《基于窄带物联网(NB-IoT)的供水管网漏损监测系统建设指南》征求意见稿

方

标

准

DBXX/XXXXX—XXXX

基于窄带物联网（NB-IoT）的供水管网漏损

监测系统建设指南

（征求意见稿）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

发布

DBXX/XXXXX—XXXX目  次

目次........................................................................................................................................................................I前言......................................................................................................................................................................II1范围...................................................................................................................................................................12规范性引用文件...............................................................................................................................................13术语和定义.......................................................................................................................................................13.1水量平衡....................................................................................................................................................13.2水平衡测试................................................................................................................................................13.3分区计量....................................................................................................................................................13.4不可避免漏损............................................................................................................................................13.5非法用水....................................................................................................................................................13.6管网漏损监测系统....................................................................................................................................13.7窄带物联网................................................................................................................................................23.8NB-IoT数据采集器...................................................................................................................................23.9在线水流量仪表......................................................................................................错误！未定义书签。3.10最小流量..................................................................................................................................................23.11分界流量..................................................................................................................................................23.12常用流量..................................................................................................................................................23.13过载流量..................................................................................................................................................23.14压力损失..................................................................................................................................................24水表分类...........................................................................................................................................................24.1按测量原理分类........................................................................................................................................24.2按公称口径分类........................................................................................................................................24.3按安装方向分类........................................................................................................................................34.4按温度分类................................................................................................................................................34.5按浸水状况分类........................................................................................................................................35设计规定...........................................................................................................................................................35.1分区计量的建设........................................................................................................................................35.2通常采用的分区计量漏损判定方法........................................................................................................45.3水表选型建议............................................................................................................................................55.4数据传输要求............................................................................................................................................55.5管网漏损监测系统功能要求....................................................................................................................6IDBXX/XXXXX—XXXX前  言

本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由江西省物联网专业标准化技术委员会提出并归口。

本文件主要起草单位：三川智慧科技股份有限公司本文件参与起草单位：江西省计量测试研究院、中国信息通信研究院鹰潭泰尔物联网研究中心、南昌大学信息工程学院、江西省水利科学院、江西省水务集团、鹰潭市供水集团有限公司

