高清数字视频监控系统在钻井现场的研究与应用

引言

目前，在钻井现场以及其他油气田勘探生产领域，模拟视频监控系统仍然是主要的监控手段，模拟监控系统有其天生的技术瓶颈，在油田数字化大背景下，已不能满足油气田安全勘探生产的需求。而高清数字监控系统在钻井现场有其不可替代的优势：

便于计算机处理。由于对视频图像进行了数字化，所以可以充分利用计算机的快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显示，更有利于数字井场的数据共享；

适合远距离传输。数字信息抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的影响，特别是在环境恶劣情况下(如钻井现场等)传输，可以在数千千米之外实时监控现场；

便于存储查找。数字视频监控系统中，利用计算机建立的索引，在几分钟内就能找到相应的现场记录；

提高了图像的质量与监控效率。利用计算机可以对不清晰的图像进行去噪、锐化等处理，通过调整图像大小，借助显示器的高分辨率，可以观看到清晰的高质量图像；

系统易于管理和维护。数字视频监控系统主要由电子设备组成，集成度高，视频传输可利用有线或无线信道。这样,整个系统是模块化结构，体积小、易于安装、使用和维护方便叫

1系统架构

利用现有的高清数字视频采集技术及通信营运商网络,构建远程无线网络视频监控管理系统，并能无缝地兼容任意营运商的网络。它把网络数字摄像机图像通过智能无线通讯终端发射到3G网络，实现视频数据的交互、发送/接收、加密、解码、链路的远程控制维护等功能。根据应用，把实时动态图像传到距离用户最近的3G网络，通过Internet宽带网络实现从系统终控端得到现场实时视频监控图像信息的功能。该系统整合了3G网络和Internet网络的优势，无论您身在何处、任何时间，只要得到授权都可以迅速接入系统，随时随地的进行远程监控管理钻井现场高清视频系统。本系统的架构拓扑图如图1所示。

系统按IEEE802.3设计，采用分布式结构，由中心服务器和钻井现场前端设备组成[2]o系统可以应需求任意添加新的前端设备。中心服务器即监控中心设备，包括工业级网络视频管理服务器/NVR、监控工作站、客户端软件等。前端设备(即前端监控点设备)包括防爆高清数字摄像机、防爆云台、3G无线传输设备等。

2系统前端硬件结构

前端摄像机进行了防爆封装，在各种野外恶劣气候条件下能长时间正常工作，满足钻井现场、集气场站等有特殊安全生产环境要求的场所。系统画面清晰，像素达130万，人机界面操作简便，前端设备画面延时短，数字信号利于高清视频画面的存储及网络远程传输，前后端都能控制云台转动、镜头变焦、录像、回放、抓图、多画面切换等操作，能完全替代模拟视频系统。本系统前端性能稳定、结构简单，安装、维护工作少。

系统前端硬件架构如图2所示，其中①号区域为钻井司控房；②号区域为钻井现场各监控点(各监控点到司控房距离从30~100m不等，根据每个钻井现场实际情况而定)；③号区域为钻井队长值班室或钻井现场数据中心，距司控房直线

该系统的技术优势有:

摄像机、云台及显示器均进行防爆设计。防爆等级

达到IP65,能满足钻井现场的特殊要求。防爆封装如图3所示;

数字高清技术的应用。钻井现场与集气场站多以模拟视频监控为主，现已不能很好地满足数字井场的要求，不但图像清晰度低，而且数据完整保存及远程控制也存在一定的安全隐患。而数字高清视频在油气田勘探生产固定场所的应用，图像像素达130万，很好地解决了模拟监控系统的技术瓶颈，同时也能更好地融入数字井场，实现数据共享；

高清摄像机图像延时短。在钻井现场，视频监控系统作为司钻的第二双眼睛，前端图像的延时直接关系到生产的安全及效率。本系统利用H.264算法，不断优化图像编解码技术，摄像机图像采集到前端显示延时W300ms(肉眼无法识别)，远小于普通民用高清摄像头800ms〜1s的延时，非常适合应用于如钻井现场对图像延时要求极高的场合，极大地降低了生产安全风险；

(4)图像存储双备份。在司控房NVR存储160小时720P高清录像，钻井现场数据中心服务器同步存储720小时720P高清录像，保障了数据的完整性。

3系统软件设计

本系统是基于SOA系统架构设计的联网集成管理平台叫平台集成了视频监控系统、入侵报警系统、智能管理系统等,实现各安防系统的集中管理、多级联网、信息共享、互联互通、多业务融合等功能。

系统可以管理从几十到上万路规模的视频监控，具备良好的伸缩性；可以对多厂家的模拟、模数混合、纯网络等多种架构系统进行管理，具备良好的兼容性；可以部署在各种网络环境下，从局域网到广域网，从有线到无线网络，具备广泛的适应性。

系统软件操作简便，能实现用户管理和资源管理、实时预览(单画面和多画面预览，对高清摄像机镜头变焦变倍及前端云台进行全功能远程控制)、录像回放、下载备份、电子地图、联动报警、日志功能等。系统软件架构如图4所示。

高清数字视频监控系统在川渝、长庆、新疆等钻井现场已配套使用，各项功能正常，解决了视频清晰度、视频延时及数据远程传输控制难题，井队使用效果反馈良好。钻井队现场使用画面如图5所示。

5结语

在油田数字化大背景下，高清数字视频监控系统是一套完全适用于钻井现场的视频监控系统。数字视频监控具有传统模拟监控无法比拟的优点，该系统不仅集成了普通高清数字监控系统的技术优势，而且适应油气田安全生产数字化、网络化和智能化的发展趋势。近几年来，川渝、长庆、新疆各钻井现场相继配套高清数字视频监控系统，在油气田勘探生产中实现了远程监控访问，减少了现场的违规违章操作，大大降低了事故发生的几率，减少了安全隐患，为数字钻井现场作业的安全性提供了更好的保障。

图5钻井现场视频界面

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