基于NB-loT技术的在线监控在提升计量资产配送闭环管控的实践研究

潘帆

摘要：现有对计量资产的采购到货、验收、检定检测、仓储配送、安装、运行、拆除、资产报废等关键环节的管控，多局限于人工管理或菜单一环节的机械式管理，还未实现全流程的在线监控闭环管控。本文将以仓储配送环节为切入口，探讨了通过NB-IoT技术将电能表配送智能化、闭环化的可能性，为解决计量资产全寿命周期管理提供了一种新的思路，从而规范计量资产集约化管理方式和业务流程，支撑“大营销”体系顺畅运行。

关键词：NB-loT;计量资产全寿命周期管理;电能表配送;在线监控

目前各地供电企业建设完成的初级计量资产配送网络，仅能完成电能表等资产在计量中心库房入库和出库的实时监控，但在配送的末端，从各地计量中心将电表配送至县公司、供电所的过程中，对配送环节的精准安全监控存在空白。为提升计量表计配送环节的规范性与安全性，做到可控可跟踪，避免表计的损坏与遗失，考虑引入基于NB-loT的在线电表配送箱的应用，从而形成闭环的电表配送管控体系，吸取经验进而推广至计量资产全寿命周期管理。

一、电表配送箱如何实现在线监控的必要性

（一）可以有效提高电能表配送效率

传统的配送需要人进行大量数据交接、签名确认等工作，效率低，导致了人力资源的严重浪费。应用智能配送箱不仅可以实现全过程的在线监控，还可以通过主动授权等方式进行保密性管理，记录电表配送的实时信息，减少人工提高配送效率。

（二）可以有效提升电表配送安全性以及稳定性

电表在线监控配送箱的主要作用之一是杜绝配送环节可能发生丢表、人为调换等资产安全隐患的发生，提升资产配送环节的安全性和稳定性。

（三）实现计量资产的全寿命周期管控

智能配送箱不仅可用于配送，还可应用至设备安装、设备拆除、资产报废等全寿命周期关键环节，提升电力企业资产管理效益。

二、NB-loT模块及通信技术在配送箱上的应用，如何分步实现

基于NB-loT的在线监控配送箱研发涉及到的技术有：NB-loT通信技术、串行通信技术、GPS定位寻址技术等。

（一）NB-loT通信技术

窄带物联网NB-loT己成为万物互联网络的一个重要分支。NB-loT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。它支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。NB-loT的四个优势：超强覆盖、超低功耗、超低成本、超大连接。（见图1）

NB-loT是一个空中接口标准，这个标准主要是在终端与基站eNB之间的约定，包括物理层与数据链路层的一些设计规定。考虑到与LTE的兼容性，NB-loT标准与LTE的空口标准有很多相似之处。比如NB-loT沿用LTE定义的频段号，Release13为NB-IoT指定了14个频段。NB-loT的多址技术，上行采用SC-FDMA，下行采用OFDMA;下行发射功率为43dBm，上行为23dBm。调制方式以QPSK和BPSK为主。Release13 NB-loT仅支持FDD半双工type-B模式，FDD意味着上行和下行在频率上分开，半双工意味着UE不会同时处理接收和发送。

（二）串行通信技术

串行通信是指将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度，其只需少数几条线就可以在系统间交换信息。

在串行通信中，不论是发送还是接收，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。在TTL标准表示的二进制数中，传输线上高电平表示二进制l，低电平表示二进制0，且每一位持续时间是固定的，由发送时钟和接收时钟的频率决定。

1.发送时钟

发送数据时，先将要发送的数据送入移位寄存器，然后在发送时钟的控制下，将该并行数据逐位移位输出。通常是在发送时钟的下降沿将移位寄存器中的数据串行输出，每个数据位的时间间隔由发送时钟的周期来划分。

2.接收时钟

在接收串行数据时，接收时钟的上升沿对接收数据采样，进行数据位检测，并将其移入接收器的移位寄存器中，最后组成并行数据输出。

3.波特率因子

接收时钟和发送时钟与波特率有如下关系：F=n×B这里F是发送时钟或接收时钟的频率;B是数据传输的波特率;n称为波特率因子。设发送或接收时钟的周期为Te，频率为F的位传输时间为Td，则：Tc=I/F，Td=1 /B得到：Tc-Td/n。在实际串行通信中，波特率因子可以设定。在异步传送时，n=l，16，64，实际常采用n=16，即发送或接收时钟的频率要比数据传送的波特率高n倍。在同步通信时，波特率因子n必须等于l。

