無線網絡撬裝視頻系統在油田的研究與應用

王如濤　趙金龍　門虎　辛力

摘要：無線網絡撬裝視頻監控系統利用視頻壓縮、無線傳輸、遠程監控等技術，實現油田管理人員對現場油井運行狀況、施工作業進行監控和管理，預防和杜絕現場違章施工或違規操作等現象發生，保證油井現場資產、生產安全。

關鍵詞： 無線網絡；視頻；監控和管理；安全

中圖分類號：TP2 文獻標識號：A 文章編號：2095-2163（2014）02-

Wireless network skid mounted video system research and application in Oilfield

WANG Rutao， ZHAO JinLong， MEN Hu， Xin Li

（ Shixi Field operational zone of Xinjiang Oil Field Company， Karamay 834000，China ）

Abstract： By using video compression， wireless transmission， remote monitoring technology installed video surveillance system of wireless network to pry， the paper implements oilfield management personnel to supervise operation status， the oil well construction operations， prevents and puts an end to the illegal construction and illegal operations phenomenon， which ensures safety in production and the oil field assets.

Key words： Wireless network； video； monitoring and management； safety

0 引言

新疆油田公司石西油田作業區地處準噶爾盆地古爾班通古特沙漠腹部，油田開發區域分散，油井分布廣泛，油井現場正常巡檢需要往返幾十公里的車程，目前油田管理人員更多借助于現場自動化設備采集傳輸的數據了解油井的生產狀況，對于油井現場施工作業的現場監護，需要修井監督人員親赴當地，因而費時又費力。隨著信息化技術的深入應用，石西油田不斷致力于利用信息技術以求提高經營管理效率。針對沙漠腹地油田現場管理的特點，結合現有技術和基礎設施，需要研發一套視頻監控系統，使得生產現場的實時監控和指揮真正成為可能。

1系統設計

1.1設計目標

在分析油田管理需求的基礎上，提出了系統設計的總體原則，即將新疆油田各單位的“自動化孤島”轉換為一個統一的平臺，實現“過程可視化”、“管控一體化”。解決油氣生產、集輸全過程的自動監控和分析，通過自動化設施、遠程監控設備以及數據實時傳輸系統，及時獲得生產過程的各項數據和圖像，實現油田生產實時監控和關鍵指標自動預警，并可將油田整個生產過程集成到計算機上進行整體展示及分析。總地來說，就是力求將系統設計成為高質量、高效益的管理系統。

1.2設計思想

隨著數字化技術在石西油田作業區不斷的應用，針對設備應用的需求也在不斷地提高，而且監控在獲得廣泛應用的過程中，各種個性化的需求也都相繼地突顯出來，功能齊全、性能穩定的數字化監控系統正不斷衍生。石西油田作業區身處沙漠腹地，地形復雜、井區廣泛、交通不便，為了對油井生產現場的直觀方便管理、以及迅速了解情況并且對突發事件的及時安全處理，故研發了油水井、采注計量站無線視頻監控系統。本系統可針對油井生產現場突發事件實現快速處置，同時也能實現應急指揮中心對突發事件現場的“零距離”應急處理和指揮。而且不受時間、地點、空間限制，并可對固定、移動監控管理目標進行實時監控、實時采集和統一管理、統一協調、統一指揮。

1.3 設計原則

根據安全防范技術現行規范、需求以及對弱電平面圖的分析，監控系統應作為一個相互關聯的有機整體，實現對整個管理區的油井生產安全的有效監控和管理。監控系統從確保管理區油井的生產安全性、管理的科學性和對災害及人為破壞的抵抗和防御能力出發，其設計過程應遵循以下原則：

（1）先進性。監控系統的設備選型應采用國內外主流技術并與其發展潮流相吻合，保證系統的技術壽命及后期投資的可延續性。

（2）實用性。監控系統應力求實用可靠，其操作也要盡量簡單直觀，并且維護方便。

（3）通用性。為便于管理區監控系統的維護需求，管理區的保安監控系統應滿足在更換部分設備時的通用性及可替換性。

（4）集中管理。監控系統應在中心控制室實施對所有前端設備的控制操作及功能設置，保證系統高效、方便、可靠地運行。

（5）可擴展性。系統預留部分擴展空間，并提供級聯接口，保證大小型擴展都可以節省投資實現功能。

圖1 無線網絡撬裝視頻監控系統設計示意圖

Fig .1 Pry wireless network video surveillance system design schematic diagrams

1.4應用架構

1.4.1 視頻采集架構

無線遠程監控點包括無線傳輸系統、視頻編碼系統、攝像機和云臺系統[1-2]。攝像機輸出的模擬視頻信號通過視頻線纜連接到視頻編碼器的視頻輸入端，視頻編碼器的485接口通過控制線和云臺解碼器相連，通過接收還原監控中心的控制鍵盤或視頻監控服務器發送的云臺、攝像機的控制信息，驅動云臺、進行攝像機旋轉、變焦等一系列的控制。視頻編碼器連接到無線設備，無線設備將視頻編碼器輸出的視頻流媒體傳送至基站后再通過自動化網絡回到監控中心。移動式無線網絡橇裝視頻監控單元主要由一體化戶外攝像機（帶云臺、紅外）、視頻錄像服務器、無線通訊網橋及其它輔助設備組成。該單元通過車輛運至現場，接通電源，調整天線方位與現場的無線網絡建立通訊，監控中心即可24小時監控現場的施工情況，如圖2和圖3所示。

