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基于3G网络的油田井口视频监控系统
--3G视频监控
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基于3G网络的油田井口视频监控系统

一、    引言

随着3G网络在中国的快速发展,无线带宽满足视频实时传输,一种服务于油田监控的新技术展现在了眼前,那就是利用现代3G通信技术所开发的最新型的无线视频实时传输方式——无线视频终端和计算机及网络所组成的系统对油井井口进行实时监控,监控井口各种设备的作业。可以改善目前由大量人员到现场每日定时检查设备运行情况,只要工作人员在办公室就可以监控多个井口。由于油井数量多且分布范围由几十至几百平方公里,之前的方式比较浪费劳力物力,并且影响了设备监控实时性,甚至准确性。所以油场的信息化、实时化就显得极为突出。随着计算机技术、3G通信技术的发展,石油天然气行业生产监控系统也得到了很大发展。
本文讨论的系统基于下述观点,即目前的以计算机、TD/EVDO/WCDMA网络为基础的油田井口视频监测系统可大大提高油田生产效率,降低综合成本,实现油田生产、管理的快速化、信息化。

二、    系统概述:

1.        系统基本结构

如图1所示该系统由三部分组成:装在井口的Lenz 3G视频终端,中心服务器和客户端组成。3G视频终端通过红外摄像头监控井口的实时工作情况,视频信号经视频终端处理后,通过无线网络(TD/EVDO/WCDMA)和Internet 10M专网传给中心服务器的,经中心服务器的处理和存储,供客户端随时查询。

2.        终端设备

该方案终端设备包括红外摄像头和3G无线视频终端LZ8713S。
红外摄像头作为摄像部分,它的作用是把系统所监视的目标,即把被摄体的现场图像变成电信号,然后送入监控系统的传送分配部分进行传送。摄像部分的核心是摄像机,它是光电信号转换的主体设备,是整个监控系统的眼睛。
嵌入式LZ8713S无线视频终端是现代计算机技术、多媒体技术的结晶,是整个监控系统的核心。该主机具有全实时录像,云台镜头控制,全实时监视等功能。它主要是对摄像机采集的模拟图像进行数字化处理,然后记录在计算机或者内置的硬盘上。计算机上保存图像信号的主要好处是图像在保存过程和回放过程不会引起失真,清晰度高,保存时间长,不用频繁的更换存储设备。而且该主机使用方便,软件清晰明了,一般人只要稍加培训即可使用,并具有方便的联网功能,网络中的任意一台计算机只要被授权都可以观看。将视频信号、云台控制线、等等信号线接入我公司的LZ8713S无线视频终端,通过嵌入式系统的压缩、编码,直接发送到以太网上。
专为无线视频监控设计,采用高性能DSP实现音、视频压缩,图像编码符合H.264标准。适用于TD/EVDO/WCDMA 3G网络,网络覆盖率高。配合监控系统软件能够组建大规模、分布式移动监控平台,广泛应用于环境监测、森林防火等野外布线困难或需要移动的监控领域。
LZ8713S产品特点:
² 超低码率H.264编码算法
² 采用数据流加密技术,保证网络通信安全
² 独特的动态信道自适应技术,画面流畅
² 双向语音传输,平均延时可控制在3秒
² 通过移动视频网关实现码流分发,系统架构合理
² 配置多种PTZ协议(可扩展),支持工业标准的控制I/O
² 嵌入式结构设计,内置硬件狗,保证系统稳定可靠运行
² 远程实时监控,双向语音对讲,实时接收车辆报警信息
² 支持电脑浏览,手机浏览,监控中心电视墙浏览多种观看方式
² 内置GPS定位功能,实时监控车辆位置,对偏离路线、超速、异常停车等可疑行为立即报警
² 多角度音视频及GPS运动轨迹同步录像,低码率H.264编码,图像清晰流畅,节约存储空间
² 车载9-32V宽电源设计,满足任何车辆直接供电
² 独创的SD卡录像存储专用存储结构,容错性强,异常断电时数据不会损坏或丢失
² 支持远程无线下载录像片段,支持多路同步播放、运动轨迹同步播放
² 用鼠标、遥控器或键盘均可操作,使用方便灵活
² 预留模拟、数字输入接口,外接车辆行驶仪、传感器等,记录车辆运行状态
² 支持无线待机功能,可通过报警、短信、定时等方式触发设备上下线,节约无线网络资费
² 3G多种无线网络可选
² 定时开关机功能,防止人为忘记关机,保护车载电瓶
² 三级减震结构设计,提高系统可靠性
² 系统支持在线远程升级,使用维护方便
² 嵌入式系统设计,内置硬件看门狗,可7*24小时连续运行

