在供水企业运营中，减少供水的漏失率，不但能充分利用水这种不可再生的资源，有利于社会的可持续发展，而且能够提高水行业的经济效益。流量仪表精度不够，或者仪表故障及仪表供电中断，都会使流量计量偏小或漏计，尤其对大用户，由此造成的损失是非常惊人的。
因此对大用户流量仪表进行远程监测，及时发现流量计出现的问题并进行维护，使仪表能长期处于正常状态，可大大降低漏失率；如果能对流量计供电进行实时监测，既能自动记录停电时长，又可杜绝人为停电偷水的不法行为。
为了降低产销差率，解决用水大户机械水表计量中存在着人为因素的问题，天津市自来水集团有限公司将部分用水大户的机械表换装成智能化的流量计，并针对用水大户计量管理，于2006年建立了大用户流量远程监测系统。
1 流量远程监测系统的要求
因各用户分散，故计量中心（以下简称中心）对所有用户以无线方式进行远程集中监测；中心能对各网络终端进行定时监测；各用户终端应随时记录流量计供电的停电时间和来电时间，并及时传到中心，中心则以停电时长对流量计漏计流量进行补正；系统应有统一时间服务。
1.1 无线通讯方式的选择
传统的无线数据传输以数传电台为核心，各用户和中心分别架设半双工的数传电台，以时分方式（中心轮巡呼叫，子站分别响应）实现各用户终端与中心间的数据传输。该模式运行费用低，但是容易受同频电台干扰，频率申请非常困难且因为城市高大建筑物愈来愈多，通讯覆盖半径愈来愈小。若要增加通讯距离，只有增高天线，加大电台功率，这又大大增加了建设成本。目前已有现成的利用无线移动网的无线数传产品（DTU），且运行资费已降低到可以接受的地步。同时移动通讯网（GPRS、CDMA）已实现无缝覆盖，而网络的维护也无需用户操心。所以选择无线移动通讯网实现远程测控是一个很好的方案。
1.2 TCP与UDP
选择移动通讯技术，实现远程无线数据传输，为该系统的建设提供了很大的方便。GPRS、CDMA等覆盖范围广，而通讯距离已不再是瓶颈，通讯质量远高于数传电台，其运行成本不比采用电台组网通讯的维护费高。另外采用GPRS、CDMA技术后，可以与INTERNET网互联。因而可以充分利用互联网已有的技术和软件，缩短系统开发周期，增加系统的功能。例如中心服务器软件采用了B/S结构，可以使所有上网的用户在取得权限后很方便地查询该系统中的信息。
GPRS、CDMA使用TCP/IP传输控制协议和网际协议。UDP是一个简单的面向数据包的传输层协议。进程的每个输出操作都正好产生一个UDP数据包，并组成一个待发送的IP数据包。它把应用程序传给IP层的数据发送出去，但它不能保证数据到达目的地。TCP则是一个可靠的面向连接的字节流传输层协议。TCP将用户数据打包构成包名段，它发送数据后启动一个定时器，等待对端数据确认，与另一端对收到的数据进行确认，对失序的数据重新排序，丢弃重复数据。TCP还提供端到端的流量控制和校验计算。同时TCP在交换数据前，必须先建立TCP连接。由此可见TCP协议的实现远比UDP复杂，其效率也低于UDP，而且TCP协议对服务器提出更多的要求，特别是连接终端数量大时。
但是UDP不是面向连接的，它不保证传输信息一定达到用户端，即会存在丢包现象。而TCP协议本身绝对保证数据可靠送达。因此综合考虑后选择TCP方式。
1.3 流量计选型
选用五声道超声波流量计、电磁流量计。该流量计精度高（<0.5%），性能稳定，可计量正向流量、反向流量、累计用水量。有RS-232串口，可以与上位机相联，完成数据通讯。
1.4 用户终端（RTU）
用户终端实现以下功能：
（1）通过串口与流量计通讯，接收并保存流量计输出的数据。
（2）整点时，主动上传收到的流量计数据，即将流量数据通过串口送到DTU（GPRS或CDMA），由DTU上传数据。
（3）监测流量计的供电，一旦停电立即记录停电时间，并随即关机。恢复供电时立即把该次停电、来电时间上传到中心。
（4）RTU终端平时处于等候状态，等待接收中心命令，按中心指令完成校时，上传数据。
（5）应有大容量的非易失性数据存储区，可存储半年以上的流量历史数据和停电时间记录，以供用户核查。
