海上平臺(tái)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)淺析

王 晶

（長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州434023；中海油田服務(wù)股份有限公司，天津300452）

海洋石油鉆采是一個(gè)高投入和高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)，因?yàn)槠溥h(yuǎn)離陸地，一切作業(yè)都是在海上平臺(tái)上實(shí)施，所以空間狹小，條件艱苦惡劣。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)向前發(fā)展，石油需求量大幅上升，而國(guó)內(nèi)的陸地油井鉆采已經(jīng)趨于飽和，從而導(dǎo)致海上石油的鉆采業(yè)務(wù)急劇增加，相應(yīng)的海上平臺(tái)、輸油管線(xiàn)和運(yùn)輸船舶也在相應(yīng)的增加，因此實(shí)施有效全面的實(shí)時(shí)生產(chǎn)監(jiān)控和管理在很大程度上加大了投資成本，而且也有很大難度。通過(guò)在海上平臺(tái)安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控生產(chǎn)情況，及時(shí)的處理在平臺(tái)作業(yè)和船舶運(yùn)輸時(shí)發(fā)生的一切突發(fā)事件，提高效率。海上平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控可以采用 WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)是不需要布線(xiàn)，安裝和增加攝像機(jī)數(shù)目都比較方便，上網(wǎng)成本比較低，使用簡(jiǎn)單，不需要任何配置即可使用；不需要用戶(hù)自行搭設(shè)任何網(wǎng)絡(luò)，只要在有網(wǎng)絡(luò)和電源的地方就可以使用。下面，筆者對(duì)海上平臺(tái)裝備的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行淺析。

1 實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的必要性

2010年4月20日，英國(guó)石油公司租賃的位于美國(guó)路易斯安那州威尼斯東南約82k m處海面的一座鉆井平臺(tái)爆炸起火，美國(guó)墨西哥灣海域原油大量外泄事故給海洋帶來(lái)一場(chǎng)巨大的生態(tài)災(zāi)難。如果上述公司在該平臺(tái)上安裝有遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，可以及時(shí)將災(zāi)難扼殺在搖籃中。因此，在中海油的海上平臺(tái)上，上海近海有5個(gè)海上石油平臺(tái)，目前均已采取遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等保障措施，分屬平湖和春曉2個(gè)油田，總的海底管線(xiàn)長(zhǎng)度大約有700k m。其中平湖油田產(chǎn)的油氣輸送到上海，春曉油田產(chǎn)的油氣輸送到寧波。東海分局已加強(qiáng)對(duì)東海區(qū)海上石油平臺(tái)、海底管道和有關(guān)沿岸設(shè)施的監(jiān)督檢查，并在海上石油平臺(tái)安裝了視頻系統(tǒng)，以遠(yuǎn)程監(jiān)控石油平臺(tái)的生產(chǎn)作業(yè)情況。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)目前主要應(yīng)用于石油、化工、水處理、工業(yè)鍋爐等眾多的工業(yè)場(chǎng)所。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)主要包括2部分：一是主控制中心計(jì)算機(jī)與監(jiān)測(cè)站計(jì)算機(jī)的通信過(guò)程；二是各監(jiān)測(cè)站和其監(jiān)測(cè)點(diǎn)的通信。海上平臺(tái)由于網(wǎng)絡(luò)的不方便等因素，應(yīng)用不及陸地上方便，但在大部分平臺(tái)上均有實(shí)施。通過(guò)無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，可以大大減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作安全系數(shù)和效率［1－2］。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計(jì)原則

根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求和以實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，并考慮系統(tǒng)投資的長(zhǎng)期效益，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)最佳的工程性能價(jià)格比，其方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下的設(shè)計(jì)原則。

（1）實(shí)用性。根據(jù)用戶(hù)具體情況特點(diǎn)布置監(jiān)控點(diǎn)，并全盤(pán)考慮整個(gè)用戶(hù)的聯(lián)網(wǎng)傳送和控制視頻音頻信號(hào)，能完全滿(mǎn)足客戶(hù)的監(jiān)控要求。

（2）先進(jìn)性。安裝高清晰度一體化攝象機(jī)，自動(dòng)光圈、自動(dòng)聚焦，云臺(tái)動(dòng)作遠(yuǎn)程可控，保證靈敏、清晰、高精度的視音頻信號(hào)采集。

（3）可靠性。系統(tǒng)各部分的硬件均采用可靠性高的部件，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采取星形結(jié)構(gòu)，可防止在某一采集端或通訊線(xiàn)路故障時(shí)影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。系統(tǒng)具備自診斷和自恢復(fù)功能，通過(guò)安全管理機(jī)制和日志管理功能防止外人入侵。

