基于分布式云的智能視頻分析系統(tǒng)在油田的應(yīng)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(fā)展”和數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展的進程加快，實現(xiàn)油田智能化發(fā)展，提升油氣田智能化管理水平，成為各石油企業(yè)的發(fā)展重點。對于油氣田而言，油氣區(qū)作業(yè)現(xiàn)場情況復(fù)雜多樣，作業(yè)現(xiàn)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(tǒng)可以完成對現(xiàn)場實時視頻圖像數(shù)據(jù)的分析與處理，從而實現(xiàn)快速響應(yīng)與應(yīng)對，提升作業(yè)安全水平、現(xiàn)場安全合規(guī)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(tǒng)視頻監(jiān)控場景中存在的信息孤島問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共建共享，進一步降低建設(shè)與運行成本，提升油田智能化水平。

1 智能視頻分析系統(tǒng)

1.1 智能視頻分析的優(yōu)勢

視頻監(jiān)控系統(tǒng)所收集的視頻數(shù)據(jù)屬于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，分析視頻數(shù)據(jù)需要得到智能分析的支持［1］。智能視頻分析最大的優(yōu)勢是降低人工成本，通過部署智能視頻分析系統(tǒng)，不僅可以大大減少視頻監(jiān)控管理人員的投入，而且可以有效預(yù)防事故事件的發(fā)生，變被動處理為主動預(yù)防。

1.2 智能視頻部署方式

智能視頻可以分為在邊緣節(jié)點和中心服務(wù)端部署兩種方式：邊緣節(jié)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(xiàn)智能分析?；谥行姆?wù)端的智能視頻分析是指將智能算法軟件安裝在服務(wù)器中，前端普通攝像機的視頻傳入服務(wù)器，服務(wù)器對視頻流進行圖像分析和處理。兩種實現(xiàn)方式各有優(yōu)缺點，在實際應(yīng)用中，業(yè)界趨向于根據(jù)應(yīng)用環(huán)境與業(yè)務(wù)場景，結(jié)合兩種實現(xiàn)方式來完成智能視頻的部署應(yīng)用。

1.3 智能視頻分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

一種常見的智能視頻分析系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)接入層、基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺架構(gòu)層、分析服務(wù)層4 部分組成［2］，如圖1 所示。

圖1 視頻智能分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

針對上述智能視頻分析系統(tǒng)，其中各部分所承擔(dān)的功能如下：數(shù)據(jù)接入層主要負責(zé)視頻數(shù)據(jù)的緩沖與存儲以及源數(shù)據(jù)的采集；基礎(chǔ)設(shè)施層由存儲資源和計算資源組成，負責(zé)服務(wù)建立；平臺構(gòu)架層可細分為結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化處理平臺，前者負責(zé)數(shù)據(jù)主題庫存儲，后者負責(zé)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)識別，只有二者實現(xiàn)高質(zhì)量合作，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值的充分挖掘；分析服務(wù)層主要提供服務(wù)層引擎和分析工具。

2 智能視頻分析系統(tǒng)在智能化油田中的應(yīng)用

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

應(yīng)用智能視頻分析系統(tǒng)，可以實現(xiàn)重點油氣井等生產(chǎn)現(xiàn)場的實時監(jiān)控分析，大幅提高油氣生產(chǎn)的安全性和應(yīng)急能力，進一步提升油田智能化水平。

結(jié)合油氣田生產(chǎn)工作實際，智能視頻分析系統(tǒng)主要可應(yīng)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(nèi)部的智能門禁系統(tǒng)（視頻交互系統(tǒng)和語音通信系統(tǒng)），遠程控制自動啟停、智能識別、遠程告警語音等。

數(shù)字化集氣站、井場：現(xiàn)場實時生產(chǎn)和控制數(shù)據(jù)的采樣分析，從而實現(xiàn)氣站和井場監(jiān)控數(shù)據(jù)的遠距離控制和傳輸。

遠程智能監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場：通過遠程監(jiān)控現(xiàn)場的實際狀況，從而及時做出正確決策部署，結(jié)合遠程控制系統(tǒng)，做出正確及時的反應(yīng)。

