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水資源智慧應用水漲船高 NB-IoT智慧水表全面啟動
新通訊 20184 月號 206 期《 趨勢眺望 》
文.王越
水資源缺乏日益嚴重,提升用水效率包括降低漏水率為政府施政重點,中國也定下2017年公共供水管路漏水率應控制在12%以內。NB-IoT應用於智慧儀表,可以有效解決傳統布線、設備成本、環境要求、耗能等問題,使讀表穩定可靠。
根據中國計量協會資料,中國人均用水量約2,100m3,水資源缺乏日益嚴重。現今供水管路設備老化,技術和管理方法落後,漏水率居高不下:全中國654個城市平均漏水率超過15%,最高達到70%以上,其中農村尤為嚴重。中國「水十條」第三條第九項規定:對使用超過50年和材質落後的供水管路進行更新改造,到2017年,全國公共供水管路漏水率應控制在12%以內;到2020年,控制在10%以內。 

此外,受益於差別式水價全面施行,水務需求得到釋放。在中國國家發展改革委、住房城鄉建設部印發《關於加快建立完善城鎮居民用水階梯價格制度的指導意見》,部署全面實行城鎮居民差別式水價制度。該意見指出:城市原則上要全面實行居民差別式水價制度;具備實施條件的建制鎮也要積極推動。因差別式水價要求抄表即時、定時、成功抄收、資料準確、自動計費等,這些功能都需要智慧水表的輔助才能實現。因此,水務管理從原本人工抄表及管路管理,變成了自動抄表、大數據處、管路供水科學調度系統、地理資訊系統、水壓/水質監測系統等整合式的物聯網綜合管理系統。智慧水表,正是該物聯網系統的核心之一。 

NB-IoT落地助推智慧水表 

NB-IoT已經成為當前最有前景的物聯網技術之一,它可以直接部署於GSM、4G或LTE網路,未來可部署到5G網路,因此NB-IoT網路將占據全球營運商級物聯網的大部分應用。預期低速率廣域網路連接數將占物聯網總連接數的60%左右,就具體應用來看,考慮到NB-IoT技術主要應用在低功耗廣域物聯網通訊領域,結合其對資料時間即時性不敏感的特點,智慧讀表、土壤環境監控、物件追蹤等對環境、耗能具有嚴格要求的領域,將會非常適合。此外,以停車場、路燈、垃圾桶、消防栓等為代表的智慧城市建設,也將成為NB-IoT的典型應用場景。 

NB-IoT應用於智慧儀表,可以有效解決傳統布線、設備成本、環境要求、耗能等問題,使讀表穩定可靠。它與現有4G基地台共用,不占額外網路和資料頻寬,保證傳統業務穩定運行的同時,還能與新興物聯網應用結合。在智慧讀表的應用中,現階段使用GPRS網路發送資料,一個基地台只能同時負載300多個水表,採用NB-IoT技術後,一個基地台可同時承載5萬個水表傳輸的資料。 

生活及農業用水  帶動智慧水表發展潛力  

智慧水表既是水務產業分布最廣泛的基礎資料來源,也是與民眾生活密切聯繫的終端裝置。由於漏水、計量精度低以及管理漏洞,中國水務公司的營業損失比較大。按照中國年均供水量6,000億噸,供水均價人民幣2元/噸,採用智慧水表解決方案可降低5%左右的產銷損失或呆帳,產值約人民幣600億元。 

中國農業用水約占總用水量的70%,鑒於農業領域物聯網技術日漸成熟,新增高效節水灌溉面積的增加,根據公開資料整理,「十三五」期間,中國高效節水灌溉市場每年市場規模有望超過400億元,整個市場規模約為2,440億元。 

圖1 2016~2020年智慧水表產業市場規模及成長趨勢
根據公開資料整理,當前中國智慧水表整體滲透率約22%,年銷量1,500萬台。隨著國家政策的落實以及NB-IoT水表的應用,預測智慧水表將以30%的速度成長,預計未來5年智慧水表市場規模將持續穩定而明顯成長(圖1)。智慧水表強化流量資料擷取,不僅可為水務產業帶來豐富的潛在數據資產,未來還可能與物業管理、配送系統、金融系統等平台進一步整合,發揮無限的可能性。 

智慧水務解決方案架構  

目前也有業界廠商推出智慧水務整體解決方案(圖2),圍繞水公司深化營運需求構建的整套物聯網解決方案,方案包括終端、雲端運算、IoT平台及水務應用等,同時透過上述技術將巨量水務資訊進行採集、分析和處理,幫助水公司提升運營效率。 

圖2 生態智慧水務系統架構
終端設備是物聯網的基礎,透過整合、改造現有水廠設備,使其可控制,包括:智慧水表、水質監測、壓變、流量計、變頻設備等多種水務終端。其中,智慧水表整合NB-IoT標準模組,透過基地台將資訊上傳到雲端IoT平台。IoT平台提供連接、設備、資料管理等多項基礎功能,支援多種水務終端設備快速存取與應用整合。產業應用無需關心終端的物理連接和資料傳輸方式,實現終端物件化管理,平台還提供資料擷取、分類、結構化儲存、用量分析、設定並產生報表等,滿足水務應用的快速開發需求。 

水務應用是該物聯網解決方案產業用戶呈現的上層控制核心,通過IoT平台獲取來自終端層的資料,經由網路層、雲端運算平台,最終形成統一的水務管理資料。在供水管理方面,有變頻設備、調節閥、壓變、場地視訊監控等;在管路監測方面,有水質監測、管路資訊、節水管理、分區計量等;在智慧水表管理方面,有水表基礎資訊管理、計費管理、資料分析等。 

NB-IoT智慧水表系統 

NB-IoT晶片模組供應商芯訊通在蘭州使用的智慧水表中,有效營運1.5萬台,每台水表每2天透過NB-IoT模組向當地水務綜合管理平台發送用水資料,每月總計抄收22.5萬次數據。水表本身具有磁干擾識別、磁簧管技術故障警告等功能,總體待機時間長,有低電壓提示、斷電保護、年限管理等功能,避免傳統無線水表傳輸距離短、功耗大、訊號覆蓋範圍小等缺點。水表記錄資料長期保存,有效期長達10年。 

NB-IoT技術具備終端耗電量低、訊號覆蓋範圍廣、不需自建網路、網路存取簡易等特點,水表可自動化讀表,提升即時性、精確性等,便於差別化費率的精準實施,促進用水效率、節約用水。目前,該智慧水表服務平台除了水表訊息讀取,管路監測等功能,還可以進一步分析出不同群體的用水習慣,及時發現用水異常情況,提升故障處理效率與使用者滿意度,更加有效率地指導供水網路建設和改造,具有全面感測、互聯互通、智慧決策、主動服務等特性。 

中國水表產業已經將NB-IoT技術列入水表產業「十三五」期間重要推廣的應用技術,制定相關標準和技術解決方案,進行大規模推廣前的試營運,推動NB-IoT技術在智慧供水中的應用(圖3)。 

圖3 2017~2022年中國智慧水、氣表連接數預測
資料來源:ABI報告

中國管理相對獨立的自來水公司超過4,000家,大部分自來水廠預算用於供水管路的維修,很難有足夠的資金採購並布設智慧水表系統,因此大部分水表公司研發智慧產品也受限。目前中國水表供應商有600多家,但規模大多有限,因此發展智慧水表的進展並不明顯。不過隨著社會對於智慧水表的需求提升以及政策的支援,能夠提供綜合性能穩定的水表廠商有望逐漸提升產業地位和市場出貨比例。 

(本文作者為芯訊通SIMCom IoT生態高級市場拓展經理)

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