（4）靈活性。系統(tǒng)規(guī)模能夠伸縮，可以用于大型的網(wǎng)路系統(tǒng)，也可以使用于僅有一個(gè)采集端的系統(tǒng)。能夠適應(yīng)不同的通訊網(wǎng)絡(luò)，可以是以太網(wǎng)、E1、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)或其他傳輸通道。可以適用于各種不同場(chǎng)所。

（5）擴(kuò)展性。系統(tǒng)具有較好的開(kāi)放性，方便系統(tǒng)功能的完善和擴(kuò)展，可以與其他各種自動(dòng)化系統(tǒng)方便接口，視頻音頻數(shù)據(jù)流及文件滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的格式，標(biāo)準(zhǔn)的播放器能播放。對(duì)于云臺(tái)、矩陣、多畫(huà)面分割器的控制命令以及系統(tǒng)的配置命令按照一個(gè)統(tǒng)一的方式進(jìn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)和其他系統(tǒng)的互連互通。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示，由WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、WIFI無(wú)線(xiàn)路由器、視頻預(yù)設(shè)報(bào)警部分和后端的平臺(tái)系統(tǒng)及存儲(chǔ)主機(jī)組成。

4.1 WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)

該系列產(chǎn)品采用1／3英寸520線(xiàn)／420線(xiàn)SONY CCD，鏡頭可靈活選配；高集成度的SOC處理器，極低功耗，超強(qiáng)穩(wěn)定；最大支持D1分辨率，充分滿(mǎn)足較高清晰度的應(yīng)用需求；H.264壓縮算法，保證圖像質(zhì)量的同時(shí)有效降低網(wǎng)絡(luò)帶寬占用；強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持錄像FTP上傳、報(bào)警E－mail發(fā)送，支持手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控；支持 WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入，工程部署更簡(jiǎn)捷便利；半球機(jī)型更帶紅外功能，滿(mǎn)足夜間監(jiān)控需求。此外，該攝像頭還支持水平翻轉(zhuǎn)和垂直翻轉(zhuǎn)，可以24h 360°無(wú)間斷監(jiān)控。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

4.2 WIFI無(wú)線(xiàn)路由器

通過(guò)WIFI無(wú)線(xiàn)路由器把有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換成無(wú)線(xiàn)信號(hào)，供支持其技術(shù)的相關(guān)電腦、手機(jī)和PDA等接收，實(shí)現(xiàn)WIFI設(shè)備的無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)。

4.3 視頻預(yù)設(shè)報(bào)警部分

視頻預(yù)設(shè)報(bào)警部分采用視頻分析自動(dòng)報(bào)警技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是指使用分析設(shè)備對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)分析和監(jiān)測(cè)，提取視野中活動(dòng)個(gè)體的運(yùn)動(dòng)軌跡行為，分析其運(yùn)動(dòng)特征，當(dāng)發(fā)現(xiàn)符合預(yù)設(shè)報(bào)警運(yùn)動(dòng)特征時(shí)即認(rèn)為發(fā)生了相應(yīng)的異常事件，自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信息并同時(shí)自動(dòng)照相和錄像存檔，以提醒監(jiān)控人員對(duì)該路視頻進(jìn)行查視，通過(guò)可視監(jiān)控畫(huà)面確定是否真實(shí)出現(xiàn)異常事件［2］，早發(fā)現(xiàn)，早處理，早出警。

4.4 后端的平臺(tái)系統(tǒng)及存儲(chǔ)主機(jī)

監(jiān)控指揮平臺(tái)的建設(shè)是為了貫徹輸電專(zhuān)業(yè)集約化管理的思路，同時(shí)滿(mǎn)足整個(gè)集中監(jiān)控信號(hào)的匯集和共享顯示。包括如下基礎(chǔ)設(shè)施：大屏幕顯示系統(tǒng)、服務(wù)器、電源、消防和空調(diào)等機(jī)房環(huán)境建設(shè)。

監(jiān)控中心是整個(gè)輸電線(xiàn)路監(jiān)控系統(tǒng)的核心，通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)瀏覽輸電線(xiàn)路的外力隱患狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。由專(zhuān)人進(jìn)行監(jiān)視，在外力隱患對(duì)保護(hù)線(xiàn)路造成威脅前調(diào)動(dòng)相關(guān)人員進(jìn)行處理，將對(duì)于線(xiàn)路的威脅扼殺在萌芽狀態(tài)。真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類(lèi)電力設(shè)施全天候安全防范的遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)控，使已知外力隱患做到“可控、能控、在控”。

5 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能和特點(diǎn)

