高清數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鉆井現場的研究與應用

引言

目前，在鉆井現場以及其他油氣田勘探生產領域，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)有其天生的技術瓶頸，在油田數字化大背景下，已不能滿足油氣田安全勘探生產的需求。而高清數字監(jiān)控系統(tǒng)在鉆井現場有其不可替代的優(yōu)勢：

便于計算機處理。由于對視頻圖像進行了數字化，所以可以充分利用計算機的快速處理能力，對其進行壓縮、分析、存儲和顯示，更有利于數字井場的數據共享；

適合遠距離傳輸。數字信息抗干擾能力強，不易受傳輸線路信號衰減的影響，特別是在環(huán)境惡劣情況下(如鉆井現場等)傳輸，可以在數千千米之外實時監(jiān)控現場；

便于存儲查找。數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，利用計算機建立的索引，在幾分鐘內就能找到相應的現場記錄；

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

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

1系統(tǒng)架構

利用現有的高清數字視頻采集技術及通信營運商網絡,構建遠程無線網絡視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)，并能無縫地兼容任意營運商的網絡。它把網絡數字攝像機圖像通過智能無線通訊終端發(fā)射到3G網絡，實現視頻數據的交互、發(fā)送/接收、加密、解碼、鏈路的遠程控制維護等功能。根據應用，把實時動態(tài)圖像傳到距離用戶最近的3G網絡，通過Internet寬帶網絡實現從系統(tǒng)終控端得到現場實時視頻監(jiān)控圖像信息的功能。該系統(tǒng)整合了3G網絡和Internet網絡的優(yōu)勢，無論您身在何處、任何時間，只要得到授權都可以迅速接入系統(tǒng)，隨時隨地的進行遠程監(jiān)控管理鉆井現場高清視頻系統(tǒng)。本系統(tǒng)的架構拓撲圖如圖1所示。

系統(tǒng)按IEEE802.3設計，采用分布式結構，由中心服務器和鉆井現場前端設備組成[2]o系統(tǒng)可以應需求任意添加新的前端設備。中心服務器即監(jiān)控中心設備，包括工業(yè)級網絡視頻管理服務器/NVR、監(jiān)控工作站、客戶端軟件等。前端設備(即前端監(jiān)控點設備)包括防爆高清數字攝像機、防爆云臺、3G無線傳輸設備等。

2系統(tǒng)前端硬件結構

前端攝像機進行了防爆封裝，在各種野外惡劣氣候條件下能長時間正常工作，滿足鉆井現場、集氣場站等有特殊安全生產環(huán)境要求的場所。系統(tǒng)畫面清晰，像素達130萬，人機界面操作簡便，前端設備畫面延時短，數字信號利于高清視頻畫面的存儲及網絡遠程傳輸，前后端都能控制云臺轉動、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、結構簡單，安裝、維護工作少。

系統(tǒng)前端硬件架構如圖2所示，其中①號區(qū)域為鉆井司控房；②號區(qū)域為鉆井現場各監(jiān)控點(各監(jiān)控點到司控房距離從30~100m不等，根據每個鉆井現場實際情況而定)；③號區(qū)域為鉆井隊長值班室或鉆井現場數據中心，距司控房直線

該系統(tǒng)的技術優(yōu)勢有:

攝像機、云臺及顯示器均進行防爆設計。防爆等級

達到IP65,能滿足鉆井現場的特殊要求。防爆封裝如圖3所示;

數字高清技術的應用。鉆井現場與集氣場站多以模擬視頻監(jiān)控為主，現已不能很好地滿足數字井場的要求，不但圖像清晰度低，而且數據完整保存及遠程控制也存在一定的安全隱患。而數字高清視頻在油氣田勘探生產固定場所的應用，圖像像素達130萬，很好地解決了模擬監(jiān)控系統(tǒng)的技術瓶頸，同時也能更好地融入數字井場，實現數據共享；

高清攝像機圖像延時短。在鉆井現場，視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為司鉆的第二雙眼睛，前端圖像的延時直接關系到生產的安全及效率。本系統(tǒng)利用H.264算法，不斷優(yōu)化圖像編解碼技術，攝像機圖像采集到前端顯示延時W300ms(肉眼無法識別)，遠小于普通民用高清攝像頭800ms?1s的延時，非常適合應用于如鉆井現場對圖像延時要求極高的場合，極大地降低了生產安全風險；

(4)圖像存儲雙備份。在司控房NVR存儲160小時720P高清錄像，鉆井現場數據中心服務器同步存儲720小時720P高清錄像，保障了數據的完整性。

3系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)是基于SOA系統(tǒng)架構設計的聯網集成管理平臺叫平臺集成了視頻監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)等,實現各安防系統(tǒng)的集中管理、多級聯網、信息共享、互聯互通、多業(yè)務融合等功能。

系統(tǒng)可以管理從幾十到上萬路規(guī)模的視頻監(jiān)控，具備良好的伸縮性；可以對多廠家的模擬、模數混合、純網絡等多種架構系統(tǒng)進行管理，具備良好的兼容性；可以部署在各種網絡環(huán)境下，從局域網到廣域網，從有線到無線網絡，具備廣泛的適應性。

系統(tǒng)軟件操作簡便，能實現用戶管理和資源管理、實時預覽(單畫面和多畫面預覽，對高清攝像機鏡頭變焦變倍及前端云臺進行全功能遠程控制)、錄像回放、下載備份、電子地圖、聯動報警、日志功能等。系統(tǒng)軟件架構如圖4所示。

高清數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在川渝、長慶、新疆等鉆井現場已配套使用，各項功能正常，解決了視頻清晰度、視頻延時及數據遠程傳輸控制難題，井隊使用效果反饋良好。鉆井隊現場使用畫面如圖5所示。

5結語

在油田數字化大背景下，高清數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一套完全適用于鉆井現場的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。數字視頻監(jiān)控具有傳統(tǒng)模擬監(jiān)控無法比擬的優(yōu)點，該系統(tǒng)不僅集成了普通高清數字監(jiān)控系統(tǒng)的技術優(yōu)勢，而且適應油氣田安全生產數字化、網絡化和智能化的發(fā)展趨勢。近幾年來，川渝、長慶、新疆各鉆井現場相繼配套高清數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在油氣田勘探生產中實現了遠程監(jiān)控訪問，減少了現場的違規(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，為數字鉆井現場作業(yè)的安全性提供了更好的保障。

圖5鉆井現場視頻界面

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