市政排水管网的监测点位遍布城市各个角落，其中偏远郊区（如城郊结合部的雨水管网、远郊污水处理厂周边管网）与地下密闭空间（如地下检查井、泵站集水井、深层管网廊道）因环境特殊，成为智慧水务与物联网通信部署的难点区域。这些场景或面临运营商基站覆盖不足、供电条件有限的问题，或存在信号穿透损耗大、电磁干扰复杂的挑战，通信技术的选择需在 “信号覆盖稳定性”“数据传输速率”“通信成本” 三者间找到精准平衡点，否则易出现数据断传、运维成本高企等问题，影响智慧水务系统的整体运行效能。

一、场景特性解析：通信技术选型的核心约束条件

在选择通信技术前，需先明确偏远郊区与地下密闭空间的核心特性，这些特性直接决定了通信技术的适配边界：

（一）偏远郊区：“弱覆盖、低功耗、低成本” 的三重约束

偏远郊区的排水管网监测点位多分布在农田、林地周边，远离城市核心区，通信环境存在三大典型问题：一是运营商基站覆盖密度低，部分区域甚至处于 “信号盲区”（如郊区偏远路段的雨水井，距离最近基站超 3 公里），导致依赖公共网络的通信技术信号不稳定；二是点位分散且供电条件有限，多数监测点无法接入市电，需依赖太阳能供电，对通信设备的功耗要求极高（通常需设备待机电流＜10mA）；三是运维成本敏感，郊区点位运维难度大、频次低，若通信技术的硬件采购或流量费用过高，将显著增加全生命周期成本。此外，郊区多存在强电磁干扰源（如高压输电线路、农田灌溉用电机），可能影响通信信号的稳定性。

（二）地下密闭空间：“高损耗、强干扰、小空间” 的三重挑战

地下密闭空间的通信环境更为复杂，核心挑战集中在信号传输环节：一是信号穿透损耗大，地下检查井、集水井多为混凝土或砖砌结构，雷达液位计、流量计等设备的通信信号需穿透井壁或井盖，穿透损耗可达 20-30dB（相当于信号强度衰减 99% 以上），普通无线信号难以有效传输；二是电磁干扰复杂，地下空间内可能存在水泵、变频器等强电磁干扰设备，这些设备运行时产生的电磁噪声会干扰通信信号，导致数据传输误码率升高；三是安装空间有限，地下检查井内径多为 0.7-1.2 米，无法容纳体积较大的通信设备（如大型信号中继器），且设备需具备防水、防腐性能（通常要求 IP68 防护等级），进一步限制了通信技术的选型范围。

二、主流通信技术适配性分析：从场景约束到技术匹配

针对两类场景的特性，智慧水务与物联网常用的通信技术（LoRa、NB-IoT、4G/5G、ZigBee、有线通信）在适配性上存在显著差异，需结合场景约束逐一分析：

（一）LoRa：偏远郊区的 “优先选择”，地下空间的 “辅助补充”

LoRa（远距离无线电）技术凭借低功耗、广覆盖、低成本的特性，成为偏远郊区排水管网监测的优选方案。其核心优势在于：一是覆盖距离远，在郊区开阔环境下，单网关覆盖半径可达 3-5 公里，若采用高增益天线（增益 12dBi），覆盖半径可扩展至 8-10 公里，能有效解决郊区基站覆盖不足的问题；二是功耗极低，LoRa 终端设备的休眠电流可低至 5μA，活跃电流约 50mA，搭配 10000mAh 锂电池与太阳能充电板，可实现 1-2 年续航，完全适配郊区无市电供电的场景；三是成本可控，LoRa 网关单价约 3000-5000 元，终端模块单价约 50-100 元，且无需缴纳流量费用，仅需一次性投入硬件成本，长期运维成本极低。

