利用其他领域成果 推动自动抄表进步

利用其他领域成果推动自动抄表进步摘要：在简要介绍自动抄表技术的发展背景及系统构成、综述目前该技术研究状况和发展趋势的基础上指出：自动抄表的安全性问题应受到足够重视；且要积极吸收和利用其他领域的科研成果，以推动自动抄表技术的不断完善和更快进步。关键字：自动抄表1引言自动抄表技技术（AutommaticMeterrReadding）是将数据据自动采集、传传输和处理应应用于电能供供用与管理系系统中的一项项新技术。它它从根本上克克服了传统的的人工抄表模模式的弊端，给给电能管理的的现代化带来来了新的希望望。目前，美美国等发达国国家已把自动动抄表技术广广泛用于配电电管理。我国国对自动抄表表技术的研究究起步较晚，但但是发展速度度很快。随着着电力市场管管理改革的不不断深入、对对自动抄表技技术的研究必必将成为热点点与方向。2自动抄表技技术的发展背背景采用传统统抄表方式人人工挨家挨户户抄取电能表表数据，不可可避免地存在在以下问题：：统计数据不不准确，无法法真实反映用用户用电情况况；操作难以以规范化，造造成不明损失失增加；数据据采集不及时时，无法实时时反映系统状状况，不能对对用户行为进进行有效监控控；且耗费人人工多，成本本高，效率低低。显然，上上述弊端使得得人工抄表管管理模式不能能适应电力体体制的改革，也也直接阻碍了了诸如分时电电价运营、预预支电费等先先进管理模式式的推行。自自动抄表技术术就是在技术术与管理两方方面急待进步步、改革的迫迫切需求下逐逐渐发展起来来的。3自动抄表系系统的构成典型的自自动抄表系统统主要由前端端采集子系统统、通信子系系统和中心处处理子系统等等三部分组成成。3．1前前端采集子系系统按照采集集数据方式的的不同，自动动抄表系统可可以被大致划划分为本地和和远程两种。本本地抄表系统统所使用的电电度表一般加加装红外转换换装置，把电电量转换为红红外信号，抄抄表时操作人人员到现场使使用便携抄表表微机在红外外可视的距离离内非接触地地读取数据。电子式电电度表或加装装了光电转换换器的机电脉脉冲式电度表表构成远程采采集系统的最最前端。它们们把用户的用用电量以电脉脉冲的形式传传递给上了一一级数据采集集装置。目前前实际应用的的远程自动抄抄表系统大多多采用两级式式数据汇集结结构，即由安安装于小区单单元的采集器器收集十几到到几十个电度度表的读数，而而安装在配电电变压器下的的集中器则负负责定期从采采集器读取数数据。3．2通通信子系统通信子系系统是把数据据传送到控制制中心的信通通。为了适应应不同的环境境条件以及成成本要求，通通信子系统的的构成有多种种方案。按照照通信介质的的不同通信子子系统主要有有：光纤传输输、无线传输输、电话线传传输和低压电电力线载波传传输等四种。纤通信具具有频带宽、传传输速率高、传传输距离远以以及抗干扰性性强等特点，适适合上层通信信网的要求。但但因其安装结结构受限制且且成本高，故故很少在自动动抄表系统中中使用。无线通信信适用于用户户分散且范围围广的情况。综综合考虑成本本和可靠性等等问题，一般般采取装设小小型无线电台台，在200MHHZ～400MHHZ频率范围内内的某个频点点上以散射通通信方式进行行无线通信。其其特点是传输输频带较宽，通通信容量较大大（可与几千千块电度表通通信），通信信距离远（几几十公里，并并可通过中继继站延伸）；；主要缺点是是需申请频点点使用权，且且如果频点选选择不合理，相相邻信道会相相互干扰。租用电话话线通信是利利用现成的电电话网络，只只需在数据的的发出和接收收端分别加装装调制解调器器（MODEM）。该方法法的数据传输输率较高且可可靠性好，一一次性投资小小；不足是线线路接通时间间较长（通常常需几秒甚至至几十秒），当当集中器数已已较多时，集集中器到控制制中心的通信信效率将明显显降低。