作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化監(jiān)督的意見和建議探討

姜楠

（大慶油田信息技術(shù)公司規(guī)劃設(shè)計(jì)中心，黑龍江 大慶 163453）

隨著科技的不斷進(jìn)步和信息時(shí)代的逐步興起，數(shù)字技術(shù)在許多行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。在當(dāng)今的石油工業(yè)中，如何在低油價(jià)條件下獲得長(zhǎng)期利潤(rùn)，以及如何通過從根本上提高工作效率和質(zhì)量來消除人為因素的影響，已成為相關(guān)領(lǐng)域需要研究的一項(xiàng)重要課題?？傮w而言，實(shí)現(xiàn)數(shù)字油田已成為石油工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 油田推行數(shù)字化監(jiān)督平臺(tái)的意義

油田內(nèi)部工作組組成復(fù)雜，人員技術(shù)水平和專業(yè)技能參差不齊，井下作業(yè)范圍廣，工藝復(fù)雜，施工過程中隨時(shí)可能發(fā)生事故，生產(chǎn)和施工風(fēng)險(xiǎn)高。此外，由于工人盜竊、非法開采和地下工具質(zhì)量問題等因素，施工質(zhì)量較差，甚至造成了影響石油生產(chǎn)的安全和環(huán)境問題。為了解決工作建設(shè)中的問題，工作場(chǎng)所觀察是必要的。然而，由于甲方控制人員相對(duì)油井?dāng)?shù)量的配置不足，隨著油田人員結(jié)構(gòu)老化和效率提高，預(yù)計(jì)差距將進(jìn)一步擴(kuò)大，因此，實(shí)施數(shù)字化監(jiān)管至關(guān)重要。

2 油田數(shù)字化監(jiān)督平臺(tái)

2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)（智能化、數(shù)據(jù)量大、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化）

和傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)、模擬數(shù)字化監(jiān)管等系統(tǒng)相比，油田數(shù)字化監(jiān)管系統(tǒng)具備以下特征：（1）高度智能。作業(yè)場(chǎng)數(shù)字化監(jiān)管系統(tǒng)通過智能設(shè)備和超強(qiáng)的電腦圖像處理能力，可實(shí)施人臉識(shí)別、目標(biāo)行為分類和異常監(jiān)測(cè)、潛在風(fēng)險(xiǎn)變化的警示等對(duì)傳統(tǒng)被動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)境變化的主動(dòng)管理，具有較強(qiáng)的靈活性和智能性。（2）由于視頻數(shù)據(jù)大、高密度、多方位的監(jiān)視技術(shù)，以及高分辨率的監(jiān)視圖像形成了巨大的視頻數(shù)量，大規(guī)模的視頻對(duì)傳輸、保存和管理都提供了更高的需求。（3）數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。作業(yè)場(chǎng)所的可視化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為核心，集合了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、告警系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)等于一身，以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)視范圍的全面涵蓋和信息的無失真?zhèn)魉?。高度整合的系統(tǒng)，能夠用最快、最直觀的手段向客戶提供有用的數(shù)據(jù)和警報(bào)。

2.2 油田數(shù)字化監(jiān)督平臺(tái)采用的技術(shù)

（1）行為分析技術(shù)。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化監(jiān)督系統(tǒng)分為兩個(gè)階段：行為描述和行為建模。行為描述方法分為個(gè)人行為、群體行為和現(xiàn)場(chǎng)行為，這三種情況下是可以分離的。當(dāng)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)記錄的所有活動(dòng)后，它能夠快速地把數(shù)據(jù)與模擬進(jìn)行比較，以便做出正確的判定。而行為識(shí)別方法則可以快速發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確地鑒定視頻記錄的全部或部分活動(dòng)及事件，從而可以大大減少監(jiān)控管理人員的工作壓力。

（2）人臉識(shí)別技術(shù)。工作場(chǎng)所的數(shù)字化監(jiān)測(cè)主要是指利用攝像頭等其他設(shè)備獲取人臉影像，進(jìn)而將其上傳到服務(wù)器進(jìn)行對(duì)比，并在監(jiān)控屏幕上立即顯示對(duì)比結(jié)果。從而識(shí)別目標(biāo)。它可以在毫無目標(biāo)的意識(shí)和直接接觸的狀況下完成目標(biāo)辨認(rèn)。由于檢測(cè)精度高，且不易他人篡改，所以數(shù)字監(jiān)控人臉影像信息比較容易掌握。

