基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能水表會(huì)是怎樣的

聯(lián)網(wǎng)智能電表的前景已經(jīng)討論了多年，許多公用事業(yè)單位已經(jīng)使用移動(dòng)讀表解決方案多年，但只有少數(shù)公司開(kāi)始認(rèn)真研究固定網(wǎng)絡(luò)連接的實(shí)施，特別是在北美和歐洲。無(wú)線連接被更廣泛地視為一個(gè)關(guān)鍵的促成因素，但可用的技術(shù)范圍很廣，不同形式的計(jì)量有特定的要求，使它們更適合于特定的無(wú)線技術(shù)。

LoRa聯(lián)盟解釋了為什么低功率廣域網(wǎng)（LPWAN）具有水表項(xiàng)目所需的屬性。

根據(jù)ABI Research的研究，到2026年，全球水務(wù)公用事業(yè)網(wǎng)的數(shù)字化將導(dǎo)致全球安裝4億個(gè)智能水表。這說(shuō)明了全球水表市場(chǎng)的巨大規(guī)模，并闡明了水表將收集和傳輸?shù)拇罅繑?shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的管理將很復(fù)雜，并且涉及巨大的數(shù)據(jù)管理和分析功能。

重要的是，這些都不是免費(fèi)的。云計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)連接水表到管理系統(tǒng)的能力都是要付出代價(jià)的，供水企業(yè)需要仔細(xì)平衡所產(chǎn)生的價(jià)值和所發(fā)生的費(fèi)用。

這種基于設(shè)備的智能減少了發(fā)送大量無(wú)關(guān)信息的需要，也減少了無(wú)意義地存儲(chǔ)和分析這些數(shù)據(jù)的需要。同時(shí)，如果使用水表來(lái)識(shí)別緊急問(wèn)題，如泄漏或智能閥門因操作原因需要關(guān)閉，則需要通過(guò)可靠的網(wǎng)絡(luò)安全、快速地優(yōu)先處理和傳達(dá)該信息和該命令，以便迅速采取行動(dòng)。

為什么水與其他公用事業(yè)不同

供水的傳統(tǒng)和關(guān)鍵需要是地方當(dāng)局而不是國(guó)家當(dāng)局的責(zé)任。盡管也有例外，特別是在非洲，美國(guó)、歐洲、印度和中國(guó)的水務(wù)公司都是高度本地化的企業(yè)。這使得水務(wù)行業(yè)比其他公用事業(yè)更加分散。

供水工具在計(jì)量數(shù)據(jù)管理（MDM）平臺(tái)中需要特定的功能，例如更靈活地?cái)U(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，并在水質(zhì)量、泄漏檢測(cè)和壓力等領(lǐng)域集成到供水系統(tǒng)中。其他要求是電池壽命長(zhǎng)、深度覆蓋和安全性非常強(qiáng)，價(jià)格實(shí)惠。

如何釋放更高的效率

早期的部署已經(jīng)采用了自動(dòng)抄表（AMR），使用移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備以步行或駕車方式收集數(shù)據(jù)，這在某些市場(chǎng)有時(shí)與AMI相混淆。這里的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別是，AMR解決方案只提供一組基本的儀表數(shù)據(jù)上行鏈路，幾乎不提供實(shí)時(shí)報(bào)警，因此所收集的服務(wù)、分析和數(shù)據(jù)質(zhì)量與AMI非常不同，AMI定期以最新信息傳遞更多的儀表數(shù)據(jù)和報(bào)警。

AMI使公用事業(yè)公司可以從改進(jìn)的數(shù)據(jù)粒度中獲得更大的收益。例如，可以每隔十分鐘收集一次數(shù)據(jù)，并每天進(jìn)行傳輸。自來(lái)水公司可以通過(guò)需求分析，確定漏水以減少非收入水來(lái)改善運(yùn)營(yíng)。

根據(jù)Birdz在法國(guó)大里昂Eau du Grand Lyon的智能水部署結(jié)果，這釋放了巨大的價(jià)值，因?yàn)槭褂肁MI的智能計(jì)量可以在四年內(nèi)使公用事業(yè)的運(yùn)行效率提高8%到10%。

對(duì)于尚未過(guò)渡到遠(yuǎn)程監(jiān)控模型的自來(lái)水公司，由于安裝簡(jiǎn)便且速度快，LPWAN連接是顯而易見(jiàn)的選擇。對(duì)于那些偏愛(ài)AMR，F(xiàn)SK調(diào)制，ZigBee或Bluetooth的公用事業(yè)公司，它們是可選項(xiàng)，但需要大量的人力和車隊(duì)投資。真正的希望在于自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以以最少的人工干預(yù)收集，傳輸，分析儀表數(shù)據(jù)并啟用下行鏈路命令。

