智能視頻監控系統在數字油田中的應用

張海峰

自數字油田概念提出后，實現油田生產信息化與工業化的高度融合，提高油氣的產出效率，提升油田管理水平，已經成為各石油企業爭先實現的目標。為此，在人工智能、圖像處理以及模式識別等信息技術日臻成熟的背景下，人們先后開發了形式多樣的智能視頻監控系統，對油井、油庫、輸管網、油氣采集、生產監控和管理等數據實現自動采集和監控，既可以實現生產操作的自動化和信息化，又可以提高油氣生產的管理水平，提高生產決策的及時性和準確性。因此，智能視頻監控系統在數字油田中的應用對于提升油田生產的安全性、可靠性以及減輕監控人員的工作負擔等方面具有重要的現實意義。

一、智能視頻監控系統

智能視頻監控系統是在傳統視頻監控的基礎上模式識別、圖像處理以及紅外感應等技術而建立的一種高效、實時、準確的系統。這種監控系統能夠無需人為操控的前提下對攝像機拍攝到的圖像進行自動分析、跟蹤和識別，進而對目標的行為進行判斷，并做出相應的決策。

（一）智能視頻監控系統的特點

相對于傳統的人工監控、模擬視頻監控等系統，數字油田智能視頻監控系統具備以下特點。

智能化。智能視頻監控系統利用智能硬件、計算機強大的圖像處理能力，能夠進行人臉識別、對目標行為分析并進行異常檢測，預警潛在的危險，將傳統的被動監控變化主動監控，所以使用更加靈活，更加智能。

視頻數據大。高密度、多角度的無死角監控方式以及高清的監控畫面都會產生海量的視頻數據，海量的視頻對數據的傳輸、存儲、處理提出了更高的要求。

數字化、網絡化。智能視頻監控系統以數字化和網絡化為基礎，實現對監控區域的全覆蓋和監控畫面的無失真傳輸，它將監控設備、報警系統、圖像處理系統等組建成一個高度融合的網絡，能夠以最快、最直接的方式為用戶提供有用信息并發出警報。

（二）智能視頻監控系統采用的技術

在數字油田中使用智能視頻監控系統涉及到計算機視覺處理技術、人工智能和數據分析等多種核心技術。

1.行為分析技術

智能視頻監控系統會行為分析技術分為行為描述和行為建模兩個步驟，其中描述行為方式分為個體行為、群體行為以及場景行為，對這三種行為分別進行建模，當視頻監控系統捕捉到有相關行為發生時，會迅速與模型進行比對，并做出相應的決策。行為分析技術可以快速瀏覽和精準定位視頻中的全部或特定行為或事件，極大降低了監控人員看的負擔。

2.人臉識別技術

智能視頻監控系統利用攝像機等監控設備獲取人臉頭像，然后上傳頭像至服務器進行比對，并將比對的結果實時顯示在監控屏上。人臉識別技術可以作為智能視頻監控系統對目標人物進行身份識別的主要技術，通過非接觸的方式在目標人物毫無察覺的情況下完成對目標人物人份的鑒定。識別精度較高，不容易被他人假冒，且實時監控人臉圖像資料容易獲取。

3.圖像處理技術

數字油田具備一定的特殊性，在油田的某些場合利用攝像機等監控設備獲取的視頻圖像會存在分辨率較低，圖像模糊等，為了彌補這些缺陷，為工作人員提供更為精準的監控信息，需要利用圖像處理技術，通過諸如降噪、曲線矯正、色彩矯正等智能算法，改善監控畫面，提升監控的精準性。

4.智能分析預警技術

智能分析預警技術包括異常檢測技術、過濾技術等，這種技術通過在圖像序列和事件描述之間建立映射關系，使得計算機具備從海量的視頻畫面中檢測出異常行為，過濾掉無關緊要的信息，自動分析并提取出圖像中的關鍵信息，并根據信息進行預警，或者根據監控的信息對即將可能要發生的事件進行預測和預警。

