瓶颈
水行业是水、气、热计量行业中历史最久、拥有水表量最多的。供水的漏损，历来是行业的痛点，涉及管网和分支网多方面的因素，控制漏损是个系统工程。
1）网格计量管理是用户侧供水漏损控制的基础
供水的用户侧，按网络社区进行计量改造，实现分区计量管理是国际/国内的发展趋势，上海、北京、武汉市已经先走一步。
·上海水司：全市供水网络，按行政区域划分为11个一级分区，配套成立11个供水管所，再按铁路、河流等自然边界划分为36个二级分区，成立36个供水管理站。用户侧，以网格社区，安装小区计量总表，分析总夜表间最小流量和总分差异。
供水的分区，网络社区计量设备运行数据实时远传，建立漏损控制信息化管理平台。
·北京水司：2015年研究提出“水行业DMA”，就是供水分区计量。现有的自来水管网中，加装独立的开关阀门，使自来水管线形成相对封闭的分区，通过进水口安装的流量计，每15分钟监测一次分区入口处的水量，与分区内计费水表水量之和进行比对，可及时发现和解决漏水问题。每个分区计量区大约可覆盖5000-10000户居民。分区入口处流量计的15分钟采集一次数据，再每隔6小时将数据传输到“DMA数据管理系统”。
2015年，北京市新建供水分区计量区150处（注：75一150万户）。2016年计划新建供水分区计量区200处。2017年底前，北京市六环内所有区域将全部实现供水分区计量区，预计达800处（注：400-800万户），全市居民社区将全部实现漏水可控可预防。
·武汉市东西湖水司：目前，进入供水产销率91%的攻坚阶段，“瓶颈”现象困扰。供水漏损检控主要工作是供水分区计量（DMA）的建立，考核表的安装、数据的分析。
供水漏损，分主管网和分支网漏损。分支网漏损基本为实际漏损，也就是水司主抓的漏损源。
2）由兰吉尔研发出新型网络路由器的启示
2016年2月，兰吉尔推出能够连接多个网格部署AMI解决方案的（Grid Stream）通信平台。
（注：Grid Stream—兰吉尔公司AMI的指令中心）
“网格路由器对于Grid Stream”通信平台的网络连接适应性、分布智能和客户智能解决方案的处理能力有很大的帮助。该装置作为一个网格边缘服务器，会实时指导和处理从多个前端系统和智能社区网络传来的数据”，“新的网格路由器通过和其它相关网络和设备建立连接的方式，扩展Grid Stream的网格化管理，以帮助公用事业和他们所服务的社区实现更广泛的能源管理目标。”
由以上表述可知，网格路由器的关键技术：
一是，通过建立连接的方式，扩展（AMI）通信平台的网格化管理。
二是，“会实时指导和处理”多方面传来的数据，属于智能控制技术范畴。参考北京邮电大学：《智能信息技术》，“智能控制是一类无需人干预就能独立驱动智能机器实现其目标的自动控制”，“智能控制的关键”在高层，高层控制的任务在于对实际环境或过程进行组织，即决策和规划”，也就是“自主、实时判断和响应”。
在“四表合一采集”的现场，当水/气/热表计或计量发生应急事件，需要具有自主、实时判断和响应功能的智能设备，为相应行业集抄主站进行特殊方式的连接，及时反馈应急事件的信息，并组织现场处理，无需按“四表合一采集”正常信息传递路径反馈。
3）四表合一采集：推进网格化社区供水漏损计量管理，协助水司解除用户侧供水漏损之忧！
·网络社区供水漏计量管理主要工作：
·协同水司在网格社区供水入口处，加装开关阀门，智能水表，记录供水量
·供水智能终端研发
·定时由供水智能终端采集网格社区入口处的供水量，与该网格社区内计费智能水表用水量之和进行比对，发现供水漏损指标超标，由供水智能终端及时向水司主站传送供水漏损超标信息、报警，进行现场处理。同时将供水漏损指标情况报送“四表合一采集”主站。
·按期由“四表合一采集”主站远程抄录社区入口处的总供水量，与该网格社区内计费智能水表之和进行比对，并将该周期网格社区总用水量、供水漏损指标情况传递给水司主站。
·供水智能终端研发
说明：供水智能终端，可以用作网格社区供气、供热智能终端研发参考。
借鉴兰吉尔“新型网格路由器”的设计思路，作为网格社区供水智能终端，需拥有基于标准、开放的内置高级应用程序。只要感知到网格社区供水漏损超标的信息，符合由“四表合一采集”主站预先设置的逻辑，无需等待其再次发出指令，就能自主实时作出判断和响应，向水司主站传递网格社区供水漏损超标的信息、报警，进行现场处理。同时将这些供水漏损情况报送“四表合一采集”主站。以上高级应用程序可以实时远程修改“政策”，进行软件升级维护，还提供多种格式的交换数据信息，方便与“四表合一采集”主站、水司主站的软件平台集成，拥有更多的智能功能。
·开发用户节水量统计功能。按期，由“四表合一采集”主站将用户节水量数据传送给水司主站，供全市节水量汇总与供水效率分析。
3.综合评估nb---lot（窄带蜂窝物联网）在"四表集抄"中应用的适用性
1）.国网«"四表合一采集"典型技术方案»对现有微功率无线通信技术的评价
该典型技术方案指出:
微功率无线通信是指发射功率不超过50mw，覆盖范围数百米，采用470mhz--510mhz频段，具备自组网功能。组网简单，通信速率可达10kbps。其缺点，在公变台区范围大或电磁屏蔽环境，通信效果较差。无法给水，气，热表计供电，须配置外接电源或后备电源。
在该典型技术方案中应用:
•升级无线模块，适用于微功率无线电表或（rs485电表+
I型无线采集器）+无线水，气，热表。此方案，由于采用电池供电，电池容量有限，可实现对水，气，热表数据转发功能，但无法实现实时在线通信，只能采用唤醒的方式，来延长电池寿命。