但 LoRa 技术也存在局限性：数据传输速率较低（通常为 0.3-50kbps），仅适用于排水管网中低速率数据传输（如水位、流量数据，单次数据量约 10-50 字节），无法满足视频监控、高清水质图像传输等高速率需求；在地下密闭空间中，因信号穿透损耗大，LoRa 信号覆盖半径仅为 10-50 米，需在地下空间内布设中继器才能实现稳定传输，因此多作为地下空间的 “辅助补充” 技术（如地下管网廊道内的传感器间短距离通信）。

（二）NB-IoT：两类场景的 “通用适配”，需突破覆盖与功耗瓶颈

NB-IoT（窄带物联网）作为运营商主导的低功耗广域网技术，在智慧水务领域应用广泛，其对两类场景的适配性体现在：一是覆盖能力较强，在郊区环境下，依托运营商现有基站，NB-IoT 的覆盖半径可达 2-3 公里，若基站采用增强覆盖模式（如增加发射功率、优化天线角度），可覆盖部分偏远区域；在地下密闭空间中，通过在井口安装信号放大器（增益 20dB），可将 NB-IoT 信号引入地下，实现 5-15 米范围内的稳定通信。二是功耗较低，NB-IoT 终端设备的休眠电流约 10μA，活跃电流约 100mA，搭配太阳能供电系统，可实现 6-12 个月续航，满足多数监测点的供电需求。三是数据传输可靠，NB-IoT 采用窄带传输技术，抗干扰能力强，在郊区强电磁干扰环境下，数据传输误码率可控制在 1% 以下。

NB-IoT 的主要挑战在于：一是郊区部分区域存在 “信号盲区”，需运营商配合建设补盲基站（单基站建设成本约 10-20 万元），若污水处理厂或市政部门无法协调运营商，将导致 NB-IoT 无法使用；二是存在流量费用，虽然 NB-IoT 单终端每月流量费用仅 5-10 元，但对于拥有上千个监测点的大型管网系统，年流量费用可达 6-12 万元，长期成本高于 LoRa；三是地下空间信号穿透损耗仍较明显，若地下深度超过 5 米（如深层管网廊道），即使安装信号放大器，也可能出现数据断传。

（三）4G/5G：高速率需求场景的 “备选方案”，成本与功耗是主要制约

4G/5G 技术凭借高速率（4G 下行速率 10-100Mbps，5G 下行速率 100-1000Mbps）、低时延（4G 时延 50-100ms，5G 时延 1-10ms）的优势，适用于排水管网中高速率数据传输场景（如地下泵站的视频监控、大型管网廊道的高清水质监测）。在偏远郊区，若监测点附近有 4G/5G 基站（距离＜1 公里），可实现稳定通信；在地下密闭空间中，需通过光纤直放站或微基站将信号引入（如地下泵站内安装 4G 微基站，覆盖半径 50-100 米），满足高速率数据传输需求。

但 4G/5G 技术在两类场景中应用受限：一是功耗极高，4G 终端设备的休眠电流约 50μA，活跃电流可达 500-1000mA，即使搭配大功率太阳能供电系统（如 100W 太阳能板 + 200Ah 锂电池），续航也仅能维持 1-3 个月，无法适配无市电的偏远郊区监测点；二是成本高昂，4G/5G 终端模块单价约 200-500 元，单终端每月流量费用 20-50 元（高速率传输场景流量消耗大），且地下微基站建设成本约 5-10 万元 / 个，远超 LoRa、NB-IoT 的成本水平；三是覆盖能力弱，4G/5G 信号在郊区的覆盖半径仅 1-2 公里，在地下空间的穿透损耗超 30dB，无信号增强设备时无法使用。因此，4G/5G 技术多作为 “备选方案”，仅在有高速率需求且具备市电供电、成本可控的场景中应用（如郊区大型污水处理厂的出水口水质视频监测、地下泵站的设备状态监控）。

（四）ZigBee：地下空间 “短距离组网” 的 “补充选择”，覆盖范围有限

ZigBee 技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，传输速率约 250kbps，覆盖半径 10-75 米，适用于地下密闭空间内的短距离组网通信（如地下管网廊道内多个传感器间的数据互通）。其优势在于：硬件成本低（终端模块单价约 30-50 元）、功耗低（休眠电流＜1μA）、组网灵活，可通过多跳组网（最多支持 65000 个节点）扩展覆盖范围，且抗干扰能力强，适合地下空间复杂的电磁环境。

