譚永偉

煙臺市自來水有限公司 山東 煙臺 264000

智慧水務(wù)是智慧城市的主要組成部分，構(gòu)建智慧水務(wù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)供水、排水以及污水處理的智慧化管理，創(chuàng)建智慧水環(huán)境，助力生態(tài)文明建設(shè)，促進智慧城市的升級發(fā)展。未來，智慧水務(wù)會與智慧城市發(fā)展體系有效融合，其應(yīng)用重要性也會逐漸凸顯。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及5G等的應(yīng)用發(fā)展，促使水務(wù)的智慧化水平不斷提高。在智慧水務(wù)的建設(shè)中，智慧水表配置為重點內(nèi)容，通過提供水表的性能水平，助力水務(wù)智慧化和現(xiàn)代化發(fā)展。

1 智能無線水表檢測技術(shù)的應(yīng)用價值

從傳統(tǒng)到水務(wù)管理實際情況分析，存在著水質(zhì)監(jiān)測不及時和檢測數(shù)據(jù)失真以及信息滯后等各類問題。為了能夠滿足工作的具體需求，積極推廣應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，綜合利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和地理信息技術(shù)以及物聯(lián)技術(shù)等，搭建智慧化管理平臺，為全面管理提供支持與幫助，提高信息化的水平。在水環(huán)境的智能監(jiān)測和管理，以及水務(wù)公開信息等過程的科學(xué)化和智慧化管理方面，積極推廣應(yīng)用新技術(shù)，能夠促進水環(huán)境質(zhì)量得到改善，并且提高流域水環(huán)境質(zhì)量智能預(yù)警和應(yīng)急處理能力，并且滿足全過程管理的需求，為水環(huán)境綜合整治提供技術(shù)支撐與保障。目前使用的物聯(lián)水務(wù)系統(tǒng)可以實現(xiàn)24小時連續(xù)監(jiān)測以及遠程控制，精準(zhǔn)掌握水質(zhì)情況，并且能夠預(yù)警預(yù)報重大水質(zhì)污染事故。如果發(fā)現(xiàn)水質(zhì)問題，則能夠快速的掌握具體情況，啟動緊急應(yīng)急預(yù)案，并且控制突發(fā)事故所帶來的不良影響，保障城市供水安全。這些功能的實現(xiàn)需要，智能水表應(yīng)用的支持。通過實時掌握數(shù)據(jù)信息，進而做好相應(yīng)的分析，為水務(wù)管理提供真實的數(shù)據(jù)。這需要保證水表的準(zhǔn)確性，能夠提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，做好水表監(jiān)測工作具有重要的意義。通過利用智能水表監(jiān)測系統(tǒng)，采用科學(xué)化、精細化管理手段，實現(xiàn)對水表的全面監(jiān)測，保證計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進而滿足管理工作的需求。

2 智能無線水表管理系統(tǒng)應(yīng)用的形式

2.1 系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的水表使用中需要抄表人進行實地抄表，很容易出現(xiàn)漏超或者錯超等情況，消耗很多的人力物力以及財力，獲得的數(shù)據(jù)信息無法及時反饋，且用戶繳費不夠便捷。在此背景下智能水表的廣泛應(yīng)用，也成為未來發(fā)展的趨勢?；贚oRa水表抄表系統(tǒng)，主要由終端和中繼以及網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器組成。對于節(jié)點、中繼以及網(wǎng)關(guān)的組網(wǎng)，使用的是LoRa組網(wǎng)方式，形成智能化系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中后臺服務(wù)端要求節(jié)點設(shè)備，做好性能參數(shù)的設(shè)置，并且通過GPRA網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)指令與參數(shù)的傳輸，傳輸?shù)交净蛘呔W(wǎng)關(guān)，之后由基站根據(jù)數(shù)據(jù)的信息，匹配節(jié)點設(shè)備。系統(tǒng)的節(jié)點模塊，采取以下兩種方式送到服務(wù)器：1）瞬時數(shù)據(jù)保存在基站的存儲模塊，經(jīng)服務(wù)器統(tǒng)一采集數(shù)據(jù)信息；2）由服務(wù)器按照設(shè)備的ID地址指定節(jié)點模塊進行數(shù)據(jù)上傳。

2.2 系統(tǒng)平臺設(shè)計

2.2.1 硬件方案設(shè)計

設(shè)計的智能水表系統(tǒng)，MCU統(tǒng)一使用的是意法半導(dǎo)體的STM32F10x系列芯片，芯片使用標(biāo)準(zhǔn)Cortex-M3內(nèi)核，擁有強大的外部接口和數(shù)據(jù)處理能力。使用的芯片性能水平很高，并且具有低電壓和低價格優(yōu)勢，適用于中小設(shè)備。

