油田安全生產(chǎn)智能可視化應(yīng)用初探

張偉 寧曉波 蔣能記

[摘 ? ?要] 油田生產(chǎn)具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣的特點(diǎn)，以人工管理為主的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候的生產(chǎn)、環(huán)保、安全有效管控。視頻監(jiān)控作為安全生產(chǎn)重要輔助措施，分析識(shí)別需要人工實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)量大、工作強(qiáng)度高且容易出錯(cuò)。運(yùn)用視頻算法對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行智能分析，通過(guò)提取視頻中關(guān)鍵信息，進(jìn)行標(biāo)記或者相關(guān)處理，并形成相應(yīng)事件和告警，是智能可視化在油田安全生產(chǎn)中的研究方向。

油田安全生產(chǎn)智能可視化系統(tǒng)由前端子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)和后端子系統(tǒng)構(gòu)成;系統(tǒng)在不同場(chǎng)景中預(yù)設(shè)不同的報(bào)警規(guī)則，一旦目標(biāo)在場(chǎng)景中出現(xiàn)了違反預(yù)設(shè)規(guī)則的行為，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，用戶可以通過(guò)點(diǎn)擊報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)報(bào)警的場(chǎng)景重現(xiàn)并采取相關(guān)措施。

油田安全生產(chǎn)智能可視化系統(tǒng)隨著技術(shù)發(fā)展與自適應(yīng)學(xué)習(xí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，功能逐漸完善，可以針對(duì)核心的應(yīng)用需求制定特定的解決方案，使用專用的產(chǎn)品提高性能，全面參與油田生產(chǎn)安全管理。

[關(guān)鍵詞] 視頻監(jiān)控;智能分析;生產(chǎn)安全;可視化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 23. 022

[中圖分類號(hào)] F273;TP311 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ?A ? ? ?[文章編號(hào)] ?1673 - 0194（2019）23- 0051- 02

0 ? ? ?前 ? ?言

油田生產(chǎn)主要分布在廣袤的戈壁荒漠中，環(huán)境惡劣，油區(qū)關(guān)鍵設(shè)施多，分布零散，需大量人員進(jìn)行管控。近年來(lái)，油田企業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)的要求不斷提升，人工管理模式無(wú)法24小時(shí)全天候管控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)保、安全，重要信息易漏報(bào)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)、預(yù)警安全生產(chǎn)事故、環(huán)境污染，事件處理反應(yīng)滯后，事件發(fā)生后人工溯源困難、效率低。視頻監(jiān)控作為安全生產(chǎn)重要輔助措施，在油區(qū)重點(diǎn)站庫(kù)、關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)等區(qū)域被大量使用。傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻內(nèi)容的分析識(shí)別等動(dòng)作需要人工實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)量大、工作強(qiáng)度高且容易出錯(cuò)。

如何應(yīng)用智能視頻分析，從海量的數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的數(shù)據(jù)以及如何利用這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)油田安全生產(chǎn)可視化，對(duì)生產(chǎn)、作業(yè)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警，減少安全、環(huán)保事故發(fā)生概率，是智能可視化應(yīng)用在油田安全生產(chǎn)管理中的研究方向。

1 ? ? ?系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 ? 智能可視化技術(shù)現(xiàn)狀

目前主流的智能可視化分析手段主要包括：識(shí)別類分析、行為類分析、診斷類分析以及圖像處理類分析。其中，識(shí)別類分析與行為類分析是智能分析動(dòng)作，診斷類與圖像處理類分析是提高分析結(jié)果準(zhǔn)確性的手段。

行為類分析基于建模技術(shù)，有背景建模（著重于背景模型偏離的變化）和模式建模（著重于已知目標(biāo)模型的變化）兩種形式，主要應(yīng)用在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景;識(shí)別類分析基于特征識(shí)別技術(shù)，通過(guò)圖像識(shí)別、幀間對(duì)比等方式實(shí)現(xiàn)車牌、人臉識(shí)別，主要應(yīng)用在靜態(tài)場(chǎng)景;診斷類分析，主要指視頻質(zhì)量診斷，應(yīng)用在視頻終端設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)雪花、偏色、云臺(tái)失控等故障時(shí)，進(jìn)行故障分析報(bào)警;圖像處理分析主要判斷采集的圖像效果，通過(guò)視頻增強(qiáng)手段，如降噪、去霧、銳化和矯正等，提高圖像質(zhì)量。

1.2 ? 智能可視化系統(tǒng)架構(gòu)

智能可視化系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)由前端子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)和后端子系統(tǒng)構(gòu)成。前端子系統(tǒng)主要包括各類智能攝像機(jī)，傳輸子系統(tǒng)為有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸資源，后端子系統(tǒng)則為NVR、應(yīng)用服務(wù)器、分析服務(wù)器、流媒體服務(wù)器及大屏幕系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3 ? 智能可視化分析流程

