基于窄带物联网的智慧燃气抄表系统的流程设计及功能实现

刘松涛，郭 敏，戴 绘，胡 静

(1.天津市赛达燃气有限公司 天津 300385；2.天津城建大学 天津 300384)

1 燃气智慧抄表系统建设构想的提出

目前很多燃气公司的工商业用户都安装着各类型燃气贸易计量表，通常以皮膜表、罗茨流量计、涡轮流量计和超声波流量计为主，用以计量作为贸易结算依据，这之中有很多老旧表型因无法安装数据采集终端，故无法进行远程数据采集，需要人工去现场抄表。以天津市赛达燃气有限公司为例，工商业用气范围包括天津市西青经济技术开发区、天津经济技术开发区微电子工业区、天津腾达工业园、大寺工业园及西青经济技术开发区区内企业及周边饭店等共计700 余户[1]，还有相当数量的老、旧表型需要人工抄表，主要存在以下问题：

①人工手动抄表劳动强度大、效率低，已不能适应企业管理现代化的要求。

②抄表员现场手动抄表并计算用气量，存在用气量计算错误的可能性。

③抄表员现场抄表后，一般都是几天甚至一直到全部抄表完成后将所有抄表结算单集中给财务，如果每月抄表周期持续到整月，月底会导致财务工作量剧增，而且燃气用户往往也不能在当月取到发票及时结算完毕，常常引发矛盾。

④抄表周期持续到整月，营业报表统计人员工作量也剧增，气量报表和营业报表不能及时统计出来，会直接影响到公司气量调配和向行业主管部门(如燃气处)或上级单位的及时报送。

⑤每月一些燃气工商业用户常常会有变动，这些变动会直接影响到计量表数量、表型、量程的变动，如果不能及时反馈给计量管理人，常常会导致计量误差及计量维修不及时。

针对以上比较突出的问题，基于成熟的物联网技术和云计算技术[2]，提出建设一套基于窄带物联网(NB-IoT)网络的智慧抄表系统，既能减少各部门工作量、提升工作效率，又能实现利用一套系统将所负责部门串联起来管理的目标。

2 智慧抄表系统的建设目标

在公司现有信息化基础上，以成熟的数据库管理技术、计算机和通信技术为主要手段，采用构件化技术[3]，使应用系统具有相应的独立性，各子系统能具有通用性，能够适应抄表结算流程中各个环节的个性化要求。

搭建NB-IoT 网络的智慧抄表系统，最终实现如下管理目标：

①选择一款集扫码、识别计量表数据、数据手动录入、自主计算本月用气量、打印气量结算单、数据实时上传到智慧抄表系统的硬件设备。

②抄表员现场抄表后，用气量数据实时上传到智慧抄表系统，智慧抄表系统和开票系统(航天金税或百旺金税系统)对接，财务人员能实时收到数据，核实自动生成的发票，如果无误，即可实现批量打印，极大提升实时开票效率。

③抄表完成，气量报表和营业报表自动生产，即可直接向公司、行业主管部门(如燃气处)或上级单位报送。

④每月一些燃气工商业用户燃气计量表的故障，会直接反馈到计量管理人员，以便及时跟进维修；对表型的数量、量程的变动，客服人员会及时反馈到计量管理人员，因此计量表的维修、检定、更改等信息计量管理会及时在系统更新，随时掌握计量情况。

综上可知，智慧燃气抄表系统主要由两大板块组成：基于andorid 系统的移动端抄表系统、电脑端业务系统。

移动端抄表系统需要实现真正意义的移动抄表，利用移动网络实现数据的无线传输、自动同步与存储、未抄表信息的自动派发等功能。主要包括操作用户身份认证、待抄表数据查询、抄表数据录入、抄表数据查询、抄表数据修改、扫码及打印。

电脑端主要功能包括抄表管理、统计分析、缴费管理、系统管理、权限管理和控制面板等。

3 智慧燃气抄表系统流程设计

根据智慧燃气抄表系统建设目标及公司相关部门职责、权限、抄表流程，设计抄表过程中信息的传递、处理流程，强化计算机在抄表过程中的作用，降低人员的不必要劳动，把人员工作重心从信息传递、整理、计算等向节点把控、流程监管方面转移，简化工作流程，降低人员劳动强度，提高工作效率。