（3）圖像處理技術(shù)。數(shù)字油田有一定的優(yōu)勢(shì)。在特定狀態(tài)下，在油田，攝像機(jī)和其他檢測(cè)方法得到的圖像清晰度降低，畫面模糊不清。要克服上述問題，帶來更加精確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，就必須通過圖像處理方法改善圖像監(jiān)測(cè)，同時(shí)采用降低信噪比、波形矯正、顏色修正等的智能算法改善檢測(cè)準(zhǔn)確度。

（4）智能分析預(yù)警技術(shù)。在智能分析和預(yù)警技術(shù)中包括異常的監(jiān)測(cè)技術(shù)、過濾方法等。通過在圖像序列與事件描述間建立映射，該技術(shù)可以計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)大規(guī)模圖像畫面的異常情況，過濾不關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，自動(dòng)分類并獲取畫面上的重要數(shù)據(jù)，從而通過技術(shù)做出預(yù)警，并通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)和警示可能出現(xiàn)的情況。

2.3 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

工作場(chǎng)所數(shù)字化監(jiān)督管理系統(tǒng)應(yīng)用最新的電腦可視化管理技術(shù)以及圖像識(shí)別等智能化信息技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：工作效率較高。作業(yè)場(chǎng)所的可視化監(jiān)控管理系統(tǒng)，可利用智慧影像系統(tǒng)或智慧影像數(shù)據(jù)服務(wù)器等硬件，和通過人臉識(shí)別和目標(biāo)追蹤等智能算法，對(duì)各區(qū)域的監(jiān)視圖像進(jìn)行了24 小時(shí)監(jiān)測(cè)與分析。同時(shí)，系統(tǒng)還能夠按照自身的需求發(fā)現(xiàn)“跨越邊界”“延長(zhǎng)停留時(shí)間”和“違反工作規(guī)則”等警報(bào)狀態(tài)，并將它們和系統(tǒng)所采用的圖像識(shí)別和行為分析方面的先進(jìn)智能算法加以對(duì)比。如果出現(xiàn)了可疑狀態(tài)或潛在的威脅情況，警報(bào)系統(tǒng)就能夠及時(shí)啟動(dòng)，或者能夠在系統(tǒng)各個(gè)層級(jí)檢測(cè)威脅行為，以及在系統(tǒng)各個(gè)層級(jí)建立相應(yīng)的措施。這就給了觀察家充分的時(shí)間來處置威脅的狀態(tài)。全方位覆蓋。由于執(zhí)勤警衛(wèi)進(jìn)行的巡檢工作必然會(huì)有一定遺漏，因此作業(yè)場(chǎng)所的數(shù)字化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就可以針對(duì)作業(yè)點(diǎn)、水井、油井等高密度全方位的配置監(jiān)控設(shè)備，從而能夠全面實(shí)現(xiàn)監(jiān)控范圍，使監(jiān)控工作沒有了盲區(qū)，具備更強(qiáng)的準(zhǔn)確性。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)擁有超強(qiáng)的圖像處理能力，有效避免了錯(cuò)誤消息和消息，從而大大減少了無用視頻數(shù)量，并顯著提升了報(bào)警準(zhǔn)確度。同時(shí)，如果系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到了可疑情形或警報(bào)，系統(tǒng)就可以自動(dòng)保存當(dāng)時(shí)的情況信息，值班警衛(wèi)也能夠在需要時(shí)迅速請(qǐng)求已存儲(chǔ)的監(jiān)控信息，進(jìn)而顯著提升了查詢效率。

3 油田數(shù)字化監(jiān)督平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 前端子系統(tǒng)

前端子系統(tǒng)的主要作用是采集數(shù)據(jù)，一般由攝像機(jī)、火災(zāi)、泄漏氣體、防盜等報(bào)警裝置、解碼器、支持等裝置構(gòu)成。這些相機(jī)均具備智能圖像識(shí)別功能，檢測(cè)目標(biāo)，識(shí)別目標(biāo)動(dòng)作，檢測(cè)行為和可疑對(duì)象。同時(shí)，系統(tǒng)還能夠通過行為分析和智能算法，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位、過濾、追蹤和標(biāo)記，從而對(duì)滿足警告規(guī)則的目標(biāo)提出警告。警報(bào)系統(tǒng)可以分為滅火管理系統(tǒng)、出入管理系統(tǒng)和環(huán)境控制系統(tǒng)。環(huán)境系統(tǒng)還可以來監(jiān)測(cè)氣溫、相對(duì)濕度等，并將數(shù)據(jù)到監(jiān)測(cè)中心。由監(jiān)控中心自動(dòng)分析數(shù)據(jù)。一旦出現(xiàn)情況異常，應(yīng)該馬上啟動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)和相應(yīng)的急救措施。但根據(jù)情況或報(bào)警設(shè)備的等級(jí)，可能還有噪音和燈光、圖像、顯示圖標(biāo)的現(xiàn)象等。但對(duì)于更低級(jí)別的警報(bào)，系統(tǒng)卻可以根據(jù)計(jì)劃自行處理它們；對(duì)于更高級(jí)別的警報(bào)，可以使用郵件或短信告知油田監(jiān)督員等管理人員。

