文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1003-0492（2024）03-070-04中圖分類號：TP277.2

★汪淑敏，喬泉熙，張晉軍，韓釗（中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 烏魯木齊830011）

關(guān)鍵詞：頂層設(shè)計；異構(gòu)；集成；可視化；智能化

1　引言

隨著數(shù)字化時代的到來，油田的智能化和自動化成為了行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在石油、天然氣等能源行業(yè)，監(jiān)控系統(tǒng)對于安全生產(chǎn)、應(yīng)急管理等具有至關(guān)重要的作用。西北油田公司雖然在井場、廠區(qū)、重大施工現(xiàn)場及高危目標(biāo)，不同程度建設(shè)了數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，然而，由于建設(shè)年限不同、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等原因，系統(tǒng)存在資源分散、格式不一、存儲和管理不規(guī)范等一系列問題。為了提高管理效率和共享水平，本文將探索一種基于頂層設(shè)計理念的跨平臺集成監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)。

本文主要從西北油田數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的問題與現(xiàn)狀出發(fā)，通過需求分析、架構(gòu)設(shè)計、集成設(shè)計、流程優(yōu)化、應(yīng)用效果與技術(shù)創(chuàng)新等方面，詳細(xì)闡述了基于頂層設(shè)計理念的智慧油田跨平臺集成監(jiān)控系統(tǒng)的研究與探索。

2　研究背景與挑戰(zhàn)

西北油田分公司早期數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)分散建設(shè)，建設(shè)年限不同、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，缺乏頂層設(shè)計，各二級單位監(jiān)控平臺初步搭建完成后，僅滿足了二級單位指揮中心和相關(guān)處室調(diào)看，區(qū)域化、系統(tǒng)化、體系化服務(wù)能力不足。

各監(jiān)控系統(tǒng)相對獨(dú)立，僅在單一具體業(yè)務(wù)層面上實(shí)現(xiàn)了局部集成應(yīng)用，與生產(chǎn)指揮、安全環(huán)保、綜治防恐等業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合程度不高，不能滿足多平臺分權(quán)限便捷查看。

監(jiān)控系統(tǒng)從整體上未建立相關(guān)管理制度和標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控點(diǎn)編碼不統(tǒng)一，未建設(shè)長效運(yùn)維考核管理指標(biāo)體系，應(yīng)用效果參差不齊。

3　建設(shè)目標(biāo)

按照集團(tuán)公司統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，建立西北油田公司級的“以采油廠及其他二級單位為單元，分級管控”的跨平臺集中監(jiān)控系統(tǒng)，對現(xiàn)有的二級單位異構(gòu)監(jiān)控平臺進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)公司各級現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控資源的匯聚接入，從而達(dá)到監(jiān)控資源由上而下的調(diào)用和管理，為集團(tuán)公司、地方政府、油田公司生產(chǎn)監(jiān)管、安全環(huán)保、綜治維穩(wěn)、反恐防范、應(yīng)急指揮等業(yè)務(wù)提供符合國標(biāo)的多平臺監(jiān)控資源調(diào)用共享服務(wù)。

4　系統(tǒng)設(shè)計

4.1　系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

參照國家及行業(yè)有關(guān)技術(shù)規(guī)范與要求，充分貫徹頂層設(shè)計、集成整合的思想，強(qiáng)化原有監(jiān)控資源的采集與共享應(yīng)用，圍繞生產(chǎn)監(jiān)管、決策分析、應(yīng)急指揮、企業(yè)運(yùn)營等進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計，形成符合分公司發(fā)展和監(jiān)督管理要求、具有較強(qiáng)擴(kuò)展的整套智能化集成化監(jiān)控系統(tǒng)平臺。

按照總部四級貫通的要求，將公司的監(jiān)控信號向上級聯(lián)至總部視頻資源中心，總部層面所有查看的現(xiàn)場監(jiān)控信號統(tǒng)一通過總部視頻資源中心訪問。圍繞增強(qiáng)油田安全生產(chǎn)可視化、數(shù)字化、智能化管理水平，系統(tǒng)采用四級貫通的技術(shù)架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)全過程、全要素、全參與方的有效管控。

對于可視化，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，構(gòu)建油田生產(chǎn)全局的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)字化則通過將油田生產(chǎn)的各項(xiàng)要素進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，形成油田視頻資源數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的智能化分析提供堅實(shí)的基礎(chǔ)。智能化則是在前兩者的基礎(chǔ)上，利用AI技術(shù)，自動識別油田生產(chǎn)過程中的各類問題，并做出及時準(zhǔn)確的預(yù)警和決策，提升生產(chǎn)效率并降低風(fēng)險。