另外外，若租用电电话线路多，其其租用费也很很可观，因此此不适合大容容量系统。低压电力力载波通信是是自动抄表技技术的研究热热点。它利用用低压电力线线作为系统前前端的数据传传输通道。其其基本原理是是：在发送数数据时，先将将数据调制到到一高频载波波上，再经功功率放大后耦耦合到电力线线上。此高频频信号经电力力线路传输到到接收方，接接收机通过耦耦合电路将高高频信号分离离出来，滤去去干扰信号后后放大，再经经解调电路还还原成二进制制数字信号。电电子载波直接接利用配电线线网络，免去去了租用线路路或占用频段段等问题，降降低了抄表成成本，并且有有利于运营管管理，发展前前景十分广阔阔。但是，目目前如何抑制制电力线上的的干扰，提高高通信可靠性性仍是亟待解解决的问题。按照线路路连接结构的的不同，通信信系统可分为为星型和总线线型两种类型型。星型通信信系统是以中中心处理工作作站为中心点点，以发散的的形式分别通通过通信信道道与集中器连连接，形成一一对多的连接接构架。信道道通信数据量量较大，要求求有一定的传传输速率和带带宽。一般光光纤、无线和和电话线通信信都采用该连连接方式。总总线型通信系系统是为克服服星型连接的的不足而采用用的。它以一一条串行总线线连接各分散散的采集器或或电度表，实实现各节点的的互连；特点点是信道上节节点较多，传传输速率不高高，传输距离离短，因此一一般用于底层层（采集器、集集中器层）电电能数据的采采集。低压电电力线载波以以及RS～485总线网是常常见的总线型型结构。除上述之之外，在某些些局部区域或或小范围通信信场合，点对对点的通信方方式也被使用用，即特定的的两点间使用用专线通信。如如红外抄表微微机就是一例例。另一个例例子是20mA电流环，它它采用以20mA电流为逻辑“1”、零电流为为逻辑“0”的制式通信信；由于使用用了光电耦合合技术，可以以实现电气隔隔离，提高了了系统的防雷雷击、防静电电击穿能力，但但是因其布线线成本高，所所以应用十分分有限。3．3中中心处理子系系统中心处理理子系统主要要由中心处理理工作站以及及相应的软件件构成，是整整个自动抄表表系统的最上上层，所有用用户的用电信信息通过信道道都汇集到这这里，管理人人员再利用软软件对数据进进行汇总和分分析，以便做做出相应的决决策。如果硬硬件允许，还还可直接向下下级集中器或或电度表发出出指令，从而而对用户的用用电行为实施施控制。由于于抄表获得的的数据量很大大；因此要求求中心工作站站的硬件必须须有一定的运运算和存储能能力；而在软软件上首先要要求操作系统统应稳定可靠靠；其次，抄抄表软件必须须具有处理海海量数据的能能力。典型的的抄表软件具具有如下功能能：（1）远程设定定抄表集中器器和采集器内内的参数；（2）抄收整个个系统中所有有电度表的数数据；（3）使中央控控制站可远程程地对用户电电度表进行断断电和送电控控制；（4）运行数据据库，生成用用电量日报、月月报表，进行行电费结算；；（5）使系统可可进行查询管管理，对异常常用电户给予予告警提示，以以配合检查。4自动抄抄表技术的发发展现状传感器、自自动化仪表以以及集成电路路技术的进步步，使得无论论是机电脉冲冲式还是全电电子式电度表表已能够较好好地满足现今今自动抄表技技术的需要。对对于机电脉冲冲式电度表，只只需在表内安安装光电转换换模块和相应应的接口，即即可实现反映映用电量的电电信号输出。这这类模块和接接口具备成本本低廉、小巧巧且易于拆装装等特点，因因此列目前仍仍在大量使用用的感应系电电度表的改装装是可行且易易于实现的。对对于全电子式式电度表，可可直接读取其其电脉冲输出出。有的新型型全电子式电电度表本身安安装有多种接接口；适用于于模拟、数字字等各种通信信模式。今后后相当一段时时间内，自动动抄表系统的的终端采集装装置将以上述述两种仪表为为主。