但 ZigBee 技术的局限性明显：一是覆盖范围小，无法满足偏远郊区长距离通信需求，在地下空间内若不组网，仅能覆盖单个监测点周边区域；二是依赖网关，需在地下空间内布设 ZigBee 网关（单价约 1000-2000 元），并通过 LoRa 或 NB-IoT 将数据回传至智慧水务平台，增加了系统复杂度；三是传输速率较低，无法满足高速率数据传输需求。因此，ZigBee 技术多作为地下空间的 “补充选择”，与其他通信技术配合使用（如地下检查井内的水位传感器通过 ZigBee 组网，再通过 LoRa 网关将数据回传）。

（五）有线通信：地下空间 “高可靠” 场景的 “终极方案”，施工成本高

有线通信（如光纤、RS485 总线）凭借高可靠性（数据传输误码率＜10⁻⁹）、高带宽（光纤带宽可达 10Gbps 以上）、抗干扰能力强的优势，适用于地下密闭空间内高可靠性、高速率的通信需求（如地下泵站的控制系统数据传输、大型管网廊道的多参数监测数据传输）。在地下空间中，光纤可通过预埋管道铺设，不受电磁干扰与信号穿透损耗影响，能实现长期稳定通信。

有线通信的主要问题在于：一是施工成本高，郊区或地下空间铺设光纤的施工成本约 50-200 元 / 米（地下空间需开挖或盾构，成本更高），对于长距离或分散点位，成本难以承受；二是灵活性差，有线通信一旦铺设完成，无法轻易调整点位，不适合管网改造频繁的场景；三是依赖市电，光纤收发器、RS485 总线设备需市电供电，无法适配无供电条件的偏远郊区监测点。因此，有线通信多作为地下空间 “高可靠” 场景的 “终极方案”，仅在对通信可靠性要求极高且具备施工条件的场景中应用（如地下污水处理厂的工艺控制数据传输）。

三、“信号 - 速率 - 成本” 平衡策略：从技术组合到场景优化

单一通信技术难以同时满足两类场景的 “信号覆盖、传输速率、通信成本” 需求，需通过 “技术组合”“参数优化”“场景适配” 三大策略，实现三者的动态平衡：

（一）技术组合策略：以 “主技术 + 辅助技术” 构建通信网络

针对不同场景的核心需求，采用 “主技术满足核心需求，辅助技术弥补短板” 的组合方式，兼顾性能与成本：

偏远郊区低速率场景（如郊区雨水井水位监测）：以 LoRa 作为主技术（满足广覆盖、低功耗、低成本需求），若部分点位处于 LoRa 网关覆盖边缘（信号强度＜-120dBm），则在该点位加装高增益天线（增益 15dBi）或布设 LoRa 中继器（覆盖半径 1-2 公里），提升信号强度至 - 100dBm 以上，确保数据稳定传输；若存在少量高速率需求点位（如郊区污水处理厂出口流量视频监测），则采用 “LoRa+4G” 组合，水位、流量等低速率数据通过 LoRa 传输，视频数据通过 4G 传输，并为 4G 设备配置太阳能供电系统（100W 太阳能板 + 200Ah 锂电池），平衡功耗与续航。

地下密闭空间短距离场景（如地下检查井水位监测）：以 NB-IoT 作为主技术，在井口安装信号放大器（增益 25dB），将地下信号强度从 - 130dBm 提升至 - 105dBm 以上；若地下空间内存在多个传感器（如水位、流量、水质传感器），则采用 “NB-IoT+ZigBee” 组合，传感器间通过 ZigBee 组网，再通过一个 NB-IoT 终端将数据汇总回传，减少 NB-IoT 终端数量，降低成本；对于地下泵站等高速率、高可靠需求场景，则采用 “光纤 + 4G” 组合，工艺控制数据通过光纤传输（高可靠），视频监控数据通过 4G 传输（灵活），兼顾可靠性与灵活性。