（三）GPS定位寻址技术

GPS定位技术的基本原理是将GPS接收机接收到的信号经过误差处理后解算得到位置信息，再将位置信息传给所连接的设备，连接设备对该信息进行一定的计算和变换后传递给移动终端，实现定位。

在移动通信网络中，一是基于Cell ID的定位技术;二是基于AFLT、的三角定位法算出具体位置的定位技术;三是基于AGPS（无线网络辅助GPS定位技术）的定位技术。

广域GPS卫星参考网络由多个高灵敏度GPS接收机组成，负责全天候监测覆盖区域上空所有GPS卫星的星历数据、多普勒频移等定位所需信息，动态刷新存储于定位平台中的GPS卫星数据库（卫星数据与地理位置对应关系）。终端只有在需要定位时才通过无线网络向定位平台通报大概位置，然后通过定位平台获得GPS卫星信息，从而大大缩短卫星捕获时间，大幅度降低耗电。

三、应用后达成的管理效果

在电力企业建设泛在电力物联网的重要背景下，将NB -IoT技术应用到智能电表配送箱符合发展需求方向。在供电公司的配送箱應用中，班员在资产班二级库房领取新表，使用配送箱带到现场进行故障表的更换作业;拆回的故障表，同步置换至配送箱中，最后由班组临时保存至周转柜;表计对应明确，不可能发生换错表的风险。原有的配送方式分则直接将电表领出送到对应供电所的周转柜内;或从供电所配送拆回的电能表回至二级库房，这两种方式电能表部是直接摆放在裸露表框中运输，不安全。曾为了保障电表的配送过程安全，尝试过在配送车辆上安装摄像头对电表进行监控，但效果不理想。一是摄像头无法避免的有拍摄盲区;二是配送的效率低，往往都需要调整摄像头角度来拍摄交接单签字过程;三是配送过程摄像头的录像视频资料偏多，无人进行归档存储管理。

使用了基于NB-IoT的在线监控配送箱测试后，配送员仅需按照规划好的路径行进，到达供电所后，接收人使用自己的账号开箱取出电表即可，减少了大量的交接环节时间。整个配送的过程和配送路径，资产班或高级权限人员都可以随时查看路径及领用记录。配送箱的实时寻址、地理位置核查、开关时间、远程开箱，这些功能都一定程度上减少了电表遗失或者是被盗的风险。使用配送箱实现在线监控，也因省去中间环节提高了效率，有利于资产全寿命周期管理。

四、结束语

2019年国网公司“两会”提出了建设泛在电力物联网的工作要求，其中电表、计量终端作为泛在电力物联网感知层的重要组成部分，关系到公司的生产利益。在这种背景下，针对电表、终端的配送末端环节，研发并应用基于NB-IoT的在线监控配送箱，不仅保护了计量资产，更是与泛在电力物联网内涵高度契合的业务应用。

从智能管理、信息物联、安全防护三方面客观需求着手，研制基于NB-IoT的在线监控配送箱并在市公司开展试点应用，在总结试点工作成果的基础上，形成公司计量资产末端配送的管理实施细则。进而可延伸到所有县公司的电表配送使用，做到统一的监控管理，彻底杜绝电表资产遗失或被篡改的可能，以此来推动配送与拆回电表及终端的安全稳定可控。将来还可将NB -IoT技术延伸扩展至计量资产全寿命周期管理的各个环节，实现全自动在线监控的闭环管控模式。

参考文献：

[1]戴博，袁弋非，余媛芳.窄带物联网（NB-IoT）标准与关键技术[M].人民邮电出版社，2016，11.

[2]解运洲.NB-IoT技术详解与行业应用[M].科学出版社，2017，08

[3]董骁，张华，许有军，王峰，张丹，董雷刚.基于nb-iot技术的监测管理系统的研究[J]福建电脑，2018 （3）