窄带物联网在压力远传与监控的实践与应用

闫洪涛　赵国纲　王志标　王晓峰

摘 要：结合实例阐述了城市给水管网压力远传与监控的设计思路和实现方法，重点采用NB-IOT窄带物联网及云平台技术解决此问题。实际应用表明，安装自主研发的窄带物联网压力远传与监控设施，能够实时掌控城市供水管网压力变化，同时设置压力突变报警功能，减少管网漏损，对降低产销差起到关键作用。

关键词：供水管网；压力远传监控；窄带物联网；管网漏损；产销差

中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）30-0165-02

Abstract： The design idea and realization method of pressure remote transmission and monitoring for urban water supply network are expounded with examples. The narrow band Internet of things （NB-IOT） and cloud platform technology are mainly used to solve this problem. The practical application shows that the installation of the independently developed narrow band Internet of things pressure remote transmission and monitoring facilities can control the pressure change of urban water supply network in real time and set up the alarm function of sudden change of pressure at the same time， so as to reduce the leakage of the pipe network， which plays a key role in reducing the difference between production and sales.

Keywords： water supply pipe network； pressure remote transmission monitoring； narrow band internet of things； pipe network leakage； production and sale difference

1 项目背景

河南水投锦襄水务有限公司主要为河南襄城县城区服务供水，拥有南水北调中线配套地表水厂一座（3万m3/d），地下水源水厂一座（2万m3/d），城区输水管线186.6km，其中DN63以上配水管件67km，供水服务人口15万人。水厂给水泵站采用变频恒压供水（0.32MPa）。

一直以来，锦襄水务对城区管网压力检测方面非常薄弱，固定测压点少，装设的压力表均为机械表（青岛华泰仪表厂.鲁制02000039），人工定期观察记录，且夜间管网巡查与测压存在空白。特别是夜间突然爆管后，中控调度仅能采集到水厂出厂压力数据，无法判断爆管大致范围，需动用人工全城普查，不能做到早发现早处理，减小管网漏损。

随着物联网技术的发展，基于蜂窝的窄带物联网（NB-IOT）成为万物物联互联网络的一个重要分支。NB-IOT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本，实现平滑升级。NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖物联网市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点，非常适用于管网压力等数据传输。

2 设计思路及改造要求

首先要解决的就是数据传输和通讯协议问题，即将所有装在管网上的压力传感器的数据集中传输中控室监控计算机，以便于远程监控所有压力数据。考虑到城市管网面积大，如果采用光纤传输，布线、施工难度大且时间长、费用高。鉴于三大运营商NB-IOT网络在各大城市均已商用，且信号质量比较好，采用NB-IOT传输完全能够满足数据实时传输要求，改造速度快、成本低，最终确定采用NB-IOT的传输方式。

其次要解决的是数据的采集、数据的处理、数据发送、电源供电及故障处理问题，经过大量资料查询，最终采用微功耗单片机和压力微变和突变技术、旁路发电技术成功解决了此问题。

最后利用云平台技术解决了中控室监控、手机监控、数据记录、历史记录查询、历史曲线、数据报警等问题。

3 改造后达到的效果

（1）本项目采用了物联网远传技术、单片机技术、管网旁路发电技术、光伏发电技术及云平台技术。系统包含压力远传设备、NB-IOT基站、IOT核心网、IOT平台及监控平台。设备由压力传感器、模數转换、数据处理、数据发送处理、NB-IOT模块、管网旁路发电电路、光伏发电电路、电源管理等组成。

（2）实现了管网水压的实时监控、历史记录查询、历史曲线查询等。

（3）当管网发生泄漏引起管网压力突然变化，设备立即采样压力数据并发送数据到平台，平台接收到数据后立即发出压力突变报警并可通过微信、短信发送报警信息到设定的手机上，做到及时报警、及时处置。

（4）根据实时压力数据变化随时调节管网压力，减少用户投诉。

（5）降低人工成本，不再进行人工测压。

（6）项目实施后，产销差逐步降低。

4 与目前市场远传设备的价位、效果比较

目前市场远传设备开发公司众多，针对单独开发压力远传设备监测公司较少，通过对全国智慧水务及科技公司网上查询、电话咨询情况如下：

（1）对宁波某水表股份有限公司咨询，流量监测及压力检测每个测点报价两万以上，售后保障一年，主要是对流量监测，无针对管网压力专项检测设备。

（2）对重庆某自动化股份有限公司咨询，远程监控着重于流量的监测，对单独压力检测无法实现，报价五个监测点十万元，售后保障一年。

（3）对上海某水业科技有限公司咨询，每个测压设备18000元，软件15万元。

（4）经调查现在市面上无专用的管网压力远传设备、设备不支持实时监控。部分厂家使用定时采样和定时打包发送数据，每天数据传输6次，发生管网泄漏不能及时发现、且价位较高，同时压力表井内所使用电池易于水淹损坏、更换频繁。

本项目充分利用水厂现有中控设备，对选定的测压点进行设备采购安装使用，每个测压点全套设施费用约0.65万元。

本项目自主研发的物联网窄带远传测压设备，采用压力微变和突变技术能够实时监控管网压力，如出现管网泄漏能够及时的发送压力数据并在平台上发出报警信息、且成本较低。在城市管网流量计井、阀门井等潮湿的环境条件下设备供电是个非常难以解决问题，对此采用了小型旁路发电技术，利用管网水动能进行发电，配合锂电池的电能储存做到长期免维护使用。

5 结束语

智慧水务建设是供水企业发展的方向和趋势。特别是物联网及云平台技术的发展，为解决城市给水管网压力远传监控的智能化提供了技术支撑。本项目的实施能够实时掌控城市供水管网压力变化，解决了压力传送过程中的取电用电难题，数据传输可靠，特别是压力突变报警功能的运用，能够精准分析判断管网漏损点，及时采用应对措施，有效降低产销差。

参考文献：

[1]中国电信物联网开放实验室.中国电信物联网开放平台

_NB-IoT业务对接指导书[Z].2017，12.

[2]中国电信股份有限公司物联网分公司平台运营部.中国电信物联网开放平台_设备能力描述文件profil开发指南[Z].2017，12.

[3]华为技术有限公司.华为IOT解决方案[Z].2016，9.

[4]中国电信股份有限公司物联网分公司.中国电信物联网开放平台API参考[Z].2018，1.