節(jié)點設(shè)備的硬件構(gòu)成中，前端攝像頭采集模塊負(fù)責(zé)進行表盤數(shù)據(jù)的識別，實現(xiàn)水表數(shù)據(jù)信息的實時化采集。MCU利用SPI接口配置LoRa的運行方式和相關(guān)參數(shù)。實際運行中此節(jié)點設(shè)備能夠響應(yīng)服務(wù)器下發(fā)的指令，同時將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街欣^設(shè)備和基站設(shè)備，實現(xiàn)對水量的記錄。與此同時，還可以監(jiān)控水表的運行狀態(tài)。按照設(shè)計的方案，每月開展1次抄表以及多次心跳連接，可實現(xiàn)應(yīng)用功能要求，同時可減少能源消耗，電源模塊使用兩節(jié)3600mAh電池供電，主控芯片和LoRa射頻模塊的低功耗模式理論上可以支持節(jié)點設(shè)備運行3-5年。

使用的中繼設(shè)備，主要是安裝在屋頂與野外空曠地區(qū)。設(shè)置的中繼設(shè)備，能夠互聯(lián)多臺節(jié)點設(shè)備。系統(tǒng)的前端射頻模塊和中繼設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)的節(jié)點設(shè)備工作在同一通信頻段，促使數(shù)據(jù)信息能夠轉(zhuǎn)發(fā)到中繼設(shè)備，達到延長通信距離的目的。系統(tǒng)的后端射頻模塊和基站工作在不同頻段上，可滿足實際應(yīng)用的需求。通過如此設(shè)計，保證中繼和多個終端通信為時分信道，中繼間是不同頻率的信道。系統(tǒng)前后端射頻模塊的設(shè)計，能夠避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)節(jié)的通信碰撞問題。

基站設(shè)備的實際應(yīng)用中，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信指令的下達，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸，并且能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)檢測，實現(xiàn)各類管理功能。系統(tǒng)的GPRS模塊，如同基站設(shè)備的網(wǎng)關(guān)，對硬件數(shù)據(jù)信息采用TCP/IP方式進行傳輸，傳輸給系統(tǒng)后臺服務(wù)器。通常來說，基站會設(shè)置在城市中心。完成網(wǎng)絡(luò)搭建后，設(shè)置的中繼設(shè)備能夠自動化搜集區(qū)域信號很好的基站設(shè)備。根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用需求，為基站設(shè)備擴展了RS232接口，方便后期運行維護。

2.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

應(yīng)用層通信協(xié)議設(shè)計。系統(tǒng)的通信協(xié)議設(shè)計是否科學(xué)合理，關(guān)系到水表系統(tǒng)的智能化水平。此系統(tǒng)對應(yīng)于層開展自定義協(xié)議設(shè)計，設(shè)計的無線抄表方式包括定時抄表和單播等。在節(jié)點設(shè)備和中繼設(shè)備，以及中繼設(shè)備和基站設(shè)備之間構(gòu)建一對多的映射關(guān)系。實際應(yīng)用中便于遠程服務(wù)器對硬件設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化管理，提高了運行的水平。

應(yīng)用層軟件設(shè)計。設(shè)計的應(yīng)用層軟件，配置的節(jié)電設(shè)備定時被喚醒，向系統(tǒng)服務(wù)器上傳水表裝置的數(shù)據(jù)信息。也可以利用LoRa網(wǎng)絡(luò)，通過輪詢的方法監(jiān)聽串口，獲得數(shù)據(jù)信息后經(jīng)過校驗后，解析數(shù)據(jù)幀中的功能碼，并且執(zhí)行相應(yīng)的功能指令，同時向服務(wù)器反饋節(jié)點設(shè)備的數(shù)據(jù)。當(dāng)成功向服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)之后，定時重新再次進入休眠模式，減少系統(tǒng)的能源消耗。

2.3 系統(tǒng)測試結(jié)果

功耗。從水表的功耗情況分析，采用兩節(jié)3600mAh的電池，可以滿足3-5年的使用要求。從系統(tǒng)的功耗情況分析，電路處于正常的工作狀態(tài)時電流是60mA，能夠滿足設(shè)計預(yù)算。

抄表測試。為檢測智能水表采集系統(tǒng)的有效性，利用部署在阿里云服務(wù)器，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的采集，并且錄入到數(shù)據(jù)庫。在保證數(shù)據(jù)上傳不丟幀的前提下，系統(tǒng)延時可以控制在1分鐘可接受范圍內(nèi)，并且系統(tǒng)運行情況良好。測試結(jié)果顯示，系統(tǒng)能夠保證不錯的通信效果。抄表率控制在98-100%內(nèi)。在實際應(yīng)用中可以根據(jù)設(shè)備運行數(shù)據(jù)信息，進行快速精準(zhǔn)分析，助力水表遠程管理。一方面，提高了智能水表管理的水平。另一方面，降低了管理成本?；谥悄芑芾砥脚_，實現(xiàn)對管理范圍內(nèi)水表運行情況的有效監(jiān)測和控制。