3.        中心服务器

主要的部分有通信服务器、视频服务器、数据库服务器和应用服务器。中心服务器的操作系统为window2003,同时要求服务器必须有的IIS6.0、MS SQLserver 2005、NetFramework1.1和Mapx4.0。然后在通信服务器上装管理服务器和终端服务器软件;应用服务器上安装网站和WEB服务软件,数据库服务器要安装数据服务器和数据库脚本;视频服务器由音视频压缩解码软件、输入输出通道、网络接口、系统软件管理等构成。
3.1通信服务器
通信服务器主要负责通过设定的通信规约和接口与3G视频终端设备进行通信,获取现场设备所录的视频并将视频资料存到视频服务器,或中心或客户端通过它向现场设备发送数据和指令。通信服务器软件应具备以下基本功能:
1) 对终端设备进行时间同步;
2) 将处理过的数据存入实时数据库;将收到视频实时上传到视频服务器上,经视频服务器处理;
3) 通道质量监视:对通道的速率、误码率等指标进行监测,并随时做出统计结果
4)接受应用服务器发出的指令。
3.2 数据库服务器
数据库服务器为应用服务器提供服务,这些服务是查询、更新、事务管理、索引、高速缓存、查询优化、安全及多用户存取控制等。
C/S模型中,数据库服务器软件(后端)主要用于处理数据查询或数据操纵的请求。与用户交互的应用部分(前端)在用户的工作站上运行。它们的连接软件是:
²  数据库服务器应用编程接口API,
²  通信连接软件和网络传输协议TCP/IP。
²  公用的数据存取语言──SQL 2005
3.3视频服务器
视频服务器主要是提供音视频解压功能,完成图象数据的差值和复原等。管理服务器软件安装完成后,配置录像资料的存储路径,用户可根据需要使用管理服务器端的管理器软件修改配置,系统支持录像资料的网络分布式存储,为大容量、多分布点的存储提供了可能。通常一路提供每秒2 0帧可选的CIF格式图像,24小时录像占用空间在500M。
3.4应用服务器
应用服务器负责接收用户终端的请求,通过访问实时数据库向用户返回所需的数据,在必要时向通讯服务器发出指令。油井应用服务器软件应至少提供以下基本功能:
① 系统应能对用户采用基于组的权限控制方式,对终端采用基于区域的控制方式;
② 系统向用户提供以下权限:系统管理、终端管理、控制、浏览,能控制每个用户对每个终端的访问权限;
③ 系统管理员负责注册(修改)新用户,并为用户分配权限;负责维护系统级参数;
④ 一般授权用户可以添加(修改)其管辖范围内的终端的配置参数。

4.        客户端

该方案的视频监控平台采用C/S结构,无线终端的视频数据实时上传给中心服务器端,客户端访问中心服务器,实现视频查询,同时可以通过中心服务器对终端设备下发命令和数据。客户端的硬件要求不需很高,一般PC机就满足,方面于油田各部门人员安装使用。软件上只需在PC机或特定的计算机上安装NetFramework1.1、Mapx4.0和客户端软件包。友好的客户端界面,易于操作。
客户通过客户端可以注册分组和用户和终端设备,便于各级用户的权限管理和各油井区分管理,设备正常运行就能与中心服务器正常通信,在客户端就可以看到设备上线,可查看视频和其他相关信息。
4.1 客户端界面
安装成功后显示图标如图2,双击图标后打开用户登录窗口如图2
          单击设置,打开服务器参数配置,修改中心服务器的IP地址,port默认:5771,如图4确定后返回用户登入窗口。
       填上相应的用户名和密码,第一次安装,默认的管理员帐号为admin,密码1111,然后登入客户端平台界面如图5。
                                  4.2客户端平台菜单
       4.2.1系统
配置客户端的一些自定义信息。在这里你可以配置第一,第二地图(默认显示第一地图,可以在菜单,窗口管理进行切换),预置短消息,选择报警的声音文件,配置需要搜索的地图图层,选择报警时的处理方式和显示方式,配置终端设备各状态下的颜色,配置程序的名称等                   
 图6 系统配置菜单
用户管理:修改任何一个的密码(操作员才有此权限)
图7    修改用户密码
 
