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高清数字视频监控系统在钻井现场的研究与应用

来源:一卡通世界      作者:霍东媛 高凌云 刘晗      2014-6-6 16:42:35

  摘 要:视频监控系统可广泛应用于油气田勘探生产领域。在油田数字化的大背景下,钻井现场使用的高清数字视频监控系统高度融合了计算机技术、图像视频压缩技术及网络技术,其画面清晰、图像延时短、系统稳定可靠,更有利于功能扩展,而且数据更易完整保存以及网络化远程传输控制,同时系统硬件结构也便于钻井现场的安装维护任务。

  0 引 言

  目前,在钻井现场以及其他油气田勘探生产领域,模拟视频监控系统仍然是主要的监控手段,模拟监控系统有其天生的技术瓶颈,在油田数字化大背景下,已不能满足油气田安全勘探生产的需求。而高清数字监控系统在钻井现场有其不可替代的优势:

  (1) 便于计算机处理。由于对视频图像进行了数字化,所以可以充分利用计算机的快速处理能力,对其进行压缩、分析、存储和显示,更有利于数字井场的数据共享;

  (2) 适合远距离传输。数字信息抗干扰能力强,不易受传输线路信号衰减的影响,特别是在环境恶劣情况下(如钻井现场等)传输,可以在数千千米之外实时监控现场;

  (3) 便于存储查找。数字视频监控系统中,利用计算机建立的索引,在几分钟内就能找到相应的现场记录;

  (4) 提高了图像的质量与监控效率。利用计算机可以对不清晰的图像进行去噪、锐化等处理,通过调整图像大小,借助显示器的高分辨率,可以观看到清晰的高质量图像;

  (5) 系统易于管理和维护。数字视频监控系统主要由电子设备组成,集成度高,视频传输可利用有线或无线信道。这样,整个系统是模块化结构,体积小、易于安装、使用和维护方便[1]。

  1 系统架构

  利用现有的高清数字视频采集技术及通信营运商网络,构建远程无线网络视频监控管理系统,并能无缝地兼容任意营运商的网络。它把网络数字摄像机图像通过智能无线通讯终端发射到3G 网络,实现视频数据的交互、发送/ 接收、加密、解码、链路的远程控制维护等功能。根据应用,把实时动态图像传到距离用户最近的3G 网络,通过Internet 宽带网络实现从系统终控端得到现场实时视频监控图像信息的功能。该系统整合了3G网络和Internet 网络的优势,无论您身在何处、任何时间,只要得到授权都可以迅速接入系统,随时随地的进行远程监控管理钻井现场高清视频系统。本系统的架构拓扑图如图1 所示。

高清数字视频监控系统

图1 系统架构拓扑图

  系统按IEEE802.3 设计,采用分布式结构,由中心服务器和钻井现场前端设备组成[2]。系统可以应需求任意添加新的前端设备。中心服务器即监控中心设备,包括工业级网络视频管理服务器/NVR、监控工作站、客户端软件等。前端设备( 即前端监控点设备) 包括防爆高清数字摄像机、防爆云台、3G无线传输设备等。

  2 系统前端硬件结构

  前端摄像机进行了防爆封装,在各种野外恶劣气候条件下能长时间正常工作,满足钻井现场、集气场站等有特殊安全生产环境要求的场所。系统画面清晰,像素达 130 万,人机界面操作简便,前端设备画面延时短,数字信号利于高清视频画面的存储及网络远程传输,前后端都能控制云台转动、镜头变焦、录像、回放、抓图、多画面切换等操作,能完全替代模拟视频系统。本系统前端性能稳定、结构简单,安装、维护工作少。

  系统前端硬件架构如图2 所示,其中①号区域为钻井司控房;②号区域为钻井现场各监控点( 各监控点到司控房距离从30 ~100 m 不等,根据每个钻井现场实际情况而定) ;③号区域为钻井队长值班室或钻井现场数据中心,距司控房直线距离50 m 左右。

高清数字视频监控系统前端硬件架构

图2 系统前端硬件架构

  该系统的技术优势有:

