IC卡预付费智能水表在供水行业的应用与推广

(中国工程物理研究院，四川 绵阳 621900)

0 引言

我国供水行业水费的收缴与管理大多仍以传统的机械水表为基础。这种基于传统水表而建立的“先用水，后缴费”、人工抄表、人工上门收费的管理模式存在收费难、工作量大、供需双方易产生纠纷等问题，造成水费回收率低、供水管理效率低、社会效益差等现象，不利于供水行业的可持续发展。

IC卡预付费智能水表启用了现代化的“先缴费，后用水”的新管理模式，可从根本上解决传统水费收缴过程中存在的诸多问题，实现水费管理的电子化与智能化，是一种方便快捷的良性管理模式[1]。这种模式不但可以提高供水行业的管理水平，还可直接避免因用户不及时缴纳水费的弊端，提高了供水行业的水费回收率，有利于公用事业的长远发展。

本文充分调研了IC卡预付费智能水表管理系统的组成、使用方法、工作原理及其功能，论证了该类水表在我国供水行业计量器具大规模变革的可行性和必要性。

1 IC卡预付费管理系统

1.1 系统构成

IC卡预付费系统由智能水表、IC卡和售水管理系统组成[2]，其结构示意图如图1所示。

图1 IC卡预付费系统结构示意图

1.2 使用流程

初次使用IC卡智能水表，用户需到供水部门营业点办理IC卡并购买所需水量。供水部门通过预付费管理系统向用户卡中充入对应金额的水量后，用户只需持卡插入家中的智能水表，卡中的预购水量便自动读入表中，随后即可正常用水。当所购水余量低于设定限额时，用户需持卡到供水部门营业点办理充值业务。此时，用户也可通过IC卡将家中的用水状况、电池状态等信息反馈给供水管理部门，为供水管理的监控与宏观管理提供必要的信息。IC卡预付费智能水表使用流程如图2所示。

图2 智能水表使用流程图

1.3 工作原理

IC卡预付费智能水表由机械水表、CPU微处理器、电控阀、显示器、IC卡读写器、电源等部分组成[3]，即该类水表以普通机械水表为母表，辅以相应的电子测控系统构成机电一体化产品[4]，其母表应符合GB/T 778-2007《饮用冷水水表和热水表》[5]国家标准。IC卡智能水表的智能化是以IC卡(插卡式或射频式)为工作媒介(其中含有用户姓名、家庭住址、购水金额等各种信息)，通过表中的IC卡读写器读入卡中信息，经CPU微处理器判断确认无误后，将卡中预购水量读入表内存储器，进而控制开关阀门，最终完成自动供水或停水。IC卡预付费水表的工作原理如图3所示。

图3 智能水表工作原理示意图

当用户用水时，流量采集装置开始采集用水量信息，并转换成电子信号供给微机处理器进行处理，同时将其显示在LED屏上。当用户的预购水量下降到设定限额时，水表的报警装置将自动报警，提示用户及时充值购水。如未及时充值并超过赊欠用水限额，水表将自动关闭电控阀，停止供水。

1.4 主要功能

IC卡智能水表具有预付费、报警提示、阶梯收费异常检测等功能，具体归纳如下[6-7]。

① 预付费功能：预收水费，水量用尽关阀断水；

② 报警功能：电源欠压报警、余量不足报警；

③ 囤积限额功能：可有效防止用户恶意囤积水量；

④ 赊欠功能：具有过零水量的赊欠功能；

⑤ 查抄功能：可查抄近12个月的月用水量；

⑥ 阶梯收费功能：配合后台管理系统实现阶梯水价收费；

⑦ 异常检测功能：可自动记录异常情况，如强磁场干扰；

⑧ 阀门维护功能：为避免阀门长时间不动作引起结垢而影响正常开关，可定期活动一次阀门；

⑨ 当卡反插或非本系统卡插入时，将显示“卡错”；

⑩ 一卡通功能：可实现水、电、气表一卡通。

2 与传统水表的比较

2.1 收费方式

传统机械水表采用“先用水，后缴费”的收费方式，增加了抄表员上门抄表的工作量，存在用户用水不缴费的可能性，使得供水行业水费回收率迟迟无法提高。

IC卡智能水表的使用，开启了现代化的“先缴费，后用水”的新收费模式，直接避免了迟缴、欠缴、漏缴水费的现象，加快了供水行业的资金回笼率，使水费回收率接近100%。

2.2 故障记录

传统水表为机械旋翼式水表，这种水表在长期使用中会出现内部机械零部件(叶轮、齿轮等)严重磨损甚至失灵，指针在小流量下走得较慢、大流量下走得较快[8]，出现水表计量读数忽高忽低等现象，导致计量精度降低。而一旦水表出现故障，供水部门无法及时获知，用户也无法准确获取用水信息，容易导致供需双方产生费用纠纷，造成供水行业水费收取管理的困难，影响其长远发展。

IC卡智能水表的工作原理有别于传统机械水表，它通过计算机和相应的管理系统实现使用和管理。一旦水表出现异常，智能水表将自动记录，以方便供水行业管理部门的后期检测，避免和减少偷水、漏水、冒水事件的发生。