技術(shù)架構(gòu)分為四級。第一級是數(shù)據(jù)采集，通過智能傳感器等設(shè)備，對油田生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集。第二級是數(shù)據(jù)處理，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、分類、歸納等處理，轉(zhuǎn)化為可分析的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。第三級是數(shù)據(jù)分析，利用高級算法對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，挖掘出有價值的信息和趨勢。第四級是應(yīng)用層，將分析結(jié)果進(jìn)行可視化展示，為決策者提供直觀、準(zhǔn)確的信息，幫助他們做出科學(xué)決策。圖1以視頻監(jiān)控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理、分析、展示為例呈現(xiàn)四級貫通的系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)。通過四級貫通的技術(shù)架構(gòu)，我們成功地增強(qiáng)了油田安全生產(chǎn)可視化、數(shù)字化、智能化的管理水平。

圖1 以視頻監(jiān)控子系統(tǒng)為例的四級貫通技術(shù)架構(gòu)

4.2　系統(tǒng)集成設(shè)計

圖2 系統(tǒng)集成架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)集成功能如圖2所示，包括以下六方面：

（1）接入各二級單位現(xiàn)有監(jiān)控平臺、移動監(jiān)控設(shè)備、運(yùn)維診斷服務(wù)等；

（2）集成統(tǒng)一身份認(rèn)證，集成西北油田電子地圖；

（3）與西北油田公司HSE系統(tǒng)平臺對接，集成HSE系統(tǒng)平臺提供的直接作業(yè)數(shù)據(jù)；

（4）為PCS移動應(yīng)用功能提供監(jiān)控資源調(diào)用接口頁面，實(shí)現(xiàn)單井、站庫現(xiàn)場監(jiān)控圖像隨時隨地的監(jiān)控；

（5）接入智能違章識別系統(tǒng)的違規(guī)信息，并作為集成監(jiān)控平臺的一個專用模塊進(jìn)行展示；

（6）實(shí)現(xiàn)與短信平臺對接，由短信平臺提供對接接口。

4.3　業(yè)務(wù)流程優(yōu)化

通過系統(tǒng)級聯(lián)的方式，系統(tǒng)將二級單位的監(jiān)控資源、移動監(jiān)控設(shè)備，統(tǒng)一匯聚到集成監(jiān)控平臺。平臺將企業(yè)的所有監(jiān)控資源作為統(tǒng)一的資源池，向總部視頻監(jiān)控平臺、地方政府平臺、PCS系統(tǒng)、HSE系統(tǒng)等提供資源，如圖3所示。制訂了命名規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，統(tǒng)一了操作流程，簡化了系統(tǒng)級聯(lián)的操作步驟。

圖3 集成業(yè)務(wù)流程圖

在二級單位和集成監(jiān)控共享平臺分別部署運(yùn)維平臺，二級單位的運(yùn)維平臺對設(shè)備巡檢后，將信息同步到集中監(jiān)控平臺，集中監(jiān)控平臺根據(jù)平臺相關(guān)設(shè)備的巡檢結(jié)果，結(jié)合二級單位的運(yùn)維巡檢結(jié)果，判斷設(shè)備在集中監(jiān)控平臺中的運(yùn)維結(jié)果，當(dāng)設(shè)備故障時快速定位故障原因，便于運(yùn)維人員快速排除故障。

圖4 運(yùn)維相關(guān)業(yè)務(wù)流程圖

集中監(jiān)控平臺可以將作業(yè)生產(chǎn)過程中的視頻監(jiān)控信號實(shí)時推送到視頻推送平臺，并且將觀看視頻監(jiān)控信號的鏈接通過短信方式發(fā)送給指定用戶，用戶驗(yàn)證成功后可以直接在手機(jī)上或PC端打開生產(chǎn)作業(yè)過程的視頻圖像，保障了用戶對相關(guān)生產(chǎn)作業(yè)過程的視頻圖像瀏覽的便捷性和安全性。