  (1)摄像机、云台及显示器均进行防爆设计。防爆等级达到IP65,能满足钻井现场的特殊要求。防爆封装如图3 所示;

系统前端防爆封装

图3 系统前端防爆封装

  (2)数字高清技术的应用。钻井现场与集气场站多以模拟视频监控为主,现已不能很好地满足数字井场的要求,不但图像清晰度低,而且数据完整保存及远程控制也存在一定的安全隐患。而数字高清视频在油气田勘探生产固定场所的应用,图像像素达130 万,很好地解决了模拟监控系统的技术瓶颈,同时也能更好地融入数字井场,实现数据共享;

  (3)高清摄像机图像延时短。在钻井现场,视频监控系统作为司钻的第二双眼睛,前端图像的延时直接关系到生产的安全及效率。本系统利用H.264 算法,不断优化图像编解码技术,摄像机图像采集到前端显示延时≤ 300 ms(肉眼无法识别),远小于普通民用高清摄像头800 ms ~ 1 s 的延时,非常适合应用于如钻井现场对图像延时要求极高的场合,极大地降低了生产安全风险;

  (4) 图像存储双备份。在司控房NVR 存储160 小时720P 高清录像,钻井现场数据中心服务器同步存储720 小时720P 高清录像,保障了数据的完整性。

  3 系统软件设计

  本系统是基于SOA系统架构设计的联网集成管理平台[3]。平台集成了视频监控系统、入侵报警系统、智能管理系统等,实现各安防系统的集中管理、多级联网、信息共享、互联互通、多业务融合等功能。

  系统可以管理从几十到上万路规模的视频监控,具备良好的伸缩性;可以对多厂家的模拟、模数混合、纯网络等多种架构系统进行管理,具备良好的兼容性;可以部署在各种网络环境下,从局域网到广域网,从有线到无线网络,具备广泛的适应性。

  系统软件操作简便,能实现用户管理和资源管理、实时预览(单画面和多画面预览,对高清摄像机镜头变焦变倍及前端云台进行全功能远程控制)、录像回放、下载备份、电子地图、联动报警、日志功能等。系统软件架构如图4 所示。

高清数字视频监控系统在钻井现场的研究与应用

图4 系统软件架构

  4 现场应用

  高清数字视频监控系统在川渝、长庆、新疆等钻井现场已配套使用,各项功能正常,解决了视频清晰度、视频延时及数据远程传输控制难题,井队使用效果反馈良好。钻井队现场使用画面如图5 所示。

高清数字视频监控系统在钻井现场的研究与应用

图5 钻井现场视频界面

  5 结 语

  在油田数字化大背景下,高清数字视频监控系统是一套完全适用于钻井现场的视频监控系统。数字视频监控具有传统模拟监控无法比拟的优点,该系统不仅集成了普通高清数字监控系统的技术优势,而且适应油气田安全生产数字化、网络化和智能化的发展趋势。近几年来,川渝、长庆、新疆各钻井现场相继配套高清数字视频监控系统,在油气田勘探生产中实现了远程监控访问,减少了现场的违规违章操作,大大降低了事故发生的几率,减少了安全隐患,为数字钻井现场作业的安全性提供了更好的保障。《物联网技术》杂志授权发布,严禁转载。

  作者简介:霍东媛,女,西南石油大学油气测控工程在读硕士研究生。研究方向为油气检测技术与自动化装置。

  参 考 文 献

  [1] 梁笃国. 网络视频监控技术与智能应用[M]. 北京:人民邮电出版社,2013.

  [2] 全国智能建筑技术情报网. 中国建筑设计研究院机电院. 数字安防监控系统设计及安装图集[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2008.

  [3] 西刹子. 安防天下—— 智能网络视频监控技术详解与实践[M]. 北京:清华大学出版社,2010.

  [4] 顾小军. 高清数字视频安防监控系统的设计[J]. 江苏建筑,2010 (3):105-107.

  [5] 高宏健. 浅谈高清数字视频安防监控系统的设计[J]. 中国科技博览, 2011(33):97.

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