（二）参数优化策略：动态调整通信参数，平衡性能与成本

通过优化通信技术的关键参数，在满足基本需求的前提下，降低成本与功耗：

传输速率与采样频率优化：根据监测数据的重要性，动态调整传输速率与采样频率。对于非关键数据（如郊区雨水井水位，变化缓慢），将 LoRa 的传输速率从 50kbps 降至 0.3kbps，采样频率从 10 分钟 / 次降至 30 分钟 / 次，可使设备功耗降低 40% 以上；对于关键数据（如地下泵站水位，需实时监控），将 NB-IoT 的采样频率设为 1 分钟 / 次，传输速率设为 20kbps，在保证实时性的同时，避免不必要的流量消耗（单次数据量约 30 字节，每月流量消耗＜1MB）。

信号覆盖参数优化：在 LoRa 网关部署中，通过调整网关发射功率（从 20dBm 降至 14dBm）与天线角度（针对郊区开阔环境，将天线角度设为 15°，提升覆盖距离），在保证覆盖范围的同时，降低网关功耗；在 NB-IoT 场景中，若郊区点位信号较弱，协调运营商开启 “重传机制”（最多 3 次重传），将数据传输成功率从 90% 提升至 99% 以上，避免因信号弱导致的数据重传，减少流量消耗。

成本参数优化：对于 NB-IoT 终端，选择 “按年付费” 的流量套餐（年费用 50-80 元 / 终端），比 “按月付费”（5-10 元 / 月）节省 20%-30% 成本；对于 LoRa 网关，采用 “多点位共享” 模式（一个网关覆盖 50-100 个监测点），将单点位分摊的网关成本从 60-100 元降至 30-50 元。

（三）场景适配策略：根据场景特性，选择最优技术方案

针对两类场景的细分需求，制定差异化的技术方案：

偏远郊区无市电、低速率场景（如郊区偏远雨水井）：优先选择 LoRa 技术，搭配太阳能供电系统（30W 太阳能板 + 100Ah 锂电池），网关部署在郊区制高点（如山顶、电线杆），覆盖半径 5-8 公里，单点位硬件成本约 200-300 元（含传感器、LoRa 终端、太阳能板），无后续流量费用，全生命周期成本极低。

偏远郊区有市电、高速率场景（如郊区污水处理厂出口）：采用 “NB-IoT+4G” 组合，低速率数据（如 COD、氨氮）通过 NB-IoT 传输（年流量费用 50 元），高速率数据（如视频监控）通过 4G 传输（年流量费用 300 元），单点位硬件成本约 1000-1500 元（含传感器、4G 摄像头、NB-IoT 终端），满足高速率需求的同时，控制成本。

地下密闭空间短距离、低速率场景（如地下检查井）：采用 “NB-IoT + 信号放大器” 方案，信号放大器安装在井口（成本约 500 元），NB-IoT 终端安装在井下，单点位硬件成本约 300-400 元（含传感器、NB-IoT 终端、信号放大器），年流量费用 50 元，数据传输成功率可达 98% 以上。

地下密闭空间长距离、高可靠场景（如地下管网廊道）：采用 “光纤 + ZigBee” 组合，光纤用于廊道与地面的长距离通信（成本约 100 元 / 米），ZigBee 用于廊道内传感器组网（单传感器成本约 50 元），满足高可靠、多节点通信需求，适合对通信稳定性要求极高的场景。

四、案例佐证：通信技术选型与平衡策略的实际应用效果

案例 1：某城市郊区排水管网监测项目（无市电、低速率需求）

该项目涉及 200 个郊区雨水井监测点位，分布在距离城市核心区 10-30 公里的区域，多数点位无市电、无运营商基站覆盖。项目采用 “LoRa 为主技术，高增益天线为辅助” 的方案：在郊区山顶部署 5 个 LoRa 网关（每个网关覆盖 40 个点位，覆盖半径 8 公里），每个监测点配备 LoRa 终端、水位传感器与 30W 太阳能供电系统，采样频率设为 30 分钟 / 次，传输速率设为 0.3kbps。项目实施后：