3.2 傳輸子系統(tǒng)

由前端系統(tǒng)所捕獲的信息將被數(shù)字化，視頻經(jīng)壓縮編碼后由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送給中央監(jiān)控中心服務(wù)器。同時(shí)，監(jiān)控中心系統(tǒng)還能夠利用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)把監(jiān)控信息和控制器警告等信息傳送到前端控制系統(tǒng)上。

3.3 監(jiān)控中心子系統(tǒng)

監(jiān)控中心是作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的中樞，通過傳輸子系統(tǒng)可以將各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳送的視頻畫面信息存放到數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)上。監(jiān)視器可以登錄、寫入、查詢、監(jiān)控、備份任何的攝像頭和使用管理服務(wù)器進(jìn)行的工作。另外，管理服務(wù)器還管理、保存和響應(yīng)，對(duì)所有監(jiān)控站實(shí)施預(yù)警?？刂平K端通過使用命令可以按照要求接收監(jiān)測(cè)點(diǎn)反饋的視頻信息，同時(shí)控制器還能夠使用命令端口直接進(jìn)入系統(tǒng)中，以管理和分配對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)控信息。

4 數(shù)字化監(jiān)督平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)和完善方向

（1）可能出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)的人員和設(shè)備的綜合信息，包括年齡、身體狀況、油井管理證書、操作證書以及設(shè)備的壓力等級(jí)和檢查日期。防止過度使用無工作許可證的人員、無人值守、不必要的使用和其他安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）為了解決由于缺乏監(jiān)管機(jī)構(gòu)而導(dǎo)致的缺乏監(jiān)管的問題，數(shù)字監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)能夠隨時(shí)監(jiān)控建筑工人的每一項(xiàng)操作，并準(zhǔn)確檢查和記錄操作人員有無違規(guī)和工程設(shè)備是否滿足標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并及時(shí)要求改進(jìn)和檢測(cè)。

（3）正確合理的判斷是否有損害工程作業(yè)效率、安全性和環(huán)境的原因，如人員盜竊、地下施工、地下工具質(zhì)量問題等。有必要建設(shè)一套涵蓋各種標(biāo)準(zhǔn)鏈路設(shè)計(jì)和地下施工規(guī)范運(yùn)行數(shù)據(jù)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。工具標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

（4）為了解決現(xiàn)場(chǎng)檢查不足導(dǎo)致的鉆孔工具質(zhì)量問題，數(shù)字監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)具有檢測(cè)鉆孔工具尺寸差異和強(qiáng)度差異等質(zhì)量問題的功能，從而替代傳統(tǒng)的人工操作，提升管理效率。

（5）采用現(xiàn)場(chǎng)流程控制器和工時(shí)控制器處理井眼管柱，檢查結(jié)果在現(xiàn)場(chǎng)流程中自動(dòng)記錄。工作結(jié)束后，監(jiān)視器接地，數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送到遠(yuǎn)程終端數(shù)據(jù)庫。為了監(jiān)控施工作業(yè)的整個(gè)過程，需要監(jiān)測(cè)油井的位置和地址、施工時(shí)間、高低點(diǎn)數(shù)量、高低點(diǎn)深度、壓力、溫度、施工期間井底位置、振動(dòng)等數(shù)據(jù)。并形成曲線，以形成可追蹤的施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。取代傳統(tǒng)的手動(dòng)監(jiān)控儀器采用全自動(dòng)操作模式，儀器和軟件可根據(jù)設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)操作模式，自動(dòng)加載記錄，工作完成后自動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，無須人工干預(yù)。

（6）可以確定停止使用的地下工具的狀態(tài)，確定操作和施工的原因，消除施工中的假冒和規(guī)避責(zé)任，減少監(jiān)督機(jī)構(gòu)的工作量。