（三）智能視頻監控系統的優勢

智能視頻監控系統利用了當前新型的計算機視覺處理技術和模式識別等高度智能化的技術，其優勢主要體現在以下幾個方面：

實效性更高。智能視頻監控系統可以實現24小時全程監控，可以通過智能視頻模塊或者智能視頻分析服務器等硬件設備和人臉識別、目標追蹤等智能算法實現對監控畫面的分析。同時用戶還可以根據自身需求，自行定義如“越界”、“長時間逗留”、“違反操作規則”等警報模型，與系統所采用的模式識別、行為判斷等高級智能算法進行對比，一旦發現可疑情況或存在潛在的危險行為立即觸動報警系統，也可以將危險行為設置成不同的級別，根據級別的不同制定相應的預案，第一時間對可疑情況進行處理，也可以為監控人員提供足夠的時間處理險情。

全方位覆蓋。由安保值班人員現場定期檢查難免會存在一定的漏洞，智能視頻監控系統能夠在作業區、油水井、井組等區域高密度、多角度安裝監控設備，可以實現對監控區域的全方位覆蓋，做到監控無盲區。

精準性更高。智能視頻監控系統擁有強大的圖像處理能力，可以有效避免漏報和誤報等情況的發生，并減少大量無用的視頻數據，極大地提高了警報的精準性。當系統一旦識別到可疑情況或檢測到有報警時，系統能自動存儲當時的場景信息，安保值班人員可以根據需要快速查詢存儲的監控信息，能有效提高查詢速度。

二、智能視頻監控系統結構

（一）智能視頻監控系統體系結構

智能視頻監控系統主要包括四個功能模塊如圖1所示。

圖像處理模塊主要是從監控設備或者服務器獲取視頻數據；數據處理主要對視頻信息圖像進行壓縮、存儲等，并對由于環境因素或硬件原因導致圖像獲取質量不高的情況下對圖像進行增強、恢復、濾波等預處理；圖像分析模塊的主要功能是對圖像中的目標進行檢測和識別，對目標的行為進行分析和判斷；圖像理解模塊的主要功能是進一步研究目標的性質，并得出對圖像內容含義的理解，包括目標識別、行為理解、危險估計和決策推理四個部分。

數字油田智能視頻監控系統包括了前端圖像數據獲取、后端存儲控制、壓縮傳輸、圖像數據分析、聯動報警等多功能于一體的大型系統。本文結合了安塞油田的實際情況設計了如圖2所示的智能視頻監控系統，該系統主要包含了前端、傳輸、監控中心等子系統。根據安塞油田的特點和管理方式，給油井等重要生產區域配備一體化攝像機、網絡視頻服務器、語音警示功能、聲光報警器等。

1.前端子系統

前端子系統的主要作用是采集信息，主要由攝像機、火災、氣體泄露、防盜等報警裝置、解碼器、支架等設備組成。

攝像機具備智能圖像分析技術，可以對周界進行監控，對目標行為進行分析，用于檢測行為和可疑目標，同時還可以對目標進行分類、過濾、跟蹤、記錄，通過行為分析等智能算法，對符合報警規則的目標進行報警。

報警設備融合消防系統、門禁系統以及環境檢測系統等，環境系統可以用于檢測溫濕度、煙火等，將這些數據傳輸至監控中心，監控中心自動對數據進行分析，一旦發現異常便立刻啟動警報系統和相應的應急預案。警報系統可以根據不同的情況或者等級分為聲光、圖像、屏幕圖標閃爍等，對于等級較低的警報，系統可以根據預案進行自動化處理，對于等級較高的警報，系統可以通過郵件或短信的方式通知監控人員和油田管理人員。

2.傳輸子系統

前端系統采集到的信號會進行數字化、視頻圖像壓縮編碼通過傳輸系統發送到監控中心服務器，同時監控中心也可以通過傳輸系統將監控人員的對設備的控制信號、警告等信息傳輸至前端系統。

