無線自動抄表技術探討

摘 要

1 概論 近年來，隨著通信技術的不斷發展，新的無線通信技術不斷地涌現，如：無線射頻技術、移動GPRS、無線局域網(Wi-Fi)技術等，這些無線技術以其獨有的優勢，迅速在各個領域得到了
1 概論
    近年來，隨著通信技術的不斷發展，新的無線通信技術不斷地涌現，如：無線射頻技術、移動GPRS、無線局域網(Wi-Fi)技術等，這些無線技術以其獨有的優勢，迅速在各個領域得到了推廣應用。無線通信技術應用到燃氣自動抄表(AMR)，可以簡化系統的配置、優化系統施工、降低系統整體成本，有效解決普通用戶抄表入戶難、抄見率低、準確性差的問題，有效解決工商業用戶與管網監測問題，極大地提高燃氣公司的工作效率，節省運營成本，并能及時有效地采集數據、分析控制輸配差。
2 燃氣自動抄表(AMR)的需求
    目前我國城鎮燃氣發展管道長達27.13萬km，城市燃氣使用人口達3.24億，天然氣供氣已達308.6億m3，城市燃氣除廣泛用于居民用戶外，還在不斷向新的領域拓展，如飯店、食堂、洗浴、學校、工廠、供暖等用戶，對這些燃氣用戶的有效計量與安全監測顯得尤為重要。特別是當今世界能源價格不斷攀升，氣價持續走高，燃氣企業如何實現社會效益和經濟效益的雙贏，是眾多燃氣公司面臨的難題。
    自上個世紀初水、電、氣引入計量表的一百年來，人工抄表方式一直是最傳統的方式。直到上世紀80年代，歐美開始第一套AMR系統的應用探索，90年代，我國燃氣行業開始推廣IC卡預付費燃氣表，進入新世紀后，我國AMR新技術開始不斷涌現。
    IC卡預付費燃氣表的面世有效地解決了抄表入戶問題，解決了收費難的問題，但是隨著燃氣行業的發展，管理日益精細化，單純的IC卡預收費方式雖然實現了預收費，但不能有效解決氣量實時統計，不能給運行調度、財務核算帶來更多的幫助。單純的IC卡燃氣表已不能滿足新階段燃氣計量管理的需要。
    如何引入AMR技術，建立自動抄表系統，實現對戶用表具的自動抄表、對工商業用戶與管網設備的有效監測，進而實現整個輸配管網的高效管理，值得燃氣行業深入探討。
3 幾種常用的無線通信技術
3.1 微功率無線射頻技術
    無線射頻技術是一種短距離、低功耗、低成本的無線網絡通信技術，在我國開放了433MHZ，470MHZ兩個頻段，其最大優勢是可免費使用無線通信信道。
3.2 無線局域網(Wi-Fi)技術
   Wi-Fi(wireless fidelity)，它使用開放的2.4GHz直接序列擴頻，最大數據傳輸速率可達1 1Mbps，室外傳輸距離可達300m，是現在使用最多的傳輸協議。
3.3 藍牙技術
    也是一種應用于短距離范圍內的無線通信技術。它具有數據傳輸可靠，網絡容量大，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技術類似，藍牙技術同屬于在辦公、家庭中使用的短距離無線技術，但功耗是智能抄表應用中必須考慮的問題。
3.4 移動公網GPRS技術
    GPRS技術是一種較為安全低廉的數據傳輸通道。GPRS運營商能夠以傳輸的數據量而不是連接時間為基準計費，從而使用戶的服務成本更低。目前國內GPRS技術在很多方面都有應用：電力遙控遙測(對電網配變運行實時監測、抄取、分析、處理和控制、水利監測(利用GPRS網絡對雨量、水位點等數據的采集和傳輸)、氣象監測、車輛管理及無線抄表等方面有著非常廣泛的應用。
4 上海無線AMR應用案例介紹
上海燃氣銷售市場目前主要分為浦東、大眾、市北、松江、青浦、奉賢等管道燃氣銷售公司，全市各類燃氣客戶700多萬戶。上海燃氣市北銷售公司隸屬上海燃氣集團，各類燃氣客戶183萬余戶。數據統計，每年市北公司要提供近1000萬次以上的抄表服務，80萬戶次的安全檢查，接受l萬多戶次的燃氣業務和服務咨詢，服務量巨大。多年來，市北公司秉持嚴謹、科學、創新、價值的管理理念，積極對新技術進行了探索和應用。
4.1 方案選擇
上海燃氣市北公司時刻關注國內外各種抄表技術的發展，尤其無線AMR技術，圍繞上海燃氣特定的需要，探索適合自己特定情況的抄表技術。
選擇無線自動抄表，是因為使用無線的通信方式，既可實現快速的集抄，也支持點對點通信；系統具有終端安裝方便，易于施工，后期維護量小的特點；其抄收時間短，傳輸距離遠，抄表效率高；且系統耗能低，環保節能。這項集中抄表技術標準較為成熟，歐洲已經有ENl3757-1(2，3，4，5，6)系列標準，中國2010年6月1日起也將實施JG/T162-2009的《住宅遠傳抄表系統》行業標準。
針對無線抄表技術方案，我們選擇了射頻微功率技術和GPRS技術結合的無線集中抄表系統。即樓棟內使用低功耗射頻技術，內置集中器，然后采用GPRS遠程中繼器，集中數據到管理中心。在樓棟內表具數據傳遞方面，我們采用鏈狀網絡為主實施數據傳遞。舍棄了國外常用的星型網絡，最關鍵的是由于星型網絡的集中器(也稱樓棟中繼器)安裝困難，尤其是施工時必須由專業人員去尋找合適位置，工程量大，維護不便，難以推廣。而我們采用的優化的鏈狀網絡，增加了橫向數據收集能力，形成網格狀的通信網絡，可以確保一次集抄抄到率，對國內具有更強的適應性。
    幾年來的實踐證實，該方案將微功耗射頻通信技
術和移動公網GPRS技術的應用做了完美的結合，數據安全，實時性好，安裝維護簡便，運營成本低。
4.2 系統組成
    該系統主要由賬務結算中心、GPRS中繼器、無線AMR終端燃氣表等幾部分組成。如圖1所示。
 