智慧燃气抄表系统主要针对工商业用户的抄表流程管理，涉及到的业务部室有管网运行部、客户服务中心、财务部、技术设备部，抄表流程及各部室职责如图1 所示。

图1 抄表流程及各部室职责Fig.1 Meter reading process and responsibilities of each department

工业用户抄表流程主要为抄表、结算、开票收费、表具管理4 个环节，其中管网运行部负责抄表管理与表具巡检工作，负责收集表具计量数据及表具异常信息，将计量数据移交至客户服务中心，将表具异常信息移交至技术设备部。客户服务中心主要负责用户管理，包括企业开户、注销、气量核算(企业用气量、气量报表、燃气价格)等数据管理，并将核算后的企业用气量移交至财务部。财务部在收到气量数据后进行费用核算和开票工作，具体包括收费管理和发票管理。技术设备部负责表具管理，主要包括表具维修、表具检定、计量纠纷处理等工作。

4 智慧燃气抄表系统平台搭建

智慧燃气抄表系统总体按照3 层架构搭建，包括数据来源、数据资源平台、数据应用3 部分。数据来源层提供采集抄表系统所需数据，提交至数据资源平台层进行解析、计算、转储等一系列操作[4]，最终由数据应用层对数据进行分区展示、统计。整个流程所需的硬件设备包括移动抄表终端、数据处理服务器、应用服务器以及交换机。其中移动抄表终端由抄表人持有，数据处理服务器、应用服务器以及交换机均设置于公司机房内。智慧燃气抄表系统平台架构如图2所示。

图2 智慧燃气抄表系统平台架构图Fig.2 Architecture diagram of intelligent gas meter reading system platform

4.1 数据来源

智慧燃气抄表系统基础数据获取主要有用户数据、表具数据与气价数据3 部分组成。

用户数据主要包括企业信息、表具型号、表具状态、检表周期、开票信息6 项内容，在系统建立初期录入到智慧燃气抄表系统中。其中表具状态有正常、禁用2 种状态，由管网运行部现场确认后转至技术设备部进行实时更正，检表周期由技术设备部根据表具类型设置周期进行检定信息录入。

表具数据主要包括负荷数据和异常数据，即表具正常计量数据及表具异常计量数据2 种。表具计量数据是费用结算的依据，通过移动抄表机与智能远传抄表终端获取。表具异常数据来源有2 种，一是巡线人员或企业人员现场抄表或巡检过程中发现表具或计量数据异常，二是由技术设备部后台监控数据分析得到。

气价数据主要是指燃气价格及价格调整、调整时间，近几年北方地区每年采暖期燃气价格都会上调，非采暖期下调。

4.2 数据资源平台

智慧燃气抄表系统数据资源平台主要由数据采集、数据存储和数据服务3 部分构成。

4.2.1 数据采集

数据采集部分数据来自抄表员持有的移动抄表机，数据采集终端的数据上传，燃气用户新建、注销申请，共3 种渠道。

抄表员手持的移动抄表机与数据采集终端都是用于采集表具计量数据的设备，其中移动抄表机采集数据后通过4G 网络传输到抄表管理平台，数据采集终端通过NB-IoT 网络将采集到的数据发送到抄表管理平台，燃气用户新建、注销申请表为用户信息数据采集渠道，由客户服务中心负责数据采集整理，并同步更新至智慧燃气抄表系统。

4.2.2 数据存储

数据采集传输到抄表管理平台的数据通过光纤和核心交换机将数据传输到数据处理服务器，完成对数据的解析，并根据功能需求对数据进行分类、计算后将数据转储至6 大数据集市：抄表数据分析、表具检定周期、企业开票收费、异常数据报警、表具状态、供销差分析，为相应的功能分区提供数据支撑。以异常数据报警集市为例，异常数据报警分为用气异常数据报警、表具校正仪电池电量不足报警2 部分。气量异常数据报警以企业用气负荷、用气压力、用气温度等历史数据为基础，当有一定幅度偏离历史规律曲线时对数据进行判断或报警，管理人员通过电脑、手机APP 或综合大屏等方式查看数据，并根据报警数据进行相应处置。智慧燃气抄表系统报警界面如图3所示。

