產品詳情：

技術解決方案
1 概述
1.1 項目背景
浙江大學五校區地下管線總長度約88Km，有各類計量表計1900余只，其中GPRS型遠傳表計500只。五校區年用水量約430萬噸，每年地下管網的漏損約30萬噸。由于GPRS型遠傳表計的價格較高，后期還有通信流量費，大規模安裝的成本較高，目前只能安裝在一些總管和主要節點上。同時，GPRS型遠傳表計必須通過公網才能傳輸數據，在運營商網絡故障或者服務器處于校園內網的情況下，無法獲取管網實時數據。受制于通訊流量費和電池功耗，GPRS型遠傳表計目前每天定時發送兩次數據，無法對管網進行實時監測，存在監測的時間盲區。同時，軟件平臺的功能不完善，分析方式單一，主要還是依靠人工對觀測點位進行分時比對分析，無法自動篩選出疑似漏損區域。
1.1.2 建設目標
通過本次項目完成低功耗的校園廣域無線網絡的初步建設，奠定能源管理物聯網絡的基礎，為制定統一的終端設備設施通訊協議和接入標準提供技術依據。
1.1.3 系統建設原則
●充分利用現有的軟硬件資源。
系統設計應充分考慮現有設備的重復利用性，考慮現有軟件平臺中歷史數據的分析價值，將現有的軟硬件資源盡可能融入到本項目中。
●技術實現的先進性、安全性和實用性相結合。
整個項目是由多個部分組成的較為復雜的系統，為確保系統在今后較長一段時期內的安全穩定運行，要求所選產品具有較為前沿的技術，具有良好的安全措施，并符合實際使用情況和使用習慣。
●軟硬件的標準化、規范化和數據的一體化。
系統設計應遵循統一的標準，在確保功能多樣性的情況下，整體考慮對設備、軟件和數據的關系，使系統間能安全地互聯互通、信息共享。
●軟硬件的開放性和可擴展性。
系統設計充分了解浙江大學現有能耗監管平臺相關情況，考慮到浙江大學未來表計接入管理的需要，項目系統的軟硬件環境具有良好的可擴充性，實現與現有能耗監管平臺的數據對接，可通過數據庫直讀方式獲取相關平臺數據，并可通過WebServer技術進行數據傳輸。
●系統的易操作和易維護。
系統設計應遵循易管理、易使用、易學習的原則。

2 項目建設內容
2.1 項目功能說明
本項目通過采用LoRa完成低功耗的校園廣域無線網絡的初步建設，奠定能源管理物聯網絡的基礎，為制定統一的終端設備設施通訊協議和接入標準提供技術依據。本次項目將接入管網相關表計，實現流量數據的實時監測，后期逐步接入泵房、路燈、井蓋等設備設施，實現能源管理物聯網的充分利用。
本項目通過技術改造，實現水表數據的實時遠傳功能；通過管網的網格化和層級化管理，結合表計遠傳數據的分析，建立符合校園環境的DMA模型，及時發現異常用量，測算區域漏損情況，輔助查找可疑漏點，降低管網漏損率。
2.2 項目建設內容
◆低功耗網絡建設：
根據玉泉校區、西溪校區、華家池校區、之江校區、紫金港東區的實際情況，選定地點建設低功耗基站（五個校區的總基站數量是15個，根據實際情況統籌安排）。
基站工作時，不能干擾校園廣播電視信號、對講機信號及其他數據采集信號。
基站覆蓋范圍應滿足室外終端通信要求，對于個別覆蓋不到區域，投標單位應采取中繼及其他等設備和方式進行擴展。
基站應通過校園網與服務器進行通信，在校園網絡正常運行的情況下，基站與服務器應能夠保持穩定通信。
基站通訊協議需移交浙江大學。
◆低功耗遠傳終端改造：
投標單位應有成熟的方案對普通水表進行技術改造，實現用水量的定時采集和發送。技改方案要求施工簡便，成本低廉，水表改造后不能影響原有精度，不影響表盤視數識別，軟件讀數應與水表表盤讀數一致。
終端設備可兼容玉泉校區、西溪校區、華家池校區、之江校區、紫金港東區現已安裝的各型號水表。對現已安裝的其他品牌遠傳水表，應有技術方案確保通信網絡的兼容性和用量采集的穩定性，采集并發送用量數據到本項目軟件平臺中。
如因水表老化損壞等原因，確需對原有水表進行更換，我司已取得新水表（具有CMC證書）的原廠授權。
終端與基站間的通訊協議需移交浙江大學。
◆管網監測軟件開發：
PC端軟件（WEB服務程序和各類配置工具軟件）使用同一種數據庫類型和同一種開發語言，應同時支持主流Windows、Linux操作系統上的安裝和部署。采用用戶名、密碼以及浙江大學統一身份認證方式登錄。
移動端軟件使用HTML5頁面，應同時支持安卓、蘋果等主流手機系統上的使用。采用用戶名、密碼以及浙江大學統一身份認證方式登錄。
3 系統構成及原理說明
3.1 低功耗無線網絡的組成
LPWAN 是 Low-Power Wide-Area Network 的英文簡稱，或者稱之為一種低功耗網絡（LPN），是一種低速率長距離通信的電信網絡，用于物聯網的通信，如電池供電的傳感器、或以能量收集為電源的設備等。本項目根據采購要求選用LoRa作為無線通訊方式。
Lora易于建設和部署,網關可并行接收處理多個節點，大大擴展了系統容量，接收靈敏度-148dbm,確保網絡可靠性，LoRa使用線性擴頻技術， 改變了以往關于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，提供一種簡單的能實現遠距離、長電池壽命、大容量、低成本的通訊系統。
LoRa是物理層或無線調制用于建立長距離通信鏈路。許多傳統的無線系統使用頻移鍵控（FSK）調制作為物理層，因為它是一種實現低功耗的非常有效的調制。LoRa?是基于線性調頻擴頻調制，它保持了像 FSK 調制相同的低功耗特性，但明顯地增加了通信距離。線性擴頻已在軍事和空間通信領域使用了數十年，可以實現長通信距離和干擾的魯棒性，LoRa是第一個用于商業用途的低成本實現。