圖5 視頻推送業(yè)務(wù)流程圖

5　應(yīng)用效果

系統(tǒng)支持統(tǒng)一身份認(rèn)證集成、電子地圖集成；以B/S和C/S兩種架構(gòu)相結(jié)合方式，支持多級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分布式部署；支持云平臺虛擬化部署；支持統(tǒng)一信息管理；支持對系統(tǒng)內(nèi)各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（包括攝像機(jī)、編碼設(shè)備、解碼設(shè)備、存儲設(shè)備、報警主機(jī)、流媒體服務(wù)器、存儲服務(wù)器、級聯(lián)網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)管服務(wù)等）的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行配置。

平臺匯聚功能主要包括獨(dú)立監(jiān)控設(shè)備的接入服務(wù)和第三方監(jiān)控平臺的互聯(lián)服務(wù)。梳理各二級單位現(xiàn)有各類安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、開放接口以及接入情況，針對不同品牌不同種類的監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控設(shè)備設(shè)計接入方案。

數(shù)據(jù)清洗和挖掘分析服務(wù)可以去除數(shù)據(jù)集中的噪聲、錯誤和不一致性，使數(shù)據(jù)集更加準(zhǔn)確、可靠和完整。在報警管理中，數(shù)據(jù)清洗有助于消除無效的數(shù)據(jù)，避免對后續(xù)分析和決策造成干擾和錯誤。同時，數(shù)據(jù)挖掘是從大量的數(shù)據(jù)中挖掘出知識的一種方法，可以從具有隱藏信息的海量數(shù)據(jù)中抽取有價值的信息。在分析研判方面，數(shù)據(jù)挖掘能夠了解數(shù)據(jù)中的深層次的、隱藏的態(tài)勢和趨勢，有助于提高報警管理系統(tǒng)的性能和效率。例如，通過對歷史數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可以發(fā)現(xiàn)報警產(chǎn)生的原因、頻率和模式等深層次的信息，從而更好地指導(dǎo)研判規(guī)則的制定和調(diào)整。

流媒體服務(wù)支持實(shí)時音視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)及分發(fā)，支持設(shè)備連接流量控制管理，對帶寬進(jìn)行合理使用，支持級聯(lián)和分布式部署，支持視頻流相關(guān)的統(tǒng)計信息。

平臺級聯(lián)網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)視頻監(jiān)控圖像管理服務(wù)與二級單位監(jiān)控平臺對接，并可以通過級聯(lián)網(wǎng)關(guān)將本級視頻監(jiān)控資源共享推送到上級平臺。其支持國標(biāo)GB/T28181-2016協(xié)議級聯(lián)，具備國標(biāo)GB/T28181-2016協(xié)議上聯(lián)和下聯(lián)的級聯(lián)接口，支持上級平臺對下級通道的預(yù)覽、錄像檢索、回放等功能。

系統(tǒng)通過對異構(gòu)平臺的整合兼容，通過對油田生產(chǎn)的各項(xiàng)要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、分析、展示，實(shí)現(xiàn)了油田安全生產(chǎn)可視化、數(shù)字化、智能化管理水平的提升。

圖6 集成監(jiān)控平臺界面圖

6　關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

6.1　云架構(gòu)部署設(shè)計

系統(tǒng)搭建在私有云平臺中，可以結(jié)合云平臺中已有的產(chǎn)品和相關(guān)的服務(wù)，使得系統(tǒng)在易用性、通用性及安全性上達(dá)到最優(yōu)。

6.2　異構(gòu)平臺的兼容

系統(tǒng)兼容原有二級單位的不同品牌型號的監(jiān)控系統(tǒng)以及專用移動監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)跨平臺兼容。

6.3　系統(tǒng)集成開發(fā)

系統(tǒng)集成中國石化的統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺、西北油田分公司電子地圖、PCS系統(tǒng)視頻監(jiān)控信號推送服務(wù)、HSE系統(tǒng)智能違章數(shù)據(jù)以及短信平臺對接等，實(shí)現(xiàn)跨平臺集成。

6.4　數(shù)據(jù)集成管理

根據(jù)業(yè)務(wù)需求，系統(tǒng)整合集成管理的數(shù)據(jù)種類包括：資源信息、音視頻監(jiān)控信息、圖片信息、告警信息、安全生產(chǎn)監(jiān)測信息、運(yùn)維信息、地理信息等。

6.5　智能流媒體技術(shù)

當(dāng)同一子網(wǎng)的多個用戶接受另一子網(wǎng)的某一用戶的視頻流時，這兩個子網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)會自行判斷，由該轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)再分發(fā)多個音視頻流到各用戶端。由于轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)與用戶在同一個局域網(wǎng)內(nèi)，這樣無論增加多少最終用戶，轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)之間也不增加流輸出，這樣通過智能流媒體技術(shù)，將更節(jié)省帶寬，從而保證了網(wǎng)絡(luò)上的視頻流數(shù)量降到最低，耗用帶寬最少。