再则，汇汇集数据的采采集器和集中中器等装置，可可通过单片机机、存储器和和接口电路等等方便地实现现，并且已经经有了较成熟熟的产品。因因此，数据采采集并不构成成自动抄表技技术中的难点点。事实上，通通信子系统是是自动抄表技技术中的关键键，也占据了了投资的相当当大部分。数数据通信方式式的选取要综综合考虑如地地理环境特点点、用户用电电行为、技术术水平、管理理体制和投资资成本等因素素。很多情况况下，某种方方式最终被选选用并不表示示经济利益和和技术要求的的最大满足，而而只是权衡了了各方面条件件后的折中。这这就给研究留留下了空间。据据参考文献，前前述的几种通通信方式在实实际系统中均均有应用。国国内外对于不不同通信方式式的侧重有所所不同。在西西方发达国家家，对于自动动抄表技术的的研究起步较较早且比较深深入；且它们们的电力系统统包括配电网网络也相当规规范、完备。所所以，低压电电力载波技术术得到了相对对广泛的、成成功的应用。而而在我国，受受技术水平所所限，则较多多使用电话线线通信。近来来，随着对扩扩频技术研究究的深入，低低压电力线载载波中干扰大大的问题正逐逐渐得到解决决。因此，低低压电力线教教波在自动抄抄表技术中的的应用有逐渐渐推广的趋势势。由于电力力部力实际应应用的需求以以及自动抄表表技术自身完完善的需要，近近两年在该领领域形成了以以下一些研究究热点和进步步趋向。5．1扩扩频技术与无无线扩频通信信扩频技术术最早被用在在军事通信领领域，近年来来发展迅速。简简单地讲，扩扩频技术就是是把发送的信信息转换为数数字信号，然然后由扩频码码发生器产生生的扩频码序序列音调制数数字信号，以以展宽信号的的频谱；接收收端通过相关关接收，并用用与发射端相相同的扩频码码序列去解扩扩；最后经信信息解调，恢恢复出原始所所传输的信息息。扩频的本本质是一种对对信号的调制制方式，可配配合多种通信信方式使用。它它将干扰信号号的频谱展宽宽，使其变得得频谱很宽而而功率谱密度度很低。在接接收端经窄带带滤波后，遍遍布很宽带宽宽的干扰信号号的大部分被被滤除，所残残留部分的能能量已很低，而而有用信号被被压缩还原成成窄带信号，顺顺利通过滤波波器，从而增增大了信噪比比。另外，由由于依据相关关原理进行接接收，发、受受双方必须使使用完全相同同的扩频码序序列，而且扩扩频通信在负负信嗓比情况况下仍能正常常工作，因此此具有较强的的安全保密性性。扩频技术术种类较多，主主要包括直接接序列扩展频频谱（简称“直扩”）、跳频、跳跳时、线性调调频等。直扩扩技术因其简简单并易于实实现，故应用用最为广泛。将扩频技技术应用于无无线通信即为为无线扩频通通信。其距离离一般在几十十公里，最大大的优点在于于使无线通信信的抗干扰能能力明显加强强。被扩频信信号的输出信信噪比与输入入信噪比的比比值正比于扩扩频信号的射射频带责与信信息带宽的比比值。无线扩扩频通信实际际上是一种点点对点的通信信，相互通信信的两点必须须有工作在相相同频率的发发射／接收电电台以及符合合增益要求且且极化方向相相同的天线。两两电台间必须须可视，即设设有山脉或高高大建筑物阻阻隔，否则会会影响通信效效果。一种典型型的应用无线线扩频技术的的自动抄表系系统的通信过过程是：采集集器通过电力力线载波把数数据传至集中中器，再由设设置在集中器器附近的扩频频电台招数据据发送给中央央处理站的接接收电台。实实际应用中，接接收电台一般般安装在车辆辆上，采集数数据时只需开开车在小范围围内行驶一遍遍，即可将集集中器中的用用户用电数据据收集起来。这这样就避免了了因地形或障障碍造成的通通信阻隔。5．2低压电电力线载波通通信电力线载载波通信，是是将信息调制制为高频信号号（一般为50kHz～500kHHz）叠加在电电力线路上进进行通信的技技术。