远传IC卡燃气表在家用燃气计量领域的适用性

邵泽华

(成都秦川物联网科技股份有限公司，四川成都610100)

1 远传IC卡燃气表

1.1 远传IC卡燃气表功能

远传IC卡燃气表是以膜式燃气表为计量基表，加装有流量采集模块、IC卡读写模块、预付费管理模块、阀门控制模块、远传模块以及CPU控制器，除具有机械计量功能外，还具有电子计量功能、预付费功能、阀控功能、远程缴费、异常用气监控以及调价功能等。远传IC卡燃气表结构见图1。

图1 远传IC卡燃气表结构

本文分析远程抄表、调价、缴费功能，其他功能如计量、预付费功能、阀控功能不予详述。

① 采用短距无线通信技术的远传IC卡燃气表能够实现远程抄表和远程调价。

a.远程抄表：短距无线通信技术主要通过手持抄表器实现远程抄表。在抄表日，抄表人员持手持抄表器通过无线方式无需入户便能完成抄表，相对于入户抄表提高了抄表效率。

b.远程调价：一年之中燃气单价可能不同，而IC卡燃气表在使用过程中存在低价屯气现象，这在气价上调时会给燃气公司造成巨大经济损失。远传IC卡燃气表具有远程调价功能，工作人员通过在室外使用手持抄表器与远传IC卡燃气表通信，实现气价调整。

② 采用远程无线通信技术的远传IC卡燃气表能够实现远程抄表、调价、缴费功能。

a.远程抄表：燃气公司通过远程无线通信技术能够在抄表日实现远程抄表，在此业务流程中不需要抄表人员前往小区，在燃气公司就可以完成抄表。

b.远程调价：远程调价不需要工作人员外派，理论上可实现以天为单位的阶梯气价，从而最大限度减少因天然气价格变动给燃气公司和燃气用户带来的经济损失。

c.远程缴费：在使用IC卡缴费的基础上还可实现远程缴费，燃气用户通过安装于移动终端上的专用APP便能实现足不出户随时随地缴费，极大地方便了燃气用户，提高了燃气公司的服务效率和质量。

1.2 远传IC卡燃气表运行系统

远传IC卡燃气表运行系统由两部分组成：IC卡运行系统和无线通信运行系统。远传IC卡燃气表运行系统拓扑图见图2，图中黑色箭头是IC卡运行系统拓扑图，绿色箭头和红色箭头是无线通信运行系统拓扑图。

图2 远传IC卡燃气表运行系统拓扑图

① IC卡缴费流程

燃气用户持IC卡前往燃气公司售气网点开户成功后，持IC卡在燃气公司售气网点或燃气公司授权的第三方营业网点进行购气。

若在燃气公司售气网点购气，燃气用户的购气信息会直接通过IC卡缴费业务平台数据库处理后，存入燃气公司服务器，然后将支付成功信息通过IC卡缴费业务平台数据库返回给燃气公司售气网点，进而向IC卡中写入相关的充值信息。

若前往燃气公司授权的第三方营业网点购气，购气信息会先经过燃气公司授权银行的银行代售气服务器，传输给IC卡缴费业务平台数据库处理，然后再将缴费信息传输至燃气公司服务器；燃气公司服务器在接收到付款信息后会依次通过IC卡缴费业务平台数据库、银行代售气服务器向第三方营业网点授权向IC卡中写入气量信息，完成缴费。

② 远程缴费流程

只有采用远程无线通信技术的远传IC卡燃气表才能够实现远程缴费。燃气用户通过安装在移动设备中的燃气缴费APP、第三方缴费APP以及网银APP等将缴费信息传输至远程缴费业务平台数据库，经校验、认证处理后传输至燃气公司服务器，燃气公司服务器再通过远程缴费业务平台数据库向燃气用户所用APP反馈缴费处理结果信息。对于表端采用GPRS等通信技术的远传IC卡燃气表，燃气公司服务器在确认燃气用户缴费成功后会直接通过GPRS基站将缴费信息传输给远传IC卡燃气表；对于表端采用ZigBee、GFSK等通信技术，进行组网通信的远传IC卡燃气表，燃气公司服务器在确认燃气用户缴费成功后会依次通过GPRS基站、集中器、中继器将用户缴费信息传输给远传IC卡燃气表，由预付费管理模块将预购气量或预存金额累加到剩余气量内或剩余金额内。

③ 远程抄表流程

远传IC卡燃气表根据所采用的无线通信技术不同，抄表形式有两种：第一种是利用短距无线通信技术，人工持手持抄表器进行抄表；第二种是通过远程无线通信技术实现远程全自动抄表[1]。

