高清數字視頻監控系統在鉆井現場的研究與應用

霍東媛+高凌云+劉晗

摘 要：視頻監控系統可廣泛應用于油氣田勘探生產領域。在油田數字化的大背景下，鉆井現場使用的高清數字視頻監控系統高度融合了計算機技術、圖像視頻壓縮技術及網絡技術，其畫面清晰、圖像延時短、系統穩定可靠，更有利于功能擴展，而且數據更易完整保存以及網絡化遠程傳輸控制，同時系統硬件結構也便于鉆井現場的安裝維護任務。

關鍵詞：鉆井現場；高清數字視頻；3G網絡

中圖法分類號：TP332 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）03-0028-03

0 引 言

目前，在鉆井現場以及其他油氣田勘探生產領域，模擬視頻監控系統仍然是主要的監控手段，模擬監控系統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。而高清數字監控系統在鉆井現場有其不可替代的優勢：

（1）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；

（2）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控現場；

（3）便于存儲查找。數字視頻監控系統中，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；

（4）提高了圖像的質量與監控效率。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；

（5）系統易于管理和維護。數字視頻監控系統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，整個系統是模塊化結構，體積小、易于安裝、使用和維護方便[1]。

1 系統架構

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控管理系統，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射到3G網絡，實現視頻數據的交互、發送/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終控端得到現場實時視頻監控圖像信息的功能。該系統整合了3G網絡和Internet網絡的優勢，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，隨時隨地的進行遠程監控管理鉆井現場高清視頻系統。本系統的架構拓撲圖如圖1所示。

圖1 系統架構拓撲圖

系統按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]。系統可以應需求任意添加新的前端設備。中心服務器即監控中心設備，包括工業級網絡視頻管理服務器/NVR、監控工作站、客戶端軟件等。前端設備（即前端監控點設備）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境要求的場所。系統畫面清晰，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。本系統前端性能穩定、結構簡單，安裝、維護工作少。

系統前端硬件架構如圖2所示，其中①號區域為鉆井司控房；②號區域為鉆井現場各監控點（各監控點到司控房距離從30 ～100 m不等，根據每個鉆井現場實際情況而定）；③號區域為鉆井隊長值班室或鉆井現場數據中心，距司控房直線距離50 m左右。

圖2 系統前端硬件架構

該系統的技術優勢有：

（1）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；

圖3 系統前端防爆封裝

（2）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控系統的技術瓶頸，同時也能更好地融入數字井場，實現數據共享；

（3）高清攝像機圖像延時短。在鉆井現場，視頻監控系統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。本系統利用H.264算法，不斷優化圖像編解碼技術，攝像機圖像采集到前端顯示延時≤300 ms（肉眼無法識別），遠小于普通民用高清攝像頭800 ms～1 s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 系統軟件設計

本系統是基于SOA系統架構設計的聯網集成管理平臺[3]。平臺集成了視頻監控系統、入侵報警系統、智能管理系統等，實現各安防系統的集中管理、多級聯網、信息共享、互聯互通、多業務融合等功能。

系統可以管理從幾十到上萬路規模的視頻監控，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進行管理，具備良好的兼容性；可以部署在各種網絡環境下，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。系統軟件架構如圖4所示。

圖4 系統軟件架構

4 現場應用

高清數字視頻監控系統在川渝、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，高清數字視頻監控系統是一套完全適用于鉆井現場的視頻監控系統。數字視頻監控具有傳統模擬監控無法比擬的優點，該系統不僅集成了普通高清數字監控系統的技術優勢，而且適應油氣田安全生產數字化、網絡化和智能化的發展趨勢。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控系統，在油氣田勘探生產中實現了遠程監控訪問，減少了現場的違規違章操作，大大降低了事故發生的幾率，減少了安全隱患，為數字鉆井現場作業的安全性提供了更好的保障。

圖5 鉆井現場視頻界面

參 考 文 獻

[1]梁篤國.網絡視頻監控技術與智能應用[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]全國智能建筑技術情報網. 中國建筑設計研究院機電院.數字安防監控系統設計及安裝圖集[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]西剎子. 安防天下—— 智能網絡視頻監控技術詳解與實踐[M].北京：清華大學出版社，2010.

[4]顧小軍. 高清數字視頻安防監控系統的設計[J]. 江蘇建筑，2010（3）：105-107.

[5] 高宏健. 淺談高清數字視頻安防監控系統的設計[J]. 中國科技博覽， 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 系統軟件架構

4 現場應用

高清數字視頻監控系統在川渝、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，高清數字視頻監控系統是一套完全適用于鉆井現場的視頻監控系統。數字視頻監控具有傳統模擬監控無法比擬的優點，該系統不僅集成了普通高清數字監控系統的技術優勢，而且適應油氣田安全生產數字化、網絡化和智能化的發展趨勢。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控系統，在油氣田勘探生產中實現了遠程監控訪問，減少了現場的違規違章操作，大大降低了事故發生的幾率，減少了安全隱患，為數字鉆井現場作業的安全性提供了更好的保障。

圖5 鉆井現場視頻界面

參 考 文 獻

[1]梁篤國.網絡視頻監控技術與智能應用[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]全國智能建筑技術情報網. 中國建筑設計研究院機電院.數字安防監控系統設計及安裝圖集[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]西剎子. 安防天下—— 智能網絡視頻監控技術詳解與實踐[M].北京：清華大學出版社，2010.

[4]顧小軍. 高清數字視頻安防監控系統的設計[J]. 江蘇建筑，2010（3）：105-107.

[5] 高宏健. 淺談高清數字視頻安防監控系統的設計[J]. 中國科技博覽， 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 系統軟件架構

4 現場應用

高清數字視頻監控系統在川渝、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，高清數字視頻監控系統是一套完全適用于鉆井現場的視頻監控系統。數字視頻監控具有傳統模擬監控無法比擬的優點，該系統不僅集成了普通高清數字監控系統的技術優勢，而且適應油氣田安全生產數字化、網絡化和智能化的發展趨勢。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控系統，在油氣田勘探生產中實現了遠程監控訪問，減少了現場的違規違章操作，大大降低了事故發生的幾率，減少了安全隱患，為數字鉆井現場作業的安全性提供了更好的保障。

圖5 鉆井現場視頻界面

參 考 文 獻

[1]梁篤國.網絡視頻監控技術與智能應用[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]全國智能建筑技術情報網. 中國建筑設計研究院機電院.數字安防監控系統設計及安裝圖集[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]西剎子. 安防天下—— 智能網絡視頻監控技術詳解與實踐[M].北京：清華大學出版社，2010.

[4]顧小軍. 高清數字視頻安防監控系統的設計[J]. 江蘇建筑，2010（3）：105-107.

[5] 高宏健. 淺談高清數字視頻安防監控系統的設計[J]. 中國科技博覽， 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