上海燃?xì)?集團(tuán))有限公司 金美華

燃?xì)獬硎侨細(xì)庑袠I(yè)管理和收費(fèi)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)一直采用人工抄表，勞動(dòng)強(qiáng)度大，準(zhǔn)確性和及時(shí)性都得不到可靠的保障，隨著民用住宅安保功能的提升和人們隱秘性意識(shí)的提高，對(duì)燃?xì)夤救霊?hù)抄表帶來(lái)很大困難。

近幾年來(lái)，通過(guò)上海燃?xì)?集團(tuán))公司的不斷試點(diǎn)和推廣，無(wú)線(xiàn)抄表新技術(shù)已被證明能夠較好地解決入戶(hù)難的矛盾，同時(shí)大大提高了工作效率。

目前，無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)尚無(wú)國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。上海燃?xì)?集團(tuán))有限公司在完成470 MHz頻段燃?xì)鉄o(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)上，率先制定了國(guó)內(nèi)第一份《燃?xì)鉄o(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，以此來(lái)統(tǒng)一、規(guī)范今后的產(chǎn)品。該技術(shù)規(guī)范不僅是市場(chǎng)準(zhǔn)入的技術(shù)門(mén)檻，而且是各家產(chǎn)品互通互容的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)國(guó)內(nèi)同行業(yè)具有借鑒和指導(dǎo)意義。

該技術(shù)規(guī)范已被批準(zhǔn)為上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《燃?xì)鉄o(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(DB31/T 500—2010)。

1 無(wú)線(xiàn)頻段的選擇

近年來(lái)，各種用戶(hù)計(jì)量表自動(dòng)抄表的案例在國(guó)外屢見(jiàn)不鮮。如電力線(xiàn)載波抄表技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外發(fā)展已經(jīng)基本成熟，發(fā)達(dá)國(guó)家的部分地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始使用電力線(xiàn)載波抄表。但燃?xì)獬聿捎秒娏€(xiàn)載波方式抄表的方案顯然是行不通的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)電力公司轉(zhuǎn)發(fā)燃?xì)獗碜x數(shù)不方便管理，因而國(guó)內(nèi)外燃?xì)獬硌芯康闹攸c(diǎn)轉(zhuǎn)向了無(wú)線(xiàn)抄表的方案。

國(guó)內(nèi)外各燃?xì)夤緸樘岣叱砺?、降低入?hù)擾民的頻率，對(duì)集中抄表系統(tǒng)進(jìn)行了各種研究和嘗試。國(guó)內(nèi)燃?xì)夤緩?1999年就開(kāi)始了遠(yuǎn)程集抄的嘗試，先后使用過(guò)單干簧管遠(yuǎn)傳煤氣表、雙干簧管遠(yuǎn)傳煤氣表、直讀式遠(yuǎn)傳煤氣表、485型采集器、CANBUS采集器、M-BUS集中器、便攜式抄表器等集中抄表設(shè)備和系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)近幾年的推廣和應(yīng)用，無(wú)線(xiàn)抄表技術(shù)和普及率都有了很大的發(fā)展。然而，需要注意的是，參與燃?xì)鉄o(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)市場(chǎng)的廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)能力參差不齊，所提供的產(chǎn)品品種繁多，每家都有各自定義的通信規(guī)約，互不開(kāi)放、互不兼容，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)可供使用；各廠(chǎng)商只能根據(jù)特定的產(chǎn)品進(jìn)行針對(duì)性的工程方案設(shè)計(jì)，耗時(shí)耗力，而不能對(duì)產(chǎn)品成套化安裝；設(shè)計(jì)定型后必須使用同廠(chǎng)商、同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行替換，無(wú)法使用其他廠(chǎng)商的同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行替代，使后期的使用和維護(hù)極為不便；各廠(chǎng)商采用不同的通信規(guī)約，無(wú)法統(tǒng)一，不但增加抄表的采集、維護(hù)成本，同時(shí)，多種多樣的數(shù)據(jù)格式，也給后續(xù)帳務(wù)平臺(tái)的處理帶來(lái)了諸多不便，并由此引發(fā)了一系列的問(wèn)題，給行業(yè)管理部門(mén)帶來(lái)諸多的困難和挑戰(zhàn)。