LoRa網絡的優勢：
?針對各種大型應用的靈活性
?通信協議安全
?距離、容量、雙向通信、干擾的魯棒性
?網絡部署成本，終端節點 BOM 的成本、電池的成本（BOM 最大的貢獻者）
?解決方案提供商的生態系統提供靈活的商業模式
?可用的終端產品確保網絡部署的投資回報率（ROI）
?生態系統的優勢確保質量和解決方案的壽命

3.2系統架構

3.3 系統主要構成
1）低功耗通訊基站
作用：與遠傳終端通信或與中繼站通信。與遠傳終端通信時，直接發送命令到遠傳終端進行數據采集；
與中繼站通信時，通過中繼站與中繼站管理的遠傳終端通信，中繼站可視為透明
2）低功耗通訊中繼站
作用：擴大無線覆蓋范圍。中繼站與遠傳終端進行通信；基站的采集命令通過中繼站發送到遠傳終端
3）低功耗遠傳終端
作用：接收基站或中繼站的命令，上傳水表數據。平常處于微功耗狀態，收到基站或中繼的喚醒信號時，進行數據通訊處理；水表指針每轉一圈，做一次計數。其他時間休眠.
4）管網一體化監測平臺
通過管網的網格化和層級化管理，結合表計遠傳數據的分析，建立符合校園環境的DMA模型，及時發現異常用量，測算區域漏損情況，輔助查找可疑漏點，降低管網漏損率。

3.4 水表遠傳改造的工作原理
本項目中的流量檢測使用無源開關直讀水表，它綜合了無源直讀遠傳水表和有源脈沖遠傳水表的優點，在微功耗 、準確性 、防水性、低成本等方面都有了極大的改善。
無源開關直讀式水表的改造，就是在普通水表的基礎之上，增加無源開關裝置，進而改造成直讀式遠傳水表。本產品采用分體式設計，電子模塊與水表各自獨立，可以方便進行老表改造同時也可與其他同類表具配套使用，維護方便。
由傳感、采集、通訊傳輸（使用LoRa）三部分組成，用自保持開關傳感器作為單片機的啟停開關，水表磁針每轉動到0.1方位置時，傳感器中的開關接通電源，單片機工作1秒鐘（也可以更短），確認開關狀態后自動加1，之后斷電停機，等待下一次感應。以此周而復始，累計記錄數據，該數據就是水表顯示數據，可通過總線直接讀出。
特點
?正常工作時無需用電（斷電），只在計數瞬間微量通電，真正做到了有源模塊無電池 ??
?抄表時從總線獲取電能儲存在非電池器件（電容）中，供水表平時使用，所存電量（可長達一年）足夠使用到下次抄表前；
?由于模塊平時處在關機狀態，對外界干擾完全免疫，保證了產品的可靠性。
?所有電子部件全部處于水表外部，一般工藝即可達到原有水表的精度、壓力、防水、防潮等精密要求，徹底解除無源直讀水表因工藝復雜造成技術問題的所有擔憂。
?具有智能電量管理功能、欠壓報警、虧電保護功能；
?在普通水表上加裝傳感器而成，安裝靈活，更換方便，使用壽命可達兩個以上水表周期（6年*2），成功解決周期性換表出資難問題。
?超小體積、高防護等級，防水等級可達到IP68；
?成本降低，適合于大規模普及推廣。
安裝靈活，更換方便，使用壽命可達兩個以上水表周期（6年*2），成功解決后續換表出資難問題。維護成本低。不論是水表還是直讀傳感部分，任何一部分損壞都可單獨更換。成本降低，適合于大規模普及推廣。
1、技改方式兼容現已安裝的普通表計和遠傳表計
2、技改后不影響表計原有的計量準確性（改造不涉及基表機械結構，只涉及數據傳輸，不應影響基表計量精度）
3、技改后不影響表計原有視數的讀取
4、技改后可穩定傳輸表計讀數到本項目軟件平臺
5、整體更換的表計具有CMC證書