本文件主要起草人：

IIDBXX/XXXXX—XXXX基于窄带物联网（NB-IoT）的供水管网漏损监测系统建设指南

1范围本文件规定了基于窄带物联网（NB-IoT）的供水管网漏损监测系统术语和定义、水表分类、设计规定。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB17167用能单位能源计量器具配备和管理通则GB/T12452企业水平衡测试通则GB/T19582（所有部分）基于Modbus协议的工业自动化网络规范GB24789用水单位水计量器具配备和管理通则GB50093自动化仪表工程施工及质量验收规范CJ/T188用户计量仪表数据传输技术条件3术语和定义水量平衡（Waterbalance）用水单位各用水单元或系统的输入水量之和应等于输出水量之和。3.2水平衡测试（Waterbalancetest）对用水单元和用水系统的水量进行系统的测试、统计、分析得出水量平衡关系的过程。3.3分区计量（DistrictMeteringArea,DMA）3.1通过截断管段或关闭管段上阀门的方法，将管网分为若干个相对独立的区域，并在每个区域的进水管和出水管上安装流量计，从而实现对各个区域入流量与出流量的监测。3.4不可避免漏损（Inevitableleakage）指即使设备管道在良好的施工维护条件下都会存在的漏损量。是指当单点漏失水量小于500L/h时，一般检漏设备很难检测到的微小渗水或漏水，又称为“背景漏损”。3.5非法用水（illegalwateruse）私接管道盗水、私接消火栓用水、无计量用水、人情用水等。3.6管网漏损监测系统（Networkleakagemonitoringsystem）1DBXX/XXXXX—XXXX针对供水管网系统安装DMA分区计量装置，并通过采用远程传输等方式及时采集各分区计量水表数据，是实现供水管网系统管网漏损在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。3.7窄带物联网（NarrowBandInternetofThings,NB-IoT）支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。3.8NB-IoT数据采集器（NB-IoTDatacollector）在采用NB-IoT无线通信技术的一种信息采集的设备。它通过信道对其管辖的分区计量装置的信息进行采集、处理和存储，并通过远程信道与数据中心交换数据。3.9在线水流量仪表（Onlinewaterflowmeter）用来测量水流量并带实时数据远传功能的自动化仪表，如远传水表、在线水流量计等。3.10最小流量（Minimumflow）要求水表的示值符合最大允许误差的最低流量。3.11分界流量（Boundaryflow）出现于常用流量Q3和最小流量Q1之间、将流量范围划分成各有特定最大允许误差的“高区”和“低区”两个区的流量。3.12常用流量（Commonflow）额定工作条件下的最大流量。在此流量下，水表应正常工作并符合最大允许误差要求。3.13过载流量（Overloadflow）要求水表在短时间内能符合最大允许误差要求，随后在额定工作条件下仍能保持计量特性的最大流量。3.14压力损失（Pressureloss）在给定的流量下，管道中存在水表所造成的水头损失。4水表分类按测量原理分类1)速度式水表：安装在封闭管道中，由一个运动元件组成，并由水流运动速度直接使其获得动力速度的水表。典型的速度式水表有旋翼式水表、螺翼式水表。旋翼式水表中又有单流束水表和多流束水表。容积式水表：安装在管道中，由一些被逐次充满和排放流体的已知容积的容室和凭借流体驱动的机构组成的水表，或简称定量排放式水表。容积式水表一般采用活塞式结构。4.12)4.2按公称口径分类通常分为小口径水表和大口径水表。公称口径50mm及以下的水表通常称为小口径水表，公称口径50mm以上的水表称为大口径水表。这两种水表有时又称为民用水表和工业用水表，同时这种分法2DBXX/XXXXX—XXXX也可以从水表的表壳连接形式区别开来，公称50mm及以下的水表用螺纹连接，50mm及以上的水表用法兰连接。但有些特殊类型的水表也有40mm用法兰连接的。4.3按安装方向分类速度式水表可分为水平安装水表和立式安装水表。按安装方向通常分为水平安装水表和立式安装水表（又称立式表），是指安装时其流向平行或垂直于水平面的水表，在水表的标度盘上用“H”代表水平安装、用“V”代表垂直安装。容积式水表可于任何位置安装，不影响精度。4.4按温度分类分为冷水水表和热水水表。按介质温度可分为冷水水表和热水水表，水温30℃是其分界线1)冷水水表：介质下限温度为0℃、上限温度为30℃的水表。2)热水水表：介质下限温度为30℃、上限为90℃或130℃或180℃的水表。4.5按浸水状况分类按计数器是否浸入水中来区分，分为湿式水表、干式水表、液封水表。1)湿式水表：计数器浸入水中的水表，其表玻璃承受水压，传感器与计数器的传动为齿轮联动，使用一段时间后水质的好坏会影响水表读数的清晰程度。2)干式水表：计数器不浸入水中的水表，结构上传感器与计数器的室腔相隔离，水表表玻璃不受水压，传感器与计数器的传动一般用磁钢传动。3)液封水表：用于抄表的计数字轮或整个计数器全部用一定浓度的甘油等配制液体密封的水表，密封隔离的计数器内的清晰度不受外部水质的影响，其余结构性能与湿式水表相同。5设计规定分区计量的建设分区计量供水区域设计时需考虑的因素用户类型5.15.1.15.1.1.1在实施供水管网分区管理过程中，由于不同用户存在的用水差异，应区别对待。比如工业园区的用水量较为稳定，呈季节性变化特点。商务楼、居民区，不仅随季节性变化，而且会出现每日的早、中、晚用水高峰。要充分考虑不同区域的用水规律，进行区域合理性规划，确保区域性供水安全。5.1.1.2供水压力问题在实施供水管网分区计量管理过程中，需要增设在线水流量仪表、检修阀门、远传水表等设施，随着管网设施的增加，将会导致管线水头损失增加。