無線通訊技術(shù)在偏遠(yuǎn)油區(qū)的應(yīng)用

摘 要：隨著油田的開發(fā)，偏遠(yuǎn)油區(qū)的數(shù)據(jù)監(jiān)控、視頻監(jiān)控在油田的安全生產(chǎn)、管理中發(fā)揮著重要作用，而無線通訊技術(shù)的應(yīng)用已逐漸成為各種監(jiān)控系統(tǒng)的主要鏈路方式。本文對目前廣泛應(yīng)用的幾種無線通訊技術(shù)的進(jìn)行簡單介紹，分析偏遠(yuǎn)油區(qū)的地理環(huán)境及生產(chǎn)環(huán)境對無線通訊技術(shù)應(yīng)用的影響。并對應(yīng)用無線網(wǎng)橋技術(shù)進(jìn)行的平臺視頻監(jiān)控項目中的成功應(yīng)用做簡單介紹。

主題詞：無線通信；油田；監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

在油田偏遠(yuǎn)油區(qū)生產(chǎn)過程中，對相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)及油井視頻進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控對偏遠(yuǎn)油井的安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。但由于偏遠(yuǎn)油區(qū)裝置遠(yuǎn)離油田總部，應(yīng)用有線的通訊方式，施工困難且周期長、靈活性差。而無線通訊方式由于其建立物理鏈路簡單易行，成本低，可以根據(jù)現(xiàn)場需求及時調(diào)整項目方案，靈活性好，系統(tǒng)的功能擴(kuò)展方便，因此特別適合偏遠(yuǎn)油區(qū)對通信鏈路的要求。

2常用的無線通訊技術(shù)

目前在油田現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的無線通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺、擴(kuò)頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術(shù)等。

其中GPRS和CDMA技術(shù)中國移動和中國聯(lián)通公司的主營數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)傳輸方面有著很強(qiáng)的優(yōu)勢，即信號覆蓋范圍廣。對于陸上油田生產(chǎn)區(qū)域基本完全覆蓋。但由于海上油田地理位置特殊，遠(yuǎn)離陸地的基站，因此很多海上生產(chǎn)平臺還無法為GPRS/CDMA信號完全覆蓋。此外經(jīng)過測試，GPRS的平均速率為20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率為80kbit/s～100kbit/s，可以滿足傳輸小數(shù)據(jù)量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求，但無法滿足大數(shù)據(jù)量的信號（例如視頻信號）遠(yuǎn)程無線傳輸。雖然有利用CDMA技術(shù)進(jìn)行視頻信號傳輸?shù)陌咐Ч⒉焕硐搿?/p>

數(shù)字電臺用于點對點或點對多點的工作環(huán)境，能夠提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，可直接與計算機(jī)、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接，實現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺的傳輸速率從1200～19.2Kbit，傳輸距離20～50公里。具有抗干擾能力強(qiáng)、接收靈敏度高等特點。數(shù)傳電臺技術(shù)比較成熟，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，一直以來廣泛用于油田的數(shù)據(jù)遙測/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)項目中。但隨著GPRS/CDMA技術(shù)的日漸成熟，相應(yīng)的設(shè)備價格的降低，使得在很多應(yīng)用場合中數(shù)傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時，數(shù)傳電臺的相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高帶寬的數(shù)傳電臺也不斷涌現(xiàn)。結(jié)合數(shù)傳電臺誤碼率低、信道可靠的特點，數(shù)傳電臺必將成為海上油田通信技術(shù)應(yīng)用的可靠選擇。

擴(kuò)頻微波和無線網(wǎng)橋技術(shù)是近幾年興起的一門數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。擴(kuò)頻微波最大優(yōu)點在于較強(qiáng)的抗干擾能力，以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等，同時具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面廣等特點，特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而無線網(wǎng)橋是無線射頻技術(shù)和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線（微波）進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計。它是一種在鏈路層實現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，可用于固定數(shù)字設(shè)備與其他固定數(shù)字設(shè)備之間的遠(yuǎn)距離（可達(dá)50km）、高速（可達(dá)百Mbps）無線組網(wǎng)。這兩項技術(shù)都可以用來傳輸對帶寬要求相當(dāng)高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務(wù)。

例如，對于遠(yuǎn)離陸地且無法進(jìn)行中繼的海上平臺，通訊鏈路只能通過衛(wèi)星通信和短波通訊。其中衛(wèi)星通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋進(jìn)行的范圍均可進(jìn)行通信。不易受陸地災(zāi)害影響，建設(shè)速度快，易于實現(xiàn)廣播和多址通信等等優(yōu)點。但其運行費用相對昂貴，且系統(tǒng)維護(hù)要求高。短波通訊以往只在軍事通信、專業(yè)通信、業(yè)余通信中發(fā)揮著極為重要的作用，因其傳輸速率低、噪聲大，電離層反射天波為主，通常不能穩(wěn)定的使用固定頻率工作等缺點，因此在其他領(lǐng)域已慢慢淡出人們的視線。盡管短波通信存在一些缺陷，但對于海上油田而言，短波通訊作為可靠性高、覆蓋區(qū)域廣的通信方式，用于海上平臺的緊急通信及小數(shù)據(jù)量傳輸應(yīng)該是一個比較好的選擇。