其优势势在于电力线线属电力部门门完全控制的的通信信道，不不必另外铺设设通信信道，也也可不用或少少用公用通信信信道；电力力线是所有住住房和建筑物物的基础设施施，以电力线线作为通信信信道，可大大大节省铺设通通信信道的投投资；几乎不不需要维护或或维护量极小小；且以电力力线为通信信信道，可以灵灵活地实现“即插即用”。目前，国国内10kV以上等级的的高压电力线线载波技术已已较成熟，但但低压电力网网络上的载波波通信还未能能达到令人满满意的水平。这这在一定程度度上制约了自自动表技术在在我国的实际际应用。国外外虽然有较为为成熟的低压压电力线载波波技术，但将将使用该技术术进行通信的的自动抄表系系统直接用于于我国，效果果却不如人意意。其原因在在于，我国对对低压电器电电磁兼容性的的控制远没有有西方发达国国家严格，且且对低压电力力网上存在的的电磁污染的的治理也很不不得力，造成成低压电力网网上干扰大，结结果严重影响响着载波通信信的质量。另另外，用户负负载千变万化化造成网络传传输特性复杂杂且为时变，很很难以准确的的数学模型加加以表征。因因此，强干扰扰是低压电力力线载波技术术必须跨截止止的障碍。显显然，从规范范用户负载特特性、提高电电磁兼容水平平等方面来解解决此类问题题，在短期内内难以实现。可可行的出路，可可能是寻找抗抗干能力强的的载波方式，以以增强通信设设备的电磁兼兼容能力。值得一提提的是：由于于扩频技术具具有优良的抗抗噪特性，因因此将扩频编编码方式用于于低压电力线线载波通信成成为自动抄表表领域中又一一个研究热点点。使用了扩扩频技术的低低压电力线载载波通信可以以在很大程度度上解决上文文所提出的问问题，且不必必付出高昂的的代价。同时时，官还避免免了无线扩频频通信所面临临的诸如受地地形限制等弊弊端。5．3复复合通信方案案在自动抄抄表技术应用用到的所有通通信模式中，各各种方案都存存在着不同程程度的缺陷，尤尤其是我国目目前的低压电电力网络问题题更多，亦即即任何一种采采用单一技术术的通信方案案均很难完全全满足客户的的多重要求。即即使在很大程程度上达到了了要求。但须须付出的代价价却难以承受受。为解决这这类矛盾，复复合通信方案案被提出。所所谓复台通信信方案，即是是在自动抄表表的不同通信信阶段采用不不同的通信方方式，组成实实现电能自动动抄表用复合合通信网络。对对于数据传输输量不太大。传传输距离较近近的底层数据据采集阶段（电电度表到采集集器，采集器器到集中器）可可以使用如红红外、低压电电力线载波甚甚至点对点的的20mA电流环等技技术；而对于于由集中器到到中央处理站站段，则可采采用电缆、电电话线或无线线通信等。选选择什么样的的方式相互配配合，需根据据实际情况统统筹考虑。混混合使用的备备种通信方式式之间要有很很好的相容性性，不能相互互干扰，这其其中涉及到运运筹学．最优优规划等方面面的研究与设设计。5．4自动抄抄表过程中的的通信安全通信技术术应用的迅速速普及，已使使得通信安全全不容忽视。自自动抄表系统统由于涉及到到电力经济运运营，它关联联着电力用户户与电力部门门两者的经济济利益，因此此自动抄表全全过程中的通通信安全也显显得尤为重要要。目前，对对于这方面的的研究还很少少。即便是咱咱动化程度很很高的自动抄抄表系统，也也还不能完全全杜绝窃电等等不法行为的的发生，而自自动抄表系统统中的通信子子系统，更是是容易被侵害害的环节。应应该注意到，当当前国内投入入使用的自动动抄表系统大大多采用的是是租用电话线线或网络专线线进行通信，其其网络安全性性明显要比无无线扩频、光光缆通信塞，较较容易被侵入入攻击。一旦旦恶意的攻击击发生，轻则则造成所传输输的耗用电能能的数据被审审改或丢失，重重则还可能导导致整个自动动抄表系统的的崩溃，其经经济损失将不不可估量。