在不同的LPWA網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部

LPWAN之所以被水務(wù)公司選中，是因?yàn)樗Y(jié)合了非常長(zhǎng)的距離（以英里為單位）和深地下和室內(nèi)滲透，以及長(zhǎng)達(dá)20年的電池壽命。這一領(lǐng)域還有幾個(gè)不同的LPWAN選項(xiàng)，如窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT），Sigfox和LoRaWAN，見(jiàn)下圖。

對(duì)于數(shù)據(jù)有效負(fù)載相對(duì)較低、很少需要低延遲或高質(zhì)量服務(wù)的水表應(yīng)用，顯然Sigfox和LoRaWAN提供了水務(wù)行業(yè)所需的范圍、電池壽命、覆蓋能力、部署方便性和成本效率。這些技術(shù)之間有許多共同點(diǎn)，但存在差異，應(yīng)該仔細(xì)考慮。

廣泛的開(kāi)發(fā)者生態(tài)系統(tǒng)

選擇的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是技術(shù)和生態(tài)系統(tǒng)的成熟度，可以提供更多的應(yīng)用程序和設(shè)備數(shù)量選擇。

公共LPWAN與私有LPWAN

在公共，私人或混合商業(yè)模式之間進(jìn)行選擇的靈活性使自來(lái)水公司能夠找到最合適的選擇。與這些網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的大量部署和成熟的經(jīng)驗(yàn)，使公用事業(yè)可以從其他公用事業(yè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中評(píng)估公共LPWAN與私有LPWAN的收益，還可以了解建立，購(gòu)買或共享，連接之間的優(yōu)點(diǎn)。

該決定將取決于供水公司的需求。如果他們重視擁有專用網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)（如果其安裝的基礎(chǔ)覆蓋了一個(gè)可管理的區(qū)域并且具有先期的資本支出能力），那么建立專用網(wǎng)絡(luò)就很有意義。但是，對(duì)于某些自來(lái)水公司而言，網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)雜性，產(chǎn)品選擇的挑戰(zhàn)以及網(wǎng)絡(luò)管理的負(fù)擔(dān)將更易于根據(jù)服務(wù)模型外包給專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供商。

長(zhǎng)期維護(hù)安全

另一個(gè)重要因素是安全。水表需要安全，以保護(hù)用戶信息和供水商免受欺詐活動(dòng)的影響，但也許更重要的是，水表不提供網(wǎng)絡(luò)罪犯進(jìn)入企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的安全弱點(diǎn)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)椴⒎撬蠰PWAN的設(shè)計(jì)都符合計(jì)量的低功耗，低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性和高可擴(kuò)展性的一般設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以及一方面針對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和針對(duì)最終用戶應(yīng)用的單獨(dú)安全密鑰。 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是相互認(rèn)證，完整性保護(hù)和機(jī)密性。

公用事業(yè)如何使用LoRaWAN

有一種無(wú)需許可的LPWAN技術(shù)可以解決這里提到的所有問(wèn)題 - LoRaWAN。解決方案已經(jīng)被多個(gè)自來(lái)水公司使用，并且解決方案不斷發(fā)展，現(xiàn)在存在許多成功部署的示例。例如，在西班牙，當(dāng)?shù)毓檬聵I(yè)公司FACSA在Castellon de la Plana地區(qū)部署了20，000水表。該項(xiàng)目由IoTsens代表FACSA實(shí)施，F(xiàn)ACSA管理著70多個(gè)城市的水控制和跟蹤，為400萬(wàn)以上的居民提供服務(wù)，并通過(guò)LoRaWAN和通過(guò)運(yùn)行的服務(wù)器將不同的水表連接到IoTsens云平臺(tái)。

實(shí)施過(guò)程從涉及600個(gè)智能水表的概念驗(yàn)證開(kāi)始，并發(fā)展到當(dāng)前全面部署的第二步，其中包括將20，000個(gè)水表連接到MultiTech的IP67戶外LoRaWAN網(wǎng)關(guān)。 IoTsens解決方案由一種遠(yuǎn)程讀取儀表的集成方法組成，該儀表可以近乎實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)程自動(dòng)收集數(shù)據(jù)。 而且，該系統(tǒng)可以使用一個(gè)通信平臺(tái)與七個(gè)不同品牌的電表配合使用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的快速有效管理。

