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文獻標識碼：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）

關鍵詞：頂層設計；異構；集成；可視化；智能化

1　引言

隨著數字化時代的到來，油田的智能化和自動化成為了行業發展的必然趨勢。在石油、天然氣等能源行業，監控系統對于安全生產、應急管理等具有至關重要的作用。西北油田公司雖然在井場、廠區、重大施工現場及高危目標，不同程度建設了數字化監控系統，然而，由于建設年限不同、標準不統一等原因，系統存在資源分散、格式不一、存儲和管理不規范等一系列問題。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計理念的跨平臺集成監控系統的研究與實現。

本文主要從西北油田數字化監控系統的問題與現狀出發，通過需求分析、架構設計、集成設計、流程優化、應用效果與技術創新等方面，詳細闡述了基于頂層設計理念的智慧油田跨平臺集成監控系統的研究與探索。

2　研究背景與挑戰

西北油田分公司早期數字化監控系統分散建設，建設年限不同、標準不統一，缺乏頂層設計，各二級單位監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處室調看，區域化、系統化、體系化服務能力不足。

各監控系統相對獨立，僅在單一具體業務層面上實現了局部集成應用，與生產指揮、安全環保、綜治防恐等業務系統融合程度不高，不能滿足多平臺分權限便捷查看。

監控系統從整體上未建立相關管理制度和標準，監控點編碼不統一，未建設長效運維考核管理指標體系，應用效果參差不齊。

3　建設目標

按照集團公司統一標準，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”的跨平臺集中監控系統，對現有的二級單位異構監控平臺進行整合，實現公司各級現場實時監控資源的匯聚接入，從而達到監控資源由上而下的調用和管理，為集團公司、地方政府、油田公司生產監管、安全環保、綜治維穩、反恐防范、應急指揮等業務提供符合國標的多平臺監控資源調用共享服務。

4　系統設計

4.1　系統架構設計

參照國家及行業有關技術規范與要求，充分貫徹頂層設計、集成整合的思想，強化原有監控資源的采集與共享應用，圍繞生產監管、決策分析、應急指揮、企業運營等進行架構設計，形成符合分公司發展和監督管理要求、具有較強擴展的整套智能化集成化監控系統平臺。

按照總部四級貫通的要求，將公司的監控信號向上級聯至總部視頻資源中心，總部層面所有查看的現場監控信號統一通過總部視頻資源中心訪問。圍繞增強油田安全生產可視化、數字化、智能化管理水平，系統采用四級貫通的技術架構，從而實現油田生產全過程、全要素、全參與方的有效管控。

對于可視化，采用先進的數據可視化技術，構建油田生產全局的實時監控系統。數字化則通過將油田生產的各項要素進行數據化處理，形成油田視頻資源數據庫，為后續的智能化分析提供堅實的基礎。智能化則是在前兩者的基礎上，利用AI技術，自動識別油田生產過程中的各類問題，并做出及時準確的預警和決策，提升生產效率并降低風險。

技術架構分為四級。第一級是數據采集，通過智能傳感器等設備，對油田生產過程中的各種數據進行實時采集。第二級是數據處理，將采集到的數據進行清洗、分類、歸納等處理，轉化為可分析的標準化數據。第三級是數據分析，利用高級算法對處理后的數據進行深度分析，挖掘出有價值的信息和趨勢。第四級是應用層，將分析結果進行可視化展示，為決策者提供直觀、準確的信息，幫助他們做出科學決策。圖1以視頻監控子系統數據采集、處理、分析、展示為例呈現四級貫通的系統技術架構。通過四級貫通的技術架構，我們成功地增強了油田安全生產可視化、數字化、智能化的管理水平。

圖1 以視頻監控子系統為例的四級貫通技術架構

4.2　系統集成設計

圖2 系統集成架構設計

系統集成功能如圖2所示，包括以下六方面：

（1）接入各二級單位現有監控平臺、移動監控設備、運維診斷服務等；

（2）集成統一身份認證，集成西北油田電子地圖；

（3）與西北油田公司HSE系統平臺對接，集成HSE系統平臺提供的直接作業數據；

（4）為PCS移動應用功能提供監控資源調用接口頁面，實現單井、站庫現場監控圖像隨時隨地的監控；

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

（6）實現與短信平臺對接，由短信平臺提供對接接口。

4.3　業務流程優化

通過系統級聯的方式，系統將二級單位的監控資源、移動監控設備，統一匯聚到集成監控平臺。平臺將企業的所有監控資源作為統一的資源池，向總部視頻監控平臺、地方政府平臺、PCS系統、HSE系統等提供資源，如圖3所示。制訂了命名規范和標準規范，統一了操作流程，簡化了系統級聯的操作步驟。

圖3 集成業務流程圖

在二級單位和集成監控共享平臺分別部署運維平臺，二級單位的運維平臺對設備巡檢后，將信息同步到集中監控平臺，集中監控平臺根據平臺相關設備的巡檢結果，結合二級單位的運維巡檢結果，判斷設備在集中監控平臺中的運維結果，當設備故障時快速定位故障原因，便于運維人員快速排除故障。

