智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)字油田中的應(yīng)用

張海峰

自數(shù)字油田概念提出后，實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)信息化與工業(yè)化的高度融合，提高油氣的產(chǎn)出效率，提升油田管理水平，已經(jīng)成為各石油企業(yè)爭(zhēng)先實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。為此，在人工智能、圖像處理以及模式識(shí)別等信息技術(shù)日臻成熟的背景下，人們先后開發(fā)了形式多樣的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)油井、油庫(kù)、輸管網(wǎng)、油氣采集、生產(chǎn)監(jiān)控和管理等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集和監(jiān)控，既可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)操作的自動(dòng)化和信息化，又可以提高油氣生產(chǎn)的管理水平，提高生產(chǎn)決策的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。因此，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)字油田中的應(yīng)用對(duì)于提升油田生產(chǎn)的安全性、可靠性以及減輕監(jiān)控人員的工作負(fù)擔(dān)等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)是在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上模式識(shí)別、圖像處理以及紅外感應(yīng)等技術(shù)而建立的一種高效、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的系統(tǒng)。這種監(jiān)控系統(tǒng)能夠無(wú)需人為操控的前提下對(duì)攝像機(jī)拍攝到的圖像進(jìn)行自動(dòng)分析、跟蹤和識(shí)別，進(jìn)而對(duì)目標(biāo)的行為進(jìn)行判斷，并做出相應(yīng)的決策。

（一）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

相對(duì)于傳統(tǒng)的人工監(jiān)控、模擬視頻監(jiān)控等系統(tǒng)，數(shù)字油田智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)。

智能化。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用智能硬件、計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖像處理能力，能夠進(jìn)行人臉識(shí)別、對(duì)目標(biāo)行為分析并進(jìn)行異常檢測(cè)，預(yù)警潛在的危險(xiǎn)，將傳統(tǒng)的被動(dòng)監(jiān)控變化主動(dòng)監(jiān)控，所以使用更加靈活，更加智能。

視頻數(shù)據(jù)大。高密度、多角度的無(wú)死角監(jiān)控方式以及高清的監(jiān)控畫面都會(huì)產(chǎn)生海量的視頻數(shù)據(jù)，海量的視頻對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)、處理提出了更高的要求。

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域的全覆蓋和監(jiān)控畫面的無(wú)失真?zhèn)鬏敚鼘⒈O(jiān)控設(shè)備、報(bào)警系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)等組建成一個(gè)高度融合的網(wǎng)絡(luò)，能夠以最快、最直接的方式為用戶提供有用信息并發(fā)出警報(bào)。

（二）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用的技術(shù)

在數(shù)字油田中使用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)涉及到計(jì)算機(jī)視覺處理技術(shù)、人工智能和數(shù)據(jù)分析等多種核心技術(shù)。

1.行為分析技術(shù)

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)行為分析技術(shù)分為行為描述和行為建模兩個(gè)步驟，其中描述行為方式分為個(gè)體行為、群體行為以及場(chǎng)景行為，對(duì)這三種行為分別進(jìn)行建模，當(dāng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)捕捉到有相關(guān)行為發(fā)生時(shí)，會(huì)迅速與模型進(jìn)行比對(duì)，并做出相應(yīng)的決策。行為分析技術(shù)可以快速瀏覽和精準(zhǔn)定位視頻中的全部或特定行為或事件，極大降低了監(jiān)控人員看的負(fù)擔(dān)。

2.人臉識(shí)別技術(shù)

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用攝像機(jī)等監(jiān)控設(shè)備獲取人臉頭像，然后上傳頭像至服務(wù)器進(jìn)行比對(duì)，并將比對(duì)的結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控屏上。人臉識(shí)別技術(shù)可以作為智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)人物進(jìn)行身份識(shí)別的主要技術(shù)，通過非接觸的方式在目標(biāo)人物毫無(wú)察覺的情況下完成對(duì)目標(biāo)人物人份的鑒定。識(shí)別精度較高，不容易被他人假冒，且實(shí)時(shí)監(jiān)控人臉圖像資料容易獲取。

3.圖像處理技術(shù)

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

4.智能分析預(yù)警技術(shù)

智能分析預(yù)警技術(shù)包括異常檢測(cè)技術(shù)、過濾技術(shù)等，這種技術(shù)通過在圖像序列和事件描述之間建立映射關(guān)系，使得計(jì)算機(jī)具備從海量的視頻畫面中檢測(cè)出異常行為，過濾掉無(wú)關(guān)緊要的信息，自動(dòng)分析并提取出圖像中的關(guān)鍵信息，并根據(jù)信息進(jìn)行預(yù)警，或者根據(jù)監(jiān)控的信息對(duì)即將可能要發(fā)生的事件進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)警。

（三）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用了當(dāng)前新型的計(jì)算機(jī)視覺處理技術(shù)和模式識(shí)別等高度智能化的技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

