赵 威，付 森
（1.宁夏大学经济管理学院，宁夏 银川 750021；2.宁夏水投科技股份有限公司，宁夏 银川 750004）
引言近些年，随着智慧城市不断地发展，智慧水务的作为智慧城市的一个子集被提出，智慧水务成为了水务行业近年的热门词汇，也是未来水务现代化发展的新目标。许多水务企业着手发力智慧水务建设，把智慧水务的建设上升为企业发展的重要战略位置，力争通过智慧水务的建设，带动供水漏损的有效管控，全面提升企业的管理能力和生产运营能力[1]。
智慧水务是指通过远传压力表、数据采集器、水质检测仪、远传液位计、电能表、远传流量计、远传温度计、无线网络和视频监控等在线监测设备实时感知城乡供排水系统的运行状态。并采用可视化的方式将供排水设施与水务管理部门有机整合，形成“城乡供水物联网”。通过对各类关键数据的实时监测、智能分析再提供分级、分类预警，且利用手机APP、电子邮件、短信和声光报警等方式通知到相关水务生产负责人。同时给予相应的分析结果以帮助决策处理问题，以更加精细、动态的方式管理水务运营系统的整个管理、生产和服务流程，使之更加规范化、数字化、智能化，从而达到对城乡水资源管理更加高效、智慧的状态。
1 项目背景目前，YC 县城乡供水入户抄表业务主要依靠人工走手完成，再由人工手动录入至缴费系统，耗费抄表员工大量精力和时间。另外由于缺乏入户智能计量设备，抄表困难，工作人员入户收费困难，造成水费收缴率偏低。急需通过智慧水务工程项目进行升级改造，从而提高用水计量精度，数据通过远程传输回水务公司，减少人工抄表带来的工作量，改进水费收缴模式，从而提高水费收缴率，实现远程抄表，节省人力、物力、财力等，保证供水企业的可持续发展。
2 关键技术1）NB-loT 技术是基于蜂窝的窄带物联网的一个重要分支。NB-IoT 在蜂窝网络上构建，只消耗大约180 kHz 的带宽，可直接部署于UMTS 网络、LTE 网络或GSM网络，以降低部署成本、实现平滑升级[2]。
2）NB-IoT 是物联网领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫做低功耗广域网（LPWAN）。采用NB-IoT 技术的智能水表的内置电池寿命在10 年上下，基本保障了感知层的电池续航能力，降低了水表的运行维护频率。NB-IoT 支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接的覆盖[3]。
3）目前我国主推的物联网技术标准为NB-IoT，各大运营商在此标准上都有大量投入，在国内对于NB-IoT 的应用已经处于领先地位。
4）NB-IoT 具有4 个主要特点，分别是低功耗、广覆盖、低成本、大连接。功耗方面，NB-IoT 降低了速率，换回了更低的功耗，大幅提升了终端的待机时间。信号覆盖方面，NB-IoT 有更好的覆盖能力，可以解决水表等终端在井下的信号问题。成本方面，通信模块成本很低，每个模组在5 美元之内，有利于农村供水大批量采购和使用。连接方面，NB-IoT 基站是基于物联网的模型改进设计的。物联网模型不同于手机模型，终端接入数量庞大[4]。
3 测试背景YC 水务公司于2019 年将YC 县境内7 万块传统水表替换为NB 物联网智能水表，按照水务公司要求配合智能水表厂家针对选取的20 个点位进行现场NB-IoT 网络信号覆盖测试。
YC 移动分公司根据YC 水务公司本次项目计划，拟申报建站投资，将开启全县及乡镇村的NB 物联网信号覆盖，全力保障水表远传数据及时稳定、满足目前及后期在物联网环境下的所有业务支撑需求。
3.1 YC 4G、NB 网络覆盖简况中国电信目前YC 县区域，现有L800M（NB）基站共175 个，吴忠地区占比最高；其中可提供NB 业务小区数382 个，可容纳NB 业务用户数3 820 万户，占吴忠现网比例26.34%，按理论值YC 县175 个NB 基站可覆盖19 782 km2面积区域，远大于YC 县8 661 km2行政区域面积。覆盖面积如表1 所示。
表1 SYCNB、4G 网络覆盖表
3.2 NB-IoT 业务各项相关指标YC NB 网络MR 覆盖率 {分别取覆盖等级0（RSRP 大于-107dBm）、覆盖等级1（RSRP 大于-117dbm）}。
MR 覆盖率是根据UE 上报的采样点，分别选取信号强度（RSRP）不大于-107dbm 和（RSRP）不大于-117dbm 的采样点数与总采样点的比值，占比越高说明覆盖越好。详见图1。
NB-IoT 小区RRC 连接建立完成次数（数据来源：LTE 专业网管），见图2。
NB-IoT 小区RRC 连接建成功率（数据来源：LTE专业网管）
指标定义：NB-IoT 小区RRC 连接建立完成次数/（NB-IoT 小区RRC 连接建立尝试次数）×100%。见图3。
通过上述大量的实验测试，结果表明在YC 县使用基于NB-IoT 的设备的客观条件具备。
YC 县智慧水务平台通过无线传输的压力、液位、流量变送器对供水官网进行监测，将数据传至数据接收处理系统。
4 数据统一接收系统随着信息化不断发展，监测站点规模的不断增多大和自动化度的不断提高，对中心站接收和处理数据的要求越来越高，为了满足日益提高的监测与采集需求，需要对整个接收软件系统进行自顶向下全方面的规划。
为应对后续将站点规模不断地扩大，考虑到目前YC 县农村饮水安全信息采集的现状，数据接收系统应能兼容不同生产厂家采集设备的传输协议，能对大批量数据进行并发处理。通过建立统一数据采集平台，形成一个从数据采集、传输、存储到处理一体化的流程。对新接入的设备根据统一传输协议，实现所有遥测数据统一采集、入库、存储、展示。
数据统一接收处理平台系统具有以下功能。
1）兼容性：兼容现有主流厂家采集设备的传输协议，放开数据接口协议，为后续新扩建的采集设备接入提供数据对接服务。
2）并发性：对大批量的数据进行并发处理。
3）安全性：做到权限划分，监控用户只能监控数据，不能做任何操作，普通用户只能做查询操作，管理员用户可对所有功能操作。
4）支持各种常见数据库类型，例如：MySQL、Oracle、SQL Server 等等；支持通过编程方式连接数据库。
数据接收处理系统从功能模块上主要划分为数据处理模块、用户管理模块、系统管理模块、数据管理模块、站点管理模块、报表模块和远程控制模块等。数据统一接收及处理软件部署在总调度中心的数据中心服务器上。
5 结语通过对NB-IoT 技术在智慧水务的实践研究发现，以“互联网+”实施创新改革，是为智慧水务在城乡供水打通最后一公里提供了很好的解决方案。该方案能推动管理效能化、工程智能化、服务社会化，实现降本、增效、节水的效果。该方案促进了城乡供水的技术进步，提高了自来水普及率、集中供水率、供水保证率以及水质达标率；城乡供水人口、供水量、供水保障率等各类信息实时展示、传递、分析的数据更准确全面，提高了管理效率和供水服务水平。YC 县在智慧水务的探索经验可以在区内外的推广应用，进一步丰富我国农村供水新模式。
