物联网环境监测系统发展趋势

王鹏 武传胜

摘 要：本文通过对主流远程监测系统的特点及原理的描述提出了目前存在的问题，对未来监测系统的发展趋势作了初步的预测。

【中图分类号】 TP393.4 【文献标识码】A 【文章编号】2236-1879（2017）05-0277-02

自动监测（AutomaticMeterReading-AMR）是指利用微电子和计算机网络、传感等技术自动读取和处理表计数据，将城市居民的用水、电、气信息加以综合处理的系统。自动监测技术使各水、电、气公司及物业管理部门从根本上解决了入户监测收费给用户和监测人员带来的麻烦，避免了许多不必要的纠纷。准确而便捷的收费系统，不但能提高管理部门的工作效率，也适应现代用户对用水、用电、用气缴费的需求。

一、环境监测系统概述

现在最常见的环境监测系统是采用分线制集中监测方式，即由采集器定时顺序采集来自多路分线连接的水、电、气表信号并进行数据处理、存储，各采集器之间采用总线制连接，最后连接至计算机。其典型特点是各户表通过分户线连接至采集器位置。系统一般分为四层次结构；现场采集器、服务器（区域管理器）、通信控制器、管理器中心，部分产品还会附带一个掌抄器。系统结构如下图所示：

1.现场采集仪器：完成对现场表具输出数据的采集，一般一个采集器可以对多个基表进行采集。但是目前支持一个采集器对幾种不同种类的基表同时进行采集的产品不是很多。

2.服务器（区域管理器）：以多机通信方式采集数据采集器中的表数据，然后进行处理、存储，并通过通信总线与总控制室的系统管理中心的计算机相连。一个服务器可以连接几十个数据采集器（视系统通信方式定）。

3.通信控制器：连接服务器与管理中心的计算机对信号进行协议转换。

4.管理中心：管理中心由多媒体计算机和系统管理软件组成。安装在物业管理中心处。

可以借助internet技术，将管理中心的计算机与电力、水、煤气或其他代收费部门的网络相连接实现网上抄收，上网用户可以在线查询自己的费用情况，方便实用，并可扩展到电子商务，实现网上付费。不过目前要实现到这一地步还需要一个比较长期的发展过程。

二、现状

远程监测系统的发展已有十多年了，但实际应用状况却差强人意，许多已安装自动监测系统的楼盘由于计量不准确最后不得不又返回到人工监测的老路上来，虽然产生这种现象的因素是多方面的，但仔细分析，根据现在表具的生产原理出现这种情况是必然的。

1.前端表具先天不足

目前市面上所使用的监测系统种类虽然繁多，但基本结构及原理都大同小异。就目前广泛使用的脉冲发信表（水表、气表）基本上采用干簧管或霍耳元件传感器，工作原理简单，即在原机械表的转动齿轮或指针上放置磁铁，将传感器固定在其附近某一位置，齿轮或指针转动带动磁铁转动，当磁铁靠近又离开传感器时，输出一个周期的脉冲信号。采集设备通过累计脉冲表发出的脉冲信号进行累计和换算，转换出用户的用水、用电、用气量。通过这种方式实现远传的系统，其可靠性取决于脉冲发信表发信、脉冲信号传输以及系统计量的可靠性。现实证明，这些环节的可靠性是无法保证的，使用中常会存在着以下弊端：

1）从理论上讲，远传表输出的脉冲数与齿轮或指针的转动次数成一一对应关系，然而现场条件却难以达到理想状态，由于表盘的抖动和传输过程的电磁干扰等因素，易引起脉冲丢失或多计脉冲。因此在使用一段时间后，脉冲计数方式的监测数据与表具现场读数值不一致，系统需要不断的修正，易引起管理部门与用户的纠纷。

2）表具传感器的的安装也是一个重要的因素，目前一些水表生产厂家从传感器厂家购入传感器后自行安装，由于水表中指针为金属指针由于安装不慎，水表安装运行后甚至会出现指针给磁铁吸到磁铁上的问题导致了现场的读数和脉冲监测的计数出现很大的出入。

3）由于传感器是覆盖在表盘上安装的，安装了传感器后甚至直接影响了现场读表。所以厂家在安装传感器的时候安装的角度也是该考虑的。

2.脉冲信号传输

1）脉冲表发出的脉冲信号，需通过信号线传输至采集器，如果传输距离过长，或者因连线质量不好、屏蔽作用不强信号失真，则不可避免造成系统计数错误。

3.系统计量

1）由于脉冲计数的累加性特点，系统采集器上的记忆脉冲的电子存储元件数据易受干扰，影响数据精确。

2）远程监测系统是通过不间断地累计对应脉冲表远程发来的脉冲来进行计量的，这就首先要求系统初始值设置必须正确，即人工抄读每只远传表的表盘实际读数后，将表的实际值准确无误地输入到数据采集器，目前所使用的监测设备一般有两种设置方式：一种是通过掌机将现场读数先输入掌机中，然后通过掌机将数据通过红外接口输入采集器。这种设置由于不是实时计数，对于运行中的系统当用户用量比较大时不可避免的存在误差。另外一种是直接在管理计算机端通过软件实现，进行基数设置时需要使用对讲机进行实时设置。这样设置不存在误差。

三、前景展望

监测系统要达到可靠、准确运行的要求，必须解决其计量的准确性和可靠性的问题，而要真正解决准确性及可靠性问题，就必须改变以脉冲信号累计为计量方式的监测方式。近年来市场上推出了无源总线制的智能型直读表监测系统，这种直读式监测系统将代表了今后监测系统发展的一个方向。智能型直读表具是在传统的表具内加装直接读表的电子模块，其可行性和适用性都是原有脉冲表及分线型监测系统不可比拟的，主要有以下功能特点：

1）无源总线制直读表直接感应表具的窗口值，即直接“讀取”窗口值，不需要脉冲转换、累计、换算，没有累计误差。解决了目前以累计脉冲方式工作的系统易受干扰而导致读数和系统累计计量值不一致的问题。

2）系统在监测时不需设置表底数、表常数等参数，无需存储数据，真正实现了“读表”计量。

3）直读表具内的电子模块与表具内的计读器等装置没有机械接触，不影响计量精度。直接传送数字信号而非脉冲信号，抗干扰性好。不仅不受机械振动影响，同时也不受电磁干扰的影响，所以在复杂的使用环境下能稳定、准确、可靠地实现计量。

4）表具内没有电源，直读装置在监测瞬间加电工作。表具的电子部分平时不工作，读表瞬间由采集器或手持终端通过网络布线供电。由于内部不设电源避免了传统方式由于供电不稳定或故障引起的计量误差及大量的维护工作。使得整机故障率和功耗大大降低，使用寿命更长。

综上特点，直读远传表将成为未来的主流表具，但是不管采用何种方式，表具必须具备直接输出数据的功能，系统采用总线制结构将成为主流。

四、结束语

在国家相关政策的推动下，民用计量表智能化已是大势所趋。随着行业技术标准的不断成熟规范、管理水平的不断提高。国家对监测设备监管力度、市场引导等不断加强。将监测系统及相关配套产品纳入重点计量器具范围，建立市场准入制度也将是必然。相信在不久的将来远程监测系统将会得到不断的完善和成熟，监测系统的春天也将会来临。

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