（1）加載算法過(guò)程。系統(tǒng)運(yùn)行前，對(duì)視頻分析算法的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如分析的模式、覆蓋的區(qū)域、過(guò)濾目標(biāo)要求等信息加載寫入視頻分析系統(tǒng)中，系統(tǒng)按照設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行。

（2）背景建模與更新。視頻分析啟動(dòng)后，系統(tǒng)首先開(kāi)展背景學(xué)習(xí)，并建立背景模型，完成后系統(tǒng)不斷進(jìn)行自我維護(hù)及優(yōu)化，更新背景圖像。

（3）目標(biāo)提取與跟蹤。建模完成后，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)提取并跟蹤目標(biāo)，利用背景減除法即當(dāng)前圖像與背景圖像的差分來(lái)檢測(cè)出前景圖，它是視頻分析的關(guān)鍵和主要環(huán)節(jié)。

（4）目標(biāo)分類與識(shí)別。系統(tǒng)通過(guò)模型培訓(xùn)，利用已知的目標(biāo)特征進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)之前提取并跟蹤的目標(biāo)進(jìn)行辨識(shí)、比對(duì)和匹配，從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和分類。

（5）行為判斷與報(bào)警。有了前景建模、目標(biāo)跟蹤、軌跡建立和識(shí)別分類等過(guò)程，視頻分析即可利用以上過(guò)程的結(jié)果，根據(jù)目標(biāo)出現(xiàn)的時(shí)間、地點(diǎn)、速度、大小和停留時(shí)間等因素，結(jié)合事先設(shè)置的行為規(guī)則，實(shí)現(xiàn)視頻分析和報(bào)警觸發(fā)的過(guò)程，這也是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵過(guò)程。

2 ? ? ?系統(tǒng)功能應(yīng)用

2.1 ? 在重點(diǎn)工藝環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

2.1.1 ? 油區(qū)關(guān)鍵設(shè)施

生產(chǎn)區(qū)域分布廣，原井區(qū)的抽油機(jī)、計(jì)量器和緩沖罐等關(guān)鍵設(shè)備無(wú)任何視頻監(jiān)控設(shè)備。日常管理中，需大量人員對(duì)井區(qū)內(nèi)設(shè)施的生產(chǎn)運(yùn)行狀況等進(jìn)行巡檢。在油區(qū)關(guān)鍵位置、制高點(diǎn)建設(shè)智能視頻監(jiān)控點(diǎn)位，大范圍監(jiān)控油區(qū)生產(chǎn)情況，通過(guò)設(shè)置預(yù)置點(diǎn)，快速定位采油井、管匯、緩沖罐，觀察現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況。選用熱成像攝像機(jī)，對(duì)油井管線、處理站等溫度敏感區(qū)域測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)管線刺漏、大罐溢油等事故，及時(shí)處理，輔助生產(chǎn)管理。

2.1.2 ? 注汽鍋爐

在鍋爐房?jī)?nèi)布設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，在進(jìn)水管線與柱塞泵處繪制分析區(qū)域，重點(diǎn)監(jiān)控鍋爐進(jìn)水管線刺漏、電機(jī)故障停運(yùn)，鍋爐視頻監(jiān)控圖像分析與自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)重點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，監(jiān)控圖像分析發(fā)生異常或數(shù)據(jù)異常情況報(bào)警時(shí)，報(bào)警信息和實(shí)時(shí)畫面推送到SCADA監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)屏人員可第一時(shí)間在SCADA監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警欄中發(fā)現(xiàn)鍋爐視頻報(bào)警信息，可一鍵啟動(dòng)監(jiān)控報(bào)警程序，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和監(jiān)控畫進(jìn)行報(bào)警信息分析確認(rèn)，提高監(jiān)控效率。

2.1.3 ? 生產(chǎn)復(fù)核

在油區(qū)、重點(diǎn)站庫(kù)等生產(chǎn)場(chǎng)所，當(dāng)有重要措施作業(yè)需要事后現(xiàn)場(chǎng)操作復(fù)核、驗(yàn)證和檢查必不可少。個(gè)別關(guān)鍵工藝節(jié)點(diǎn)的自控閥門、執(zhí)行器，由于長(zhǎng)期在高溫、高壓的環(huán)境中工作，操作指令下達(dá)后，可能出現(xiàn)執(zhí)行器未執(zhí)行動(dòng)作或執(zhí)行動(dòng)作不到位的情況。在這些自控工藝關(guān)鍵點(diǎn)位布設(shè)智能視頻監(jiān)控點(diǎn)位，設(shè)置警戒區(qū)域，杜絕無(wú)關(guān)人員闖入，通過(guò)DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程下達(dá)控制指令，監(jiān)控畫面聯(lián)動(dòng)拍攝執(zhí)行器動(dòng)作對(duì)執(zhí)行指令結(jié)果進(jìn)行生產(chǎn)復(fù)核。

