前言

　　智能水表是一種利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能IC卡技術(shù)對用水量進(jìn)行計量并進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型水表。與傳統(tǒng)水表一般只具有流量采集和機械指針顯示用水量的功能相比，是很大的進(jìn)步。智能智能水表除了可對用水量進(jìn)行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量進(jìn)行控制，并且自動完成階梯水價的水費計算，同時可以進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)存儲的功能。由于其數(shù)據(jù)傳遞和交易結(jié)算通過IC卡進(jìn)行，因而可以實現(xiàn)由工作人員上門操表收費到用戶自己去營業(yè)所交費的轉(zhuǎn)變。IC卡交易系統(tǒng)還具有交易方便，計算準(zhǔn)確，可利用銀行進(jìn)行結(jié)算的特點。

　　1　智能水表的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　1. 1　智能水表的分類

　　基于智能水表的信息化和網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用，它已不是傳統(tǒng)意義上的“水表”概念，取而代之的是以“系統(tǒng)”、“集成”的理念來認(rèn)識和發(fā)展智能水表。為了對智能水表的發(fā)展有一個較為全面的認(rèn)識，首先對遠(yuǎn)程集抄和卡式智能水表的應(yīng)用現(xiàn)狀作一個概述，以探討現(xiàn)行方式中可能存在的問題，為智能水表的未來發(fā)展方向提供一個坐標(biāo)或起點。

　　目前，依據(jù)智能水表所構(gòu)建的系統(tǒng)功能和硬件平臺，可將智能水表分為智能水表遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)（以下簡稱遠(yuǎn)程集抄）和卡式智能水表系統(tǒng)。

　　1. 2　遠(yuǎn)程集抄的組成及其技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

　　遠(yuǎn)程集抄主要由基表、數(shù)據(jù)存貯與通訊系統(tǒng)、后臺軟件操作系統(tǒng)三部分組成。

　　基表是指對水量進(jìn)行計量并將計量信息通過感器采集進(jìn)而轉(zhuǎn)化成電信號的表具，基表主要包括計量機構(gòu)和傳感器兩部分。目前，現(xiàn)行主要基表是以水表計量機構(gòu)中的葉輪對通過的水量進(jìn)行計量，葉輪的旋轉(zhuǎn)頻率所記錄的流量信息通過水表的指示元件（指針、字輪等）逐次顯示。葉輪、指針、字輪等包含流量信息的元件統(tǒng)稱為計量元件，傳感器對計量元件的運動狀況進(jìn)行采集，進(jìn)而將計量信息轉(zhuǎn)化為電信號的形式。

　　根據(jù)計量元件在基表中傳遞水流能量的前后順序，直接受水流作用而運動的始動元件稱為初級計量元件，如葉輪；將初級計量元件的運動進(jìn)行逐級減數(shù)并可將計量信息加以指示的元件稱為次級計量元件，如指針（或與其相連接的齒輪）和字輪等。目前，常用的可供計量的表具是以多流束式水表為主的旋翼式水表和水平螺翼式大口徑水表等。

　　目前，常用的傳感器主要分為磁敏傳感器、電感式傳感器和直讀式傳感器。

　　磁敏式傳感器主要包括干簧管、霍爾元件、維根等，干簧管、霍爾元件由于分別受到使用壽命和工作頻率的影響，它們主要是對次級計量元件進(jìn)行采集，分別以開關(guān)和脈沖的形式輸出信號。維根可不受壽命和工作頻率的影響，可在各級計量元件中得到應(yīng)用，以脈沖的形式輸出信號。

　　磁敏元件在應(yīng)用中對水表的靈敏度以及受外界磁干擾的影響較大，同時也會對水表的使用壽命造成不利影響，因此磁敏元件在使用上具有一定的局限性。但由于磁敏元件價格便宜，安裝簡單，適于大批量生產(chǎn)，因而目前仍然得到廣泛使用。

　　電感式傳感器主要是通過對振蕩信號的周期性衰減的采集獲取計量信息，主要應(yīng)用于初級計量元件，由于采用非磁激勵，因而葉輪的運動阻尼小，抗外磁干擾能力強，

　　適用于各種水質(zhì)，具有較廣泛的應(yīng)用。目前，由于電感線圈在制作工藝上的限制，線圈中的鐵芯在一定程度上受到外磁的干擾，因此抗外磁能力有待進(jìn)一步提高。目前，隨著線圈制作工藝和相關(guān)技術(shù)水平的提高，全無磁式電感傳感器已得到發(fā)展和初步應(yīng)用。