2.3 阶梯水价

2002年4月1日，国务院国家计委、财政部、建设部、水利部、国家环保总局联合发出《关于进一步推进城市供水价格改革工作的通知》[9]。该《通知》要求全国各省辖市以上城市须在2013年年底前实行阶梯水价，其他城市则在2015年年底前实行阶梯水价。阶梯水价的实行迫在眉睫，所有城市都应为此做好充足的准备。

阶梯水价的实施涉及许多问题，如水费的收缴可按照用户每月的耗水量分成不同档次收取，也可根据不同的用水时段收取，或是以上两种情况的结合。实行阶梯水价之后，若仍采用机械水表，供水行业的水费收缴工作将非常繁琐与困难。而智能水表能利用其计算机管理系统自动实现按阶梯水价收费，这种功能将为阶梯水价的实施提供强有力的技术支撑，也将使供水行业的管理工作步入网络化、信息化的高效模式。

3 更换改造与安装

目前，大多数城市仍在采用传统机械水表，若要大范围推广使用IC卡智能水表，应对城市住宅分新、旧住宅两类进行深入调研。

对于新建住宅，要在小区建设初期就做好IC卡智能水表的安装设计工作，并与小区建设同时设计、同时施工、同时验收合格后投入生产和使用。

对于旧宅，应在施工前对其现有水表和阀门状况等进行摸底登记，以确定智能水表的安装位置、安装尺寸以及安装时能否停水等情况，为安装作业的顺利开展做好前期准备。

不管是新宅还是旧宅，在智能水表的更换、安装前，都应预先编制详细的施工作业方案，合理安排和调度各作业组的施工地点、工程量及作业时间，最大限度地减少停水次数；还应利用各种媒体做好宣传工作，使大家充分认识智能水表的优势，自觉主动地更换、安装使用智能水表。

4 发展前景

IC卡预付费智能水表通过表具及计算机管理系统执行人工难以完成的管理工作，能够极大地避免抄表员现场抄表的繁杂工作，具有执行的一致性；减少了供水管理部门因上门抄表带来的人力、物力和财力的浪费，克服了人情、社会等因素造成的弊端。它的使用体现了有效控制用水、及时回收资金、高效管理的管理新理念，其应用将是供水行业计量表具变革的必然趋势。

尽管当前市场上使用的智能水表已属第四代产品，具有很强的防伪、报警、赊欠等功能，相关技术已经非常成熟，但我国大多数城市仍在使用管理效率较低、技术相对落后的传统计量表具。随着水资源短缺形势的不断恶化和居民节水意识的增强，以及国家“十二五”规划对环保的严格限制和《通知》[9]对不同省市阶梯水价推行的强制性要求，传统计量表具的智能化变革将为整个供水行业的发展带来巨大的改变，将有力推进供水行业管理的现代化进程。

5 结束语

IC卡预付费智能水表[10-12]的应用，将给供水行业的管理工作和用户的日常生活带来前所未有的方便和快捷，具有显著的经济效益与社会效益，但该产品的推广与普及道路还很艰辛。本文介绍的IC卡预付费管理系统，同样适用于电表、天然气表以及网络、电视、公交等居民日常消费品的缴费管理。同时，上述各种相对独立的缴费功能还可统一纳入IC卡一卡通预付费综合管理系统，在一张IC卡上实现水费、电费、气费、网费、电视费、公交费等的一卡通缴费功能。随着社会的进步以及计算机、网络技术的普及和快速发展，实现居民日常生活消费品的一卡通管理将是大势所趋，这也将极大地促进社会服务行业的管理水平和居民的生活水平，使人们真正步入现代化的生活模式。

[1] 孙汝谦，徐佩斌.智能IC卡水表[J].河北建筑工程学院学报，2003，21(1):9-11.

[2] 李国祥.浅析IC卡智能水表[J].中国计量，2005(2):51-52.

[3] 胡桃.IC卡预付费水表的应用与优化设计[J].给水排水，2002，28(2)：76-79.

[4] 杨雪岩，张恩平.预付费智能水表[J].济南大学学报:自然科学版，2004，18(4)：325-327.

[5] 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T 778.1-2007封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水表第1部分：规范[S].2005.

[6] 王韧.IC卡智能水表的设计与实现[J].仪表技术，2003(4):15-17.

[7] 住房部和城乡建设部.CJ/T 133-2002 IC卡冷水水表[S].2012.

[8] 永冠实业上海有限公司.水表的结构和工作原理[EB/OL].[2013-06-01][2013-10-05].http://ygzkf.com/sb0tcf/sbdjghgz.htm.

[9] 国家计委，财政部，建设部，水利部，环保总局.关于进一步推进城市供水价格改革工作的通知[EB/OL].[2002-04-01][2013-04-01].http://www.gov.cn/gongbao/content/2003/content_62561.htm.

[10]汪玉凤,姜林.基于ZigBee和GPRS的无线抄表系统[J].仪表技术与传感器，2010(10)：49-51.

[11]王益祥,牛江平.远程无线抄表系统的研究[J].自动化仪表，2011，32(3)：4-7.

[12]郭丹,李俊芳.ZigBee无线网络技术在抄表系统中的应用[J].自动化仪表,2009，30(4)：20-23.