2.2 ? 在高風(fēng)險(xiǎn)施工作業(yè)中的應(yīng)用

施工作業(yè)重點(diǎn)管控2個(gè)方面：人員和過(guò)程。油區(qū)每日有日常巡檢、修井施工等作業(yè)發(fā)生，存在作業(yè)人員是否違章作業(yè)、未按規(guī)定作業(yè)等不安全行為。采用智能移動(dòng)視頻監(jiān)控終端對(duì)措施作業(yè)區(qū)域布控，有效識(shí)別作業(yè)人員安全穿戴;劃分電子防區(qū)，對(duì)非法闖入、滯留施工區(qū)域的人員進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)對(duì)作業(yè)過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)督。了解作業(yè)區(qū)域、部位狀況、工作任務(wù)和存在風(fēng)險(xiǎn);檢查作業(yè)許可相關(guān)手續(xù)齊全;檢查已制定的所有安全措施落實(shí)到位;核查作業(yè)人員資格和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的符合性;在作業(yè)過(guò)程中，根據(jù)要求實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督;及時(shí)糾正或制止違章行為，發(fā)現(xiàn)人員、工藝、設(shè)備或環(huán)境安全條件變化等異常情況及時(shí)要求停止作業(yè)并立即報(bào)告批準(zhǔn)人。

2.3 ? 在人員車輛管控中的應(yīng)用

（1）重點(diǎn)路口。在油區(qū)關(guān)鍵路口運(yùn)用射頻技術(shù)結(jié)合視頻可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車自動(dòng)檢測(cè)，客戶端根據(jù)設(shè)定的報(bào)警規(guī)則實(shí)時(shí)推送報(bào)警信息，如無(wú)車牌報(bào)警、無(wú)機(jī)動(dòng)車電子標(biāo)識(shí)報(bào)警等。提高油田生產(chǎn)區(qū)域安全防護(hù)等級(jí)，完善油田公路通行車輛的監(jiān)管手段，對(duì)過(guò)往車輛信息識(shí)別記錄，外部車輛主動(dòng)發(fā)出報(bào)警，實(shí)現(xiàn)油區(qū)車輛的有效管控，避免破壞油田安全生產(chǎn)的事件發(fā)生，保障油田生產(chǎn)安全，同時(shí)有效提高各類事件的可追溯性。

（3）重點(diǎn)站庫(kù)周界。在重點(diǎn)站庫(kù)沿站區(qū)圍墻布設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)周界監(jiān)控全覆蓋。根據(jù)需求設(shè)置穿越警戒面、區(qū)域入侵、離開(kāi)區(qū)域、區(qū)域徘徊等報(bào)警功能，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)站區(qū)周界分時(shí)段、分區(qū)域進(jìn)行布防、撤防，智能視頻周界系統(tǒng)主動(dòng)偵測(cè)區(qū)域內(nèi)異常事件，實(shí)現(xiàn)周界入侵事前防范，提高安防等級(jí)，降低人防強(qiáng)度。

3 ? ? ?結(jié)論及認(rèn)識(shí)

智能可視化系統(tǒng)隨著技術(shù)發(fā)展與自身自適應(yīng)學(xué)習(xí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，功能逐漸完善，將全面參與油田生產(chǎn)安全管理。例如，在油田生產(chǎn)的危險(xiǎn)場(chǎng)所，設(shè)置人員狀態(tài)告警;自動(dòng)巡檢在線設(shè)備狀態(tài)并生成工作日志;在特殊作業(yè)中，主動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的危險(xiǎn)源，如可燃?xì)怏w含量、H2S含量等。提高安全防護(hù)等級(jí)。運(yùn)用人臉識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人員準(zhǔn)入管理，人臉軌跡跟蹤。運(yùn)用GPS、射頻等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛準(zhǔn)入管理、車輛定位測(cè)速。在無(wú)人值守的機(jī)柜間布設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀況。完善作業(yè)管控，確認(rèn)施工人員身份，倒地報(bào)警，遠(yuǎn)程指導(dǎo)。完善生產(chǎn)復(fù)核，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備指令執(zhí)行情況復(fù)核，人員操作復(fù)核，報(bào)警復(fù)核。在油田生產(chǎn)領(lǐng)域，可以針對(duì)核心的應(yīng)用需求制定特定的解決方案，使用專用的產(chǎn)品提高性能，從而達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

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