3 環(huán)境因素對技術(shù)應(yīng)用的影響

偏遠(yuǎn)油區(qū)的環(huán)境因素以以海上油田最為特殊。海上油田除了考慮信道帶寬，傳輸數(shù)率，傳輸距離，發(fā)射功率，天線要求等通信設(shè)備本身的技術(shù)參數(shù)外，在應(yīng)用無線通訊技術(shù)的過程中，還必須全面地考慮海上平臺獨特的地理環(huán)境與地理條件對無線通信技術(shù)應(yīng)用的影響。

3.1對信號傳輸?shù)挠绊?/p>

可以通過選取性能好的設(shè)備或應(yīng)用抗干擾措施以減少甚至避免干擾。但無線通信過程中的信號衰落問題則是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田遠(yuǎn)離陸地，與陸地之間的廣闊的海域、多變的氣候使得在陸上應(yīng)用效果很好的技術(shù)在海上應(yīng)用時沒有了用武之地。

微波在空間傳播中將受到大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)的影響，導(dǎo)致接受機(jī)接受的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現(xiàn)象稱為衰落。從衰落的物理因素來看，可以分成以下幾類：吸收衰落、雨霧衰落、Ｋ型衰落、波導(dǎo)型衰落、閃爍衰落等等。在各種衰落因素中，吸收衰落、雨霧衰落及K型衰落對海上油田的無線通信應(yīng)用影響較大。

3.2對技術(shù)應(yīng)用的影響

各項通信技術(shù)在海上油田應(yīng)用中還存在的另外一個問題就是其獨特的現(xiàn)場環(huán)境。海上平臺一般空間狹小，還要考慮海上多風(fēng)，平臺最高點一般較低的特點。

首先是對天線安裝的限制。海上微波通信受地形地貌影響，相同的通信距離要求兩端天線的高度更高。對于衛(wèi)星通信、擴(kuò)頻微波、短波通信等天線體積較大的應(yīng)用，由于海上風(fēng)力較大，抗風(fēng)性的要求也使得設(shè)備在小平臺的安裝變得十分困難。

此外，對于無人值守的平臺，設(shè)備必須具有高可靠性、可自動維護(hù)、參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)置等功能。而對于衛(wèi)星通信、短波通信等要求平臺上配備專業(yè)管理操作人員進(jìn)行設(shè)備的管理維護(hù)，這一特點也為技術(shù)的應(yīng)用帶來一定的限制。

4 無線網(wǎng)橋技術(shù)在海上平臺視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

在實際的現(xiàn)場應(yīng)用中，我們選取了基于5.8G無線網(wǎng)橋設(shè)備進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用測試。測試地點為淺海油井，測試內(nèi)容為4路視頻監(jiān)控圖像的傳輸。該系統(tǒng)具體解決方案是利用摩托羅拉Canopy 5.8G無線網(wǎng)橋建立通信鏈路。在平臺一側(cè)首先通過視頻服務(wù)器將模擬視頻信號轉(zhuǎn)化為可在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)流，之后由無線網(wǎng)橋?qū)⑿盘杺鬏數(shù)疥懙囟恕ｊ懙囟艘粋?cè)通過無線網(wǎng)橋進(jìn)行接收后由視頻監(jiān)控服務(wù)器處理后，對視頻信號進(jìn)行錄像存儲及Web發(fā)布。相關(guān)用戶可依據(jù)相應(yīng)權(quán)限在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行視頻圖像的瀏覽、錄像等操作。

系統(tǒng)通訊鏈路建立后，可遠(yuǎn)端對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)備維護(hù)方便。監(jiān)控視頻圖像清晰、連貫，滿足監(jiān)控要求。從系統(tǒng)的鏈路冗余可以看出本次測試的應(yīng)用距離已接近5.8G無線網(wǎng)橋技術(shù)在海上應(yīng)用的最遠(yuǎn)距離。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性出發(fā)，在更遠(yuǎn)一些的類似應(yīng)用中應(yīng)謹(jǐn)慎選擇這項技術(shù)。

結(jié)論

無線通信技術(shù)在偏遠(yuǎn)油區(qū)的應(yīng)用已逐漸成為各種監(jiān)控系統(tǒng)的主要鏈路方式。在選取相關(guān)技術(shù)時除了要考慮包括傳輸距離、信號帶寬、天線安裝條件、發(fā)射功率、設(shè)備功耗、系統(tǒng)成本等各方面因素外，同時還要充分考慮環(huán)境對通信的影響。信號的衰弱會使很多通信技術(shù)達(dá)不到理論標(biāo)定的距離，因此無法適應(yīng)現(xiàn)場需要。面對大量的數(shù)據(jù)傳輸管理的需求，在選擇無線通信技術(shù)手段方面還應(yīng)統(tǒng)籌計劃。特別是要對采用技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性及系統(tǒng)的可擴(kuò)展性等多方面進(jìn)行綜合考慮。

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