2.4 水表管理系統(tǒng)的應(yīng)用建議

智能水表的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)抄表全自動化，使用這類智能水表，即使遇到停電的情況，也不會影響到計量工作的開展，能夠直接載入字輪的肯定編碼不會產(chǎn)生累計偏差。相比傳統(tǒng)式水表，智能化水表的計量更加準(zhǔn)確，傳統(tǒng)水表主要采取人工超收和管理的方式，難以實現(xiàn)精準(zhǔn)定時計量和處理。使用智能水表管理系統(tǒng)可以在每個月的定點時間進行數(shù)據(jù)信息的采集，掌握用水情況，做到精準(zhǔn)計量，并且可以有效處理計量問題，減少誤差的發(fā)生。實現(xiàn)智能水表應(yīng)用管理系統(tǒng)的各項功能，需要配置完善的PC端和移動端以及各類軟硬件設(shè)施，滿足計量工作的需求以及智能化處理的要求。從當(dāng)前使用的智能水表情況分析，還存在著很大的改進空間，需要加大技術(shù)的研究，不斷的提高智能化檢測水平，為精準(zhǔn)計量提供技術(shù)支持。通過技術(shù)的不斷創(chuàng)新，全面提高水表的智能化檢測水平，創(chuàng)造更多的效益。經(jīng)過水表及相關(guān)功能的不斷升級優(yōu)化，提高數(shù)據(jù)信息計算的精準(zhǔn)度，助力水表管理的目標(biāo)實現(xiàn)，達到高效化應(yīng)用管理的要求。

智能水表的應(yīng)用若能夠?qū)崿F(xiàn)精確計量以及智能化監(jiān)測，為水管理提供支持。從實際應(yīng)用的角度來說，實現(xiàn)遠程監(jiān)控能夠有效地解決管理成本高以及抄表效率低等各類問題，全面提高水務(wù)管理水平。為了能夠?qū)崿F(xiàn)水務(wù)管理的智慧化，在具體應(yīng)用中需要做好相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，構(gòu)建完善的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對每一個水表運行情況的實時化采集，進而強化水表管理。根據(jù)智能水表配置情況進行全面分析，結(jié)合遠程管理工作的需求，加大對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入力度，積極推進智慧水務(wù)的建設(shè)，構(gòu)建完善的監(jiān)測系統(tǒng)，全面提高管理水平。目前可以采用的智能無線水表檢測技術(shù)手段有很多，在實際應(yīng)用中需要根據(jù)實際需求做好對比分析，優(yōu)選適宜的技術(shù)和裝置，構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)，開發(fā)多樣化功能，滿足水務(wù)智慧化管理工作的需求。與此同時，還需要做好系統(tǒng)建設(shè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，保證智能無線水表檢測技術(shù)的應(yīng)用價值得以實現(xiàn)。通過全面嚴(yán)格有效的控制，最大程度上保證智能無線水表應(yīng)用的功能。對智能無線水表應(yīng)用情況進行全面的檢查，及時掌握裝置應(yīng)用的不足，進行優(yōu)化和完善，保證遠程監(jiān)控的目標(biāo)實現(xiàn)。積極推廣應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)手段，輔助遠程監(jiān)控，全面提高水表智能化管理水平，創(chuàng)造更多的效益，達到降本增效的目的。

3 智能無線水表檢測關(guān)鍵技術(shù)

3.1 用水量檢測技術(shù)

