專注于為供水行業提供智能計量,壓力控制

泄漏監測,數據集成的漏損管控解決方案

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基于物聯網技術的智能水表會是怎樣的

2020-08-11 18:43:04

  聯網智能電表的前景已經討論了多年,許多公用事業單位已經使用移動讀表解決方案多年,但只有少數公司開始認真研究固定網絡連接的實施,特別是在北美和歐洲。無線連接被更廣泛地視為一個關鍵的促成因素,但可用的技術范圍很廣,不同形式的計量有特定的要求,使它們更適合于特定的無線技術。

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

  根據ABI Research的研究,到2026年,全球水務公用事業網的數字化將導致全球安裝4億個智能水表。這說明了全球水表市場的巨大規模,并闡明了水表將收集和傳輸的大量數據。這些數據的管理將很復雜,并且涉及巨大的數據管理和分析功能。

  重要的是,這些都不是免費的。云計算資源和網絡連接水表到管理系統的能力都是要付出代價的,供水企業需要仔細平衡所產生的價值和所發生的費用。

  這種基于設備的智能減少了發送大量無關信息的需要,也減少了無意義地存儲和分析這些數據的需要。同時,如果使用水表來識別緊急問題,如泄漏或智能閥門因操作原因需要關閉,則需要通過可靠的網絡安全、快速地優先處理和傳達該信息和該命令,以便迅速采取行動。

  為什么水與其他公用事業不同

  供水的傳統和關鍵需要是地方當局而不是國家當局的責任。盡管也有例外,特別是在非洲,美國、歐洲、印度和中國的水務公司都是高度本地化的企業。這使得水務行業比其他公用事業更加分散。

  供水工具在計量數據管理(MDM)平臺中需要特定的功能,例如更靈活地擴大網絡覆蓋范圍,并在水質量、泄漏檢測和壓力等領域集成到供水系統中。其他要求是電池壽命長、深度覆蓋和安全性非常強,價格實惠。

  如何釋放更高的效率

  早期的部署已經采用了自動抄表(AMR),使用移動無線電設備以步行或駕車方式收集數據,這在某些市場有時與AMI相混淆。這里的一個關鍵區別是,AMR解決方案只提供一組基本的儀表數據上行鏈路,幾乎不提供實時報警,因此所收集的服務、分析和數據質量與AMI非常不同,AMI定期以最新信息傳遞更多的儀表數據和報警。

  AMI使公用事業公司可以從改進的數據粒度中獲得更大的收益。例如,可以每隔十分鐘收集一次數據,并每天進行傳輸。自來水公司可以通過需求分析,確定漏水以減少非收入水來改善運營。

  根據Birdz在法國大里昂Eau du Grand Lyon的智能水部署結果,這釋放了巨大的價值,因為使用AMI的智能計量可以在四年內使公用事業的運行效率提高8%到10%。

  對于尚未過渡到遠程監控模型的自來水公司,由于安裝簡便且速度快,LPWAN連接是顯而易見的選擇。對于那些偏愛AMR,FSK調制,ZigBee或Bluetooth的公用事業公司,它們是可選項,但需要大量的人力和車隊投資。真正的希望在于自動化系統,該系統可以以最少的人工干預收集,傳輸,分析儀表數據并啟用下行鏈路命令。

  在不同的LPWA網絡內部

  LPWAN之所以被水務公司選中,是因為它結合了非常長的距離(以英里為單位)和深地下和室內滲透,以及長達20年的電池壽命。這一領域還有幾個不同的LPWAN選項,如窄帶物聯網(NB-IoT),Sigfox和LoRaWAN,見下圖。

  對于數據有效負載相對較低、很少需要低延遲或高質量服務的水表應用,顯然Sigfox和LoRaWAN提供了水務行業所需的范圍、電池壽命、覆蓋能力、部署方便性和成本效率。這些技術之間有許多共同點,但存在差異,應該仔細考慮。

  廣泛的開發者生態系統

  選擇的另一個標準是技術和生態系統的成熟度,可以提供更多的應用程序和設備數量選擇。

  公共LPWAN與私有LPWAN

  在公共,私人或混合商業模式之間進行選擇的靈活性使自來水公司能夠找到最合適的選擇。與這些網絡相關的大量部署和成熟的經驗,使公用事業可以從其他公用事業的實際經驗中評估公共LPWAN與私有LPWAN的收益,還可以了解建立,購買或共享,連接之間的優點。