尤其一些对水压异常敏感的小区，稍有疏忽就将影响供水。在供水管网分区计量规划时，应给予充分考虑。5.1.1.3供水水质问题在实施供水管网分区计量管理过程中，有可能需要关闭相应边界沿线的阀门，将会导致局部管网末端的自来水较长时间处于静止状态，水中余氯耗尽，容易引起二次污染，影响管网的水质，需要供水公3DBXX/XXXXX—XXXX司每年定期对管网末梢和消防栓进行大量冲水作业，从而增加了供水企业的人力成本，而且也会大量浪费水资源。因此，在做供水区域规划时，尽量减少边界沿线关闭阀门的数量，或者增设阀门而引起管网局部形成“死水”出现的水质问题。同时，建议在水质不稳定地区有条件的增设在线水质监测点，实时监测管网中余氧、浊度的变化情况，及时预警提示处理，消除水质安全隐患。5.1.2分区计量的实施确定分区计量区域边界5.1.2.1当供水管网分区计量划分原则确定后，首先，依托于管网地理信息系统(GIS)，对于区域沿线的排管口径、管材性质、工程编号、埋设年限、修漏情况等信息进行初步汇总收集。其次，安排巡线员、抄表员、阀门工对需要安装在线水流量仪表的施工现场进行实地查勘。一方面，现场确认流量仪表安装条件是否满足，周边环境是否便于日常维护。若安装条件不容许，可以适当调整分区计量规划方案，确保实现分区计量规划目的。另一方面，实地调查用户类型、甄别用户所在区域是否便于分区计量管理。5.1.2.2在线水流量仪表的选择及安装。在线水流量仪表的选择应遵循以下条件：1)仪表精度应满足管网正常流速和低流速的计量要求。流量计量用的仪表精度一般不低于2级，其常规流量和最小流量误差值应满足流量计量仪表的国家检定规程或校准规范的要求。2)具有数据实时采集远传发送功能。3)仪表的防护等级应适合现场安装条件，能够在特殊环境下连续正常使用且操作方便。4)尽可能选择同一品牌、同一类型的在线水流量仪表，且误差方向尽可能保持一致。5)可选配压力测量。5.1.2.3在线水流量仪表的运维管理。在线水流量仪表安装完成后，应对周边管线进行全面的检漏，发现漏点应及时修复；压力对比测试，如果出现水压不稳，需查明原因并进行适当调整，确保沿线居民用水无忧；寒冷季节，需做好防冻保暖工作，对在线水流量仪表的管网附属设备外露部分进行包扎检查，防止出现爆管、仪器损坏现象；定期对在线水流量仪表进行维护保养工作，确保仪表处于良好状态。5.25.2.1通常采用的分区计量漏损判定方法进出水量差法根据分区计量的设备管道的关系，长期连续监控总表和分表的计量数据，分析分区内一定时间间隔的总表(进水表)与分表(用户表或出水表)计量水量差，若分析发现差值突变，如超过8%以上，则表示相应的区域可能有漏损，且总分表差值越大存在漏水的可能性越大。依据分析结果便可安排检温和修复工作。5.2.2最小夜间流量法根据进水口流量仪表记录的连续流量数据，找出每一天的最小夜间流量。最低夜间流量只包括用户使用和背景漏损，并以8期为横坐标，对应8期的最小夜间流量为纵坐标绘制出各分区的最小夜间流量变化曲线。由最小夜间流量变化曲线可以及时判断各分区是否存在漏失。若存在漏失则可以及时查找漏点并修复。通过对夜间流量下用户用水的估算，将管网真实漏损水量(背景漏损量)从夜间最小流量中分离出来，以此作为监测、预警和评价各分区漏损的基本依据。假定背景漏损保持定值，长期监控后，可得到最小夜间流量下破管漏水量随时间的变化曲线。4DBXX/XXXXX—XXXX夜间最小流量是评估独立计量区域实际漏损水平的重要指标。夜间最小流量法是对某个独立计量区域的夜间流量进行分析，进而评估该区域的实际漏损情况。最小夜间流量是指以24h为一个周期内的最小的流量，通常发生在凌晨2:00~4:00大多用户不用水的时段。在此时段内，瞬时流量的数据采集时间问隔不宜小于5min。常用的夜间最小流量数据处理方法有两种：1)比较法：将夜间测得的最小供水量与日均供水量比较，如果最小夜间供水量与日均供水量的比值超过某一百分点。即认为该区域管网可能出现了异常。2)经验法：按照工作经验选定参数，井据此绘制用水标准图表，将实际供水量与其比较，即可得到管网是否存在异常的结论。5.3水表选型建议从水表的寿命、计量误差、采购成本综合评估：1)DN100口径以上的水表建议采用电磁水表，寿命长，耐高污染腐蚀，全通结构，零压力损失，无磨损；超大量程比，小流量灵敏度和超大流量测量远远优于其他水表。2)DN50-DN100口径的水表建议采用水平螺翼机械水表，压力损失小，结构简单，故障少，价格低，但灵敏度不高，始动流量较大，安装和直管段条件要求较严格。3)DN50口径以下的水表建议采用水平旋翼机械水表，对水质要求和流场要求相当不高，体积小、结构紧凑、便于使用和维修。4)水表口径选择时应满足最高时用水量不得超过水表的过载流量，最小时用水量必须大于水表的最小流量；平均时用水量接近水表的常用流量，不能单纯以管道直径来选择水表口径。5)具有数据远传功能，至少应具有RS-485标准串行电气接口，采用MODBUS标准开放协议或符合CJ∕T188协议中的有关规定。5.45.4.11)2)3)4)5)6)7)数据传输要求NB-IoT数据采集器应支持对多台不同种类的水流量计量器具同时进行数据采集。应对数据包进行身份认证和数据加密处理。应选用具有数据存储和断点续传功能的数据采集器。数据采集器的采集周期应不小于5min且不大于15min。数据采集器的采集成功率应高于96%。数据采集器的使用寿命应超过3年（不含电池）。工作温度：对于不同类型的应用场景，模组需满足相应的工作温度要求。如：对用于消费类应用的模组应能在-20~60°C范围内正常工作；对用于工业应用的模组应能在-40~85°C范围内正常工作。8)工作频段：NB-IoT基于HD-FDD半双工模式进行工作，其工作频段需符合国家无线电管理部门的相关规定。NB-IoT数据采集器可支持的工作频段如下表所示：表1工作频段13NB-IoT数据采集器可支持的工作频段下行工作频段（基站发射、UE接收）FDL_low–FDL_high

