全景紅外成像預(yù)警雷達(dá)在大慶油田采油八廠的應(yīng)用

余麗

大慶油田工程有限公司

大慶油田采油八廠地處偏遠(yuǎn)地區(qū),管轄面積2 903 km2,有近9 400座油水井,具有分布較散、地域環(huán)境相對(duì)復(fù)雜、運(yùn)輸通道四通八達(dá)、安保防控難度大等特點(diǎn).隨著油田數(shù)字化的規(guī)劃建設(shè),傳統(tǒng)的人工巡井方式已逐漸向遠(yuǎn)程視頻巡井方式進(jìn)行過(guò)渡.若采用單井安裝安防監(jiān)控設(shè)備方式,存在著前端安防及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的較高工程投資及后期維護(hù)工作量大的問(wèn)題,且單井前端設(shè)備覆蓋范圍小,無(wú)法滿足油田路、通井路等特定目標(biāo)的監(jiān)控.基于上述原因及多次調(diào)研,確認(rèn)選用全景紅外成像預(yù)警雷達(dá)對(duì)覆蓋范圍內(nèi)的井、間、站等進(jìn)行全景遠(yuǎn)程監(jiān)控.

1 全景紅外成像預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)

全景紅外成像預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)由前端全景紅外成像預(yù)警雷達(dá)、前端雙光譜成像跟蹤儀、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及預(yù)警雷達(dá)監(jiān)控中心構(gòu)成[1].

1.1 前端全景紅外成像預(yù)警雷達(dá)

該設(shè)備能夠在1 s內(nèi)完成水平360°全景成像掃描,并由系統(tǒng)實(shí)時(shí)生成360°全景圖像及360°展開(kāi)圖像進(jìn)行廣域監(jiān)測(cè),全景圖像分辨率可達(dá)到40 000X288.其成像部分采用進(jìn)口原裝碲鎘汞制冷型紅外熱像儀,掃描部分由高精度伺服機(jī)構(gòu)來(lái)完成,具有熱感應(yīng)靈敏度高,成像清晰,水平及俯仰掃描快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn).設(shè)備垂直視場(chǎng)角5°,俯仰伺服機(jī)構(gòu)可以在-20°~45°范圍內(nèi)對(duì)監(jiān)控區(qū)域覆蓋半徑大小進(jìn)行調(diào)整,在任何天氣條件下都能夠穩(wěn)定運(yùn)行.其工作原理與微波雷達(dá)有本質(zhì)上不同,全景紅外成像預(yù)警雷達(dá)不會(huì)對(duì)通信、機(jī)場(chǎng)設(shè)施等產(chǎn)生干擾,無(wú)需經(jīng)無(wú)線電管理部門(mén)審批[2].

前端對(duì)人、自行車(chē)等小目標(biāo)有效探測(cè)半徑3 km,對(duì)摩托車(chē)、三輪車(chē)等小型車(chē)輛目標(biāo)有效探測(cè)半徑為4 km,對(duì)轎車(chē)等中型車(chē)輛目標(biāo)有效探測(cè)半徑為6 km.可同時(shí)探測(cè)和顯示多個(gè)入侵目標(biāo),并為值班人員提供目標(biāo)相應(yīng)的屬性信息.

1.2 前端雙光譜成像跟蹤儀

前端雙光譜成像跟蹤儀采用超低照度高清CMOS攝像機(jī)和非制冷連續(xù)變焦面陣紅外熱像儀組合的方式進(jìn)行全天候的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控,通過(guò)監(jiān)控中心的監(jiān)控管理服務(wù)器對(duì)云臺(tái)和鏡頭進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、啟動(dòng)巡檢等操作,實(shí)時(shí)回傳方位數(shù)據(jù),在管理平臺(tái)上顯示當(dāng)前監(jiān)控目標(biāo)位置.在白天光照強(qiáng)度>0.01 LUX時(shí)攝像機(jī)轉(zhuǎn)換為彩色模式工作,在夜間光照度<0.01 LUX時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟并轉(zhuǎn)換到紅外熱成像模式工作.