6.6　視頻監(jiān)控信息推送服務(wù)

緊急情況下平臺可以將系統(tǒng)中已接入的視頻監(jiān)控播放鏈接通過短信推送到相關(guān)用戶的手機(jī)上，用戶不用安裝任何APP或者插件，直接用手機(jī)瀏覽器可播放視頻監(jiān)控圖像。支持H5頁面RTSP、FLV取視頻流網(wǎng)頁直接播放。

6.7　多級運(yùn)維長效保障機(jī)制

平臺建設(shè)配套的運(yùn)維管理系統(tǒng)，在各二級單位分別部署應(yīng)用模塊，在二級單位提供的應(yīng)用服務(wù)器安裝運(yùn)維模塊（包括采集探針、視頻質(zhì)量診斷、狀態(tài)推送等），將設(shè)備的部署、監(jiān)控、維護(hù)等配置管理信息納入設(shè)備管理，將前端點(diǎn)位資源信息與狀態(tài)統(tǒng)一匯總至中心平臺，同時提供在線率、完好率統(tǒng)計圖表，減少了人工核查工作量，并實(shí)現(xiàn)重要故障自動報警，提升了運(yùn)維管理效率。

6.8　提供豐富的共享接口類型

平臺為生產(chǎn)監(jiān)控、綜治維穩(wěn)、安全環(huán)保、反恐防范、應(yīng)急指揮等提供監(jiān)控入口，同時開發(fā)和集成視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理、權(quán)限管理、運(yùn)維管理、移動應(yīng)用等公用功能。

6.9　數(shù)據(jù)清洗和挖掘分析

數(shù)據(jù)清洗和挖掘分析不僅可以去除數(shù)據(jù)集中的噪聲、錯誤和不一致性，使數(shù)據(jù)集更加準(zhǔn)確、可靠和完整，還可以從具有隱藏信息的海量數(shù)據(jù)中抽取有價值的信息，了解數(shù)據(jù)中的深層次的、隱藏的態(tài)勢和趨勢，提高了報警管理系統(tǒng)的性能和效率。

6.10　平臺管理方面

新建廠區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)符合油氣生產(chǎn)信息化統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，二級單位平臺和前端監(jiān)控設(shè)備滿足GB/T28181-2016協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)傳輸考慮三網(wǎng)隔離，納入油田公司監(jiān)控專網(wǎng)管理。對監(jiān)控前端進(jìn)行統(tǒng)一命名，命名包含物理區(qū)域、監(jiān)視部位、順序編號以及其他必要描述等，滿足監(jiān)控資源快速查詢定位和各級平臺的一致性。

7　結(jié)論

本文闡述了視頻集成的頂層設(shè)計，并對西北油田跨平臺集成監(jiān)控進(jìn)行了深入研究，旨在提高管理效率、系統(tǒng)使用率和資源共享水平。我們通過深入調(diào)查和分析，采用集成設(shè)計、云化部署和流媒體等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)平臺的高度集成、穩(wěn)定運(yùn)行和高效數(shù)據(jù)處理。

通過研究，我們成功構(gòu)建了適用于西北油田的跨平臺集成監(jiān)控系統(tǒng)。該平臺具有高可用性、易擴(kuò)展性和易維護(hù)性等優(yōu)點(diǎn)，有效地整合了資源，減少了冗余系統(tǒng)和管理流程，提高了資源利用效率和資源管理效率，推動了西北油田在數(shù)字化時代的可持續(xù)發(fā)展。同時，本研究也為其他類似領(lǐng)域提供了有益的參考，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價值和理論意義。

作者簡介：

汪淑敏（1985-），女，湖北天門人，中級工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)應(yīng)用與技術(shù)。

喬泉熙（1986-），男，陜西漢中人，高級工程師，本科，現(xiàn)就職于中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，研究方向?yàn)樾畔⑴c數(shù)字化管理。

張晉軍（1983-），男，山西晉城人，高級工程師，本科，現(xiàn)就職于中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，研究方向是油藏工程。

韓　釗（1986-），男，山東新泰人，高級工程師，本科，現(xiàn)就職于中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，研究方向?yàn)榭辈榧夹g(shù)與工程。

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摘自《自動化博覽》2024年3月刊