而而目前实际运运行的自动抄抄表系统中较较少考虑安全全因素，这将将给系统的稳稳定可靠运营营埋下隐患。关关于通信安全全方面（尤其其是计算机网网络通信安全全）已经有很很多好的理论论与技术，迫迫切需要进行行的工作是把把这些技术移移植到自动抄抄表系统中来来，以设计出出符合自动抄抄表系统实际际的、安全有有效的通信网网络解决方案案。5．4．11计算机网络络安全概述所谓网络络安全是指：：利用网络管管理控制和技技术措施，保保证在一个网网络环境里，信信息数据的机机密性、完整整性和可使用用性受到保护护，它包括网网络系统安全全和网络信息息安全两个方方面。随着网网络技术的迅迅猛发展，计计算机网络安安全性问题的的重要程度迅迅速提升中。一一般来讲，网网络安全隐患患主要来自以以下四个方面面：黑客、病病毒、合法人人员的失误和和网络系统自自身的脆弱性性。其中，前前两种最容易易发生，造成成的危害严重重且不易防范范。据美国联联邦调查局统统计，美国近近期每年因信信息和网络安安全问题所造造成的损失高高达飞亿美元元。1996年美国金融融时报曾报道道，平均每20秒就发生一一起入侵因特特网计算机的的事件。信息技术术的进步在给给人们生活带带来巨大便利利的同时，也也造就了一批批招用先进攻攻击手段的黑黑客。综合起起来，黑客进进行攻击的方方法主要有：：口令猜测；；地址欺骗；；TCP盗用；窃听听；业务否决决；对城名和和基础设施的的破坏；利用用Web破坏数据库库；“社会工程”（这种攻击击方式主要是是通过一些日日常社会交往往获取有用信信息，从而利利用这些信息息进行攻击。如如通过窃听别别人的谈话、通通过收集被攻攻击对象的废废弃文件等获获取一些完整整或不完整的的有利于攻击击的信息）；；病毒携带。与攻击方方法相对应，计计算机网络安安全防范技术术有以下几种种：密码技术术；身份验证证技术；访问问控制技术；；防火墙技术术；安全内核核技术；网络络反病毒技术术；信息泄目目防治技术；；网络安全漏漏洞扫描技术术；入侵检测测技术等。密密码技术是最最基本的安全全措施，其原原理是利用加加密算法对数数据进行加密密。所谓密码码实际上是含含有一个参数数的k的变换，即C=Ek（m），其中m是信息，也也叫明文；C是密文，Ek是含有k的变换；参参数k称做密钥。目目前加密技术术主要有两大大类：一类是是基于对称密密钥加密的算算法，也称私私钥算法；另另一类是基于于非对称容钥钥的加容算法法，也称公钥钥算法，例如如椭圆曲线法法、D－H算法及RSA算法等。5．4．22计算机网络络安全与自动动抄表系统计算机网网络所具有的的覆盖面广、传传输速率高以以及传输可靠靠性强等特点点，使它成为为可用于自动动抄表系统的的一个很好媒媒介。尽管目目前投入使用用的自动抄表表系统中较少少采用这种媒媒介进行通信信，但是可以以预见，如何何合理有效地地的运作计算算机网络来实实现自动抄表表数据的传输输，必将成为为该领域的又又一个进步趋趋向。有计算机机网络的介入入，网络安全全问题就不可可避免。相比比之下，利用用计算机网络络通信较之自自动抄表技术术中所采用的的其他通信方方式更容易受受到攻击。计计算机网络本本身的缺陷、漏漏洞构成内因因；而对于计计算机网络的的攻击的易于于实施性成为为外因。通常常黑客对某个个特定网络发发动攻击，所所需要的除了了一定的技术术外，仅仅是是一台廉价计计算机和与该该网络的物理理连接。另一一个值得关注注的问题是：：一旦自动抄抄表系统采用用了计算机网网络通信（特特别是像Interrnet这样大型的的开放式网络络），它将面面临上述各种种危险因素的的挑战。而且且，并不是所所有的安全措措施和技术都都能用于提高高抄表系统的的安全性，因因为自动抄表表系统有其自自身的特点。自动抄表表系统的通信信是日分布在在较广范围内内的采集器、集集中器与中心心处理站间交交换数据的过过程。其网络络结构一般属属于集