高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鉆井現(xiàn)場(chǎng)的研究與應(yīng)用

引言

目前，在鉆井現(xiàn)場(chǎng)以及其他油氣田勘探生產(chǎn)領(lǐng)域，模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍然是主要的監(jiān)控手段，模擬監(jiān)控系統(tǒng)有其天生的技術(shù)瓶頸，在油田數(shù)字化大背景下，已不能滿足油氣田安全勘探生產(chǎn)的需求。而高清數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)在鉆井現(xiàn)場(chǎng)有其不可替代的優(yōu)勢(shì)：

便于計(jì)算機(jī)處理。由于對(duì)視頻圖像進(jìn)行了數(shù)字化，所以可以充分利用計(jì)算機(jī)的快速處理能力，對(duì)其進(jìn)行壓縮、分析、存儲(chǔ)和顯示，更有利于數(shù)字井場(chǎng)的數(shù)據(jù)共享；

適合遠(yuǎn)距離傳輸。數(shù)字信息抗干擾能力強(qiáng)，不易受傳輸線路信號(hào)衰減的影響，特別是在環(huán)境惡劣情況下(如鉆井現(xiàn)場(chǎng)等)傳輸，可以在數(shù)千千米之外實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)；

便于存儲(chǔ)查找。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，利用計(jì)算機(jī)建立的索引，在幾分鐘內(nèi)就能找到相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)記錄；

提高了圖像的質(zhì)量與監(jiān)控效率。利用計(jì)算機(jī)可以對(duì)不清晰的圖像進(jìn)行去噪、銳化等處理，通過調(diào)整圖像大小，借助顯示器的高分辨率，可以觀看到清晰的高質(zhì)量圖像；

系統(tǒng)易于管理和維護(hù)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由電子設(shè)備組成，集成度高，視頻傳輸可利用有線或無線信道。這樣,整個(gè)系統(tǒng)是模塊化結(jié)構(gòu)，體積小、易于安裝、使用和維護(hù)方便叫

1系統(tǒng)架構(gòu)

利用現(xiàn)有的高清數(shù)字視頻采集技術(shù)及通信營(yíng)運(yùn)商網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建遠(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)，并能無縫地兼容任意營(yíng)運(yùn)商的網(wǎng)絡(luò)。它把網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)圖像通過智能無線通訊終端發(fā)射到3G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的交互、發(fā)送/接收、加密、解碼、鏈路的遠(yuǎn)程控制維護(hù)等功能。根據(jù)應(yīng)用，把實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像傳到距離用戶最近的3G網(wǎng)絡(luò)，通過Internet寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)從系統(tǒng)終控端得到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控圖像信息的功能。該系統(tǒng)整合了3G網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，無論您身在何處、任何時(shí)間，只要得到授權(quán)都可以迅速接入系統(tǒng)，隨時(shí)隨地的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控管理鉆井現(xiàn)場(chǎng)高清視頻系統(tǒng)。本系統(tǒng)的架構(gòu)拓?fù)鋱D如圖1所示。

系統(tǒng)按IEEE802.3設(shè)計(jì)，采用分布式結(jié)構(gòu)，由中心服務(wù)器和鉆井現(xiàn)場(chǎng)前端設(shè)備組成[2]o系統(tǒng)可以應(yīng)需求任意添加新的前端設(shè)備。中心服務(wù)器即監(jiān)控中心設(shè)備，包括工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)視頻管理服務(wù)器/NVR、監(jiān)控工作站、客戶端軟件等。前端設(shè)備(即前端監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備)包括防爆高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、防爆云臺(tái)、3G無線傳輸設(shè)備等。

2系統(tǒng)前端硬件結(jié)構(gòu)

前端攝像機(jī)進(jìn)行了防爆封裝，在各種野外惡劣氣候條件下能長(zhǎng)時(shí)間正常工作，滿足鉆井現(xiàn)場(chǎng)、集氣場(chǎng)站等有特殊安全生產(chǎn)環(huán)境要求的場(chǎng)所。系統(tǒng)畫面清晰，像素達(dá)130萬(wàn)，人機(jī)界面操作簡(jiǎn)便，前端設(shè)備畫面延時(shí)短，數(shù)字信號(hào)利于高清視頻畫面的存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸，前后端都能控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、鏡頭變焦、錄像、回放、抓圖、多畫面切換等操作，能完全替代模擬視頻系統(tǒng)。本系統(tǒng)前端性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、維護(hù)工作少。