信号覆盖：数据传输成功率达 99.2%，无信号盲区，即使在暴雨、大风等恶劣天气下，信号中断时长单次不超过 5 分钟，恢复后自动补传历史数据；

成本控制：单点位硬件成本 320 元（含传感器、LoRa 终端、太阳能板），无后续流量费用，5 年全生命周期成本仅约 400 元 / 点位（含 1 次电池更换），较 NB-IoT 方案节省 60% 以上；

运维效率：因设备功耗低，太阳能供电系统可实现 18 个月无运维，仅需每季度远程巡检设备状态，运维人员数量从预期的 5 人减少至 2 人，运维成本降低 60%。

该案例的核心经验在于：针对郊区无市电、低速率的核心需求，选择 LoRa 技术可最大化发挥 “广覆盖、低功耗、低成本” 优势，搭配高增益天线与合理的网关布局，可有效解决信号盲区问题，同时通过参数优化（降低采样频率与传输速率）进一步控制功耗与成本。

案例 2：某地下管网廊道监测项目（高可靠、多节点需求）

该项目为城市深层地下管网廊道（埋深 12 米，长度 5 公里），需监测廊道内水位、温湿度、有害气体浓度（如硫化氢）及管道腐蚀情况，共布设 80 个监测点位，要求数据传输误码率＜0.1%，且支持视频监控（用于廊道巡检）。项目采用 “光纤 + ZigBee+4G” 组合方案：

主干通信：沿廊道铺设单模光纤（成本约 150 元 / 米），连接廊道两端的地面控制室，用于传输工艺控制数据与视频监控数据，光纤传输速率达 1Gbps，误码率＜10⁻¹²，满足高可靠需求；

节点组网：廊道内 80 个监测点位通过 ZigBee 组网（每 10 个点位为 1 个子网，设 1 个 ZigBee 网关），网关通过光纤与地面控制室连接，ZigBee 传输速率设为 100kbps，采样频率 5 分钟 / 次，确保低功耗与数据实时性平衡；

视频监控：在廊道内每 500 米安装 1 个 4G 高清摄像头，通过光纤直放站将 4G 信号引入地下，视频数据经光纤回传至地面，实现远程实时巡检，避免人工进入地下的安全风险。

项目实施后效果显著：

通信可靠性：数据传输误码率 0.05%，无数据丢失，视频监控画面清晰，延迟＜200ms，满足远程巡检需求；

运维安全性：因实现全远程监测与巡检，人工进入地下廊道的频次从每月 2 次减少至每季度 1 次，安全风险降低 80%；

扩展性：ZigBee 组网支持灵活增减点位，后期新增 15 个管道腐蚀监测点位时，仅需接入现有子网，无需重新铺设通信线路，扩展成本降低 70%。

该案例的关键启示是：针对地下密闭空间高可靠、多节点的需求，有线通信（光纤）是主干通信的最优选择，可彻底解决信号穿透损耗与电磁干扰问题；搭配 ZigBee 组网可实现节点间灵活通信，降低单点成本；对于高速率需求（如视频监控），通过光纤直放站引入无线信号（如 4G），可兼顾灵活性与可靠性，避免全有线方案的高成本与低灵活性。

五、未来技术趋势：智慧水务与物联网通信技术的创新方向

随着物联网技术的迭代，未来针对偏远郊区与地下密闭空间的通信技术将向 “更智能、更融合、更低碳” 方向发展，进一步优化 “信号 - 速率 - 成本” 的平衡：

（一）低轨卫星通信：解决极端偏远地区信号覆盖

对于距离城市核心区超 50 公里、无任何地面通信基础设施的极端偏远郊区（如远郊水库周边排水管网），低轨卫星通信将成为重要补充技术。目前，低轨卫星终端模块已实现小型化（尺寸＜100mm×100mm）、低功耗（休眠电流＜20μA），单次数据传输成本降至 1-2 元 / MB，可满足排水管网低速率数据传输需求（如每月传输数据量＜10MB）。未来，随着低轨卫星星座的完善（如 Starlink、OneWeb），卫星通信的覆盖密度与传输速率将进一步提升，成本持续降低，有望成为极端偏远地区的主流通信技术之一。

