无线数字微波传输在油田监控中的应用

    随着油田现代化管理进程的不断加快，迫切需要一种全天候的、24小时无人值守的监控方式，以保证采油井、输油管和储油罐不会因复杂的工作状况、工作人员的违章操作、而停止工作。下面结合深圳荣通达公司研制开发的油田无线数字微波网络视频监控系统在某油田的应用为例，就无线视频监控与大家共同探讨一下。

    系统功能需求

    油田采油站总体目标要实现无人值守作业，系统实施后应能达到如下功能：

    1、实时监视、实时记录：中心控制室能全天侯地对采油作业区进行全程监视，当盗、抢原油事件发生时，能实现远程告警，能实时记录过程状况，可以为事后侦破提供可靠的证据。
    2、远程指导：中心控制室能对施工及设备维修人员进行远程操作指导。
    3、远程告警：当油井原油泄露时，在中心控制室能实现远程告警。
    4、设备工作状态检测：如果发生抽油机工作过程中突然停机或抽油机关闭状态时突然启动，中心控制室都要能提供实时检测，并声光报警（根据用户要求，还可以增加语音告警和双向语音通话）。
    5、监控图像数字化存储：采油站现场监视图像经数字化压缩后存入硬盘，并可以日期、时间、监测站点名称为检索关键字能随时进行查询。
    6、设备性能先进：设备选型要保证技术领先、性能可靠、操作简便、实用；并要维护简单、性价比最优、适当留有扩展余地。
    7、系统功能完善：监控中心能随时掌握监控区域内的情况，能检查各个重点部位的安全状态，能及时处理突发事件，并自动进行录像，录像资料要方便查询。
    8、操作简单实用：智能化设计，尽量减少系统安装的复杂性，系统要稳定可靠，维护简单。

    系统方案选择

    鉴于油田通常分布在沼泽荒漠区域，又具有通讯不便、布点分散、人员稀少等特点，所以要通过敷设线缆来实现油田监控是比较困难的。然而无论是安防监视还是对设备的检测管理，油田监控又是非常重要。针对油田的这些特点和困难，如何来实现油田安防监控和设备检测呢？

    无线数字微波作为新的传输方式，已经在许多行业得到了应用。它将传统的模拟图像进行数字打包、通过无线数字微波网络实现远程监控。

    在技术上其是利用无线网络视频服务器把模拟图像信号转换成压缩的数字信号，然后通过微波进行远程联网传输。

    无线网络视频服务器视频算法采用了MPEG4或H.264的标准算法；具备TCP/IP等多种传输协议；符合Wi-Fi、支持IEEE802.11b/G、SNMP网络管理；提供 64 位和 128 位 WEP 加密措施；支持点对点、点对多点、传输距离可达10公里～20公里（RO-2400为10公里，RO-2400A传输距离为20公里），并经中继后可以实现更远的传输距离，能实现与多种网络环境兼容。

    随着无线网络传输和接入设备的日益成熟、完善，无线网络以其方便快捷的通讯优势迅速在各种地形条件较差的环境中得到迅速应用。目前无线网络设备能够提供11M、54M、108M等稳定的系统带宽，可以满足音视频多媒体数据的传输要求。所以网络视频技术和无线传输技术的结合将是未来的发展趋势之一，其在油田的应用将会越来越广泛。

    系统实施方案

    系统将按照网络结构进行设计，在油田作业区、工作区、生活区等处都设置安防监控设备；在采油井、抽油机等处设置设备监测管理设备；在油田系统总部设置远程统一监管设备，其功能包括警情处理，数据报表分析，远程管理等任务。系统架构如图1所示。

    油田监控系统主要由前端摄像设备、无线微波传输设备、监控中心接收主机设备等三部分构成。

    前端摄像设备

    前端摄像系统又由二种组成方式：即无线微波视频服务器+带红外夜视模拟摄像机、或无线微波发射器+视频服务器+高速球（常规监控设备）。根据实际需要，在前端油井安装具有红外夜视功能、220倍一体化摄像机，并配置带雨刷及具除尘温控功能的全天侯防护罩，使其在夜间也能清楚地看见监控的目标。

    为了实现全方位大视野的监视，前端在一些位置还安装了320倍高速球。前端监控点位置的选择，首先应安装在油井、施工作业区、抽油机区、储油罐区、生活区等处，要求视野宽阔、无障碍、监控范围大。