國(guó)家無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì)規(guī)定470~510 MHz頻段為民用無(wú)線(xiàn)電計(jì)量?jī)x表使用頻段?；趪?guó)家無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì) 470 MHz頻段標(biāo)準(zhǔn)，盡快開(kāi)發(fā)出470~510 MHz頻段的無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)。在開(kāi)發(fā)和測(cè)試的基礎(chǔ)上修訂現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)規(guī)范，盡早補(bǔ)充和完善無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，使各家供貨商的產(chǎn)品可以互換，便于管理和降低成本。目前國(guó)內(nèi)在470 MHz頻段無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)還未見(jiàn)報(bào)道，國(guó)外也無(wú)同類(lèi)產(chǎn)品，因此，470 MHz頻段無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)的研發(fā)在國(guó)內(nèi)尚屬先進(jìn)。隨著行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷成熟規(guī)范、管理水平的不斷提高，國(guó)家相關(guān)部門(mén)對(duì)抄表設(shè)備監(jiān)管力度、市場(chǎng)引導(dǎo)等不斷加強(qiáng)，將抄表系統(tǒng)及相關(guān)配套產(chǎn)品納入重點(diǎn)計(jì)量器具范圍，建立市場(chǎng)準(zhǔn)入制度也將是必然。

2 通信協(xié)議的規(guī)范

為了使不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的抄表設(shè)備具有互通和互換性，制定了《燃?xì)鉄o(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，該規(guī)范包括系統(tǒng)架構(gòu)、空中通信接口、通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸格式等內(nèi)容，具有很強(qiáng)的應(yīng)用指導(dǎo)性。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

考慮到各種可能的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，燃?xì)鉄o(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)宜采用下述兩種系統(tǒng)架構(gòu)之一來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)，具體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)1適合于環(huán)境不規(guī)則場(chǎng)所。工作方式：無(wú)線(xiàn)采集模塊平時(shí)等待中繼器的命令，一旦收到命令后，采集燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)發(fā)送給中繼器，集中器匯聚中繼器的數(shù)據(jù)，最終匯聚到手持機(jī)。這種架構(gòu)的最簡(jiǎn)形式是缺省中繼器和集中器，這時(shí)相當(dāng)于一個(gè)星型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，即以手持機(jī)為中心對(duì)應(yīng)n個(gè)無(wú)線(xiàn)采集模塊。

系統(tǒng)架構(gòu)2適合于環(huán)境規(guī)則場(chǎng)所。比如高層住宅樓的上下層之間整齊排列，這相當(dāng)于一個(gè)線(xiàn)型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)之間以相鄰接力的形式傳播數(shù)據(jù)。

說(shuō)明：系統(tǒng)架構(gòu)框圖中手持抄表器和無(wú)線(xiàn)采集模塊在《燃?xì)鉄o(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中被統(tǒng)一定義為無(wú)線(xiàn)抄表器和燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置。

2.2 空中通信接口

燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置大都采用現(xiàn)成的無(wú)線(xiàn)芯片集成，而各種芯片采用的數(shù)據(jù)格式不能統(tǒng)一，這就造成即使是同樣的無(wú)線(xiàn)頻點(diǎn)和通信波特率也不能正確通信的問(wèn)題，因此必須規(guī)范空中通信接口，主要包括無(wú)線(xiàn)信道的物理參數(shù)及數(shù)據(jù)幀格式。

無(wú)線(xiàn)信道的物理參數(shù)包括：波特率、編碼方式、調(diào)制方式、頻偏等。這些參數(shù)的確定是在綜合權(quán)衡電池節(jié)能及無(wú)線(xiàn)傳輸距離基礎(chǔ)上而確定的。例如波特率越高，傳輸所需時(shí)間就越短，電池耗能就越小；但波特率越高無(wú)線(xiàn)傳輸距離就越近。在無(wú)線(xiàn)發(fā)送與接收之間的物理參數(shù)匹配情況下，還必須滿(mǎn)足前導(dǎo)碼數(shù)據(jù)格式的一致，如表1所示。

表1 前導(dǎo)碼數(shù)據(jù)格式

2.3 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議規(guī)范無(wú)線(xiàn)抄表器和燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置之間的數(shù)據(jù)交換和應(yīng)答機(jī)制。以幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每幀數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)度不大于256個(gè)字節(jié)。間隙接收周期為3秒，包括睡眠和接收時(shí)間。燃?xì)鉄o(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)在MAC層中采用了如下的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)：

表2 數(shù)據(jù)幀格式

表3 數(shù)據(jù)幀字段中文說(shuō)明

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)幀格式，一個(gè)典型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)抄表過(guò)程如圖2所示。

