無線傳感器網絡用于油田數字化管理系統

康　凱　大慶油田礦區服務事業部

無線傳感器網絡用于油田數字化管理系統

康凱
大慶油田礦區服務事業部

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）融合了傳感器技術、嵌入式計算技術、無線通信技術及分布式信息處理技術，具有多學科高度交叉、技術高度集成的特點，它是物聯網技術的核心和基礎。按照物理體系、軟件體系和通信體系綜合考慮，將無線傳感器網絡結構分為：數據采集感知層、網絡通訊傳輸層、系統集成應用層3個層次。無線傳感器網絡所采集的各類數據，通過無線網絡傳輸到控制中心后，經過相應軟件處理后存儲，并完成動態信息自動錄入、復雜數據的查詢、分析和挖掘功能，自動生成數據報表。基于無線傳感器網絡技術的油田數字化管理系統，通過創新技術和管理理念，建立全油田統一的生產管理、綜合研究的數字化管理平臺，可以顯著提升生產工藝過程的實時監控水平。

無線傳感器網絡；油田數字化；物聯網；節點

1　油田數字化管理系統

油田數字化管理系統是油田企業生產、科研、管理和決策的綜合基礎信息平臺，能夠提高企業工作效率，增加企業經濟效益和社會效益。

油田數字化管理系統在油田生產各個環節的應用，可實現信息系統智能化處理、快速整合，使油田信息資源得到最大限度地共享和有效利用，及時為油田決策者提供依據，促進油田企業管理水平和運行效率的提高。該系統能使油田企業業務流程規范化、信息資源共享最大化、制度管理科學化，從而促進油田企業整體水平的提升，增強油田企業的競爭力。

2　無線傳感器網絡結構設計

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）融合了傳感器技術、嵌入式計算技術、無線通信技術及分布式信息處理技術，具有多學科高度交叉、技術高度集成的特點，它是物聯網技術的核心和基礎。

從網絡功能上劃分，無線傳感器網絡可以分為數據采集、數據通訊和管理中心三部分。從具體通訊節點上，又可分為數據采集節點、數據處理節點和數據通訊節點。不同的節點通過事先定義好的協議，按照需要組成一個分布式網絡。數據采集后由數據采集節點轉給數據處理節點，經優化后通過數據通訊節點傳送給信息處理中心。不同節點之間通過相應的規則，可以協作地進行工作，包括實時監測、獲取網絡分布區域內的各種監測對象的信息，并對這些信息進行相應處理。

按照物理體系、軟件體系和通信體系綜合考慮，將無線傳感器網絡結構分為3個層次：

（1）數據采集感知層。通過各種傳感器裝置，現場實時采集壓力、液位、溫度、氣體濃度等生產相關參數，并且具有本地信息處理、節點間無線數據傳輸、與其它節點協同工作的能力，并依據應用需求，攜帶定位、能源補給或移動等模塊。

（2）網絡通訊傳輸層。數據采集控制器將數據遠程發送到無線管理裝置，通過GPRS、3G/4G、Wifi等方式，將數據上傳到監控中心。傳感器網絡節點和接收器節點之間采用特殊的多跳無線路由協議。協議設計及路由算法選擇時需特別考慮網絡的安全穩定性能以及節點的能耗問題。

（3）系統集成應用層。監控中心的監控軟件把數據解析出來，按照應用的需要顯示在屏幕上。監控中心完成的主要功能是結合相關配套軟件，實現油田日常生產數據的采集、處理、傳輸、存儲、分析等一系列操作的可視化管理。設備主要包括數據實時采集服務器、數據實時處理服務器、數據存儲設備、應用服務器等。應用層還可實現將采集信息處理后，通過油田專用局域網發布，油田各級單位的相關人員可以在授權范圍內獲取。

3　節點設計及應用

無線傳感器網絡節點的基本組成模塊包括傳感單元、處理單元、通信單元以及電源部分。無線傳感器網絡節點的設計要充分考慮到節點的功能，如距離、復雜度、功耗和成本等。利用節點的自組織和中繼等特性，根據現場需要，組成不同類型的網絡，網絡具備可擴展性。構建的雙向無線通訊網絡，可在野外作為設備的監控網絡，當出現設備工作不正常、需要施工作業、設備停電等情況時，無線傳感器網絡設備節點可以通過組建的網絡實現設備遠程自動報警，自動識別設備故障情況，自動短信通知指定技術人員，還可以在控制中心對設備實施遠程關停和啟動等操作。

無線傳感器網絡所采集的各類數據，通過無線網絡傳輸到控制中心后，經過相應軟件處理后存儲，并完成動態信息自動錄入、復雜數據的查詢、分析和挖掘功能，自動生成數據報表。

4　結語

基于無線傳感器網絡技術的油田數字化管理系統，通過創新技術和管理理念，建立全油田統一的生產管理、綜合研究的數字化管理平臺，可以顯著提升生產工藝過程的實時監控水平、提升生產過程管理的智能化水平，優化生產流程，提升數字化油田生產運行質量，達到強化安全、過程監控、節約資源、提高效益、促進油田改革的進一步深化，進一步提高油田經營管理水平的目標。該技術在油田數據采集、遠程監測、分析優化等眾多領域有非常廣闊的應用前景。

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.024

2015-03-16