    賬務結算中心是無線集抄系統的管理控制中心，可以實現對住戶信息的管理、收費，可以對手抄器進行程序更新、下載/上傳抄表任務等，是系統的監控中心。
    GPRS中繼器(又稱本地設備)，向無線通信收集集中器內匯總數據，并將匯總后的數據通過GPRS公網上傳至賬務結算中心。
    無線AMR終端燃氣表(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，核心技術是，它具有內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在上海燃氣集團的推廣，大致可以分為3個階段，即考察論證階段，試用階段和制定規范階段。
    4.3.1 考察論證階段(2005年6月—2006年2月)
    上海燃氣市北公司由主管領導負責，營業部門、技術部門共同參與，在半年多的時間里，分別對行業內的主要廠家接觸洽談，考察工廠、技術交流、樣機測試，根據技術領先性、產品可靠性、企業實力、行業口碑等因素，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域和新用戶區域安裝了近5 000臺無線遠傳表，市北公司營業人員、技術人員和廠家技術人員根據上海燃氣的實際狀況，進行了多次的改進升級。經過無線手持機和集中器的改進，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，無線遠傳燃氣表改進后，無線通信性能有明顯提高，與改進后的手持機及集中器配合使用，使集中抄表效率也有了較大的提高。前后經過多次的測試和近3年的應用，我們認為無線遠傳表的軟、硬件性能、可靠性已經基本滿足了大規模抄表的要求。
    4.3.3 制定規范階段(2007年5月—)
    考慮到市北公司信息平臺統一的要求，以及保障無線抄表長期服務的需要，2007年5月，邀請廠家和專業人員參與，對無線遠傳表系統的終端、中繼方式、集中器位置、數據格式、通訊規范等進行了標準化工作。并要求供應廠家按照統一的標準供應表具、中繼器、集中器、手持機及管理軟件。目前，無線終端表和手持機的整合已經基本到位。這些規范化工作的完成，為大規模推廣無線遠傳表奠定了基礎。
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安裝使用已經突破10萬戶。包括鄭州、沈陽、中國燃氣控股等燃氣集團公司的推廣，2009年底已經安裝使用超過20萬戶，用戶中最長的運行時間已經接近5年。2010年初，上海燃氣運營部門分別對2007年底、2008年初安裝的50000臺無線AMR遠傳表進行了抄表比對，得到的主要數據如下：
    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%
    數據準確率：100%
5 應用中的體會與認識
5.1 關于無線AMR系統的規范性
    統一接口和通信規約是推廣普及無線遠傳表系統的基礎，國家住房和城鄉建設部雖然出臺了《戶用表具遠傳技術條件》以及《戶用表具集中抄表系統》兩個行業標準，并在最近又一次組織修編，重點增加了無線AMR表具方面的內容，但整體而言，對接口和通訊規約方面還沒有具體的參考規定。
    各類無線AMR表具的發展是不平衡的，譬如發展比較早的電表，就是明確在向RS485接口和部頒645規約規范發展，從而促進了電表遠程自動抄表的較快發展。當然，這與行業特點不同、產品技術難度差異較大有關，無線遠傳燃氣表的規范與發展需要國家主管部門、AMR表具廠家、燃氣運營商的共同努力。
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鍵因素之一。要認真考察，謹慎選擇，關注產品的性能、可靠性、價格以外，還要對合作企業的技術力量，資金實力，企業規模，乃至行業口碑，可持續發展能力等做出評價，然后，進行優選。
5.3 我國AMR發展展望
    未來的發展方向應該是，國家建立起社會化的網絡系統，要使用這個網絡，只要經過申請，將自己行業的智能計量終端掛接上去就可以了。同時，這種網絡式智能儀表管理系統可以與個人金融網絡系統結合使用。
    目前階段，整個社會都正在努力推進著網絡化的工作，在可以預見的時間里，這種把千家萬戶連接起來的網絡系統就會逐步形成。這樣的網絡系統，才是最有效率的網絡系統。但是目前的實際情況卻恰恰相反，是各個行業分別獨自開發各自的平臺，其中原因，一是政府社會化網絡的推進力度，二是現有公共企業的管理體制。
    總之，將來的無線通信在燃氣領域應用會更加成熟，燃氣運營公司也將建立完善的AMR/AMI系統，并依據系統提供實時全面的數據，為有效分析輸配差，更好地監控輸差，提供數據分析支撐，進而提高公司運行效率，改善運營服務質量。
 
(本文作者：張文閣1 厲戌吟2 1.鄭州安然測控設備有限公司 450006；2.上海燃氣市北銷售有限公司 200434)