基于分布式云的智能視頻分析系統在油田的應用研究

張 珊，許 斌

（中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司，西安 710021）

0 引言

隨著油田“二次加快發展”和數字化轉型、智能化發展的進程加快，實現油田智能化發展，提升油氣田智能化管理水平，成為各石油企業的發展重點。對于油氣田而言，油氣區作業現場情況復雜多樣，作業現場的安全管控和通信信息運維智能化等方面還存在不到位的情況。

智能視頻系統可以完成對現場實時視頻圖像數據的分析與處理，從而實現快速響應與應對，提升作業安全水平、現場安全合規管理以及通信信息運維智能化能力。同時，分布式視頻云可以解決在傳統視頻監控場景中存在的信息孤島問題，實現數據資源的共建共享，進一步降低建設與運行成本，提升油田智能化水平。

1 智能視頻分析系統

1.1 智能視頻分析的優勢

視頻監控系統所收集的視頻數據屬于非結構化數據，分析視頻數據需要得到智能分析的支持［1］。智能視頻分析最大的優勢是降低人工成本，通過部署智能視頻分析系統，不僅可以大大減少視頻監控管理人員的投入，而且可以有效預防事故事件的發生，變被動處理為主動預防。

1.2 智能視頻部署方式

智能視頻可以分為在邊緣節點和中心服務端部署兩種方式：邊緣節點部署方式是將智能算法集成在前端智能攝像機中，在前端攝像機中實現智能分析。基于中心服務端的智能視頻分析是指將智能算法軟件安裝在服務器中，前端普通攝像機的視頻傳入服務器，服務器對視頻流進行圖像分析和處理。兩種實現方式各有優缺點，在實際應用中，業界趨向于根據應用環境與業務場景，結合兩種實現方式來完成智能視頻的部署應用。

1.3 智能視頻分析系統的結構

一種常見的智能視頻分析系統主要由數據接入層、基礎設施層、平臺架構層、分析服務層4 部分組成［2］，如圖1 所示。

圖1 視頻智能分析系統結構圖

針對上述智能視頻分析系統，其中各部分所承擔的功能如下：數據接入層主要負責視頻數據的緩沖與存儲以及源數據的采集；基礎設施層由存儲資源和計算資源組成，負責服務建立；平臺構架層可細分為結構化和非結構化處理平臺，前者負責數據主題庫存儲，后者負責結構化數據識別，只有二者實現高質量合作，才能實現數據價值的充分挖掘；分析服務層主要提供服務層引擎和分析工具。

2 智能視頻分析系統在智能化油田中的應用

開展油田各類型作業場景下的視頻圖像識別，分析采集到的數據，結合作業現場合規管理要求及安全隱患危險辨識，可以實現對作業現場和人員的安全管控識別。通過智能視頻對現場需要識別及響應的事件進行實時的數據處理與反應，在加快處理速度的同時，減少前端與后端之間的數據交互。

應用智能視頻分析系統，可以實現重點油氣井等生產現場的實時監控分析，大幅提高油氣生產的安全性和應急能力，進一步提升油田智能化水平。

結合油氣田生產工作實際，智能視頻分析系統主要可應用于以下場所。

無人值守的油氣井站：包括無人值守油氣井站內部的智能門禁系統（視頻交互系統和語音通信系統），遠程控制自動啟停、智能識別、遠程告警語音等。

數字化集氣站、井場：現場實時生產和控制數據的采樣分析，從而實現氣站和井場監控數據的遠距離控制和傳輸。

遠程智能監控生產現場：通過遠程監控現場的實際狀況，從而及時做出正確決策部署，結合遠程控制系統，做出正確及時的反應。

在生產區域、油區道路等關鍵路口車輛、人員監控識別：在主要油區道路路口設置路卡，在井場周圍設置完善的監控系統，追溯進入油區和生產區域的車輛和人員的監控和行程。

在油田中使用智能視頻分析系統，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，智能視頻分析系統在數字油田中的應用對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［3］。

3 基于分布式云的視頻智能分析系統

近年來，為擴展研究和應用范圍，長慶油田依托云服務和基于華為CloudIVS 3800 視頻云平臺搭建了一套基于分布式云的視頻智能分析系統，下文將簡要介紹云服務的概念和基于華為CloudIVS 3800 視頻云平臺。

3.1 云服務的概念及應用

云服務由云平臺的管理者通過網絡以服務的方式提供給使用者。云服務可以分為3 種：基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS）［4］，進而形成云服務的金字塔模型，如圖2 所示。

圖2 云服務金字塔模型

長慶油田以“十四五”開局為契機，將逐步實現全油田由數字化向智能化建設轉型。“十三五”期間，長慶油田搭建了長慶云計算中心，云中心為全油田各采油、采氣廠的油井、氣井、管道視頻監控、站控等采集基礎設施數據，提供網絡傳輸、存儲服務，對應實現了基礎設施即服務（IaaS）。隨著云中心的建設完成，各廠原來建設的分散的服務器、管理平臺、門戶網站等逐步遷移至云中心，由中心統一提供管理服務平臺對應實現了平臺即服務（PaaS）。依托云平臺長慶油田開發了協同辦公、財務共享等服務軟件，為日常生產辦公提供了極大便利，初步實現了軟件即服務（SaaS）。隨著長慶油田后續由智能化進一步向智慧化油田轉型，實現更高層級的商務智能（Business Intelligence，BI）是云計算中心及長慶智能化油田發展的必然趨勢。

3.2 基于華為CloudIVS 3800 視頻云平臺

IVS 3800 輕量云主打邊緣域部署場景，由于邊緣域硬件資源有限，為充分減少虛擬化的資源消耗，基于長慶油田云資源池采用裸機容器構建了一個與裸機進程性能規格相當的云系統。

IVS 3800 采用ARM 平臺，芯片自主可控，確保系統安全。基于容器云平臺，利用深度優化后的高性能分布式計算、存儲框架，為用戶提供高密動態彈性的共享資源池，跨平臺支持多級視頻管理聯網和智能跨域協同的能力，統一管理運維，全網一片云。智能視覺平臺采用全云架構，實現軟件與硬件、數據與應用的全面解耦，運用云計算、云存儲、大數據等核心技術，構建全棧云化、全境智能、全云協同的解決方案。

采用基于華為CloudIVS 3800 視頻云平臺作為油氣井邊緣數據（主要包括現場視頻數據、門禁、邊界入侵、人臉識別等數據）的采集分析平臺，結合長慶油田現場的實際應用場景構建適合油氣田現場應用的分布式云的視頻智能分析系統。

4 結語

分布式視頻云平臺和視頻智能分析系統可以助力油氣田作業現場安全合規管控水平的提升，提高油氣田現場危險因素識別和風險管控能力。在油氣田作業現場采用人臉識別、邊界入侵、明火檢測等智能識別算法，實時持續檢測作業過程中現場和人員是否按照安全合規管理要求作業，對發現違章作業行為及時記錄并發出警示，該記錄還可用于對員工和承包商考核管理。

在應用過程中，深入發掘新的油氣田應用場景和形態，進一步豐富視頻圖像數據在生產建設中發揮的能力，具有良好的經濟效益和社會效益，可以為智能化油田建設貢獻力量。