（7）可根據(jù)生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)際需要，考慮安裝配有大型LED 燈的紅外攝像機(jī)，以安裝適當(dāng)?shù)臄?shù)字化監(jiān)督點(diǎn)。還可以調(diào)整自循環(huán)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施的全面監(jiān)控。

（8）為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性，我們需要根據(jù)油田的實(shí)際情況充分利用外部通信網(wǎng)絡(luò)，這種無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式解決了油田遠(yuǎn)程通信和大跨度的問題。

（9）因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境和施工人員的全天候暴露，數(shù)字ECU 還需要進(jìn)行更嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)條件檢查和天氣變化檢測(cè)。因此，大慶油田冬天的最低氣溫可至-30℃。由于所選的數(shù)字監(jiān)控設(shè)備必須具有高實(shí)用性、耐久性、可靠性、準(zhǔn)確性和易于維護(hù)的特點(diǎn)，因此對(duì)設(shè)備在寒冷條件下的運(yùn)行條件提出了更高的要求。

5 作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化監(jiān)督平臺(tái)應(yīng)用建議

5.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)無人值守

鉆井現(xiàn)場(chǎng)、管道和工廠等主要工業(yè)地點(diǎn)的工業(yè)生產(chǎn)裝置安裝現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置和傳感器裝備，利用工廠的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和工業(yè)生產(chǎn)裝置的工作狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)異常和工業(yè)生產(chǎn)裝置事故作出預(yù)警，同時(shí)提出應(yīng)對(duì)方案，并提供無人機(jī)支持。主要油氣井工業(yè)地點(diǎn)的圖像由相機(jī)進(jìn)行拍攝，單個(gè)石井采用一定角度的聚焦鏡頭監(jiān)測(cè)。采用不同的檢測(cè)手段、具體觀測(cè)結(jié)果等?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、鉆井現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視和影像收集，自動(dòng)檢測(cè)入水井的移動(dòng)對(duì)象，分類并比較可疑對(duì)象，并在確定后及時(shí)提出預(yù)警。

5.2 數(shù)字集氣站建設(shè)

在控制室、氣體收集站、發(fā)電廠，以及其他重要地點(diǎn)上配備了全景攝像頭、防盜探測(cè)器以及其他裝置。沒有死角，可以監(jiān)視在這些重要地方和設(shè)施上的人員，并分析和發(fā)現(xiàn)異常動(dòng)作，并對(duì)其進(jìn)行錄像與資料存儲(chǔ)。

5.3 設(shè)置遠(yuǎn)程門禁監(jiān)控

監(jiān)控中心通過人臉識(shí)別技術(shù)、可視對(duì)講機(jī)等技術(shù)手段遠(yuǎn)距離控制門禁開關(guān)，并自動(dòng)記錄所有出入人的信息，在門前配置了監(jiān)測(cè)裝置和報(bào)警設(shè)備，對(duì)違規(guī)進(jìn)入的人員進(jìn)行了自動(dòng)捕捉、信息存儲(chǔ)、及時(shí)報(bào)告，并遠(yuǎn)程控制閘門。

5.4 做好遠(yuǎn)程車輛識(shí)別

在重要生產(chǎn)線和石油園區(qū)等路段以及重點(diǎn)道口上設(shè)置了電子路況地圖，全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)過路機(jī)動(dòng)車，辨識(shí)過路機(jī)動(dòng)車并將辨識(shí)信息載入數(shù)據(jù)庫。通過電子服務(wù)實(shí)時(shí)獲取機(jī)動(dòng)車信息，并對(duì)“長(zhǎng)期停留”“違反出入規(guī)則”“車輛逆行”等情形進(jìn)行了提醒。

6 結(jié)語

綜上所述，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化監(jiān)測(cè)對(duì)于提高油田的生產(chǎn)安全水平和企業(yè)管控能力具有重要意義。本文深入研究了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化監(jiān)視技術(shù)的特點(diǎn)、技術(shù)、功能和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而針對(duì)油田建設(shè)的現(xiàn)實(shí)情況，設(shè)計(jì)了數(shù)字化監(jiān)督系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方法，分析了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在油田中的廣泛應(yīng)用情況。對(duì)此，為進(jìn)一步加速數(shù)字油田的建設(shè)進(jìn)度，未來將著重關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)錄像數(shù)據(jù)與視頻分析技術(shù)的準(zhǔn)確性與可靠性，確保油田作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化發(fā)展。