智能視頻監(jiān)控在數(shù)字油田的應(yīng)用探討

陳麗 孫娜 陳哲

[摘 要]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能技術(shù)在社會(huì)各行各業(yè)中得到大力應(yīng)用，尤其是智能監(jiān)控技術(shù)在現(xiàn)代石油開采產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用得越來越廣，促進(jìn)了“數(shù)字石油”的發(fā)展。本文對(duì)智能監(jiān)控技術(shù)的關(guān)鍵問題進(jìn)行探討，結(jié)合我國智能監(jiān)控技術(shù)在油田開采業(yè)中 的建設(shè)情況分析智能檢測系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測方法，并展示視頻監(jiān)控技術(shù)在數(shù)字油田中的典型應(yīng)用，以期對(duì)我國油田開采產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有一定的指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]智能視頻監(jiān)控；數(shù)字油田；運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.06.048

[中圖分類號(hào)]TE938；TP277 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2016）06-00-01

1.1 智能視頻監(jiān)控技術(shù)的關(guān)鍵問題

石油產(chǎn)業(yè)中的智能視頻監(jiān)控技術(shù)就是運(yùn)用機(jī)器代替人工對(duì)石油系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行情況和地下油氣儲(chǔ)備情況進(jìn)行智能監(jiān)控，并通過計(jì)算機(jī)智能分析系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的位點(diǎn)并進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤調(diào)查，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油開采情況的全面把握。計(jì)算機(jī)視覺理論是智能視頻監(jiān)控的主要理論基礎(chǔ)。MIT AI實(shí)驗(yàn)室的David 等人通過構(gòu)建3D模型對(duì)目標(biāo)進(jìn)行模擬，并將圖像分析過程分為底層視覺、中層視覺和高層視覺3個(gè)表象階段。

1.2 智能視頻監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)勢

①提升了監(jiān)控技術(shù)的可靠性。傳統(tǒng)的石油開采監(jiān)控技術(shù)主要是通過人工對(duì)監(jiān)控畫面進(jìn)行直觀監(jiān)視和分析，具有很大的局限性，即人為因素往往會(huì)成為影響監(jiān)控質(zhì)量的主要原因。先進(jìn)的智能視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用極大地改善了傳統(tǒng)監(jiān)控模式的弊端，運(yùn)用嵌入在前端的智能視頻模塊將前方采集的視頻信息進(jìn)行綜合分析和對(duì)比，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況可以及時(shí)報(bào)警。②提升了響應(yīng)速度。由于該系統(tǒng)采用了先進(jìn)的數(shù)字化和信息化監(jiān)控手段，可以在第一時(shí)間對(duì)異常部位進(jìn)行報(bào)警，為異常情況的處理提供了充足的時(shí)間。③提升了監(jiān)控精度。傳統(tǒng)的人工監(jiān)控技術(shù)容易受到人為因素的影響，精度較低，而智能視頻監(jiān)控技術(shù)運(yùn)用高級(jí)智能算法，大大減少了漏報(bào)、錯(cuò)報(bào)的情況發(fā)生，提升了報(bào)警精度。

2 智能檢測系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測方法分析

對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)測和分析一直是監(jiān)控系統(tǒng)中的難題，在智能監(jiān)控系統(tǒng)中主要運(yùn)用相鄰幀差法和光流法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測，分別具有以下特征。

2.1 相鄰幀差法

相鄰幀差法是數(shù)控檢測技術(shù)中最常用的監(jiān)控分析技術(shù)，其主要原理就是在前景和背景兩幀圖像亮度變化不大的前提下對(duì)采集目標(biāo)的相應(yīng)像素進(jìn)行對(duì)比分析，并從分析結(jié)果中了解目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況。此方法較為簡單，通常將誤差分圖像記為Dt（i，j），前后兩幀圖像在（i，j）位置上分別為ft+1（i，j）和ft（i，j），差分化結(jié)果為Wi（i，j）。差分運(yùn)算公式分別為：