無(wú)線(xiàn)抄表器發(fā)送抄表喚醒命令，喚醒燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置，燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置被喚醒后處于等待命令狀態(tài)，無(wú)線(xiàn)抄表器發(fā)送抄表命令抄寫(xiě)用戶(hù)數(shù)據(jù)，同時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器來(lái)接收燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置接收到抄表命令后，進(jìn)行時(shí)間校正，然后發(fā)送數(shù)據(jù)信息。無(wú)線(xiàn)抄表器接收到燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置的數(shù)據(jù)應(yīng)答后，本次抄表過(guò)程結(jié)束。如果無(wú)線(xiàn)抄表器發(fā)送抄表命令后定時(shí)器超時(shí)仍沒(méi)有收到數(shù)據(jù)應(yīng)答，無(wú)線(xiàn)抄表器重發(fā)抄表命令。最大重發(fā)次數(shù)是三次。燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置在發(fā)送相應(yīng)信息后，再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

圖2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)抄表流程

3 示范應(yīng)用測(cè)試結(jié)果

上海燃?xì)?集團(tuán))限公司組織協(xié)調(diào)完成了 6 000套470 MHz頻段燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置和相關(guān)的無(wú)線(xiàn)抄表器的試生產(chǎn)，并對(duì)470 MHz頻段點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)燃?xì)獬硐到y(tǒng)在下屬上海燃?xì)馄謻|銷(xiāo)售有限公司、上海燃?xì)馐斜变N(xiāo)售有限公司和上海大眾燃?xì)庥邢薰具M(jìn)行了6 000戶(hù)的示范應(yīng)用。

試點(diǎn)應(yīng)用工作共分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段完成150套的小規(guī)模試點(diǎn)測(cè)試，在第一階段成功的基礎(chǔ)上第二階段完成6 000套規(guī)模的試點(diǎn)測(cè)試。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行，并先后進(jìn)行了無(wú)線(xiàn)抄表和人工抄表的抄見(jiàn)數(shù)核對(duì)，試點(diǎn)工作的具體情況如下：

樓型選擇：18層筒子樓，是無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)中的典型樓宇結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式屬于無(wú)線(xiàn)抄表中信號(hào)傳輸比較困難的樓宇結(jié)構(gòu)形式。

表4 無(wú)線(xiàn)智能表小規(guī)模試點(diǎn)應(yīng)用情況匯總表

表5 無(wú)線(xiàn)智能表大規(guī)模示范應(yīng)用情況匯總表

4 驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái)

為了對(duì)不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的抄表設(shè)備進(jìn)行考核，研制了一套點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)燃?xì)獬硗ㄐ畔到y(tǒng)驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái)設(shè)備。

該設(shè)備具備嚴(yán)格的技術(shù)條件，硬件方面包括高精度的無(wú)線(xiàn)收發(fā)信機(jī)，以測(cè)試無(wú)線(xiàn)頻率的正確性；軟件方面包括自動(dòng)化測(cè)試軟件，這是功能驗(yàn)證平臺(tái)的核心和關(guān)鍵，它要完成燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置、無(wú)線(xiàn)抄表器的所有功能和通信協(xié)議，同時(shí)，它還要實(shí)現(xiàn)后臺(tái)數(shù)據(jù)交互的功能。

它可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)獗頍o(wú)線(xiàn)通信裝置和無(wú)線(xiàn)抄表器的所有功能，對(duì)要測(cè)試的無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試；自動(dòng)化測(cè)試軟件的智能性、靈活性和易操作性也是系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)。

該驗(yàn)證平臺(tái)啟用至今，已接受了多家廠(chǎng)家驗(yàn)證測(cè)試申請(qǐng)，其中4家通過(guò)了平臺(tái)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了各家產(chǎn)品互通互容的目的。

5 結(jié)論

通過(guò)兩個(gè)階段不同規(guī)模不同樓型的試點(diǎn)測(cè)試，經(jīng)過(guò)集中式的無(wú)線(xiàn)抄表和人工抄表的比對(duì)，得出以下使用結(jié)論：

(1)470 MHz頻段無(wú)線(xiàn)智能表的無(wú)線(xiàn)抄見(jiàn)率達(dá)到了99.94%；

(2)470 MHz頻段無(wú)線(xiàn)智能表的讀數(shù)正確率達(dá)到了100%；

(3)無(wú)線(xiàn)抄表器與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)能按要求完成數(shù)據(jù)的正確導(dǎo)入導(dǎo)出。

根據(jù)以上使用結(jié)論，可以得出470 MHz頻段無(wú)線(xiàn)智能表系統(tǒng)達(dá)到了燃?xì)獬淼娜粘Ｊ褂靡?，同時(shí)經(jīng)過(guò)近三年小規(guī)模區(qū)域使用證明，470 MHz頻段無(wú)線(xiàn)智能表系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠。