无线抄表技术的实际应用效果与发展评价

　　这里的“无线”不是指GSM/GPRS技术，而是指400MHz以上的无线电波；即：大家俗称的“小无线”。用“小无线”微功率无线数据传输技术，可以把几百米甚至上千米外的电度表数据，读入到电量数据采集器中，实际使用效果良好。如，在北京顺义居民集抄系统中有7万多块电表，全系统的日抄通率在99％以上。

　　无线抄表的基本原理

　　用无线FSK方式传送数据，要分别用两个频率传送数字 0和1。“命令”或“数据”在空中传递时被分成一个个数据包。每个数据包前面是“位同步”引导序列，接下来是“同步字”，然后是“控制字段”，命令或数据在中间，最后是“差错校验字”。

　　中国无委会专门为“民用无线电计量”规划了免费频段：470～510MHz；发射功率允许使用到17dB。在室外无明显遮挡的环境下，使用10dB发射功率的器件，配合接收灵敏度为-100dB的接收设备，在空中速率38400bps的条件下，可以传输200米以上。结合多级中继的自动路由技术，完全可以满足自动抄表的要求。我们认为，在大规模应用无线抄表时，信道数量需要32个以上。

　　一些附加的技术可以使系统运行效果更好些，如：
　　FEC(Forward Error Correction)前向纠错
　　使接收方能够纠正少量的传输错码，能显著改善信道质量，但不能保证“没有错码”。
　　16bit的CRC校验技术
　　几乎可以查出实际传输过程中出现的全部错码。

　　中继路由技术

　　这是系统应该具有的。RSSI(Received Signal Strength Indicator)是实现中继管理和自动路由的得力工具。自动路由(Automatic Routing)就是要在没有人工干预的条件下，由一组抄表模块(或抄表器)自己寻找并建立“从源点到目的节点”的一条中继路由。然后，沿着这条路由传递数据。当一个采集器下的无线抄表节点数明显大于50个时，使用“自动路由”技术几乎是必然的选择。因为它不仅能简化人工建立中继路由的工作量；而且在日常运行中能够适应环境的不断变化，
从而使系统始终处于良好的运行状态。

　　■ 自动路由的算法

　　典型的自动路由算法是，AOD V实时路由。它的特点是：模块中不存放路由信息，需要使用路由时，临时现找。当一个节点准备传送数据时，先要发起广播寻路动作，指明想要寻找的目标模块地址。每一个听到这条命令的模块，要设法把这条命令以广播的形式转发出去。转发要遵循“载波侦听，冲突避让”的原则，就是在自己的信号发出前，要先侦听信道是否空闲？如果空闲，则发出去；否则安排一个随机等待时间，然后再侦听，直到消息被发送出去。目标节点将选出一个较好的路由，逆向给出应答，传回“源节点”。至此，路由建立完成！

　　改进后的动态源路由算法，使抄表速度大为提高，60％以上的表，可以在2秒钟内抄回。动态源路由算法的特点是：预先搜索，建立路由，训练筛选，优化存储。抄表时直接使用优化的路由，并在抄表过程中，对预存的路由进行维护。

　　■ 网络结构

　　星型网，是最简单的网络结构；凡是使用“点对点”直接传输工作模式的，都属于星型网络结构。当组内只有几个节点，而且从中心到每个节点可以可靠控制时，星型网络及其控制技术几乎是最好的选择。

　　树型网，是指使用了简单的中继技术，从而能够把命令或数据可靠地传输到较远地方的一种网络结构。对于节点数不多，但其中一些节点离中心点比较远时，使用树型中继网络是比较好的。

　　格型网(Mesh Net)，也叫网状网，因为像“渔网”而得名。几十或上百个节点聚在一起，相互之间会形成比较复杂的依存关系。用格型网来描述它们之间的关系比较合适，依据这种模型建立的自动路由算法，能够更好地改善抄表系统的性能，取得良好的运行效果。

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　　典型案例

　　无线抄表的核心实质就是不需要拉线，最适合那些难以铺设电线的场合。有些电度表安装在地下配电室，由于没有电话线和GPRS信号，无法完成自动抄表。使用无线抄表器，可以把电表数据传至地面或有稳定GPRS信号的地方，使GPRS终端能够采集到电度表的数据并传回管理中心。

　　配电变压器的电度表数量很大，彼此相距几十米至几百米；虽然GPRS终端可以实现自动抄表，但交给移动公司的通讯费，每年可能高达几十至上百万元。使用无线抄表器不但可以节省一半的设备费用，还可以节省95％的通讯费用。

　　居民户电度表虽然可以采用低压电力线载波技术抄收数据，但是十多年来始终无法达到令人满意的程度。也许，微功率无线抄表正是突破低压载波困局的一条蹊径。

　　北京顺义区从2006年开始，在城区和农村开展了基于微功率无线技术的抄表和远程售电工作。目前实际应用的电表已达到75000多块，近期将突破11万块。目前系统覆盖22个楼房小区，130多个行政村；每天早晨0时和下午19时，各抄读一组电表数据；全系统整体的日抄通率可达99％以上。

　　无线抄表应用效果

　　表1是5月22日的系统运行数据，当日整体全系统抄通率为99.15%。

表1：北京顺义居民集抄分所抄通率统计表

　　其中，仁和供电所65台采集器，当天有45台100％抄通；11台的日抄通率在99％以上；全所16630块电度表中，有84块由于各种各样的原因，当天未能抄通，其中有一台采集器由
于SIM欠费停机，占84块表中的50块。

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　　项目评估及总结

　　根据日常统计经验，在这些不到1％的未能抄通的电表中，情况大致分以下几类：

　　表2：北京顺义居民集抄集中器抄通率统计

■ 临时未能抄通，几天之内可能还会抄到的电表；
■ 新发生的故障表；
■ 新发生的抄表模块故障；
■ 新安装的电度表，但档案存在错误；
■ 新近拆除或停用的电度表，档案尚未解除；
■ 有些用户离家外出时拉掉了表前开关或保险，使电表无电；
■ 电度表的系统档案出现错误。

　　系统自2006年开始运行以来，新颖的内插式抄表模块，靠电度表解决了供电及抗电源干扰问题，也降低了每个抄表模块的生产成本。每个表箱安装一个抄表模块，既降低了工程成本，又方便维护。

　　供电公司领导的高度重视，营销处同志们周密有序的组织协调，厂家技术人员与供电所实施人员同心协力，也是该项目今日成功的重要因素。

　　集中抄表系统的评价

　　为了评价一部汽车的性能，人们规定了一系列性能的准确概念和相应的指标。例如：加速性、可靠性、安全性、舒适性、制动、节能、环保等。为了研制更好的集抄系统，我们也需要建立科学的集抄系统评价体系。我们需要对抄通率、畅通稳定性等概念给出准确科学地描述，明确它们的内涵与外延；需要对集抄系统的动作行为进行规范和约定。

　　抄通率

　　定义：在一段时间内，能够抄到数据的表计数占表计总数的比例，称为集抄系统的抄通率。针对不同的时间约定，就出现了范围不同的概念：单次抄通率、单日抄通率、周抄通率等等。这里仍然没有明确重抄了多少次？通过仔细分析抄表过程的动作细节，我们可以给出如下的规定：

■ 发出一个抄表命令，称为抄一次表。第一次称为主抄；如果没抄上，允许重试三次。然后抄下一块表。
■ 把全部电表都抄完一遍，称为抄一轮表。第一轮称为主抄；对于没有抄上的表，允许补抄三轮。
■ 确认抄完之后，必需要记录一组数据。
■ 建议约定： 4次/轮， 4轮/组。参比系统的电表数>6000户；模块数>2000。

　　畅通稳定性

　　定义：在一段时间内反复抄读某一块电表，其成功轮次数与总轮次数之比，称为该电表的畅通稳定性。只有畅通稳定性足够高， 远程售电才容易做到。由于系统中每一只表的性能表现不能完全相同，一大批电表组成的系统，就产生了系统畅通稳定性。

　　系统畅通稳定性

　　定义：分段描述一批电表，在一段时间内单表畅通稳定性达到某一水平的电表比例。完整描述可分“优、良、中、差、坏”五部份。这五部分的划分界限可以根据不同应用需要来调整。假定：某地有500块电表，在7天时间内每天抄2组数据，共计14组，无补抄。其中，300块表的14组数据齐全；抄到10~13组数据的电表有100块；抄到9~5组数据电表有70块表；抄到4~1组数据的电表有25块；有5块表在7天之内始终没有抄到数据；则该系统的系统畅通稳定性描述如下：
　　　　　　　　　　　　总表数 500， 数据14组，时间段7天，
　　　　　　　　　　　　优部：300， 占60％

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　　　　　　　　　图1 顺义香花畦小区中安装有无线抄表的箱式变压器

　　环境的时变特性

　　除了随机干扰因素外，集抄系统面临的最大问题是：环境的时变特性。白天抄得好的地方，晚上不一定能抄好；昨天不好抄的地方，今天可能很顺利。要克服集抄系统环境的时变性因素，除了厂家改进路由算法能够提高系统的环境适应性外，目前可以使用求平均值的办法。例如：将连续5天的单日抄通率平均后，得出5日平均抄通率。此外，抄表数据的组数和考核时间段不应太少，否则偶然因素的影响作用，将降低彼此的可比性。

　　为什么无线抄表的效果会比较好？我们认为主要得益于以下四点：

■ 无线信道受干扰的强度小于载波信道；
■ 无线信道受干扰的时间短于载波信道；
■ 无线信道的阻抗特性相对稳定；
■ 无线信号能够全方向传播，不受电网结构限制，所以中继路由选择更充分、更便捷。

　　以上是我们在实际工作中的心得和体会，文中所用的数字完全是为了说明相应的概念，而不是权威部门规定的执行标准。本文意在抛砖引玉，以期推动我国集中抄表事业的健康发展。

　　作者简介
　　薛世骏，1986年毕业于北方交通大学，获硕士学位，留校任教13年，现任北京新鸿基瑞程科技有限公司总经理，从事抄表工作16年。