　　直讀式傳感器分為光電式和機械式兩種，光電式可根據(jù)發(fā)射器和接收器的相對位置分為反射式和對射式。光電直讀是對次級計量元件字輪進(jìn)行相關(guān)信息采集，從而確定字輪的讀數(shù)。光電直讀由于傳感器元件應(yīng)用較多，硬件電路復(fù)雜，工藝要求高，因而成本較高，批量生產(chǎn)工藝難度大。機械式直讀主要是通過壓簧片對碼盤的直接接觸，獲取編碼信息，從而確定其相應(yīng)的指示位置。該方式雖然較前者成本低，但由于受簧片材質(zhì)和加工工藝的影響，存在著可靠性差，機械阻尼大（水表始動流量大）,批量生產(chǎn)工藝性有待提高等問題。

　　綜上所述，現(xiàn)階段智能水表的基表在計量的表具和傳感技術(shù)上呈現(xiàn)出多樣性的特點，各種方式由于受到現(xiàn)行技術(shù)水平和工藝技術(shù)的限制，并沒有形成突出的技術(shù)優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。

　　在數(shù)據(jù)通訊方面，現(xiàn)行采用RS485總線和MBUS總線的通訊方式，具有較完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，同時智能水表的通訊技術(shù)是隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，目前，數(shù)據(jù)通訊方面除了有線方式外，各種無線抄表技術(shù)也層出不窮。在后臺軟件操作系統(tǒng)上，現(xiàn)行軟件上由于各水務(wù)管理部門在服務(wù)模式、收費方式，以及在數(shù)據(jù)接口等方面存在較大差別，因此后臺軟件系統(tǒng)具有個性化、相互不兼容的特點。在遠(yuǎn)程集抄的應(yīng)用方面，主要是系統(tǒng)的管理者單方面從用戶方實時獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，如用水量等，這種數(shù)據(jù)交流的單向性造成了雙方獲取信息的不對稱。

　　雖然遠(yuǎn)程集抄在基表、后臺處理等方面存在各種矛盾，但它由于初步建立了管理者與用戶之間的實時溝通渠道，為水資源管理行為實現(xiàn)社會化、集約化、實時化和人性化等現(xiàn)代管理要求中所起到的支撐作用卻是無可替代的。

　　1. 3　卡式智能水表系統(tǒng)組成及其技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

　　卡式智能水表系統(tǒng)由卡式智能水表、讀寫卡、后臺處理系統(tǒng)三部分組成。

　　智能卡水表是以帶有發(fā)信裝置的水表為計量基表，以讀寫卡為媒體，加裝控制器和電控閥所組成的一種具有預(yù)付費功能的水量計量儀表。讀寫卡是指可進(jìn)行讀寫操作的的媒體，如IC卡、TM卡、射頻卡等。后臺處理系統(tǒng)是指可對讀寫卡進(jìn)行讀、寫操作的硬件和軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)中由于讀寫卡承擔(dān)了管理者與用戶間的溝通以及用戶與與卡表間的溝通，而用戶是讀寫卡的持有者，因而在管理者與用戶間的實時溝通上受到一定的制約，這種非實時性同時降低了管理者與用戶間人性化服務(wù)的程度。

　　2　智能水表的發(fā)展方向

　　針對智能水表系統(tǒng)的硬件配置和網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的現(xiàn)狀，智能水表的發(fā)展方向表現(xiàn)為：經(jīng)濟(jì)實用、雙向?qū)崟r、數(shù)據(jù)共享。

　　智能卡式水表預(yù)付費功能“先付費后用水”在社會文明發(fā)展到一定高度后，不可能成為水費收取的制約手段，同時在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的現(xiàn)階段他們應(yīng)用在企業(yè)內(nèi)部為節(jié)約用水控制額定計劃指標(biāo)與實際用水計量，也有大專院校內(nèi)部為節(jié)約用水，在校住宿學(xué)生宿舍房內(nèi)憑卡用水也采用智能水表來控制，很少使用在社會上直接對居民供水實施預(yù)付費后用水的智能水表，也不主張推行先收費后用水，對他們來說這個問題是關(guān)系到對喝水人的“人權(quán)”問題，沒有錢的人，喝水仍然是他們生存的權(quán)利，所以不推行這種措施。我國自建國以來對居民家庭有供水、供電、供氣的那一天開始，就實行先用后付費的程序規(guī)律。