3.監控中心子系統

監控中心是智能視頻監控系統的樞紐，主要由屏幕顯示系統、服務器、主機、監控指揮終端等設備構成，其中服務器分為管理服務器、數據存儲服務器等。

傳輸子系統從各監控傳回的視頻圖像數據保存在數據存儲服務器中，監控人員可以通過管理服務器對各個網絡的攝像機執行登錄、錄像、瀏覽、控制、備份等操作進行管理，同時管理服務器還可以根據報警的方式，對各監視點發的報警信號進行處理、保存，并做出相應的響應。

監控指揮終端可以根據需要接收監控點送回的視頻數據，同時監控人員也可以通過指揮終端登錄管理服務器，對各監控點設備的功能進行管理和設置。因此，監控指揮終端是監控人員和監控系統進行人機對話通道。

（二）智能視頻監控系統組網方案

本文根據安塞油田的實際情況，設計了如圖3所示智能視頻監控系統組網方案。

1.在油田、作業區、各站點安裝紅外高清攝像機，在油井內部安裝水位、紅外、溫濕度、煙火等傳感裝置構成的環境檢測系統。

2.各站點將獲取的圖像視頻或數字信號通過以太網傳輸至監控中心，監控中心與以太網的交換機相連接，交換機和服務器以及各部門的電腦相連，如此圖像視頻或數字信號就可以發送到各監控部門。

3.服務器通過內部網絡將視頻信號傳送到電視墻進行顯示，再通過一路數據傳輸至磁盤陣列進行存儲。

三、智能視頻監控系統在數字油田中的應用分析

在油田中使用智能視頻監控系統，對重點油氣井、重點站庫等生產現場進行實時監控，一旦出現異常情況時進行圖像抓拍、并觸發報警，大幅提高油氣生產的安全性和反恐應急能力。

（一）遠程智能監控生產現場，實現無人值守

在井場、管線、處理廠等重點生產現場和生產設備布置監控設備和傳感器設備，實時獲取生產現場信息，生產設備的運行情況，對現場的異常情況和生產設備的故障情況發出警報，并制定應急預案，實現無人值守。

通過攝像機采集重點油氣井實時生產現場圖像，通過固定方向和焦距的攝像頭對單井進行監控。采用巡檢、特定監視等不同方式對站點、井場進行實時監控，同時進行圖像記錄。自動記錄進入井場的移動物體，并對可疑目標進行分析、比對，一旦確認立即發出警報。

（二）數字化集氣站

在控制室、集氣站、發電機房等關鍵部位安裝全景攝像機、入侵探測器等裝置，無死角監控這些重點區域人員出入情況以及設備的運行情況，對異常行為進行分析識別、錄像、存儲并報警。

（三）遠程智能門禁監控

監控中心利用人臉識別、可視化對講機等技術遠程控制大門的開關，自動記錄出入人員的信息，在大門安裝監控設備和報警系統，對非法闖入的情況實現自動抓拍、即時存儲、即時報警，并遠程控制大門。

（四）遠程車輛識別

在生產區域、油區道路等關鍵路口設置電子路卡，24小時實時監控過往車輛，對過往車輛進行識別，并記錄識別結果存儲到數據庫中。通過電子值勤點實時采集車輛信息，并對“長時間逗留”、“違反出入規則”、“車輛逆行”等行為發出警報。

四、小結

智能視頻監控系統對于提升油田生產的安全性，以及企業的管理水平具有重要意義。本文首先分析了智能視頻監控系統的特點、技術、優勢以及體系結構，然后結合安塞油田的實際情況設計了智能視頻監控系統的組網方案，最后對智能視頻監控系統在安塞油田中的應用進行了分析。為了進一步加快數字油田的建設進程，未來需要著重研究視頻數據的實時性和可靠性以及視頻分析技術的準確性。