    为了减少远距离图像的抖动，摄像机的安装也要确保牢固稳定，一般摄像机被安装在铁塔上，由于油田监控系统设备都安装在野外，其实际高度要高过附近的山丘和树木。安装摄像机的铁塔强度要高，否则图像会产生晃动现象。铁塔接地要求非常严格，接地电阻一定要小于4欧姆。

    为了实现对前端设备的数据采集和控制等，系统在前端相关设备处安装井口油压温湿度探测模块、抽油机电源电流电压检测模块、原油流量数据采集模块等等，这些数据检测采集模块随同音视频信号被就近接入到无线数字微波视频服务器，经数字化压缩后，透过无线数字微波网络，远程传输到油田的监控中心。

    无线微波网络及传输设备

    由于油田的油井分布区域很广，传输不可能采用敷设线缆（或光缆）的方式。因此应首先考虑无线传输方式。选用无线数字微波传输方式使施工方便，造价低廉，图像实时传输、清晰，传输频率可以在同频点多路传输，节省宝贵的无线频率，并且可根据传输距离的远近、现场自然条件的不同，其功率的大小按要求配制，在遇障碍物阻挡的情况下可采用数字微波中继方式。系统中无线传输设备由无线微波视频服务器、无线微波发射器、无线微波接收器、无线中继器等设备组成。

    监控管理中心功能及设备组成

    在监控中心通过RO-2400数字微波机将信号接收并传输到监控中心的综合管理主机，在油田监控管理软件的控制下，实现实时图像监控、实时图像记录、前端设备数据采集分析和控制等综合任务。同时综合管理主机还将为远程油田系统总部提供数据转发服务，保证上级指挥机构可以在分控室远程实现对前端油田工作的管理。

    在管理中心，可设置多层分控监管，可以有效地实现监管下属各个采油站点的实时工作情况，并对上传的数据采集进行数据报表分析。管理人员也可以利用无线网络通讯平台和各个采油站点的工作人员进行语音交流。

    在管理中心，可实时监视油井现场及重点部位的工作状况，同时能将上述部位的图像实时地记录下来，可以把重要的情况拍成照片单独储存，可随时调阅。

    系统具有的高画质的实时监视和录像功能、图像自动侦测功能、自动报警功能、前端数据采集分析控制功能、与常规闭路监控设备充分兼容功能等等，都充分地体现了该系统能完全适合油田的实际需求，并能取得了良好的应用效果。

    监控管理中心设备主要由综合管理主机（含管理软件）、存储设备、电视墙等设备组成。系统还能透过油田系统内部局域网络，设置多个监管分控室，以实现各级领导部门能对前端油井的工作进行监督和管理。

    系统主要功能特点

    本方案选择的无线数字微波视频监控系统主要有下列的功能特点：

    1.无线微波视频服务器集视频服务器功能、微波发射功能等于一体，设备安装方便快捷、可被灵活地安装在任何的监控点。
    2.采用超大规模集成电路、低功耗工业级设计，－30℃～65℃宽阔的工作温度，能满足油田恶劣的应用环境。
    3.数字传输抗干扰性能强，不受高压电磁、广播电视、移动通信等设备的干扰。
    4.可以在控制中心远程遥控油井摄像机开/关、微波发射机开/关、现场灯光开/关、可变镜头的变倍、聚焦、光圈和电动云台的水平、俯仰等。
    5.防盗窃装置，由于监控系统设置在荒郊野外，因此为了防止盗窃和破坏，系统可在前端监视点设置报警探头，一旦有人靠近设备，将会以声光方式向监控中心自动上传报警信号。
    6.无线微波视频服务器DC12V供电耗电低、传输距离远、音视频同步实时传输、信号清晰无失真、D1图像传输效果。高级铝合金外壳、散热快、密封效果好、抗干扰性强。
    7.控制性能：控制通道采用一对多点、云台控制信号通过无线数字微波同时发射到各监控点，前端监控点解调出控制数据送给解码器，解码器根据地址码来判断是否解码。
    8.提供完善的实时监控、设备管理、权限控制、录像策略、系统日志管理、报警系统管理、图像管理、人员管理等功能。
    9.前端监控系统录像策略包含定时录像、手动录像、报警联动录像、视频移动录像等多种类录像模式。管理员可以在重点区域、重点时段启用定时录像功能，在报警设备防区可设置报警联动录像功能，当有警情的时候可以自动联动报警录像。