煤層氣開(kāi)采遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

谷東東

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

煤層氣開(kāi)采遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

谷東東

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

煤層氣是指吸附在煤層顆粒表面或游離于煤層空隙以甲燒為主要成分的氣體，也可以稱之為煤層甲院，屬于一種清潔能。由于煤層氣存在狀態(tài)并不穩(wěn)定，它會(huì)由于外界條件(如溫度、壓力等)改變而發(fā)生氣體分離和涌出。因此，開(kāi)采煤層氣時(shí)主要靠鉆井打孔抽取。煤層氣開(kāi)發(fā)興起于20世紀(jì)70年代的美國(guó)，90年代煤層氣產(chǎn)業(yè)在美國(guó)已經(jīng)形成一種新型能源工業(yè).

煤層氣；智能監(jiān)控；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、煤層氣發(fā)展及安防意義

煤層氣是指吸附在煤層顆粒表面或游離于煤層空隙以甲燒為主要成分的氣體，也可稱之煤層甲院，屬于一種清潔能源。由于煤層氣存在的狀態(tài)并不穩(wěn)定，它會(huì)由于外界條件(如溫度、壓力等)改變而發(fā)生氣體分離和涌出。因此，開(kāi)采煤層氣時(shí)主要靠鉆井打孔抽取。煤層氣開(kāi)發(fā)興起于20世紀(jì)70年代的美國(guó)，90年代煤層氣產(chǎn)業(yè)在美國(guó)已經(jīng)形成一種新型能源工業(yè)，如今，美國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)己經(jīng)進(jìn)入商業(yè)模式。鑒于美國(guó)煤層氣開(kāi)采成功，世界許多國(guó)家也對(duì)這一行業(yè)產(chǎn)生了興趣，目前，商業(yè)開(kāi)發(fā)模式也逐漸在世界多個(gè)國(guó)家建立起來(lái)，如澳大利亞、中國(guó)、印度等。

我國(guó)煤層氣發(fā)展始于上個(gè)世紀(jì)末，80年代以前煤層氣主要以地下抽取排放為主，此后各級(jí)省市部門開(kāi)始正式鉆探煤層氣開(kāi)釆井，這種開(kāi)采井的抽水機(jī)不斷做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主要作用是抽取煤層中水分使煤層氣被順利開(kāi)采出來(lái)。通過(guò)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)與探索新方法，2010年，我國(guó)煤層氣總產(chǎn)量首次突破100億立方米，目前已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展階段。但是由于起步較晚，在開(kāi)采過(guò)程中仍有很多待解決的問(wèn)題，其中安全問(wèn)題就是很重要的一個(gè)方面。因?yàn)槌樗畽C(jī)、排氣管道等機(jī)械設(shè)備處于無(wú)人值守狀態(tài)，設(shè)備的坊塌、移位及人為破壞等情況需要及時(shí)了解。目前主要靠人工方式巡檢開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)，這樣帶來(lái)的問(wèn)題有兩個(gè)：一是定期檢查的方式不能實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，二是由于站點(diǎn)多、分布廣，巡檢一次耗時(shí)費(fèi)力，效率低下。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，及時(shí)對(duì)異常情況報(bào)警，可以為安全生產(chǎn)提供保障。

2、監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的另一個(gè)重要方面，要求具有實(shí)時(shí)報(bào)警提示、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。它是與操作人員直接交互的系統(tǒng)，因此需要界面友好；另一方面也要實(shí)現(xiàn)它的基本功能，即能夠?qū)崟r(shí)了解煤層氣開(kāi)釆現(xiàn)場(chǎng)的情況，發(fā)生異常情況要及時(shí)上傳圖像報(bào)警。這一部分按照軟件設(shè)計(jì)流程，逐步規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控軟件的功能。

2.1 軟件需求分析

需求分析是軟件設(shè)計(jì)的第一步也是重要一步，它直接決定了軟件能否滿足用戶的需求，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中都具有重要的指導(dǎo)意義。所謂需求分析，是指要明確系統(tǒng)目的、實(shí)現(xiàn)功能和應(yīng)用范圍等。只有確定了這些需求后，才能分析和尋找的針對(duì)本系統(tǒng)的解決方案。因此，開(kāi)發(fā)之前與現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行了充分溝通，并去開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)做了調(diào)查，期望的監(jiān)控軟件需要滿足以下幾個(gè)要求。