5.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能

WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)建成以后，將具有如下的基本功能。

1）遠(yuǎn)程監(jiān)控 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)異地圖像和聲音進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)云臺(tái)和鏡頭進(jìn)行操作，延伸管理者的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)。圖像以流媒體方式發(fā)送，當(dāng)用戶(hù)終端沒(méi)有請(qǐng)求視頻時(shí)，圖像不占用網(wǎng)絡(luò)資源，從而使網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率更高。

2）遠(yuǎn)程配置 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行配置，根據(jù)環(huán)境調(diào)整亮度、傳輸幀率、圖像分辨率等數(shù)據(jù)。還可以對(duì)預(yù)置位、IP地址進(jìn)行調(diào)整。

3）疊加字符 可以在監(jiān)視畫(huà)面中疊加攝像機(jī)的名稱(chēng)以區(qū)分不同監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)中的不同攝像機(jī)，這樣當(dāng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)較多、攝像機(jī)數(shù)目較多時(shí)仍可以清晰管理。

4）報(bào)警聯(lián)動(dòng) 支持外接總線(xiàn)和直接報(bào)警設(shè)備，如紅外探頭、緊急按鈕等。支持外接直接報(bào)警輸出設(shè)備，如警燈、警號(hào)等。支持報(bào)警參數(shù)設(shè)置，如定時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)間、報(bào)警方式。支持圖像丟失報(bào)警。支持圖像遮擋報(bào)警。

5）輪循播放 可以將圖像分幾組，按照設(shè)定的間隔時(shí)間，在操作終端或者電視墻上巡回播放。

6）圖像存儲(chǔ) 可根據(jù)實(shí)際需要選擇24h連續(xù)錄像，定時(shí)錄像，保存天數(shù)也可每路各選。可以根據(jù)需要配置硬盤(pán)大小和數(shù)量。可采用在視頻服務(wù)器中進(jìn)行錄像存儲(chǔ)，也可采用網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式，通過(guò)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)NAS，通過(guò)交換機(jī)連接存儲(chǔ)陣列和服務(wù)器主機(jī)。

5.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）優(yōu)質(zhì)的圖像質(zhì)量 采用了先進(jìn)的H.264編解碼技術(shù)，圖像清晰自然。DVD分辨率級(jí)別為704×576的像素，使圖像更加清晰。圖像連續(xù)性好，不會(huì)有閃爍出現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)圖像幀率為30幀／s（NTSC制式）和25幀／s（PAL制式）。

2）較低的寬帶占用 在傳輸圖像幀率為25幀／s、分辨率為352×288像素時(shí)，平均占用帶寬僅為200kbps，而且可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不佳的狀態(tài)下限制傳輸圖像的碼率和幀率，以更低的數(shù)據(jù)量傳輸圖像，保證用戶(hù)在網(wǎng)絡(luò)條件不好的情形下也可傳輸視頻，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

3）低延時(shí)性 H.264采用了加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)編碼技術(shù)，在遠(yuǎn)程視頻時(shí)傳送延時(shí)小，在很大程度上改善了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果。

4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活 采用了標(biāo)準(zhǔn)的組網(wǎng)方式，支持IP單播、組播功能，可以組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)，又可以組成一個(gè)中心對(duì)各站點(diǎn)的系統(tǒng)；在網(wǎng)絡(luò)上可以設(shè)置多個(gè)分控圖像工作站，滿(mǎn)足多個(gè)用戶(hù)的需要，也可以用WEB方式組成多級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)［3］。

6 結(jié) 語(yǔ)

高清化、數(shù)字化、智能化是安防行業(yè)的的3個(gè)發(fā)展趨向。在實(shí)現(xiàn)高清化、數(shù)字化、智能化的過(guò)程中視頻無(wú)線(xiàn)傳輸起著橋梁作用，無(wú)線(xiàn)傳的便利及靈活緊密將三者聯(lián)系起。海上平臺(tái)作為一個(gè)生產(chǎn)作業(yè)平臺(tái)，具有投入高，風(fēng)險(xiǎn)高，區(qū)域面積小，條件艱苦等特點(diǎn)，給石油鉆采工作帶來(lái)很多局限性。因此，遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)在海上平臺(tái)的作業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］戴禮榮，李楓，王仁華 .基于PSTN的遠(yuǎn)程多媒體監(jiān)控系統(tǒng)［J］.中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)，2001（6）：594－598.

［2］段曙光 .高山發(fā)射臺(tái)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.東南傳播，2010（7）：186－188.

［3］邵月磊，韓鵬 .海洋石油行業(yè)生產(chǎn)設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控手段分析［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2012（2）：59.