高清数字视频监控系统在钻井现场的研究与应用

霍东媛+高凌云+刘晗

摘 要：视频监控系统可广泛应用于油气田勘探生产领域。在油田数字化的大背景下，钻井现场使用的高清数字视频监控系统高度融合了计算机技术、图像视频压缩技术及网络技术，其画面清晰、图像延时短、系统稳定可靠，更有利于功能扩展，而且数据更易完整保存以及网络化远程传输控制，同时系统硬件结构也便于钻井现场的安装维护任务。

关键词：钻井现场；高清数字视频；3G网络

中图法分类号：TP332 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）03-0028-03

0 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：

（1）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；

（2）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；

（3）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；

（4）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；

（5）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[1]。

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。

图1 系统架构拓扑图

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]。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 ～100 m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，距司控房直线距离50 m左右。

图2 系统前端硬件架构

该系统的技术优势有：

（1）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；

图3 系统前端防爆封装

（2）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；

（3）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≤300 ms（肉眼无法识别），远小于普通民用高清摄像头800 ms～1 s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[3]。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。

图4 系统软件架构

4 现场应用

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

参 考 文 献

[1]梁笃国.网络视频监控技术与智能应用[M].北京：人民邮电出版社，2013.

[2]全国智能建筑技术情报网. 中国建筑设计研究院机电院.数字安防监控系统设计及安装图集[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]西刹子. 安防天下—— 智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学出版社，2010.

[4]顾小军. 高清数字视频安防监控系统的设计[J]. 江苏建筑，2010（3）：105-107.

[5] 高宏健. 浅谈高清数字视频安防监控系统的设计[J]. 中国科技博览， 2011（33）：97.

Research and application of high-definition digital video surveillance system at the drilling site

HUO Dong-yuan， GAO Ling-yun， LIU Han

（1. Graduate Faculty of Southwest Petroleum University， Chengdu 610500， China；

2. CCDC Engineering Company Logging Company， Chongqing 400021， China）

Abstract： The video surveillance system is widely used in the field of exploration and production of oil and gas fields. Under the background of digital oilfield， HD video surveillance system is used in the drilling site， which highly combined with computer technology， image video compression technology and network technology. The image is clear and with short time delay. The system is stable and reliable， which is more conducive to the function extension. The data is easier to be saved completely and to be remote transmission controlled in network. at the same time， the system hardware structure is convenient for the installation and maintenance tasks at drilling site.

Keywords： drilling site； HD video surveillance； 3G network

图4 系统软件架构

4 现场应用

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

参 考 文 献

[1]梁笃国.网络视频监控技术与智能应用[M].北京：人民邮电出版社，2013.

[2]全国智能建筑技术情报网. 中国建筑设计研究院机电院.数字安防监控系统设计及安装图集[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]西刹子. 安防天下—— 智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学出版社，2010.

[4]顾小军. 高清数字视频安防监控系统的设计[J]. 江苏建筑，2010（3）：105-107.

[5] 高宏健. 浅谈高清数字视频安防监控系统的设计[J]. 中国科技博览， 2011（33）：97.

Research and application of high-definition digital video surveillance system at the drilling site

HUO Dong-yuan， GAO Ling-yun， LIU Han

（1. Graduate Faculty of Southwest Petroleum University， Chengdu 610500， China；

2. CCDC Engineering Company Logging Company， Chongqing 400021， China）

Abstract： The video surveillance system is widely used in the field of exploration and production of oil and gas fields. Under the background of digital oilfield， HD video surveillance system is used in the drilling site， which highly combined with computer technology， image video compression technology and network technology. The image is clear and with short time delay. The system is stable and reliable， which is more conducive to the function extension. The data is easier to be saved completely and to be remote transmission controlled in network. at the same time， the system hardware structure is convenient for the installation and maintenance tasks at drilling site.

Keywords： drilling site； HD video surveillance； 3G network

图4 系统软件架构

4 现场应用

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

参 考 文 献

[1]梁笃国.网络视频监控技术与智能应用[M].北京：人民邮电出版社，2013.

[2]全国智能建筑技术情报网. 中国建筑设计研究院机电院.数字安防监控系统设计及安装图集[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]西刹子. 安防天下—— 智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学出版社，2010.

[4]顾小军. 高清数字视频安防监控系统的设计[J]. 江苏建筑，2010（3）：105-107.

[5] 高宏健. 浅谈高清数字视频安防监控系统的设计[J]. 中国科技博览， 2011（33）：97.

Research and application of high-definition digital video surveillance system at the drilling site

HUO Dong-yuan， GAO Ling-yun， LIU Han

（1. Graduate Faculty of Southwest Petroleum University， Chengdu 610500， China；

2. CCDC Engineering Company Logging Company， Chongqing 400021， China）

Abstract： The video surveillance system is widely used in the field of exploration and production of oil and gas fields. Under the background of digital oilfield， HD video surveillance system is used in the drilling site， which highly combined with computer technology， image video compression technology and network technology. The image is clear and with short time delay. The system is stable and reliable， which is more conducive to the function extension. The data is easier to be saved completely and to be remote transmission controlled in network. at the same time， the system hardware structure is convenient for the installation and maintenance tasks at drilling site.

Keywords： drilling site； HD video surveillance； 3G network