3.5 DMA分析模型
DMA（District Metering Area，即獨立計量區域）是指通過截斷管段或關閉管段上閥門的方法，將管網分為若干個相對獨立的區域，并在每個區域的進水管和出水管上安裝流量計，從而實現對各個區域入流量與出流量的監測。
漏損控制是進行DMA管理最主要的目的，以往查漏都是被動檢漏，發現問題后才去定位、維修，導致泄漏時間很長，總的水損增大，即使請檢漏公司進行漏水普查，能在短時間內取得很好的效果，但是由于漏水復原現象的存在，并不能從根本上達到降漏損的目的。只有通過準確的夜間計量、實時的噪聲監測、準確快速的漏水定位和維修、合理的壓力管理才能最終達到控制漏損，逐步降低產銷差的目的。
DMA分區管理是控制城市供水系統水量漏失的有效方法之一，其概念是在1980年初，由英國水工業協會在其水務聯合大會上首次提出。在報告中，DMA被定義為供配水系統中一個被切割分離的獨立區域，通常采取關閉閥門或安裝流量計，形成虛擬或實際獨立區域。通過對進入或流出這一區域的水量進行計量，并對流量分析來定量泄漏水平，從而利于檢漏人員更準確的決定在何時何處檢漏更為有利，并進行主動泄漏控制。

DMA分區管理即選擇獨立供水區域采用區域性計量管理，對降低使用區內供水設施的漏損，實行長期持續的監控具有非常重要的意義。
DMA管理的關鍵原理是在一個劃定的區域，利用夜間最小流量分析來確定泄漏水平。DMA的建立能夠主動確定區域的泄漏水平，并指導檢漏人員優化檢漏順序，同時通過監測DMA的流量，可以識別是否有新的漏點存在，由于管網泄漏是動態的，如果在泄露之初就得到控制，泄漏可以大幅減少；如果沒有持續的泄漏控制，泄露會隨著時間的延續而增大。因此，DMA管理被視為在供水管網中減少和維持泄漏水平的有效方法。
例如，夜間最小流量受季節性變化的影響很小，故通過夜間最小流量分析方法，可以將存在已報告的或未報告的泄露水量可以被識別出來。

典型DMA夜間最小流量分析圖譜

? DMA分區管理的關鍵原理是使用最小流量來判斷供水管網中一個特定區域的泄漏水平，建立DMA可以判斷出分區當前的泄漏水平，并隨后確定檢漏方案。通過監測DMA中的流量，識別出新發生爆管的可能性，可以將泄漏維持在一個最佳的水平。
本項目中將結合DMA技術進行漏點報警和分析。


4 管網一體化監測平臺功能介紹
管網一體化監測平臺軟件系統采用B/S架構，主要應包括：監測網絡子系統、DMA分析及預警子系統、數據采集傳輸子系統、數據資源管理子系統、數據接口子系統、移動客戶端子系統。
4.1 監測網絡子系統
以浙江大學自建的校園E地圖為基礎，將通訊網絡、管道、表計分布等信息標繪在地圖上，其中通訊網絡分布和管網、表計分布應位于不同圖層，可單獨顯示，可疊加顯示，各點位的信息可自動更新并顯示。管道信息應包括口徑、材質等，表計信息應包括品牌、口徑、安裝日期、流向、窨井位置等，并顯示當日時均流量。可根據條件單獨對某一區域、某一層級進行查詢、顯示，可在圖上直觀醒目顯示漏損告警信息。
4.2 DMA分析及預警子系統
以市政水表為一級水表，根據大樓進水表、二級泵房等實際情況，分離出若干個相互獨立的計量區域內的管網，實行網格化和層級化并行的管理，并以夜間最小流量、區域流量平衡等方式評估網格運行情況，判斷網格或層級內是否存在漏水以及泄漏量的大小，在地圖上以較為直觀的方式反映該區域漏損情況。我公司提供相關DMA計算方法。
4.3 數據采集傳輸子系統
以圖形化界面在線配置和接入基站、中繼和終端，對基站、中繼的狀態實時顯示，對數據的采集傳輸中終端離線等異常情況發出告警提示，可動態管理終端的接入數量和數據采集頻率。我公司可提供相關采集傳輸程序進行現場演示。
4.4 基礎數據資源管理子系統
提供完成系統的數據初始化，實現各類終端表計的增加、修改、刪除、查詢和統計，實現管網的地理位置及層級的配置及修改，各類權限的配置，數據的導入和導出功能。提供基于年、月、日、時等時間段業務數據的查詢和統計。可將500只GPRS型遠傳水表的歷史用量及實時用量數據納入管理。
4.5 數據接口子系統
無縫對接浙江大學遠傳水表監測系統，實現與浙江大學能耗監管平臺之間的部分數據共享與交換，與二級能耗平臺之間的接口和數據融合，與計量收費平臺之間的接口與數據融合（原有其他系統已有開放接口）。
4.6 移動客戶端子系統
在手機端實現管網信息查詢、漏損分析查詢、漏損告警、表計數據讀取、現場信息核對等功能，滿足工作人員在室外巡查檢修時對于數據的需求。移動端將充分考慮移動自助抄表平臺的相關數據和功能。

