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

霍東媛+高凌云+劉晗

摘 要：視頻監(jiān)控系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于油氣田勘探生產(chǎn)領(lǐng)域。在油田數(shù)字化的大背景下，鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用的高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)高度融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像視頻壓縮技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其畫面清晰、圖像延時(shí)短、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，更有利于功能擴(kuò)展，而且數(shù)據(jù)更易完整保存以及網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程傳輸控制，同時(shí)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)也便于鉆井現(xiàn)場(chǎng)的安裝維護(hù)任務(wù)。

關(guān)鍵詞：鉆井現(xiàn)場(chǎng)；高清數(shù)字視頻；3G網(wǎng)絡(luò)

中圖法分類號(hào)：TP332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）03-0028-03

0 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)：

（1）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；

（2）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)；

（3）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；

（4）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(guò)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；

（5）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(wú)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[1]。

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(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)，并能無(wú)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(guò)智能無(wú)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(guò)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(wú)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。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)鋱D

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]。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(wú)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 ～100 m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，距司控房直線距離50 m左右。

圖2 系統(tǒng)前端硬件架構(gòu)

該系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)有：

（1）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；

圖3 系統(tǒng)前端防爆封裝

（2）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；

（3）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)≤300 ms（肉眼無(wú)法識(shí)別），遠(yuǎn)小于普通民用高清攝像頭800 ms～1 s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)[3]。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(wú)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。

圖4 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

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(lái)，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(wèn)，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

參 考 文 獻(xiàn)

[1]梁篤國(guó).網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)與智能應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]全國(guó)智能建筑技術(shù)情報(bào)網(wǎng). 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電院.數(shù)字安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝圖集[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]西剎子. 安防天下—— 智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)詳解與實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4]顧小軍. 高清數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 江蘇建筑，2010（3）：105-107.

[5] 高宏健. 淺談高清數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)科技博覽， 2011（33）：97.

Research and application of high-definition digital video surveillance system at the drilling site

HUO Dong-yuan， GAO Ling-yun， LIU Han

（1. Graduate Faculty of Southwest Petroleum University， Chengdu 610500， China；

2. CCDC Engineering Company Logging Company， Chongqing 400021， China）

Abstract： The video surveillance system is widely used in the field of exploration and production of oil and gas fields. Under the background of digital oilfield， HD video surveillance system is used in the drilling site， which highly combined with computer technology， image video compression technology and network technology. The image is clear and with short time delay. The system is stable and reliable， which is more conducive to the function extension. The data is easier to be saved completely and to be remote transmission controlled in network. at the same time， the system hardware structure is convenient for the installation and maintenance tasks at drilling site.

Keywords： drilling site； HD video surveillance； 3G network

圖4 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

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(lái)，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(wèn)，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

參 考 文 獻(xiàn)

[1]梁篤國(guó).網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)與智能應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]全國(guó)智能建筑技術(shù)情報(bào)網(wǎng). 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電院.數(shù)字安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝圖集[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]西剎子. 安防天下—— 智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)詳解與實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4]顧小軍. 高清數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 江蘇建筑，2010（3）：105-107.

[5] 高宏健. 淺談高清數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)科技博覽， 2011（33）：97.

Research and application of high-definition digital video surveillance system at the drilling site

HUO Dong-yuan， GAO Ling-yun， LIU Han

（1. Graduate Faculty of Southwest Petroleum University， Chengdu 610500， China；

2. CCDC Engineering Company Logging Company， Chongqing 400021， China）

Abstract： The video surveillance system is widely used in the field of exploration and production of oil and gas fields. Under the background of digital oilfield， HD video surveillance system is used in the drilling site， which highly combined with computer technology， image video compression technology and network technology. The image is clear and with short time delay. The system is stable and reliable， which is more conducive to the function extension. The data is easier to be saved completely and to be remote transmission controlled in network. at the same time， the system hardware structure is convenient for the installation and maintenance tasks at drilling site.

Keywords： drilling site； HD video surveillance； 3G network

圖4 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

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(lái)，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(wèn)，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

參 考 文 獻(xiàn)

[1]梁篤國(guó).網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)與智能應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]全國(guó)智能建筑技術(shù)情報(bào)網(wǎng). 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電院.數(shù)字安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝圖集[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]西剎子. 安防天下—— 智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)詳解與實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4]顧小軍. 高清數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 江蘇建筑，2010（3）：105-107.

[5] 高宏健. 淺談高清數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)科技博覽， 2011（33）：97.

Research and application of high-definition digital video surveillance system at the drilling site

HUO Dong-yuan， GAO Ling-yun， LIU Han

（1. Graduate Faculty of Southwest Petroleum University， Chengdu 610500， China；

2. CCDC Engineering Company Logging Company， Chongqing 400021， China）

Abstract： The video surveillance system is widely used in the field of exploration and production of oil and gas fields. Under the background of digital oilfield， HD video surveillance system is used in the drilling site， which highly combined with computer technology， image video compression technology and network technology. The image is clear and with short time delay. The system is stable and reliable， which is more conducive to the function extension. The data is easier to be saved completely and to be remote transmission controlled in network. at the same time， the system hardware structure is convenient for the installation and maintenance tasks at drilling site.

Keywords： drilling site； HD video surveillance； 3G network