第一种抄表形式：燃气公司抄表人员持手持抄表器前往远传IC卡燃气表所在小区与远传IC卡燃气表连接，手持抄表器接收并保存远传IC卡燃气表传输来的累积气量信息，由抄表人员携带手持抄表器回燃气公司后将数据导入燃气公司服务器，完成抄表。此种形式的抄表根据建筑物结构、户型及装表方式不同，抄表方式也略有不同，如多层住宅可在楼下抄表，高层住宅可在楼道抄表或楼下集中抄表。

第二种抄表形式：采用远程无线通信技术的远传IC卡燃气表的抄表不需要人工介入。首先由燃气公司服务器向远传IC卡燃气表下发抄表指令，表端采用GPRS等通信技术的远传IC卡燃气表，其表端累计气量信息经GPRS基站直接传输给燃气公司服务器，完成抄表；表端采用ZigBee、GFSK等通信技术，进行组网通信的远传IC卡燃气表，表端将携带有累积气量信息的数据经中继器信号放大后传输至集中器，储存在集中器中，存入集中器内的数据通过GPRS基站传输给燃气公司服务器，完成抄表。

④ 远程调价流程

第一种远程调价方式：此种方式适用于采用短距无线通信技术。在需要价格调整时，燃气公司服务器会向手持抄表器中写入气价调整信息，由工作人员携带其前往需要进行调价的小区，通过手持抄表器与远传IC卡燃气表进行通信，更新远传IC卡燃气表内的燃气单价，即刻或到达气价调整时间后，以新的用气价格与燃气用户结算。

第二种远程调价方式：此种方式适用于采用远程无线通信技术。在用气价格需要调整时，表端采用GPRS等通信技术的远传IC卡燃气表，燃气公司服务器会通过GPRS基站直接将调价信息发送给燃气表，实现调价；表端采用ZigBee、GFSK等通信技术，进行组网通信的远传IC卡燃气表，燃气公司服务器会通过GPRS基站将气价调整信息传输给集中器，经集中器转发传输给中继器，再由中继器下发给远传IC卡燃气表，实现燃气的气价调整，即刻或到达气价调整时间后，以新的用气价格与燃气用户结算。

2 远传IC卡燃气表存在的问题

2.1 采用短距无线通信技术的远传IC卡燃气表

采用短距无线通信技术的远传IC卡燃气表属于早期产品，通过手持抄表器能够实现抄表、调价功能，弥补了IC卡燃气表无法实现抄表、调价的不足，是通信技术水平满足不了市场需求时的一种过渡产品，是在IC卡燃气表基础上简单叠加了远传功能。

采用短距无线通信技术的远传IC卡燃气表无法实现远程缴费，同时抄表、调价工作需要投入大量工作人员前往燃气表所在地附近进行作业，重复抄表、漏抄表、错误抄表、调价失败等现象时常发生，不仅效率低下，作业质量也无法得到保证，已经不能满足时代发展需要。

同时，采用短距无线通信技术的远传IC卡燃气表无相应的信息安全技术保障燃气用户个人信息安全以及表端数据安全，表端缺乏相应的安全机制，很容易被非法设备接入，再者过多的人工介入加大了信息泄漏的风险，使燃气用户个人敏感数据遭到窃取，气量数据遭到篡改的可能性大大增加，易造成重大信息泄漏事件。

2.2 采用远程无线通信技术的远传IC卡燃气表

① 功能冗余

对于采用远程无线通信技术的远传IC卡燃气表，通过远程无线通信技术能够实现缴费、抄表、调价等远传IC卡燃气表的全部功能，部分功能与IC卡功能重叠。采用过多冗余的功能对产品本身质量和技术的提升没有意义，是一种功能和硬件浪费。

② 系统复杂

如图2所示，采用远程无线通信技术的远传IC卡燃气表要实现所有功能，需要建立以IC卡为通信手段的IC卡运行系统和以远程无线通信技术为通信手段的远程无线通信运行系统。通过远程无线通信运行系统能实现远传IC卡燃气表的所有功能，而布设一个运行系统需花费巨额资金，使远传IC卡燃气表整个运行系统更加复杂。

③ 无线通信性能低，信息安全性低

采用远程无线通信技术的远传IC卡燃气表虽然能实现完全不需要人工参与的远程抄表、远程调价等功能，但其通信并不可靠，无跳频技术支持，当出现同频干扰时无法通信，且信号传输距离有限。由于我国居民居住环境具有高、密、杂的特点，无线信号容易被干扰和屏蔽，有的小区通信效果较差甚至根本无法通信。