2110MHz1805MHz––2170MHz1880MHz5上行工作频段（基站接收、UE发射）FUL_low1920MHz1710MHz–––FUL_high1980MHz1785MHzDBXX/XXXXX—XXXX58824MHz880MHz––849MHz915MHz869MHz925MHz––894MHz960MHz注：支持工作频段将根据国家无线电管理部门相关规定进行修订。9)信道带宽：NB-IoT信道带宽是200kHz。10)信道间隔：NB-IoT独立工作模式下的信道间隔为200kHz；在带内工作模式和保护带工作模式部署场景下，两个相邻的NB载波间的信道间隔为180kHz。11)信道栅格：NB-IoT独立工作模式、带内工作模式和保护带工作模式下的信道栅格为100kHz。5.4.2水表与NB-IoT数据采集器间传输要求1)应保证水表与数据采集器之间可靠通信。2)应采用符合各相关行业标准的通信协议，按行业标准CJ/T188执行，支持Modbus开放式协议，按国家标准GB/T19582执行。5.55.5.1管网漏损监测系统功能要求系统组合系统由相应的软件、硬件、通信网络组成，部署在管网管理营销、营销部门、授权用户终端。5.5.2基本功能应具各但不限于以下功能：1)水量平衡：具有分析计算IWA国际水协的水量平衡表功能。2)漏损量计算：具有各层分区温损量计算的核心算法。3)大数据集成分析：具有集成不同的数据源进行数据分析和挖掘功能。4)漏损管理：具有依据计算分析结果指导主动漏损预警和控制功能。5)监控报警：具有突发爆管重大泄漏事件的实时报警功能。6)表务分析：具有分析解决流量仅表口径与管道流量选型不匹配，指导流量仅表选型和远程自动抄表功能。7)用户管理：具有不同用户角色不同权限的统一管理。8)系统管理：分区设置、基于管网拓扑结构进行多级分区计量的设置，不同算法的参数设置等。9)信息共享：Web发布功能。10)安全管理：授权用户权限管理，权限分配等功能。11)软件模块化结构设计。6