煤層氣開采遠程視頻監控系統設計

谷東東

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

煤層氣開采遠程視頻監控系統設計

谷東東

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

煤層氣是指吸附在煤層顆粒表面或游離于煤層空隙以甲燒為主要成分的氣體，也可以稱之為煤層甲院，屬于一種清潔能。由于煤層氣存在狀態并不穩定，它會由于外界條件(如溫度、壓力等)改變而發生氣體分離和涌出。因此，開采煤層氣時主要靠鉆井打孔抽取。煤層氣開發興起于20世紀70年代的美國，90年代煤層氣產業在美國已經形成一種新型能源工業.

煤層氣；智能監控；系統設計

1、煤層氣發展及安防意義

煤層氣是指吸附在煤層顆粒表面或游離于煤層空隙以甲燒為主要成分的氣體，也可稱之煤層甲院，屬于一種清潔能源。由于煤層氣存在的狀態并不穩定，它會由于外界條件(如溫度、壓力等)改變而發生氣體分離和涌出。因此，開采煤層氣時主要靠鉆井打孔抽取。煤層氣開發興起于20世紀70年代的美國，90年代煤層氣產業在美國已經形成一種新型能源工業，如今，美國煤層氣開發己經進入商業模式。鑒于美國煤層氣開采成功，世界許多國家也對這一行業產生了興趣，目前，商業開發模式也逐漸在世界多個國家建立起來，如澳大利亞、中國、印度等。

我國煤層氣發展始于上個世紀末，80年代以前煤層氣主要以地下抽取排放為主，此后各級省市部門開始正式鉆探煤層氣開釆井，這種開采井的抽水機不斷做往復運動，主要作用是抽取煤層中水分使煤層氣被順利開采出來。通過引進國外技術與探索新方法，2010年，我國煤層氣總產量首次突破100億立方米，目前已經進入高速發展階段。但是由于起步較晚，在開采過程中仍有很多待解決的問題，其中安全問題就是很重要的一個方面。因為抽水機、排氣管道等機械設備處于無人值守狀態，設備的坊塌、移位及人為破壞等情況需要及時了解。目前主要靠人工方式巡檢開采現場，這樣帶來的問題有兩個：一是定期檢查的方式不能實時了解現場情況，二是由于站點多、分布廣，巡檢一次耗時費力，效率低下。因此，設計一個智能視頻監控系統，及時對異常情況報警，可以為安全生產提供保障。

2、監控軟件設計

監控軟件設計是本系統的另一個重要方面，要求具有實時報警提示、歷史數據查詢等功能。它是與操作人員直接交互的系統，因此需要界面友好；另一方面也要實現它的基本功能，即能夠實時了解煤層氣開釆現場的情況，發生異常情況要及時上傳圖像報警。這一部分按照軟件設計流程，逐步規劃實現了監控軟件的功能。

2.1 軟件需求分析

需求分析是軟件設計的第一步也是重要一步，它直接決定了軟件能否滿足用戶的需求，在整個設計過程中都具有重要的指導意義。所謂需求分析，是指要明確系統目的、實現功能和應用范圍等。只有確定了這些需求后，才能分析和尋找的針對本系統的解決方案。因此，開發之前與現場操作人員進行了充分溝通，并去開采現場做了調查，期望的監控軟件需要滿足以下幾個要求。

2.1.1 功能需求。本系統最基本的功能是要能夠及時了解開采中的異常，因此在圖像采集端發生異常并上傳圖像后，監控軟件要有所反應，能夠顯示異常圖片，顯示并記錄報警信息。此外，工作人員也需要能夠查找歷史報警信息、圖片等，所以對圖片和日志等要進行記錄，方便查閱。最后，需要包含一些基本的配置信息，如圖片存放路徑等。因此，本系統需要包括以下幾個功能：預覽圖像、查詢日志、配置參數。

2.1.2 性能需求。監控軟件需要與多個來集端建立連接并通信，因此需要建立完備的通信模塊。使得能夠自主地與采集端建立連接，并有斷開重連機制；同樣在接收數據時也需要有數據確認機制，保證接收到正確數據。因此，通信中要用到多線程技術，用來可以實現多采集端協同通信。

2.1.3 可靠性需求。監控軟件是一直運行的，當圖像數據到達時應該及時接收。遇到軟件本身的異常應能夠及時反應，因此在具體模塊設計中要充分考慮和預計可能發生的各種異常情況。操作錯誤或者發生異常時應有相應的提示，系統不至于崩淸。此外，日志信息中要記錄操作人員的各種操作信息、錯誤信息、報警信息等。

2.1.4 可擴展性需求。在軟件投入使用后，操作人員可能會根據實際情況提出新的需求，軟件本身的某些功能也可能需要改進，因此需要預留接口，在類的成員定義中預留部分函數功能，以便后續擴展。

3、概要設計

在需求分析完成之后，接下來要進行概要設計，即系統的模塊劃分、運行設計、數據結構設計等。由于本系統功能需求，它應該包含以下模塊：1、預覽模塊；2、日志模塊；3、回放模塊；4、參數配置模塊；5、圖像接收模塊等。其功能組成如下圖所示：

圖1 監控軟件功能組成

其中，預覽模塊主要是用來顯示接收到的圖像，為了便于顯示多個站點信息，也應該具有多屏顯示功能；日志模塊主要記錄操作信息和報警信息等；回放模塊可以顯示歷史圖像；參數配置模塊要能完成軟件配置工作；圖像接收解碼模塊要能使多個客戶端協同通信，釆用多線程的設計方法。

在軟件組成上，每個模塊對應一個類，定義好成員變量和函數，方便功能添加與移除。此外，數據庫設計也是一個重要的方面，本系統釆用的是ACCESS2007，這是為了方便數據庫移植，而且本軟件中也采用了文本文件記錄日志的方式，這些措施都方便了數據的記錄。

本監控系統設計充分考慮了監控現場的復雜環境，針對抽水機往復運動和風吹草動等動態背景干擾，提出了適合現場應用的目標檢測算法，然后構建了系統整體網絡結構，設計了采集端程序和上位機監控軟件，最后測試了系統應用效果。結果顯示：本文設計的無線遠程監控系統能夠排除抽水機往復運動等動態干擾，準確識別異常情況，為煤層氣開釆中的安全提供保障，但是在ARM上算法實時性還有待提髙。

[1]胡森晨.基于嵌入式的遠程視頻監控系統的設計與實現[D].哈爾濱理工大學，2017.

[2]張玉榮.物聯網技術下的遠程視頻監控系統優化設計[J].中原工學院學報，2017，01：78-82.