防登臨和溢油監控系統在海上油田的綜合應用

王 昆，秦田峰，馮海濤，王 松

(中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設中心 天津 300457)

0 引 言

隨著邊際油田的開發，無人平臺已逐漸成為一種開發趨勢，無人平臺的安防問題也就成為安全生產工作的重中之重，由于傳統監控系統已無法做好對外來船舶、非法登臨、溢油監控的防范，推進無人平臺監控系統的智能化升級勢在必行。針對此類情況，將AI智能識別、熱成像技術、計算機智能處理技術納入到防登臨視頻監控系統中，以此來實現對無人平臺的智能安防。無人平臺的防登臨系統取代了傳統監控的人員值守，在發現外來船舶入侵和其他異常信息后可自動觸發廣播功放和聲光報警功能，并向外來船舶發出警示，可有效保證海上石油平臺的安全生產。

本文通過對海上無人平臺的智能監控發展方向和現狀探究，從運動目標識別檢測、熱成像分析等方面對海上油田的智能化視頻現狀進行分析討論，以期為海上油田智能化建設和監控系統的集成提供建議和方向。

1 方案研究

隨著新技術的不斷發展更新，監控設備也在更新換代，現有監控系統無法進行升級換代，導致油田存在多個監控系統，不符合油田高質量發展和安全要求。因此，建立一套具有全方位不間斷監控、智能化程度高的視頻監控系統就成為了海上油田面臨的迫切需求。

本項目計劃在油田帶纜走道處安裝一套防登臨監控系統，通過加裝新型監控設備提高安全監控能力，進而提升油田應急管理的智能化水平。

海上某油田視頻監控系統包括 3套系統：現場CCTV(閉路電視)監控系統、防溢油監控系統和防登臨監控系統，每個監控系統分別使用不同的服務器和管理軟件，無法實現高效的監控和維護，為此需要對各套系統進行整合，通過單臺終端服務器實現所有監控畫面的集中顯示和搭建完善的油田智能監控系統。表1為監控系統分類。

表1 監控系統分類Tab.1 Classification of monitoring systems

通過對設備的傳輸協議和軟件功能的深入學習研究，各套系統的硬盤錄像機均具備以太網接口，可以將信號傳遞至網絡交換機。而海康威視 iVMS-4200客戶端支持多種主流視頻傳輸協議，具有較好的兼容性，可以實現一臺工業標準服務器和一套應用軟件控制管理整個智能監控系統。圖1為監控系統融合拓撲圖。

圖1 監控系統融合拓撲圖Fig.1 Integration topology of monitoring system

使用一臺工業電腦作為集中監控主機，將各硬盤錄像機與監控主機連接至同一局域網絡內，實現信號物理層聯通；將所有監控設備主機配置固定IP地址，對集中監控主機配置固定IP地址并安裝iVMS-4200客戶端軟件[1]。

通過軟件的設備管理功能添加網絡中的監控設備和所有可用通道，對通道進行描述定義并設置安全密碼，以實現視頻圖像的集中監控。

2 方案設計

海上石油平臺安防系統的建立和融合的目的是實現對周邊海面環境、船舶、人員登臨平臺的智能追蹤監控，便于操作人員對現場情況和周邊海域的監控。但是當前情況下，防登臨系統、防溢油系統和CCTV監控系統作為各自獨立的系統安裝在海上石油平臺，其分別使用不同的主機和操作軟件，不利于人員操作、實時監控和海上施工的降本增效。通過對設備方案、軟硬件的改造將多套系統融合為一，以配置統一的管理界面、控制邏輯與配置方式來實現業務聯動，簡化系統聯動設計功能[2]。

在海上的有人值守平臺和無人平臺分別搭建一套管理服務器主機，已有的海底光纖就可實現在生產的有人值守平臺對無人平臺的監控，當客戶端發出報警信號后，在生產平臺有操作人員對報警信號確認，同時觸發聲光報警或者通過揚聲器進行喊話，實現驅離。這樣有利于對現場情況的了解，有利于提高操作人員的工作效率和操控的便捷性，進而最大程度地提升海上石油平臺的安防管理。圖2為防登臨系統網絡拓撲圖。

圖2 防登臨系統拓撲圖Fig.2 Topology of anti-boarding system

2.1 防登臨系統簡介

防登臨系統針對的是外來靠近平臺的非法船舶和人員，對平臺周圍30～300 m的海域進行實時監控并觸發廣播功放和聲光報警功能，該系統基于熱成像技術、圖像智能識別技術和計算機信息處理技術開發而成。前端主要由防爆雙光譜熱成像重載云臺攝像機、防爆智能警戒像機組成。采用 NVR(網絡硬盤錄像機)存儲，報警事件發生時 NVR聯動報警輸出，將報警信號傳送到廣播系統，通過電纜連接至平臺帶纜走道處，一旦檢測到海上平臺存在非法入侵的船只或者人員，則立即將報警信號傳送至廣播系統，實現聯動廣播和閃光報警的聯動功能。