在澳大利亞，LoRaWAN的公共運(yùn)營(yíng)商N(yùn)NNco已開(kāi)始在黃金海岸地區(qū)部署用于連接170，000水表的網(wǎng)絡(luò)，這說(shuō)明了城市如何看到可用于IoT的技術(shù)的好處。

另一個(gè)例子是，英國(guó)電信向區(qū)域供水公司諾森布里亞供水公司（Northumbrian water）提供其LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)。BT在該公司的網(wǎng)絡(luò)中安裝了大約150個(gè)傳感器來(lái)收集有關(guān)水流、壓力和質(zhì)量等因素的數(shù)據(jù)。選擇該技術(shù)是因?yàn)樗軌蜷L(zhǎng)時(shí)間支持長(zhǎng)距離電池供電的長(zhǎng)壽命設(shè)備。

數(shù)百萬(wàn)規(guī)模水表的部署

大型電信運(yùn)營(yíng)商致力于LoRaWAN大型項(xiàng)目。Nova Veolia及其子公司Birdz是智慧城市能源消耗遠(yuǎn)程計(jì)量的先驅(qū)，他們正在與Orange合作，以幫助他們數(shù)字化Veolia在法國(guó)與水有關(guān)的服務(wù)。他們的目標(biāo)是到2027年實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程讀取70%的水表的交易，屆時(shí)將有超過(guò)300萬(wàn)水表連接到公共LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了30，000多個(gè)城市和法國(guó)大都市人口的95%。

在美國(guó)，Neptune技術(shù)集團(tuán)正在與本地網(wǎng)絡(luò)提供商Senet和Comcast合作開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)解決方案，該解決方案旨在加速針對(duì)AMI的智慧城市項(xiàng)目。該解決方案將LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)與Neptune的水表和傳感器結(jié)合在一起。

未來(lái)考慮

無(wú)線連接智能水表正在為全球的水供應(yīng)商釋放巨大的效率提升，并且隨著許多地方的供水變得越來(lái)越受限，將需要對(duì)過(guò)量使用進(jìn)行更嚴(yán)格的控制，限制泄漏以及可能需要更靈活地為水收費(fèi)的機(jī)制。自來(lái)水公司和大型連通性合作伙伴承諾部署數(shù)百萬(wàn)個(gè)智能水表進(jìn)行部署，這種部署從現(xiàn)在開(kāi)始一直持續(xù)數(shù)年，使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年，這表明，選擇連通性是一項(xiàng)長(zhǎng)期的決定，需要水務(wù)公司和水表供應(yīng)商仔細(xì)評(píng)估水表的設(shè)計(jì)針對(duì)未來(lái)可能的業(yè)務(wù)需求和挑戰(zhàn)。

在考慮到未來(lái)20年的情況下，這樣做需要關(guān)注整個(gè)行業(yè)的趨勢(shì)，而不是具體的短期問(wèn)題。普遍的主題是需要使用儀表數(shù)據(jù)來(lái)防止浪費(fèi)水，需要靈活地和更高的頻率為水消耗付費(fèi)，并且持續(xù)需要在成本上具有競(jìng)爭(zhēng)力。

選擇可由水務(wù)公司長(zhǎng)期控制的連接至關(guān)重要，或者至少選擇一種技術(shù)和供應(yīng)商，能夠證明對(duì)水務(wù)行業(yè)的了解，并能夠在水表的使用壽命期間提供設(shè)備軟件和固件的空中升級(jí)。

供水行業(yè)仍然高度分散，本地組織為客戶管理供水。但是，市場(chǎng)上已經(jīng)存在并且將繼續(xù)進(jìn)行大量的合并和收購(gòu)活動(dòng)，因此一個(gè)真正適合未來(lái)的智能計(jì)量解決方案將需要準(zhǔn)備好與未來(lái)可能成為同一集團(tuán)一部分的其他組織采用的不同系統(tǒng)和方法集成。

從根本上說(shuō)，水務(wù)公司需要一種成本效益高、健壯、可靠、永久、安全、易于安裝的無(wú)線技術(shù)，以支持其業(yè)務(wù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，他們肯定會(huì)長(zhǎng)期支持該技術(shù)及其合作伙伴。 LPWAN解決方案比蜂窩連接或RF專有技術(shù)更能打動(dòng)水務(wù)行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，并具有將它們定位為未來(lái)所需的連接的優(yōu)勢(shì)。

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