1.3 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

因紅外成像雷達(dá)的大覆蓋范圍及快速掃描機(jī)制,回傳數(shù)據(jù)信息量較大,單套前端設(shè)備數(shù)據(jù)回傳帶寬需求為200 Mbit/s[3],而系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性要求比較嚴(yán)格,因此數(shù)據(jù)傳輸方式在工程建設(shè)條件允許的情況下,需采用光纖傳輸[4],以保障系統(tǒng)平穩(wěn)、安全、有效地運(yùn)行.

1.4 預(yù)警雷達(dá)監(jiān)控中心

預(yù)警雷達(dá)監(jiān)控中心配置相應(yīng)的功能服務(wù)器和監(jiān)控控制端,在一個(gè)控制席上便能完成所有監(jiān)控操作.系統(tǒng)具有靈活細(xì)致的聯(lián)動(dòng)功能,與報(bào)警子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,在有警情發(fā)生時(shí),自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警,視頻跟蹤定位,圖像的切換、錄像,對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行記錄等,實(shí)現(xiàn)更智能化的視頻監(jiān)控.

2 系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 前端設(shè)備的建設(shè)及安裝

結(jié)合目前采油八廠的遠(yuǎn)程安防管理需求,預(yù)警雷達(dá)警戒區(qū)采用重點(diǎn)目標(biāo)局部警戒模式,即用于特定目標(biāo)(例如油水井、計(jì)量間、變壓器等)的警戒,可根據(jù)目標(biāo)形狀及周邊環(huán)境,設(shè)置成任意幾何形狀的警戒區(qū).

當(dāng)沒(méi)有報(bào)警信息時(shí),紅外全景成像雷達(dá)通過(guò)系統(tǒng)管理平臺(tái)控制指令,可控制轉(zhuǎn)臺(tái)的上、下、左、右轉(zhuǎn)動(dòng)以及鏡頭的變焦和聚焦,達(dá)到在設(shè)備標(biāo)稱(chēng)距離范圍內(nèi)廣域監(jiān)視的目的,同時(shí)可對(duì)重點(diǎn)管理設(shè)施進(jìn)行航跡點(diǎn)位自動(dòng)巡檢.當(dāng)有侵入報(bào)警信息時(shí),紅外全景成像雷達(dá)通過(guò)系統(tǒng)管理平臺(tái)聯(lián)動(dòng)指令,雙光譜成像跟蹤儀會(huì)快速對(duì)目標(biāo)進(jìn)行鎖定并啟動(dòng)相應(yīng)的圖像光學(xué)放大及跟蹤功能.

根據(jù)采油八廠井、計(jì)量間及站場(chǎng)的地域分布情況,共選取了24座周邊產(chǎn)能設(shè)施較密集的小隊(duì)點(diǎn)做為預(yù)警雷達(dá)前端設(shè)備安裝地點(diǎn).其中2017年一期建設(shè)6套前端設(shè)備,實(shí)現(xiàn)覆蓋油水井1 209口,2018-2020年分三期建設(shè)18套前端設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)覆蓋油水井7 721口.24套設(shè)備全部建成后,預(yù)警雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)采油八廠井、間及站場(chǎng)的覆蓋率將達(dá)到95%.

前端全景紅外成像預(yù)警雷達(dá)、雙光譜成像跟蹤儀均采用立柱式支架安裝在各站鐵塔頂部平臺(tái)上,鐵塔建設(shè)高度根據(jù)周邊林帶高度及分布情況分別選擇35、40及45 m.

前端設(shè)備安裝時(shí),預(yù)警雷達(dá)支架不可避免地遮擋了跟蹤儀部分視角,造成一定的監(jiān)控盲區(qū),盲區(qū)角度示意圖見(jiàn)圖1.同時(shí)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)距離較遠(yuǎn),生長(zhǎng)高度較高的防風(fēng)林也會(huì)造成一定的監(jiān)控盲區(qū).因此預(yù)警雷達(dá)及跟蹤儀現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)應(yīng)結(jié)合監(jiān)控區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)監(jiān)控設(shè)施分布情況及防風(fēng)林的盲區(qū),優(yōu)化選擇監(jiān)控遮擋角朝向,達(dá)到盲區(qū)內(nèi)重點(diǎn)監(jiān)控設(shè)施數(shù)量最小化.