智能無線水表檢測工作的開展，需要對用水量情況進行檢測。傳統(tǒng)的機械水表主要是利用內(nèi)心中的葉輪，通過轉(zhuǎn)動使得水表進行累計計數(shù)，進而獲得水流量。在實際應(yīng)用中逐漸體現(xiàn)出很多缺陷，無法滿足實際應(yīng)用的需求。智能無線水表在傳統(tǒng)水表的基礎(chǔ)上引入了信息化技術(shù)手段，增加使用了智能傳感器，通過傳感器的數(shù)據(jù)信息采集和測量分析，進而將采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為計量脈沖信號，實現(xiàn)對水流量的檢測。在實際應(yīng)用中，能夠有效地增加測量結(jié)果的精確性，并且能夠快速高質(zhì)量地傳遞數(shù)據(jù)信息，這些功能的實現(xiàn)離不開各類傳感器的支持，常用的磁感式傳感器主要是利用葉輪上設(shè)置的磁鐵、微型干簧管等，在水流的沖擊下，葉輪會轉(zhuǎn)動，并且利用傳感器通過單片機處理，實現(xiàn)機械累計計量的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成為電脈沖信號。根據(jù)頻率脈沖計數(shù)結(jié)果，精準(zhǔn)測量用水量。從實際應(yīng)用的情況來說，使用磁感式傳感器雖然結(jié)構(gòu)簡單，并且耗電量很低，不過也會受到磁場的影響產(chǎn)生干擾問題，影響到數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。實際應(yīng)用中也會使用電感式傳感器，進行數(shù)據(jù)信息的檢測。此類傳感器主要借助振動信號的衰減規(guī)律，分析水量計量的結(jié)果[1]。從實際應(yīng)用的角度來說，采用磁激勵，因此葉輪的機械阻尼很小，并且具有很好的抗干擾能力，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。當(dāng)前線圈制作以及相關(guān)技術(shù)水平不斷提高，使得電感式傳感器被廣泛應(yīng)用。除了上述傳感器之外，還使用直讀式傳感器，包括光電式傳感器和機械式傳感器。其中，光電式傳感器主要是根據(jù)光的反射定律將激光管的位置固定，利用接收輪輪齒上或者齒槽輪內(nèi)反射的激光脈沖，經(jīng)過調(diào)解之后變成電脈沖信號，再進行數(shù)據(jù)信息的計算，獲得最終的檢測結(jié)果。因為技術(shù)的成熟度很高，在實際應(yīng)用中具有一定的優(yōu)勢，不過因為機械阻尼很大，自身的可靠性和穩(wěn)定性還面臨著很多的挑戰(zhàn)。為了能夠保障智能水表檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要結(jié)合具體情況設(shè)置相應(yīng)的傳感器，滿足測量作業(yè)的需求，保障數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量[2]。

3.2 通信技術(shù)

智能無線水表檢測技術(shù)的應(yīng)用離不開通信技術(shù)的支持，影響到數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)男?。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)應(yīng)用中采用的方法存在著不變結(jié)合、傳輸速度慢等問題，因為傳統(tǒng)的通信模式需要現(xiàn)場布線。除此之外，還會受到環(huán)境的影響，使得檢測的數(shù)據(jù)傳輸面臨很多挑戰(zhàn)。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出很多高水平的通信技術(shù)，尤其是在5G技術(shù)的應(yīng)用支持下，使得很多通信方面的問題得到有效的解決。實際應(yīng)用中，使用GPRS技術(shù)手段實現(xiàn)通信，主要是借助通信基站完成信號的傳輸，能夠解決遠距離通信到挑戰(zhàn)。此技術(shù)手段主要是利用授權(quán)頻段，有著很好的抗干擾能力，并且保障了信號的安全性。不過此手段也會存在著功耗大以及不具備實時雙向通信能力的缺陷，需要加以完善。使用的NB-loT通信技術(shù)在實際應(yīng)用中具有很強的信號覆蓋能力，并且覆蓋范圍比較廣泛[3]。從實際應(yīng)用的情況來說，具有精準(zhǔn)度高的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用。目前來說，通信技術(shù)手段不斷優(yōu)化和完善，為智能水表檢測技術(shù)的應(yīng)用提供了更多支持與保障，在實際應(yīng)用中需要結(jié)合具體的應(yīng)用場景和需求。合理選擇通信方案，保證方案的可行性以及應(yīng)用效果，全面提高通信質(zhì)量水平[4]。積極推廣應(yīng)用現(xiàn)代化通訊技術(shù)手段，通過配置完善的軟硬件設(shè)施，搭建高水平的通訊系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運行的效益水平，為水表檢測工作的開展提供有力的支持和保障。對系統(tǒng)的每個細節(jié)和要點，做好全面嚴(yán)格優(yōu)化，促使系統(tǒng)應(yīng)用水平和效率得到提供，創(chuàng)造更多的效益和價值，助力無線水表檢測技術(shù)的應(yīng)用，適應(yīng)智慧水務(wù)的發(fā)展，發(fā)揮更多的價值和作用，創(chuàng)造更多的效益。

4 結(jié)語

綜上所述，智能無線水表檢測技術(shù)的應(yīng)用，通過構(gòu)建完善的檢測系統(tǒng)，促使水表計量結(jié)果的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性得到增強，同時延長水表的使用性能。未來，隨著智能無線水表檢測技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)水平不斷提高，檢測技術(shù)會更加科學(xué)可靠，同時檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性也能夠得到保障，具有推廣應(yīng)用價值。