圖4 運維相關業務流程圖

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

圖5 視頻推送業務流程圖

5　應用效果

系統支持統一身份認證集成、電子地圖集成；以B/S和C/S兩種架構相結合方式，支持多級網絡架構分布式部署；支持云平臺虛擬化部署；支持統一信息管理；支持對系統內各種基礎數據（包括攝像機、編碼設備、解碼設備、存儲設備、報警主機、流媒體服務器、存儲服務器、級聯網關、網管服務等）的各項參數進行配置。

平臺匯聚功能主要包括獨立監控設備的接入服務和第三方監控平臺的互聯服務。梳理各二級單位現有各類安全生產監控系統的技術標準、開放接口以及接入情況，針對不同品牌不同種類的監控系統和監控設備設計接入方案。

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

流媒體服務支持實時音視頻監控數據的轉發及分發，支持設備連接流量控制管理，對帶寬進行合理使用，支持級聯和分布式部署，支持視頻流相關的統計信息。

平臺級聯網關，負責視頻監控圖像管理服務與二級單位監控平臺對接，并可以通過級聯網關將本級視頻監控資源共享推送到上級平臺。其支持國標GB/T28181-2016協議級聯，具備國標GB/T28181-2016協議上聯和下聯的級聯接口，支持上級平臺對下級通道的預覽、錄像檢索、回放等功能。

系統通過對異構平臺的整合兼容，通過對油田生產的各項要素進行數據采集、處理、分析、展示，實現了油田安全生產可視化、數字化、智能化管理水平的提升。

圖6 集成監控平臺界面圖

6　關鍵技術及創新

6.1　云架構部署設計

系統搭建在私有云平臺中，可以結合云平臺中已有的產品和相關的服務，使得系統在易用性、通用性及安全性上達到最優。

6.2　異構平臺的兼容

系統兼容原有二級單位的不同品牌型號的監控系統以及專用移動監控設備，實現跨平臺兼容。

6.3　系統集成開發

系統集成中國石化的統一身份認證平臺、西北油田分公司電子地圖、PCS系統視頻監控信號推送服務、HSE系統智能違章數據以及短信平臺對接等，實現跨平臺集成。

6.4　數據集成管理

根據業務需求，系統整合集成管理的數據種類包括：資源信息、音視頻監控信息、圖片信息、告警信息、安全生產監測信息、運維信息、地理信息等。

6.5　智能流媒體技術

當同一子網的多個用戶接受另一子網的某一用戶的視頻流時，這兩個子網的轉發網關會自行判斷，由該轉發網關再分發多個音視頻流到各用戶端。由于轉發網關與用戶在同一個局域網內，這樣無論增加多少最終用戶，轉發網關之間也不增加流輸出，這樣通過智能流媒體技術，將更節省帶寬，從而保證了網絡上的視頻流數量降到最低，耗用帶寬最少。

6.6　視頻監控信息推送服務

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

6.7　多級運維長效保障機制

平臺建設配套的運維管理系統，在各二級單位分別部署應用模塊，在二級單位提供的應用服務器安裝運維模塊（包括采集探針、視頻質量診斷、狀態推送等），將設備的部署、監控、維護等配置管理信息納入設備管理，將前端點位資源信息與狀態統一匯總至中心平臺，同時提供在線率、完好率統計圖表，減少了人工核查工作量，并實現重要故障自動報警，提升了運維管理效率。

6.8　提供豐富的共享接口類型

平臺為生產監控、綜治維穩、安全環保、反恐防范、應急指揮等提供監控入口，同時開發和集成視頻監控系統管理、權限管理、運維管理、移動應用等公用功能。

6.9　數據清洗和挖掘分析

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

6.10　平臺管理方面

新建廠區監控系統符合油氣生產信息化統一標準建設，二級單位平臺和前端監控設備滿足GB/T28181-2016協議。網絡傳輸考慮三網隔離，納入油田公司監控專網管理。對監控前端進行統一命名，命名包含物理區域、監視部位、順序編號以及其他必要描述等，滿足監控資源快速查詢定位和各級平臺的一致性。

7　結論

本文闡述了視頻集成的頂層設計，并對西北油田跨平臺集成監控進行了深入研究，旨在提高管理效率、系統使用率和資源共享水平。我們通過深入調查和分析，采用集成設計、云化部署和流媒體等技術，實現平臺的高度集成、穩定運行和高效數據處理。

通過研究，我們成功構建了適用于西北油田的跨平臺集成監控系統。該平臺具有高可用性、易擴展性和易維護性等優點，有效地整合了資源，減少了冗余系統和管理流程，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字化時代的可持續發展。同時，本研究也為其他類似領域提供了有益的參考，具有較高的實際應用價值和理論意義。

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，研究方向為計算機應用與技術。

喬泉熙（1986-），男，陜西漢中人，高級工程師，本科，現就職于中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，研究方向為信息與數字化管理。

張晉軍（1983-），男，山西晉城人，高級工程師，本科，現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，研究方向為勘查技術與工程。

參考文獻：

[1] GB 50348-2004, 石油化工企業安全防范系統設計規范[S].

[2] GB 50395-2007, 石油化工企業生產安全監測系統設計規范[S].

[3] GB 50493-2009, 石油化工企業可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范[S].

[4] GB 50073-2013, 石油化工自動化儀表選型安裝設計規范[S].

[5] GB 50689-2011, 石油化工企業電氣系統設計規范[S].

[6] GB/T 28181-2016, 公共安全視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求[S].

摘自《自動化博覽》2024年3月刊