  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絡的控制權(如果其安裝的基礎覆蓋了一個可管理的區域并且具有先期的資本支出能力),那么建立專用網絡就很有意義。但是,對于某些自來水公司而言,網絡配置的復雜性,產品選擇的挑戰以及網絡管理的負擔將更易于根據服務模型外包給專業的網絡基礎設施提供商。

  長期維護安全

  另一個重要因素是安全。水表需要安全,以保護用戶信息和供水商免受欺詐活動的影響,但也許更重要的是,水表不提供網絡罪犯進入企業網絡的安全弱點。這一點很重要,因為并非所有LPWAN的設計都符合計量的低功耗,低實現復雜性和高可擴展性的一般設計標準,以及一方面針對網絡運營商和針對最終用戶應用的單獨安全密鑰。 另一個優點是相互認證,完整性保護和機密性。

  公用事業如何使用LoRaWAN

  有一種無需許可的LPWAN技術可以解決這里提到的所有問題 - LoRaWAN。解決方案已經被多個自來水公司使用,并且解決方案不斷發展,現在存在許多成功部署的示例。例如,在西班牙,當地公用事業公司FACSA在Castellon de la Plana地區部署了20,000水表。該項目由IoTsens代表FACSA實施,FACSA管理著70多個城市的水控制和跟蹤,為400萬以上的居民提供服務,并通過LoRaWAN和通過運行的服務器將不同的水表連接到IoTsens云平臺。

  實施過程從涉及600個智能水表的概念驗證開始,并發展到當前全面部署的第二步,其中包括將20,000個水表連接到MultiTech的IP67戶外LoRaWAN網關。 IoTsens解決方案由一種遠程讀取儀表的集成方法組成,該儀表可以近乎實時地遠程自動收集數據。 而且,該系統可以使用一個通信平臺與七個不同品牌的電表配合使用,以實現對其供應網絡的快速有效管理。

  在澳大利亞,LoRaWAN的公共運營商NNNco已開始在黃金海岸地區部署用于連接170,000水表的網絡,這說明了城市如何看到可用于IoT的技術的好處。

  另一個例子是,英國電信向區域供水公司諾森布里亞供水公司(Northumbrian water)提供其LoRaWAN網絡。BT在該公司的網絡中安裝了大約150個傳感器來收集有關水流、壓力和質量等因素的數據。選擇該技術是因為它能夠長時間支持長距離電池供電的長壽命設備。

  數百萬規模水表的部署

  大型電信運營商致力于LoRaWAN大型項目。Nova Veolia及其子公司Birdz是智慧城市能源消耗遠程計量的先驅,他們正在與Orange合作,以幫助他們數字化Veolia在法國與水有關的服務。他們的目標是到2027年實現遠程讀取70%的水表的交易,屆時將有超過300萬水表連接到公共LoRaWAN網絡,覆蓋了30,000多個城市和法國大都市人口的95%。

  在美國,Neptune技術集團正在與本地網絡提供商Senet和Comcast合作開發物聯網解決方案,該解決方案旨在加速針對AMI的智慧城市項目。該解決方案將LoRaWAN網絡與Neptune的水表和傳感器結合在一起。

  未來考慮

  無線連接智能水表正在為全球的水供應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越受限,將需要對過量使用進行更嚴格的控制,限制泄漏以及可能需要更靈活地為水收費的機制。自來水公司和大型連通性合作伙伴承諾部署數百萬個水表進行部署,這種部署從現在開始一直持續數年,使用壽命長達20年,這表明,選擇連通性是一項長期的決定,需要水務公司和水表供應商仔細評估水表的設計針對未來可能的業務需求和挑戰。

  在考慮到未來20年的情況下,這樣做需要關注整個行業的趨勢,而不是具體的短期問題。普遍的主題是需要使用儀表數據來防止浪費水,需要靈活地和更高的頻率為水消耗付費,并且持續需要在成本上具有競爭力。

  選擇可由水務公司長期控制的連接至關重要,或者至少選擇一種技術和供應商,能夠證明對水務行業的了解,并能夠在水表的使用壽命期間提供設備軟件和固件的空中升級。

  供水行業仍然高度分散,本地組織為客戶管理供水。但是,市場上已經存在并且將繼續進行大量的合并和收購活動,因此一個真正適合未來的智能計量解決方案將需要準備好與未來可能成為同一集團一部分的其他組織采用的不同系統和方法集成。

  從根本上說,水務公司需要一種成本效益高、健壯、可靠、永久、安全、易于安裝的無線技術,以支持其業務的數字化轉型,他們肯定會長期支持該技術及其合作伙伴。 LPWAN解決方案比蜂窩連接或RF專有技術更能打動水務行業的各個領域,并具有將它們定位為未來所需的連接的優勢。

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