　　目前改變先付費后用水，本身是對居民心里的一種抵觸。況且，目前的供電、供氣仍然保持先用后付費的規(guī)律，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)了，居民生活水平高了，人們的思想境界也提升了，先用水后付費的規(guī)律，也不會造成水費拖欠的社會問題，所以說社會文明進(jìn)步了，這種預(yù)付費的措施不是理想的措施。所以目前智能卡式水表的預(yù)付費形式逐步轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)傳、自動抄讀系統(tǒng)的方向發(fā)展。

　　我們曾經(jīng)對多個工業(yè)發(fā)達(dá)國家的預(yù)付費水表使用情況調(diào)研，如美、德、法、意、澳大利亞等，他們在水表智能化數(shù)據(jù)采集方面有很多自動抄表系統(tǒng)，有遠(yuǎn)傳、遙感、采集和集中采集不等，智能水表自動抄讀功能在工業(yè)發(fā)達(dá)國家特別是美國應(yīng)用得較多，如德克薩斯州、維基尼亞州、科羅拉多州、威斯康星州等已經(jīng)很普及。智能水表自動抄讀功能已大量的應(yīng)用在企業(yè)內(nèi)部為節(jié)約用水控制額定計劃指標(biāo)與實際用水計量，也有大專院校內(nèi)部為節(jié)約用水，在校住宿學(xué)生宿舍房也采用智能水表自動抄讀系統(tǒng)來控制。

　　從長遠(yuǎn)看，隨著傳感器技術(shù)水平的提高和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的深入，各流量計技術(shù)，如超聲波流量計、電磁流量計等將會廣泛應(yīng)用于水表的設(shè)計和使用中，以此技術(shù)開發(fā)的基表，結(jié)構(gòu)簡單，真正實現(xiàn)了無機械傳動，長壽命（等同于元器件壽命或管道壽命）

　　,無壓力損失，計量的量程廣（等同于安裝管道的流通能力）等優(yōu)點。目前該技術(shù)在小口徑（DN152DN40）和大口徑（DN502DN500）基表的應(yīng)用正處于開發(fā)階段，其傳感器（換能器）由于受到工藝技術(shù)水平的制約，成本較高，產(chǎn)業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用需要相當(dāng)長的一段時間。

　　雙向?qū)崟r是對系統(tǒng)通訊與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求，智能水表系統(tǒng)的使用者是水務(wù)管理者和用戶，該系統(tǒng)應(yīng)用水平的高低取決了雙向互動交流的程度以及雙向溝通的實時性。因此建立由卡式智能水表、讀寫卡、遠(yuǎn)程集抄的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)以及相應(yīng)的后臺數(shù)據(jù)處理軟件所構(gòu)成的智能水表系統(tǒng)可以深化雙方交流的行為方式，提高智能水表應(yīng)用的廣度和深度。

　　共享性是對系統(tǒng)社會化的需要，隨著人類對水資源集約化管理程度的日益提高，人類對水資源利用的各項數(shù)據(jù)不僅是一個局部、一個地區(qū)關(guān)注的問題，而越來越成為一個國家、一個社會關(guān)注的問題。標(biāo)準(zhǔn)化確保數(shù)據(jù)讀取方式的統(tǒng)一，模塊化可以確保水務(wù)管理對軟件功能多樣化的需求，提高軟件應(yīng)用的適用性，從而實現(xiàn)水務(wù)管理跨區(qū)域的聯(lián)合。

　　3　結(jié)語

　　智能水表系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代計量技術(shù)、傳感技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及社會化需求的發(fā)展而不斷向前發(fā)展的，智能水表系統(tǒng)在未來發(fā)展中所體現(xiàn)出的經(jīng)濟(jì)實用、雙向?qū)崟r、數(shù)據(jù)共享的特點正是這種技術(shù)發(fā)展和社會需求發(fā)展的集中體現(xiàn)，同時體現(xiàn)著人類與水資源和諧共存的依存理念。