•更换双模模块，适用于载波电表或(rs485电表+i型载波采集器）+无线水，气，热表。
由以上表述可知，现有"四表集抄"应用微功率无线通信，主要有zigbee,wifi等，都是局域网范围的物联网通信技术，受通信距离限制，有时通信效果较差。电池容量，使用寿命一直是个纠结。从多年应用情况来看，这些微功率无线通信技术用于"四表集抄",技术上有瓶颈。
2）.nb-- lot在低功耗广域网技术竞争中应用前景看好
一是 ，近几年，Lora,sigfox等非授权频段低功耗广域网技术和nb---fi在国际上已经有规模化的商业应用。国内开发的zfta低功耗广域网，采用通用芯片和融合接入思路和技术，解破低功耗广域网落地的困境。
二是 ，nb---lot，国际上首个授权频段的低功耗广域网通信标准。
NB---lot是源于gsm技术的进一步演进和全新接入技术。
•2016年6月16日，国际3gpp ran全会
批准nb--lot标准核心协议。
•2015年11月，中国通信标准化协会通过«面向物联网的窄带蜂窝无线接入总体技术要求»立项。标志国内nb---lot标准化工作启动。
•2016年6月初，中国通信标准化协会将nb---lot系列行 标（核心网，接入网，终端）工作立项。nb---lot系列行标计划于2016年年底发布。
三是 ，nb---lot的特性与使用范围
•灵活部署，窄带，低速率，低成本，高容量
宜支持三种部署方式:独立部署，保护带部署，带内部署。
Rf带宽180khz（上行/下行）
下行:ofdma，子载波间隔15khz。
上行:sc--fdma，single---tone:3.75kHz /15khz，multi---tone:15khz。
仅需支持半双工。
速率的预期指标:上行，下行至少支持160khz。
Nb---lot模块成本:预计控制在5美金以内，甚至更低。
•覆盖增强，低时延敏感
在独立部署方式下，nb- -lot覆盖能力可达164db。
由于大量数据重传将导致延时增加，目前lot设想允许时延约10秒，实际可以支持6秒左右。
•不支持连续态的移动性管理
Nb-- lot最初设想为适用于移动性支持不强的应用场景（如智能抄表，智能停车）,不支持连续态的移动性管理，包括相关测量，测量报告，切换等。
•低功耗，nb-- lot借助psm和edrx可实现长期待机。
Nb---lot目标是对于典型的低速率，低频次业务模型，等容量电池寿命可达10年以上。
四是，基于nb---lot的业务
•自主异常报告业务类型，如烟雾报警探测器，智能电表的停电通知。上行数据极小，数据量需求（十字节量级）,周期都以年，月为单位。
•自主周期报告业务类型，如智能公用事业（气，水，电），测量报告，智能农业，智能环境等。上行较小数据需求量（百字节量級），周期以天，小时为单位。
•网络指令业务类型，如开启/关闭，设备触发发送上行报告，请求抄表。下行极小数据需求量（十字节量級）,周期都以天，小时为单位。
• 软件更新业务类型，如软件补丁/更新。上行下行较大数据量需求（千字节量级）,周期都以天，小时为单位。
五是，华为是nb---lot标准的主要推动者，以实践助力nb---lot起航。
•2015年12月，华为联合沃丰达及西班牙当地水务公司 ，在沃丰达西班牙商用网络上完成水务应用端到端测试。
•2016年5月，华为与中国电信，深圳水务集团共同签署战略合作协议，打造智能水务。
3）.电，水，气，热四表集抄应用nb---
lot的思考
•按照nb---lot的设计要求，适用于单相电表，水 ，气，热表的远程抄表，属于智能公共事业测量报告业务类型。
从网络部署上，nb---lot可以基于let fdd或gsm升级，也可以新建，方便构建远程抄表系统。
•nb---lot不适用于连接态的移动性管理场景，包括数据量大的三相电表，水，气，热行业生产在线监测数据的实时采集。
•电网计量部门需要对nb---lot应用于水表远程抄表影响"四表合一采集"推进进行评估，适时调整策略与投入。
•目前，正在讨论省级电网用电信息采集系统架构重构，有些通信技术与nb---lot相关:
一是，新建"四表集抄"的居民小区，优先采用nb---lot技术。
二是，解决用电信息采集系统本地窄带载波（低速）通信技术瓶颈，需采用低成本的100%运维方案，推荐应用由青岛东软公司，重庆电科院合作提出«（重庆）江津龙门场二台区现场工作报告»的经验。
三是，国网计量部门正在进行宽带电力线载波通信应用试点，解决窄带载波（低速）通信难题，本文作者建议:
如智能配电网建设需采用中低压宽带电力线载波技术，投资有保证，该方案可以。
采用宽带通信技术，既要实现短周期内自动抄表成功率100%，而且要从主站软件升级 ，改进集中器设计，大幅度提高抄表数量，该方案也可以。
采用宽带载波通信仅用于解决窄带通信抄不到表的问题，技术经济上都不合算，建议改用nb---lot技术来解决。
•最后，要关注nb- -lot落地难点如何解决
据网上报道:低功耗广域网"落地实施过程中会遇到大量与理论偏差问题"，如站址部署的困惑，流量并发冲突，下行链路功耗问题。
从应用的角度，nb- -lot只是国际标准已经出台，还没有规模化，不同场景的应用经验。需要关注通信距离影响，nb---lot小于25km，在信号不好时，可以重复发送，估计无大的问题。再是，关注电磁环境影响，电池容量 ，使用寿命，防水保护。
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