防爆雙光譜熱成像機內置船舶檢測算法可自動監測過往船只動態，發現船只時可聯動可見光鏡頭變倍跟蹤監測船只動向。防爆智能警戒像機具備區域入侵、進入區域、離開區域等報警功能，用來檢測平臺底層甲板位置的無人區、樓梯等，發現船只或人員后及時將報警信息傳送到后端平臺。平臺通過可配置聲音或彈窗提醒通知管理人員[3]。

通過系統二次開發可將 AIS(船只自動識別)系統接收到的船只信息對接到中心管理平臺，平臺收到AIS船只信息判斷其是否為作業船只。如是作業船只則平臺不報警，檢測到非作業船只時聯動報警輸出信號到廣播系統，實現廣播報警功能。

2.2 防溢油系統簡介

防溢油系統是監控海上石油平臺在生產過程中是否有石油泄漏的系統，利用可見光/反射紅外波段遙感技術對海上石油平臺周邊海域進行監控。該系統在平臺帶纜走道和下甲板四周安裝防爆高清攝像頭，利用平臺對周圍海面進行實時巡回監控，有助于值班人員迅速了解海面信息，在發生異常情況下人員可以及時發現海面情況并啟動應急處理程序。

2.3 系統功能

2.3.1 全天候高清監控

由于海面雨霧天氣的比例較高，在復雜的極端條件下夜間監控極為重要。因此，在作業平臺實現高清視頻采集時需考慮透霧和夜視性能，熱成像雙光譜攝像機能勝任復雜環境(大霧、大雨、黑夜)下的有效監控，規避夜間監控的盲區和誤報警的可能性，極大提高作業平臺監控系統的實用性和準確性。圖3為夜間及復雜情況下熱成像效果圖。

圖3 可見光及熱成像成像效果Fig.3 Effect of visible and thermal imaging

2.3.2 防登臨船舶智能監測分析

熱成像雙光譜攝像機具備船只信息智能監測功能，當前端攝像機通過船只智能監測技術監測到船只后聯動可見光變倍跟蹤船只，同時通過漁船和作業船算法將平臺上現有的高清攝像機接入到智能開放平臺超腦中，通過視頻監測實現作業船和漁船的區分，監測到漁船后報警、作業船只不報警。在判斷是否為作業船只后聯動NVR報警輸出和廣播系統播放告警語音，人員只需在有人平臺進行遠程喊話監控，并實現驅離。

在實際項目使用過程中，發現熱成像監測船只的誤報率較高，大部分誤報都是由浪花光反射引起的，通過搜集誤報和漏報的視頻素材進行了針對性優化，降低了浪花(海浪或者漁船開過引起浪花)引起的誤報。圖4為對浪花抑制圖。

圖4 海浪過線不報警Fig.4 No alarm for waves

2.3.3 聲光報警即時聯動

在帶纜走道設置2套聲光報警裝置，通過硬線連接至防登臨系統服務器，在防登臨攝像頭捕捉到非法登臨平臺后將觸發聲光報警裝置，防止外來人員長時間停留。表2為聲光報警裝置主要技術參數。

表2 聲光報警裝置技術參數Tab.2 Technical parameters of acousto-optic alarm device

2.3.4 監控系統融合

本系統在設計上將 DVR/NVR設備、客戶端、服務器設備等硬件進行共享使用，將2套不同的系統融合為一套系統，在硬件上實現共享。在硬線鋪設完畢后進入共享交換機和服務器，在邏輯系統上實現分離，2套監控系統分別執行各自的邏輯。通過綜合安防管理平臺的建立將防登臨系統、防溢油系統和CCTV監控系統進行融合，實現一個界面顯示各個系統。圖5為監控系統效果圖。

圖5 監控系統效果圖Fig.5 Effect diagram of monitoring system

3 結 語

針對海上石油無人平臺的安防問題，防登臨技術已在渤海油田多個平臺展開實際應用。該系統基于綜合安防管理平臺對傳統定義的多個安防子系統進行了整合，實現了豐富的功能聯動機制，提高了操作人員的工作效率，降低了平臺工業計算機的占用率，節省了項目的施工空間和施工費用。通過多個監控系統功能的互補，避免了出現安防疏漏，提高了海上石油平臺安防管理的業務自動化和智能化程度，對安防事件防患于未然，對安防警情及時響應，并自動觸發報警。該融合方案的成功設計有效保障了海上油田的安全生產，提高了對海上無人平臺的監控保障能力，提高了人員的工作效率，有效減少了生產經濟損失，創造了良好的經濟和社會效益。