2.1.1 功能需求。本系統(tǒng)最基本的功能是要能夠及時(shí)了解開(kāi)采中的異常，因此在圖像采集端發(fā)生異常并上傳圖像后，監(jiān)控軟件要有所反應(yīng)，能夠顯示異常圖片，顯示并記錄報(bào)警信息。此外，工作人員也需要能夠查找歷史報(bào)警信息、圖片等，所以對(duì)圖片和日志等要進(jìn)行記錄，方便查閱。最后，需要包含一些基本的配置信息，如圖片存放路徑等。因此，本系統(tǒng)需要包括以下幾個(gè)功能：預(yù)覽圖像、查詢?nèi)罩尽⑴渲脜?shù)。

2.1.2 性能需求。監(jiān)控軟件需要與多個(gè)來(lái)集端建立連接并通信，因此需要建立完備的通信模塊。使得能夠自主地與采集端建立連接，并有斷開(kāi)重連機(jī)制；同樣在接收數(shù)據(jù)時(shí)也需要有數(shù)據(jù)確認(rèn)機(jī)制，保證接收到正確數(shù)據(jù)。因此，通信中要用到多線程技術(shù)，用來(lái)可以實(shí)現(xiàn)多采集端協(xié)同通信。

2.1.3 可靠性需求。監(jiān)控軟件是一直運(yùn)行的，當(dāng)圖像數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)應(yīng)該及時(shí)接收。遇到軟件本身的異常應(yīng)能夠及時(shí)反應(yīng)，因此在具體模塊設(shè)計(jì)中要充分考慮和預(yù)計(jì)可能發(fā)生的各種異常情況。操作錯(cuò)誤或者發(fā)生異常時(shí)應(yīng)有相應(yīng)的提示，系統(tǒng)不至于崩淸。此外，日志信息中要記錄操作人員的各種操作信息、錯(cuò)誤信息、報(bào)警信息等。

2.1.4 可擴(kuò)展性需求。在軟件投入使用后，操作人員可能會(huì)根據(jù)實(shí)際情況提出新的需求，軟件本身的某些功能也可能需要改進(jìn)，因此需要預(yù)留接口，在類的成員定義中預(yù)留部分函數(shù)功能，以便后續(xù)擴(kuò)展。

3、概要設(shè)計(jì)

在需求分析完成之后，接下來(lái)要進(jìn)行概要設(shè)計(jì)，即系統(tǒng)的模塊劃分、運(yùn)行設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。由于本系統(tǒng)功能需求，它應(yīng)該包含以下模塊：1、預(yù)覽模塊；2、日志模塊；3、回放模塊；4、參數(shù)配置模塊；5、圖像接收模塊等。其功能組成如下圖所示：

圖1 監(jiān)控軟件功能組成

其中，預(yù)覽模塊主要是用來(lái)顯示接收到的圖像，為了便于顯示多個(gè)站點(diǎn)信息，也應(yīng)該具有多屏顯示功能；日志模塊主要記錄操作信息和報(bào)警信息等；回放模塊可以顯示歷史圖像；參數(shù)配置模塊要能完成軟件配置工作；圖像接收解碼模塊要能使多個(gè)客戶端協(xié)同通信，釆用多線程的設(shè)計(jì)方法。

在軟件組成上，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)類，定義好成員變量和函數(shù)，方便功能添加與移除。此外，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)也是一個(gè)重要的方面，本系統(tǒng)釆用的是ACCESS2007，這是為了方便數(shù)據(jù)庫(kù)移植，而且本軟件中也采用了文本文件記錄日志的方式，這些措施都方便了數(shù)據(jù)的記錄。

本監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境，針對(duì)抽水機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和風(fēng)吹草動(dòng)等動(dòng)態(tài)背景干擾，提出了適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的目標(biāo)檢測(cè)算法，然后構(gòu)建了系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了采集端程序和上位機(jī)監(jiān)控軟件，最后測(cè)試了系統(tǒng)應(yīng)用效果。結(jié)果顯示：本文設(shè)計(jì)的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠排除抽水機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)等動(dòng)態(tài)干擾，準(zhǔn)確識(shí)別異常情況，為煤層氣開(kāi)釆中的安全提供保障，但是在ARM上算法實(shí)時(shí)性還有待提髙。

[1]胡森晨.基于嵌入式的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱理工大學(xué)，2017.

[2]張玉榮.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，01：78-82.