圖2視頻采集架構設計示意圖

Fig.2 Video Capture schematic design architecture

圖3移動式無線網絡橇裝視頻監控單

Fig.3 Skid-mounted mobile wireless network video surveillance unit

1.4.3無線傳輸設計

監控點除安裝一臺設備進行監控圖像外，還安裝一臺高速網橋接入設備作為監控點與中心基站塔的回傳鏈路使用。監控點主干鏈路帶寬設計100Mbps，保證了大數據流的傳輸，全部采用點對點方式組網。監控中心保證了視頻數據的傳輸，也為以后的擴充做了冗余設計。

圖4無線傳輸設計示意圖

Fig.4 Schematic design of wireless transmission

1.4.3監控中心方案設計

監控中心（如圖5所示）共包括視頻顯示系統、矩陣控制系統、硬件視頻解碼系統、網絡交換系統、軟件視頻解碼系統、硬盤錄像系統、流媒體服務系統等組成[3]。現場信號通過無線網絡傳輸至監控中心，視頻解碼器將解碼得到的高清視頻通過視頻線連接到硬盤錄像機進行錄像。通過遙控鍵盤可以對遠端的視頻監控點進行攝像機的旋轉、變焦等等一系列的控制。流媒體服務器對各類圖像和視頻資源進行整合，構建統一風格的視頻瀏覽，完善統一的視頻管理。

圖5 監控中心方案設計示意圖

Fig.5 Schematic design monitoring center

1.5應用技術

利用流媒體技術實現監控網內外的視頻轉發，當有多個局域網客戶端、外網多個客戶需要訪問同一遠程畫面時，可通過流媒體服務器從前端DVR中抽取視頻進行多路轉發，從而在廣域網上只占用一個通道的資源。轉發服務可以有效地減輕廣域網的帶寬壓力，節省網絡資源，不影響視頻預覽實際效果。系統通過流媒體服務器來分擔網絡的負載，提供百人數量級的用戶同時直接對前端監控主機進行訪問，強化了系統的整體可靠性，使整體網絡的負載較為均衡，不會在局部產生傳輸瓶頸[4]。

1.6系統安全

無線網絡撬裝視頻監控系統涉及生產和辦公網絡的視頻專訪，需要從用戶、權限等多個方面進行安全認證。流媒體服務器根據訪問用戶的重要性給予不同的級別，實現高級用戶占據優勢帶寬，并且優先訪問；同時根據網絡環境情況能對流媒體服務器出口總帶寬、前端網絡上傳視頻帶寬、前端主機上傳通道的路數等多個方面進行限制：對外網訪問用戶進行認證，只接受流媒體服務器授權的用戶訪問；根據時間段對授權用戶訪問前端主機進行限制，拒絕非授權時間訪問；通過訪問通道限制，實現部分通道的開放。通過多重訪問限制能有效保證監控中心視頻數據的安全性，達到不合權限、非法時間的、不在控制列表中的用戶無法訪問前端主機。

1.7系統優點

（1） 綜合成本低，只需一次性投資，無須挖溝埋管，[4]采用無線監控可以擺脫線纜的束縛，有安裝周期短、維護方便、擴容能力強，迅速收回成本的優點。特別是監控攝像機邁入了網絡高清時代，前端高清攝像機直接是RJ45網口輸出，可以直接用網線連接到無線網絡設備上。

（2） 維護費用低，無線監控維護方便，只需要檢查無線網絡設備本身的工作狀態。有線網絡的布線成本高，勞動強度高。

（3） 擴展性能好，有線網絡的擴展性比較弱，如果要增加監控點，而原有布線所預留的端口又不夠用，那就要重新進行布置線纜等工作。

（4） 撬裝視頻移動快捷方便，對于遠郊的油井、臨時的監控點，能即裝即用，可縮短漫長的布線工期，并將省卻高昂的成本。

2 應用效果

（1）該視頻監控系統實現了自動化網絡和辦公網絡的對接，能夠在辦公網絡上瀏覽現場的視頻監控畫面，還能控制攝像頭的轉動、變焦。

（2）該視頻監控系統能給修井監督人員提供實時視頻資料，對修井過程進行監督，通過高倍變焦和攝像頭的自由轉動，不論白天黑夜都能夠看清楚修井過程的每一個細節，杜絕修井作業的違規操作。

（3）該視頻監控系統還具有錄像功能，能夠對歷史圖像進行回放，如果修井作業發生違規，可對歷史圖像循環查看，便于了解事實真相，提供視頻證據。

4 結束語

無線網絡撬裝視頻監控系統實現了監控系統從工業自動化控制網轉入油田信息網的跨越。通過運用網絡技術對監控系統的網絡化改造，不僅解決了原有系統線路傳輸信號質量問題，并且更好地提升了系統的傳輸速率和質量，充分利用計算機技術、網絡技術和監控技術，通過網絡共享、權限設置等網絡功能實現監控信息網絡化資源共享和管理，方便相關管理人員及時通過企業內部辦公網絡等計算機遠程進行相應操作，同時構建高效快速的全方位管理，并進一步提高管理水平和工作效率。

參考文獻

[1]郭艷麗. 油井遠程夜視監控系統的研究與設計[D].青島：中國石油大學（華東），2009.

[2] 王亞杰. 嵌入式網絡視頻監控系統設計[D].武漢：武漢理工大學，2006-04.

[3] 謝 溯. 無線視頻監控系統解析[J].中國安防，2007年9月：43-48.

[4] 韋 雄. 網絡技術在安防監控系統改造中的應用[J].企業技術開發，2013（12）：67-68.

[5] 左喜芹. 安防無線時代視頻監控的發展趨勢[J].中國公共安全（綜合版），2013：118-122.