實(shí)效性更高。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全程監(jiān)控，可以通過智能視頻模塊或者智能視頻分析服務(wù)器等硬件設(shè)備和人臉識(shí)別、目標(biāo)追蹤等智能算法實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控畫面的分析。同時(shí)用戶還可以根據(jù)自身需求，自行定義如“越界”、“長(zhǎng)時(shí)間逗留”、“違反操作規(guī)則”等警報(bào)模型，與系統(tǒng)所采用的模式識(shí)別、行為判斷等高級(jí)智能算法進(jìn)行對(duì)比，一旦發(fā)現(xiàn)可疑情況或存在潛在的危險(xiǎn)行為立即觸動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，也可以將危險(xiǎn)行為設(shè)置成不同的級(jí)別，根據(jù)級(jí)別的不同制定相應(yīng)的預(yù)案，第一時(shí)間對(duì)可疑情況進(jìn)行處理，也可以為監(jiān)控人員提供足夠的時(shí)間處理險(xiǎn)情。

全方位覆蓋。由安保值班人員現(xiàn)場(chǎng)定期檢查難免會(huì)存在一定的漏洞，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠在作業(yè)區(qū)、油水井、井組等區(qū)域高密度、多角度安裝監(jiān)控設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域的全方位覆蓋，做到監(jiān)控?zé)o盲區(qū)。

精準(zhǔn)性更高。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的圖像處理能力，可以有效避免漏報(bào)和誤報(bào)等情況的發(fā)生，并減少大量無(wú)用的視頻數(shù)據(jù)，極大地提高了警報(bào)的精準(zhǔn)性。當(dāng)系統(tǒng)一旦識(shí)別到可疑情況或檢測(cè)到有報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)存儲(chǔ)當(dāng)時(shí)的場(chǎng)景信息，安保值班人員可以根據(jù)需要快速查詢存儲(chǔ)的監(jiān)控信息，能有效提高查詢速度。

二、智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（一）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括四個(gè)功能模塊如圖1所示。

圖像處理模塊主要是從監(jiān)控設(shè)備或者服務(wù)器獲取視頻數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理主要對(duì)視頻信息圖像進(jìn)行壓縮、存儲(chǔ)等，并對(duì)由于環(huán)境因素或硬件原因?qū)е聢D像獲取質(zhì)量不高的情況下對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)、恢復(fù)、濾波等預(yù)處理；圖像分析模塊的主要功能是對(duì)圖像中的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，對(duì)目標(biāo)的行為進(jìn)行分析和判斷；圖像理解模塊的主要功能是進(jìn)一步研究目標(biāo)的性質(zhì)，并得出對(duì)圖像內(nèi)容含義的理解，包括目標(biāo)識(shí)別、行為理解、危險(xiǎn)估計(jì)和決策推理四個(gè)部分。

數(shù)字油田智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括了前端圖像數(shù)據(jù)獲取、后端存儲(chǔ)控制、壓縮傳輸、圖像數(shù)據(jù)分析、聯(lián)動(dòng)報(bào)警等多功能于一體的大型系統(tǒng)。本文結(jié)合了安塞油田的實(shí)際情況設(shè)計(jì)了如圖2所示的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含了前端、傳輸、監(jiān)控中心等子系統(tǒng)。根據(jù)安塞油田的特點(diǎn)和管理方式，給油井等重要生產(chǎn)區(qū)域配備一體化攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、語(yǔ)音警示功能、聲光報(bào)警器等。

1.前端子系統(tǒng)

前端子系統(tǒng)的主要作用是采集信息，主要由攝像機(jī)、火災(zāi)、氣體泄露、防盜等報(bào)警裝置、解碼器、支架等設(shè)備組成。

攝像機(jī)具備智能圖像分析技術(shù)，可以對(duì)周界進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)目標(biāo)行為進(jìn)行分析，用于檢測(cè)行為和可疑目標(biāo)，同時(shí)還可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類、過濾、跟蹤、記錄，通過行為分析等智能算法，對(duì)符合報(bào)警規(guī)則的目標(biāo)進(jìn)行報(bào)警。

報(bào)警設(shè)備融合消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)以及環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)等，環(huán)境系統(tǒng)可以用于檢測(cè)溫濕度、煙火等，將這些數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常便立刻啟動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)和相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。警報(bào)系統(tǒng)可以根據(jù)不同的情況或者等級(jí)分為聲光、圖像、屏幕圖標(biāo)閃爍等，對(duì)于等級(jí)較低的警報(bào)，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)案進(jìn)行自動(dòng)化處理，對(duì)于等級(jí)較高的警報(bào)，系統(tǒng)可以通過郵件或短信的方式通知監(jiān)控人員和油田管理人員。

2.傳輸子系統(tǒng)

前端系統(tǒng)采集到的信號(hào)會(huì)進(jìn)行數(shù)字化、視頻圖像壓縮編碼通過傳輸系統(tǒng)發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器，同時(shí)監(jiān)控中心也可以通過傳輸系統(tǒng)將監(jiān)控人員的對(duì)設(shè)備的控制信號(hào)、警告等信息傳輸至前端系統(tǒng)。

3.監(jiān)控中心子系統(tǒng)