圖1 雷達(dá)監(jiān)控盲區(qū)角度示意圖Fig.1 Sketch map of the anale of radar monitoring blind area

根據(jù)系統(tǒng)前端設(shè)備俯仰角計(jì)算,塔下500 m區(qū)域亦為監(jiān)控盲區(qū)[5],鐵塔下可選用1臺(tái)高清紅外智能球型攝像機(jī),作為塔下盲區(qū)的補(bǔ)充監(jiān)控設(shè)施以保證前端設(shè)備不被破壞.

2.2 預(yù)警雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

采油八廠共計(jì)24套前端設(shè)備數(shù)據(jù)的回傳帶寬需求量約為4.8 Gbps.目前采油八廠已建光纖傳輸鏈路為小隊(duì)點(diǎn)-油礦-信息中心,其中小隊(duì)點(diǎn)-油礦生產(chǎn)網(wǎng)帶寬為百兆,油礦-信息中心生產(chǎn)網(wǎng)帶寬為千兆.預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)建成后,八廠將建成預(yù)警雷達(dá)前端設(shè)備-小隊(duì)點(diǎn)-油礦-信息中心-經(jīng)保大隊(duì)的光纖傳輸鏈路.根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸帶寬需求,在升級(jí)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)部分中繼段的光傳輸設(shè)備帶寬后,預(yù)警雷達(dá)前端設(shè)備最終以千兆光口上聯(lián)至信息中心.信息中心-經(jīng)保大隊(duì)中繼段建成10 GE的PTN光傳送網(wǎng),其擁有完善的保護(hù)機(jī)制,支持主控、交叉、時(shí)鐘、電源單元1+1的設(shè)備級(jí)保護(hù),支持MPLS-TP APS、ERPS、LAG、MC-LAG、LPT及復(fù)用段等網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)[6-7],在提高數(shù)據(jù)傳輸效率的同時(shí),又滿足前端24套預(yù)警雷達(dá)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)接至監(jiān)控中心.

2.3 預(yù)警雷達(dá)監(jiān)控中心建設(shè)

采油八廠預(yù)警雷達(dá)監(jiān)控中心設(shè)置在經(jīng)保大隊(duì)內(nèi),中心新建有GIS聯(lián)動(dòng)報(bào)警指控工作站、紅外全景成像預(yù)警雷達(dá)工作站、綜合視頻管理工作站、NVR及LCD液晶拼接屏等設(shè)備[8].其中:GIS聯(lián)動(dòng)報(bào)警指控工作站實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件多元數(shù)據(jù)融合、智能分析、聯(lián)動(dòng)控制等功能;紅外全景成像預(yù)警雷達(dá)工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)掃描后回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)算及處理成像等功能;綜合視頻管理工作站用于運(yùn)行視頻管理軟件,并將全景信號(hào)投放至液晶拼接大屏上.

24套雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)前端設(shè)備數(shù)據(jù)接入監(jiān)控中心后,經(jīng)處理的每路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)碼流為25 Mbit/s,數(shù)據(jù)在設(shè)備內(nèi)存儲(chǔ)時(shí)間為30天,經(jīng)計(jì)算需配置1套24盤(pán)位NVR].

3 結(jié)束語(yǔ)

全景紅外成像預(yù)警雷達(dá)作為數(shù)字化油田遠(yuǎn)程廣域安防監(jiān)控的一種技術(shù)方式,實(shí)現(xiàn)了對(duì)廣域的偷盜油等行為搜索發(fā)現(xiàn)、實(shí)時(shí)跟蹤等技術(shù)目標(biāo).其系統(tǒng)擁有開(kāi)放性的預(yù)留傳輸接口,在下一步的深入應(yīng)用中可考慮將廠級(jí)預(yù)警雷達(dá)監(jiān)控中心與油田公司指揮中心、公安110進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)警企信息共享,從而對(duì)巡檢中發(fā)現(xiàn)的偷盜油等行為進(jìn)行嚴(yán)厲打擊,為油田穩(wěn)產(chǎn)做出貢獻(xiàn).