4.7 其他系統管理功能
（1）管網圖形化定義
節點信息應可以靈活、自由地進行配置，對操作權限進行設置，保證數據復雜應用中的可用性和適應性。
（2）工作即時提醒
系統具備瀏覽器方式下的信息提醒機制。有新的信息時，以文字或聲音的方式對用戶進行提示。
（3）人員權限集中設置
可根據部門和崗位職責劃分成不同用戶群，從業務需求和使用權限上進行分類。


6 技術參數介紹
6.1 低功耗通訊基站
基站規格：
1、基站與終端通訊方式：LoRa
2、基站與服務器通訊方式：接入校園以太網，數據傳輸不通過運營商網絡。
3、基站支持在線配置
4、單基站管理節點數量：不少于2000
5、支持多終端通訊避讓機制
6、支持時鐘同步
7、支持終端參數配置
8、支持電量監測、工作狀態上報
9、基站支持遠程升級操作
10、數據加密傳輸，支持秘鑰設置和身份認證
11、信號傳輸半徑：大于2000m（市區環境）
12、供電方式：交流220V
13、工作溫度范圍：-40℃～+85 ℃
天線規格：
1、輻射方向：全向天線
2、頻率范圍：470-490MHz
3、增益：5.0dBi
6.2 低功耗通訊中繼站
中繼站規格：
1、中繼與終端通訊方式：LoRa
2、支持信道配置
3、單中繼站管理節點數量：不少于2000
4、支持多終端通訊避讓機制
5、支持時鐘同步
6、支持終端參數配置
7、數據加密傳輸，支持秘鑰設置和身份認證
8、信號傳輸半徑：大于2000m（市區環境）
9、供電方式：交流220V或直流3.8V
10、支持電池電量監測、工作狀態上報
11、工作溫度范圍：-40℃～+85℃
天線規格：
1、輻射方向：全向天線
2、頻率范圍：470-490MHz
3、增益：5.0dBi
6.3 低功耗遠傳終端
通訊模塊規格：
1、終端與基站通訊方式：LoRa
2、支持在線配置
3、數據加密傳輸，支持秘鑰設置和身份認證
4、信號傳輸半徑：大于2000米（市區環境）
5、電池容量：大于3000mAh
6、電池使用時間：2年
7、工作電流：<300mA
8、靈敏度：-139dBm
9、工作溫度范圍：-40℃～+85 ℃
天線規格：
1、輻射方向：全向天線
2、頻率范圍：470-490MHz
3、增益：4.0dBi

6.4 便攜式終端調試儀
1、調試儀與基站/終端通訊方式：LoRa
2、調試儀與手機通訊方式：藍牙
3、支持終端參數配置
4、支持多終端通訊避讓機制
5、支持時鐘同步
6、數據加密傳輸，支持秘鑰設置
7、供電方式：3.8V可充電電池
8、工作溫度范圍：-20℃～+45℃

6.5 數據采集器
1、采用Cortex-M3 MCU(128KB SRAM)和2MB Flash
2、支持基站接入協議和報文自動上報
3、采用實時操作系統
4、支持TCP/IP/Telnet /Modbus TCP協議
5、支持串口轉10/100M 以太網數據傳輸
6、支持10/100M以太網自適應
7、支持數據SSL/AES/DES3安全加密配置
8、支持網頁OTA升級
9、供電方式：交流220V
10、工作溫度范圍： -40℃～+85℃