   4.2.2修改本操作员密码
 
4.2.3文件菜单,选择“打开视频”则视频窗口会从地图切换为视频
4.2.4窗口菜单,前面打钩项就表示平台界面讲显示改窗口,否则就改窗口就隐藏
 
4.2.5注册分组
选择菜单栏的“注册分组”,打开对话框,选择分组所在的上一级分组,填上分组名称,分组级别,联系人及联系电话,保存。如图11,
注册车辆就是注册终端设备,只有执行了这一步,中心服务器才能识别访问中心的具体为某台终端,才能开始通信。该C/S系统是以车载手机号识别终端,故这里所填入的车载手机号必须与配置里的电话号码一致。
4.3客户端平台窗口
4.3.1 平台共有3个窗口:车载资源管理器、视频窗口和日志窗口,窗口显示或隐藏可通过窗口菜单选择。
1)  车载资源管理器显示是当前操作员权限可看到的终端设备。
2)视频窗口,双击某一路,当路显示会在全窗口显示和1/4窗口显示切换。要看某台设备的视频时只要将车载资源管理器上某台设备图标直接拖到某路就可以看设备上该路的视频。
                          其中视频画面上显示当前日期、时间及目前传输视频流的帧数,位数等,
3日志窗口:日志栏可看到客户端启动的时间,车辆栏看到曾成功登入的设备,灰色的表示当前设备没登中心,青绿色的表示设备登上中心。
5.1实时监控
²  图像清晰、实时性好,根据网络情况,传输速率最高25帧/秒。
²  可对每路视频通道的地点名称设置。
²  查询方便,使操作人员可以通过地点组名称选择监控。
²  可以对各通道视频信号进24小时不间断录像。
²  监控终端都具有定时轮巡切换功能。
²  抓拍功能,获取某个瞬间的画面图像,以JPEG格式保存。
5.2加密控制功能
²  视频服务器和远程监控机的控制延时不超过5秒。
²  确保基于TCP/IP传输的可靠性,丢包率不大于1%。
²  客户端可远程控制云台动作、摄像机焦距和继电开关。
²  用户分控制优先级,同时提供低权限用户协商控制机制。
5.3录像检索功能
²  系统具有完善的录像服务:人工录像、计划录像和报警录像,可存储、检索、备份;
²  系统提供了智能化快速检索回放录像资料的功能,可按时间、地点、摄像机、报警事件等要素进行检索,大大降低了检索时间和复杂程度,使用户可以迅速地查找到需要的录像资料。回放有逐帧、慢放、常速、快速及放大/缩小等多种方式,并可以将任意一副回放图像存放成JPEG格式的图像。
5.4管理功能
²  用户管理:提供了用户帐号的开户、修改、删除、密码修改等维护操作;对于每个用户总公司管理员可以指定他有权进行操作(包括浏览/控制/管理)的监控点集合。用户只需要登陆服务器即可以对给予他授权的相应设备进行操作。
²  设备管理:提供了对监控工作站及其下属通道监控点的添加、删除、修改等维护操作;对监控工作站按区域进行层次化树状管理;当监控工作站启动和服务器连接成功后,服务器将自动获取监控工作站及其下属通道的连接信息,存储在动态数据库中,用户登陆后可以浏览到被授权的在线监控点。
²  权限管理:站点画面选择和切换由公路公司监控中心值班员统一调控,相关用户通过局域网共享视频图像资源,有特殊要求可通知值班员操作实现。

三、    结论

使用现代通信和计算机技术对抽油机进行远程监控对于及时、准确、全面地掌握石油设备运行情况,进行科学决策有着十分重要的意义,主要有以下几点:
(1) 可降低工人劳动强度,提高生产率
传统的方法,工作量大而繁重,费用高,特别在环境恶劣的油井,若设备运行不正常,无法获取实时信息,严重影响生产,采用实时视频上传,人只需室内进行,大大降低工人的劳动强度,同时可减少冗余人员,利于降本增效。
(2) 便于及时掌握生产情况,利于科学管理
传统的到现场监控方法,通常难以及时、准确、全面直观、高效、连续地反映设备运行状况。实现油井的远程实时视频监控,管理人员在办公室或各个测点上就可以直观地看到所有抽油机的工作情况。随着无线通讯网的发展,各级管理部门可随时掌握一线的生产情况,真正做到运筹帷幄之中,决胜千里之外。
(3) 便于及时发现问题,提高工作效率
实现抽油机的实时远程监控,可以及时发现油井井口作业是否正常等情况,从而有效地防止设备损坏,减少停机时间。抽油机运行过程中,油井的机电设备难免会出现一些不正常情况,有些情况如能及时发现并处理,就可以减少或避免油井故障,减少经济损失。
 
因为某些原因,方案中图片无法正常显示,需要完整方案的朋友,请与我们联系。。。
 

 

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公司名称: 厦门蓝斯通信股份有限公司
联 系 人: 庄跃峰
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