图3 智慧燃气抄表系统报警界面Fig.3 Alarm interface of intelligent gas meter reading system

4.2.3 数据服务

数据服务层主要为数据应用及展示提供技术服务，通过移动服务端接口、系统服务端接口进行传输，数据可视化分析工具将所获取的数据进行展示。

智慧燃气抄表系统的数据来源主要包括PC 端用户基础数据及移动端表具基础数据，根据系统数据来源特点，数据服务层建立移动服务端接口、系统服务端接口，完成移动端与PC 端的数据访问、交互，并通过数据可视化分析工具绘制各类报表、图形，完成数据的展示功能。

4.3 数据应用

应用服务器根据业务需求从数据资源平台中调取相关数据，并通过数据服务层的可视化分析工具完成数据层的应用功能。智慧抄表燃气系统数据应用分为PC 端和移动端2 部分。

4.3.1 PC 端业务系统

PC 端业务系统最终实现的应用功能包括：控制面板、抄表管理、开票缴费、统计分析、表具管理、系统管理、权限管理。

①控制面板。用户登录业务系统可自定义“我的桌面”显示内容，方便查看。

②抄表管理。分为表具基础信息管理、抄表记录和进销差管理3 部分，其中表具基础信息管理包括设备类别管理、抄表区域管理、企业用户管理。

③开票缴费。包括发票管理、一键式发票打印及缴费管理，当缴费周期涉及到燃气价格调整时，可通过设置调价日期、调整价格自动计算应交燃气费用。

④统计分析。年、月用气报表及进销差统计。

⑤表具管理。包括表具检定记录、表具维修记录、表具检定提醒、表具台账；抄表记录业务包括表具初始化功能和抄表记录管理。

⑥系统管理。包括基本信息和数据字典，基本信息包括系统配置、系统日志、系统异常；数据字典包括公司组织架构、行政区域管理、公司职位设置。

⑦权限管理。包括用户角色的录入、查询、管理权限的设置。

4.3.2 移动端抄表系统

移动端抄表系统主要应用功能有移动端登录、待抄表查询、移动抄表、查阅抄表数据、修改抄表数据、扫码、打印、自动升级、注销登录。

①移动端登录。抄表人员打开手机移动抄表APP，输入用户名、密码登录，进行用户名密码验证。

②待抄表数据查询。可查看本月待抄表数据。

③移动抄表。进入数据展示页面，并点击“执行抄表”，跳转至数据录入页面录入表数。

④查阅抄表数据。可查看本月抄表数据。

⑤修改抄表数据。进入数据查询页面，可查询抄表历史记录，抄表员可修改未审核的抄表数据。

⑥扫码、打印。扫码是给每台表具编码，用户通过手持移动端扫码直接调取该表信息；抄表员完成并确认无误后，用户通过手持移动端自带的蓝牙打印机，点击“打印”按钮打印抄表数据小票给用户。

⑦自动升级。系统自动检测APP 是否需要升级，如需升级，则自动下载安装包并安装应用程序，如不需要升级，则进入登陆页面。用户也可以登录APP 之后前往个人中心手动检查更新并升级应用程序。

⑧注销登录。系统注销之后，需重新登录才能使用系统功能。

5 建设意义

抄表结算作为燃气公司运营最为重要的流程之一，智慧化抄表系统也是燃气公司建立智慧燃气系统的重要组成部分，其主要建设意义如下：

①规范抄表流程，通过电子化办公流程降低人员工作强度，提高人员工作效率，减少人工抄表误差，缩短抄表结算周期的同时，提高数据获取、传递的准确性。

②基于NB-Iot 网络实现表具数据的远传采集，周期性采集表具计量数据，结合燃气价格信息、企业开票信息实现智慧化缴费管理，解决因燃气价格波动造成的结算困难。