同时远程IC卡燃气表信息安全性低，因其系统复杂，且无线信号加密技术水平较低，很容易被捕获破解，一个环节出现问题就会造成整个系统数据泄露。

④ 功耗高，用气安全得不到保障

同时采用IC卡运行系统和无线通信运行系统的远传IC卡燃气表功耗较高，高功耗会降低远传IC卡燃气表各种电子器件的使用寿命，燃气表工作稳定性将受到影响。

此外，表端采用GPRS通信技术的远传IC卡燃气表，工作电流较大，其尖峰电流达到了2 A，不符合现行国家标准GB/T 6968—2011《膜式燃气表》的要求。过大的电流会使电子元器件老化加快，容易造成电路短路，产生电火花，导致阀门失控，给燃气用户生命财产安全造成巨大威胁，不适合用于燃气表通信[2]。

3 解决方案

通过对远传IC卡燃气表存在问题的分析可知，远传IC卡燃气表已经不适合继续用于家用燃气计量领域。远传IC卡燃气表需要在技术和管理层面做出改变才能更好地服务燃气用户。目前通过采用新技术和新的管理理念，市场上有两种升级产品：一是只保留IC卡运行系统的升级普通IC卡燃气表为整体设计且具有信息安全功能的IC卡智能燃气表[3]；二是完全在表端除去IC卡功能只保留远程无线通信运行系统的采用双向远程通信技术、具有信息安全功能的远控智能燃气表[4]。当前二者技术已经相当成熟，产品已在市场上获得了良好的口碑和经济效益。

① IC卡智能燃气表是以IC卡为通信媒体，售气管理系统为平台，以容积式机械计量为基础，通过机电转换、电子计量、智能控制、信息安全管理的有机结合实现计量管理、预付费管理(气量增减、上限控制、信息回写反馈等)、智能控制管理(过流保护、强磁干扰保护、故障诊断等)和信息安全管理(高级密钥加密、数据历史追溯、密钥升级、ID管理等)的智能燃气表。IC卡智能燃气表与燃气公司服务器的通信可通过给燃气用户配备蓝牙读写卡设备实现：燃气用户通过手机等手持移动设备的蓝牙功能与蓝牙读写卡设备通信，蓝牙读写卡设备具有IC卡读写功能，实现燃气公司服务器、手持移动设备、蓝牙读写卡设备、IC卡、IC卡智能燃气表之间的通信，最终实现燃气用户在家可与燃气公司服务器通信，实现远程缴费、抄表、调价等功能，此种通信方式对燃气公司和燃气用户来说都便捷、高效。IC卡智能燃气表的智能控制功能和信息安全管理功能能很好地保障IC卡智能燃气表工作性能的稳定性和计量结果的准确性，燃气公司只需要在燃气用户购气时读取IC卡中储存的燃气表的相关信息和向IC卡中写入相应信息便能实现对IC卡智能燃气表的智能管理，对长期无购气行为的用户进行重点稽查，以防范出现违规用气。

② 远控智能燃气表是以双向远程通信为通信方式，以智能控制与安全切断阀为手段，通过容积式机械计量、机电转换、电子计量、智能控制、远程通信、燃气泄漏报警监测的有机结合实现智能计量、远程实时阶梯气价、远程智能控制、远程阀控，具有高级别信息安全管理的智能燃气表。远控智能燃气表的远程通信具有实时性和双向性，其整个运行系统通过运用信息安全管理技术很好地保证了燃气数据和燃气用户个人敏感数据的安全，燃气公司能够远程获取任一远控智能燃气表的信息，实现对表端的精细化管理。

当前采用 IC卡智能燃气表和远控智能燃气表是相对远传IC卡燃气表而言较优的措施，不但能够避免后者的诸多缺点，而且随着物联网技术在燃气表上的发展和应用，IC卡智能燃气表和远控智能燃气表通过增设网络化服务，实现燃气公司数据采集和燃气用户缴费的便利，从而实现IC卡智能燃气表和远控智能燃气表的物联网管理，这是适应目前国内民用燃气智能化发展还不平衡和不充分状况的明智之举，在物联网智能燃气表普及后能够实现自然逐步替换。

4 发展方向

随着近年物联网技术的兴起，越来越多的物联网相关技术应用到燃气行业。物联网智能燃气表是在智能燃气表的基础上，通过现有的互联网、移动通信网络以及低功耗广域物联网(LPWAN)等技术，使燃气表除具有智能燃气表具有的功能之外，还具有流量监控、温度压力报警监控、阶梯气价、实时通信、数据统计、数据报表、数据挖掘等扩展功能，基本上涵盖了燃气公司、燃气用户对天然气使用以及用气安全实时监控的需求。物联网技术与燃气表计量技术的结合，使燃气表在信息处理和信息交换方面的优势最大化，提高了燃气使用安全性，实现了服务数据、生产数据的统一管理和共享。物联网智能燃气表具有更智能化、网络化、安全化的特点，必将成为燃气计量的发展方向。