Dt（i，j）=|ft+1（i，j）-ft（i，j）

當(dāng)Dt（i，j）>T時(shí)，Wi（i，j）=1；

當(dāng)Dt（i，j）

相鄰幀差法的基本要求是背景內(nèi)的噪聲較小，目標(biāo)速度不為零，并可以通過諸如坐標(biāo)法、快匹配法等技術(shù)補(bǔ)償全局的運(yùn)動(dòng)。

2.2 光流法

光流的基本定義是空間運(yùn)動(dòng)的物體被觀測面上的像素點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)速度場。光流通常是由物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，這里的物體運(yùn)動(dòng)可以是目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)、相機(jī)運(yùn)動(dòng)或兩者共同運(yùn)動(dòng)，包含了物體的基本屬性、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等重要信息，是進(jìn)行目標(biāo)檢測的主要媒介。按照檢測原理可以將光流法分為三大類，即基于頻域的方法、基于梯度的方法和基于匹配的方法。在實(shí)際工作中應(yīng)該根據(jù)不同的工作狀態(tài)和檢測目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)屬性選擇合適的分析方法，要想得到較高的檢測精度可以選擇基于頻域的分析方法，但這種分析方法可靠性評(píng)價(jià)較差，且計(jì)算較為復(fù)雜，在實(shí)際工作中應(yīng)該注意這一點(diǎn)。

3 智能視頻監(jiān)控技術(shù)在數(shù)字油田中的典型應(yīng)用

3.1 遠(yuǎn)程操控石油開采，實(shí)現(xiàn)無人值守

很多油氣田的位置較為偏遠(yuǎn)，工作環(huán)境極其艱苦，且很多重點(diǎn)油氣井的開采任務(wù)繁重，安全生產(chǎn)一直無法得到充分保證。運(yùn)用先進(jìn)的智能監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)油氣開采的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)于系統(tǒng)發(fā)生的各種異常情況，監(jiān)控系統(tǒng)可以及時(shí)定位設(shè)備異常位置，對(duì)設(shè)備異常情況進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和分析，并通知相應(yīng)的技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)備檢修，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控和集中控制。對(duì)于高危項(xiàng)目的開采現(xiàn)場可以進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集，對(duì)于單井還可以運(yùn)用固定焦距和固定位置的攝像設(shè)備采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)授權(quán)情況對(duì)站點(diǎn)、井場等機(jī)型遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以在減少勞動(dòng)力數(shù)量的情況下提升監(jiān)控質(zhì)量，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無人值守。

3.2 數(shù)字化集氣站代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作集氣站

在集氣站、材料存放區(qū)、發(fā)電機(jī)房和中心控制室等安裝全景攝像機(jī)，對(duì)關(guān)鍵區(qū)域如中心控制區(qū)等設(shè)置不明人員闖入的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，并在集氣站圍墻上安裝入侵探測器系統(tǒng)，可以全面監(jiān)控人員出入與設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)異常情況進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和報(bào)警，并為警衛(wèi)部門的工作提供錄像支持。

3.3 遠(yuǎn)程門禁控制系統(tǒng)

我國大多數(shù)石油開采公司均引進(jìn)了先進(jìn)的智能門禁系統(tǒng)，內(nèi)部人員可以通過刷臉或指紋等開門進(jìn)入，基本實(shí)現(xiàn)了與外來人員的可視對(duì)講以及大門開關(guān)的遠(yuǎn)程控制。智能門禁系統(tǒng)采用磁力鎖控制大門，當(dāng)有外來人員非法闖入或內(nèi)部人員不按規(guī)定刷卡、刷臉時(shí)立即啟動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行聲音提示，并自動(dòng)記錄采集的視頻和圖像信息。

4 結(jié) 語

智能視頻監(jiān)控技術(shù)的普及與應(yīng)用是現(xiàn)代石油開采產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，也是提升石油開采的安全性與效率性、實(shí)現(xiàn)石油產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的關(guān)鍵。智能油田的建設(shè)是一個(gè)涉及多種行業(yè)技術(shù)的系統(tǒng)性工程，只有通過各領(lǐng)域的通力合作，才能實(shí)現(xiàn)。

主要參考文獻(xiàn)

[1]張文香.面向數(shù)字油田的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2012.

[2]劉偉.智能視頻監(jiān)控在數(shù)字油田的應(yīng)用探討[J].電子世界，2013（6）.