（二）AI 驱动的动态通信调度：实现参数自适应优化

未来智慧水务平台将引入 AI 算法，实现通信参数的动态自适应优化：通过分析历史数据（如降雨期间水位变化速率、郊区电磁干扰强度），AI 可自动调整采样频率与传输速率 —— 如暴雨期间，自动将郊区雨水井的采样频率从 30 分钟 / 次提升至 5 分钟 / 次，传输速率从 0.3kbps 提升至 10kbps，确保关键数据实时传输；降雨结束后，自动恢复低频率与低速率，降低功耗与成本。同时，AI 可实时监测信号质量，当郊区某点位信号强度下降时，自动触发 “重传机制” 或 “切换传输频段”，避免数据断传，进一步提升通信稳定性。

（三）能量 harvesting 技术：降低郊区设备供电依赖

针对郊区无市电的痛点，能量 harvesting（能量收集）技术将逐步应用于通信设备：通过收集环境中的太阳能、风能、甚至管道水流的动能，为 LoRa、NB-IoT 终端设备供电，实现 “零市电、零电池更换” 的永久续航。目前，小型化太阳能收集模块（效率＞22%）与微型水流发电机（输出功率 5-10mW）已具备商用条件，搭配低功耗通信终端（休眠电流＜1μA），可满足多数郊区监测点的供电需求。未来，随着能量收集效率的提升，将进一步降低郊区通信设备的运维成本与环境依赖。

（四）通感一体化技术：融合通信与感知功能

通感一体化技术（将通信信号与感知功能融合）将为地下密闭空间监测提供新方案：通过分析无线信号（如 LoRa、NB-IoT）在地下空间的传播特性，不仅可实现数据传输，还能感知地下空间的环境变化（如通过信号衰减程度判断管道是否漏水、通过信号反射判断廊道内是否有障碍物）。这种技术可减少专用传感器的数量，降低硬件成本，同时通过通信信号的实时变化实现 “动态感知”，提升监测的全面性与实时性，尤其适用于地下管网廊道等复杂场景。

六、结语：以场景为核心，动态平衡通信需求与成本

智慧水务与物联网在偏远郊区与地下密闭空间的通信技术选型，从来不是 “技术越先进越好”，而是 “越适配场景越好”。无论是 LoRa 的 “郊区优先”、NB-IoT 的 “通用适配”，还是有线通信的 “地下高可靠”，核心都是围绕场景的 “信号覆盖、传输速率、通信成本” 三大核心需求，通过技术组合、参数优化与场景适配，找到最优平衡方案。

从实际案例来看，成功的通信方案往往具备三个特征：一是精准匹配场景核心需求（如郊区优先解决 “无市电、低速率”，地下优先解决 “高损耗、高可靠”）；二是采用 “主技术 + 辅助技术” 的组合模式，弥补单一技术的短板；三是通过参数优化与运维创新，控制全生命周期成本。未来，随着低轨卫星、AI 调度、能量收集等技术的发展，通信方案的灵活性、可靠性与经济性将进一步提升，但 “场景适配” 的核心原则始终不变。

对智慧水务项目建设者而言，在选择通信技术时，需避免 “盲目追求新技术” 或 “单纯控制成本” 的极端思维，而是应先深入分析场景特性（如郊区是否有市电、地下空间埋深与干扰情况），明确核心需求（如是否需要高速率、是否要求高可靠），再结合成本预算与运维能力，制定 “技术适配、成本可控、运维高效” 的通信方案，最终实现智慧水务系统的稳定运行与价值最大化。