（6）因GPRS、CDMA是按流量收费，平时无数据传输时，为维护在线状态，DTU要不断发送心跳包，产生大量的字节流量。为了减少不必要的费用，DTU平时处于下线状态，只在需要传输数据时，临时上线，通讯结束立即下线。所以RTU应有控制DTU上、下线的功能。在DTU上线时，中心可向RTU下达上传数据，校时等命令。因此DTU在主动上传数据后，应继续保持一段上线时间，以便中心完成对RTU下达指令，并接收RTU回复指令上传的返回信息。
2 系统的构成
2.1 系统结构
流量远程监测系统的结构如图1所示。
图1 流量远程监控系统的结构
各用水大户通过流量计将正向流量、反向流量、累计流量等数据，以RS-232串口方式，按一定协议实时传输到RTU。
RTU每秒钟通过RS-232串口，采集接收流量计输出的数据并连同时间一并存入RTU（RTU-18F）的Flash中，进行历史数据保存。RTU每到整点将数据以RS-232方式通过GPRS或CDMA上传到INTERNET网上，再通过光纤、防火墙到达中心服务器。
各用户终端的DTU通过TCP/IP协议，将数据传到具有固定IP地址的中心服务器的数据库中。服务器中的应用软件采用B/S结构，可使能上网的用户（用水大户）在获取授权后，浏览、使用中心服务器数据库中的信息和数据。
2.2 RTU的技术指标和功能
该系统选用RTU-18F型RTU作为用户终端机，其输入模拟量：16路、4~20mA、精度0.2%；输入频率量：0~3kHz、3路；输入开关量：6路光电隔离输入；输入数字量：2个RS-232、1个RS-485串口、1个以太口。
输出模拟量：2路10位D/A输出；输出开关量：6路继电器无源触点输入；输出数字量：RS-232、RS-485、1个以太口。
显示：240X180LED；键盘：18位轻触键；内置标准时钟；2MFlash非易失性内存。
RTU完成如下工作：
（1）采集并显示数据
内置时钟，每5s发送一中断，中断程序完成串口COM2与流量计的通讯，将流量计串口输出的正向流量、反向流量、累计流量进行采集并显示。
（2）控制DTU电源的通断
目前水量计量和统计大多只需要整点值即可，因此只要能正确无误地将各用户流量计上传到中心，即可满足需要。其他时间RTU采集流量计数值并不上传，所以DTU也不必长期供电保持上线（连接）状态。
RTU-18F型RTU采用随用随开，用毕关断的方式为DTU供电：每小时的第58分，给DTU供电，到下一个小时的03分给DTU断电。供电后，DTU大约需要40s才完成TCP/IP连接，使DTU上线。整需点时将整点值数据上传，其后的3min留作接收中心命令（校时、上传历史数据）并上传数据之用。这样DTU每小时只上线约5min，其他时间因断电而不上线，也不发心跳包，从而大大节省资费。另外，RTU-18F在主电断电时，在备电的支持下，可将停电时间保持，将来电时间存入Flash中，同时接通DTU电源。RTU-18F在DTU上线后，将停电记录通过COM1串口送DTU上传到中心，中心可根据停电时长，对漏计的流量进行补正，从而避免因流量计断电造成的流量丢失。
（3）与DTU通讯上传并接收中心命令
由于RTU的多任务，有的任务又是随机性的，所以安排CPU以查询和中断相结合的方式工作，工作流程如图2所示。
图2 系统流程
2.3 中心服务器
中心服务器通过光纤与INTERNET网互联，具有固定IP地址。此外，路由器和防火墙必不可少。中心服务器建有强大的数据库和应用软件，包括对各用户终端流量监测的模块、显示用户流量计停电记录模块、各终端机状态显示模块、网络监视模块。中心服务软件采用B/S结构，能上网的用户在获取权限后，均可以使用中心服务器的资源，进行监视、查询、打印报表。
CDMA和GPRS具有各自的优点，用户可根据现场实际情况来选择，这就要求中心服务软件能兼容GPRS和CDMA。
3 结语
该流量远程监测系统自安装以来，已稳定运行近3年，取得了良好的效果。通过建立和运行该系统，实现了对大用户计量的远程监测，提高了供水计量管理的科技含量，对用户的用水进行实时在线管理，使供水企业的售水计量管理水平跨上了一个新的台阶。
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