監(jiān)控中心是智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的樞紐，主要由屏幕顯示系統(tǒng)、服務(wù)器、主機(jī)、監(jiān)控指揮終端等設(shè)備構(gòu)成，其中服務(wù)器分為管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器等。

傳輸子系統(tǒng)從各監(jiān)控傳回的視頻圖像數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器中，監(jiān)控人員可以通過管理服務(wù)器對(duì)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的攝像機(jī)執(zhí)行登錄、錄像、瀏覽、控制、備份等操作進(jìn)行管理，同時(shí)管理服務(wù)器還可以根據(jù)報(bào)警的方式，對(duì)各監(jiān)視點(diǎn)發(fā)的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行處理、保存，并做出相應(yīng)的響應(yīng)。

監(jiān)控指揮終端可以根據(jù)需要接收監(jiān)控點(diǎn)送回的視頻數(shù)據(jù)，同時(shí)監(jiān)控人員也可以通過指揮終端登錄管理服務(wù)器，對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備的功能進(jìn)行管理和設(shè)置。因此，監(jiān)控指揮終端是監(jiān)控人員和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話通道。

（二）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案

本文根據(jù)安塞油田的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了如圖3所示智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案。

1.在油田、作業(yè)區(qū)、各站點(diǎn)安裝紅外高清攝像機(jī)，在油井內(nèi)部安裝水位、紅外、溫濕度、煙火等傳感裝置構(gòu)成的環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)。

2.各站點(diǎn)將獲取的圖像視頻或數(shù)字信號(hào)通過以太網(wǎng)傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心與以太網(wǎng)的交換機(jī)相連接，交換機(jī)和服務(wù)器以及各部門的電腦相連，如此圖像視頻或數(shù)字信號(hào)就可以發(fā)送到各監(jiān)控部門。

3.服務(wù)器通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)將視頻信號(hào)傳送到電視墻進(jìn)行顯示，再通過一路數(shù)據(jù)傳輸至磁盤陣列進(jìn)行存儲(chǔ)。

三、智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)字油田中的應(yīng)用分析

在油田中使用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)重點(diǎn)油氣井、重點(diǎn)站庫(kù)等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常情況時(shí)進(jìn)行圖像抓拍、并觸發(fā)報(bào)警，大幅提高油氣生產(chǎn)的安全性和反恐應(yīng)急能力。

（一）遠(yuǎn)程智能監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守

在井場(chǎng)、管線、處理廠等重點(diǎn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和生產(chǎn)設(shè)備布置監(jiān)控設(shè)備和傳感器設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息，生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的異常情況和生產(chǎn)設(shè)備的故障情況發(fā)出警報(bào)，并制定應(yīng)急預(yù)案，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

通過攝像機(jī)采集重點(diǎn)油氣井實(shí)時(shí)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖像，通過固定方向和焦距的攝像頭對(duì)單井進(jìn)行監(jiān)控。采用巡檢、特定監(jiān)視等不同方式對(duì)站點(diǎn)、井場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)進(jìn)行圖像記錄。自動(dòng)記錄進(jìn)入井場(chǎng)的移動(dòng)物體，并對(duì)可疑目標(biāo)進(jìn)行分析、比對(duì)，一旦確認(rèn)立即發(fā)出警報(bào)。

（二）數(shù)字化集氣站

在控制室、集氣站、發(fā)電機(jī)房等關(guān)鍵部位安裝全景攝像機(jī)、入侵探測(cè)器等裝置，無(wú)死角監(jiān)控這些重點(diǎn)區(qū)域人員出入情況以及設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)異常行為進(jìn)行分析識(shí)別、錄像、存儲(chǔ)并報(bào)警。

（三）遠(yuǎn)程智能門禁監(jiān)控

監(jiān)控中心利用人臉識(shí)別、可視化對(duì)講機(jī)等技術(shù)遠(yuǎn)程控制大門的開關(guān)，自動(dòng)記錄出入人員的信息，在大門安裝監(jiān)控設(shè)備和報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)非法闖入的情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓拍、即時(shí)存儲(chǔ)、即時(shí)報(bào)警，并遠(yuǎn)程控制大門。

（四）遠(yuǎn)程車輛識(shí)別

在生產(chǎn)區(qū)域、油區(qū)道路等關(guān)鍵路口設(shè)置電子路卡，24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控過往車輛，對(duì)過往車輛進(jìn)行識(shí)別，并記錄識(shí)別結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過電子值勤點(diǎn)實(shí)時(shí)采集車輛信息，并對(duì)“長(zhǎng)時(shí)間逗留”、“違反出入規(guī)則”、“車輛逆行”等行為發(fā)出警報(bào)。

四、小結(jié)

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于提升油田生產(chǎn)的安全性，以及企業(yè)的管理水平具有重要意義。本文首先分析了智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)、技術(shù)、優(yōu)勢(shì)以及體系結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合安塞油田的實(shí)際情況設(shè)計(jì)了智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方案，最后對(duì)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在安塞油田中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。為了進(jìn)一步加快數(shù)字油田的建設(shè)進(jìn)程，未來(lái)需要著重研究視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可靠性以及視頻分析技術(shù)的準(zhǔn)確性。