在生產(chǎn)區(qū)域、油區(qū)道路等關(guān)鍵路口車輛、人員監(jiān)控識別：在主要油區(qū)道路路口設(shè)置路卡，在井場周圍設(shè)置完善的監(jiān)控系統(tǒng)，追溯進入油區(qū)和生產(chǎn)區(qū)域的車輛和人員的監(jiān)控和行程。

在油田中使用智能視頻分析系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)生產(chǎn)操作的自動化和信息化，又可以提高油氣生產(chǎn)的管理水平，提高生產(chǎn)決策的及時性和準(zhǔn)確性。因此，智能視頻分析系統(tǒng)在數(shù)字油田中的應(yīng)用對提升油田生產(chǎn)的安全性、可靠性以及減輕監(jiān)控人員的工作負擔(dān)等方面具有重要的現(xiàn)實意義［3］。

3 基于分布式云的視頻智能分析系統(tǒng)

近年來，為擴展研究和應(yīng)用范圍，長慶油田依托云服務(wù)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(tǒng)，下文將簡要介紹云服務(wù)的概念和基于華為CloudIVS 3800 視頻云平臺。

3.1 云服務(wù)的概念及應(yīng)用

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

圖2 云服務(wù)金字塔模型

長慶油田以“十四五”開局為契機，將逐步實現(xiàn)全油田由數(shù)字化向智能化建設(shè)轉(zhuǎn)型?！笆濉逼陂g，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(jiān)控、站控等采集基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)，提供網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲服務(wù)，對應(yīng)實現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）。隨著云中心的建設(shè)完成，各廠原來建設(shè)的分散的服務(wù)器、管理平臺、門戶網(wǎng)站等逐步遷移至云中心，由中心統(tǒng)一提供管理服務(wù)平臺對應(yīng)實現(xiàn)了平臺即服務(wù)（PaaS）。依托云平臺長慶油田開發(fā)了協(xié)同辦公、財務(wù)共享等服務(wù)軟件，為日常生產(chǎn)辦公提供了極大便利，初步實現(xiàn)了軟件即服務(wù)（SaaS）。隨著長慶油田后續(xù)由智能化進一步向智慧化油田轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)更高層級的商務(wù)智能（Business Intelligence，BI）是云計算中心及長慶智能化油田發(fā)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(gòu)建了一個與裸機進程性能規(guī)格相當(dāng)?shù)脑葡到y(tǒng)。

IVS 3800 采用ARM 平臺，芯片自主可控，確保系統(tǒng)安全?；谌萜髟破脚_，利用深度優(yōu)化后的高性能分布式計算、存儲框架，為用戶提供高密動態(tài)彈性的共享資源池，跨平臺支持多級視頻管理聯(lián)網(wǎng)和智能跨域協(xié)同的能力，統(tǒng)一管理運維，全網(wǎng)一片云。智能視覺平臺采用全云架構(gòu)，實現(xiàn)軟件與硬件、數(shù)據(jù)與應(yīng)用的全面解耦，運用云計算、云存儲、大數(shù)據(jù)等核心技術(shù)，構(gòu)建全棧云化、全境智能、全云協(xié)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(shù)據(jù)（主要包括現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)、門禁、邊界入侵、人臉識別等數(shù)據(jù)）的采集分析平臺，結(jié)合長慶油田現(xiàn)場的實際應(yīng)用場景構(gòu)建適合油氣田現(xiàn)場應(yīng)用的分布式云的視頻智能分析系統(tǒng)。

4 結(jié)語

分布式視頻云平臺和視頻智能分析系統(tǒng)可以助力油氣田作業(yè)現(xiàn)場安全合規(guī)管控水平的提升，提高油氣田現(xiàn)場危險因素識別和風(fēng)險管控能力。在油氣田作業(yè)現(xiàn)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(xù)檢測作業(yè)過程中現(xiàn)場和人員是否按照安全合規(guī)管理要求作業(yè)，對發(fā)現(xiàn)違章作業(yè)行為及時記錄并發(fā)出警示，該記錄還可用于對員工和承包商考核管理。

在應(yīng)用過程中，深入發(fā)掘新的油氣田應(yīng)用場景和形態(tài)，進一步豐富視頻圖像數(shù)據(jù)在生產(chǎn)建設(shè)中發(fā)揮的能力，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，可以為智能化油田建設(shè)貢獻力量。