系統(tǒng)前端硬件架構(gòu)如圖2所示，其中①號(hào)區(qū)域?yàn)殂@井司控房；②號(hào)區(qū)域?yàn)殂@井現(xiàn)場(chǎng)各監(jiān)控點(diǎn)(各監(jiān)控點(diǎn)到司控房距離從30~100m不等，根據(jù)每個(gè)鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定)；③號(hào)區(qū)域?yàn)殂@井隊(duì)長(zhǎng)值班室或鉆井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中心，距司控房直線

該系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)有:

攝像機(jī)、云臺(tái)及顯示器均進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)。防爆等級(jí)

達(dá)到IP65,能滿足鉆井現(xiàn)場(chǎng)的特殊要求。防爆封裝如圖3所示;

數(shù)字高清技術(shù)的應(yīng)用。鉆井現(xiàn)場(chǎng)與集氣場(chǎng)站多以模擬視頻監(jiān)控為主，現(xiàn)已不能很好地滿足數(shù)字井場(chǎng)的要求，不但圖像清晰度低，而且數(shù)據(jù)完整保存及遠(yuǎn)程控制也存在一定的安全隱患。而數(shù)字高清視頻在油氣田勘探生產(chǎn)固定場(chǎng)所的應(yīng)用，圖像像素達(dá)130萬(wàn)，很好地解決了模擬監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸，同時(shí)也能更好地融入數(shù)字井場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；

高清攝像機(jī)圖像延時(shí)短。在鉆井現(xiàn)場(chǎng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為司鉆的第二雙眼睛，前端圖像的延時(shí)直接關(guān)系到生產(chǎn)的安全及效率。本系統(tǒng)利用H.264算法，不斷優(yōu)化圖像編解碼技術(shù)，攝像機(jī)圖像采集到前端顯示延時(shí)W300ms(肉眼無法識(shí)別)，遠(yuǎn)小于普通民用高清攝像頭800ms?1s的延時(shí)，非常適合應(yīng)用于如鉆井現(xiàn)場(chǎng)對(duì)圖像延時(shí)要求極高的場(chǎng)合，極大地降低了生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)；

(4)圖像存儲(chǔ)雙備份。在司控房NVR存儲(chǔ)160小時(shí)720P高清錄像，鉆井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器同步存儲(chǔ)720小時(shí)720P高清錄像，保障了數(shù)據(jù)的完整性。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是基于SOA系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的聯(lián)網(wǎng)集成管理平臺(tái)叫平臺(tái)集成了視頻監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報(bào)警系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)等,實(shí)現(xiàn)各安防系統(tǒng)的集中管理、多級(jí)聯(lián)網(wǎng)、信息共享、互聯(lián)互通、多業(yè)務(wù)融合等功能。

系統(tǒng)可以管理從幾十到上萬(wàn)路規(guī)模的視頻監(jiān)控，具備良好的伸縮性；可以對(duì)多廠家的模擬、模數(shù)混合、純網(wǎng)絡(luò)等多種架構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行管理，具備良好的兼容性；可以部署在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)，從有線到無線網(wǎng)絡(luò)，具備廣泛的適應(yīng)性。

系統(tǒng)軟件操作簡(jiǎn)便，能實(shí)現(xiàn)用戶管理和資源管理、實(shí)時(shí)預(yù)覽(單畫面和多畫面預(yù)覽，對(duì)高清攝像機(jī)鏡頭變焦變倍及前端云臺(tái)進(jìn)行全功能遠(yuǎn)程控制)、錄像回放、下載備份、電子地圖、聯(lián)動(dòng)報(bào)警、日志功能等。系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖4所示。

高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在川渝、長(zhǎng)慶、新疆等鉆井現(xiàn)場(chǎng)已配套使用，各項(xiàng)功能正常，解決了視頻清晰度、視頻延時(shí)及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸控制難題，井隊(duì)使用效果反饋良好。鉆井隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用畫面如圖5所示。

5結(jié)語(yǔ)

在油田數(shù)字化大背景下，高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一套完全適用于鉆井現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)字視頻監(jiān)控具有傳統(tǒng)模擬監(jiān)控?zé)o法比擬的優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)不僅集成了普通高清數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而且適應(yīng)油氣田安全生產(chǎn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)。近幾年來，川渝、長(zhǎng)慶、新疆各鉆井現(xiàn)場(chǎng)相繼配套高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在油氣田勘探生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控訪問，減少了現(xiàn)場(chǎng)的違規(guī)違章操作，大大降低了事故發(fā)生的幾率，減少了安全隱患，為數(shù)字鉆井現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性提供了更好的保障。

圖5鉆井現(xiàn)場(chǎng)視頻界面

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