王 昆，秦田峰，馮海濤，王 松

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司工程建設(shè)中心 天津 300457)

0 引 言

隨著邊際油田的開發(fā)，無(wú)人平臺(tái)已逐漸成為一種開發(fā)趨勢(shì)，無(wú)人平臺(tái)的安防問(wèn)題也就成為安全生產(chǎn)工作的重中之重，由于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)已無(wú)法做好對(duì)外來(lái)船舶、非法登臨、溢油監(jiān)控的防范，推進(jìn)無(wú)人平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化升級(jí)勢(shì)在必行。針對(duì)此類情況，將AI智能識(shí)別、熱成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能處理技術(shù)納入到防登臨視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人平臺(tái)的智能安防。無(wú)人平臺(tái)的防登臨系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)監(jiān)控的人員值守，在發(fā)現(xiàn)外來(lái)船舶入侵和其他異常信息后可自動(dòng)觸發(fā)廣播功放和聲光報(bào)警功能，并向外來(lái)船舶發(fā)出警示，可有效保證海上石油平臺(tái)的安全生產(chǎn)。

本文通過(guò)對(duì)海上無(wú)人平臺(tái)的智能監(jiān)控發(fā)展方向和現(xiàn)狀探究，從運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別檢測(cè)、熱成像分析等方面對(duì)海上油田的智能化視頻現(xiàn)狀進(jìn)行分析討論，以期為海上油田智能化建設(shè)和監(jiān)控系統(tǒng)的集成提供建議和方向。

1 方案研究

隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展更新，監(jiān)控設(shè)備也在更新?lián)Q代，現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行升級(jí)換代，導(dǎo)致油田存在多個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，不符合油田高質(zhì)量發(fā)展和安全要求。因此，建立一套具有全方位不間斷監(jiān)控、智能化程度高的視頻監(jiān)控系統(tǒng)就成為了海上油田面臨的迫切需求。

本項(xiàng)目計(jì)劃在油田帶纜走道處安裝一套防登臨監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)加裝新型監(jiān)控設(shè)備提高安全監(jiān)控能力，進(jìn)而提升油田應(yīng)急管理的智能化水平。

海上某油田視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括 3套系統(tǒng)：現(xiàn)場(chǎng)CCTV(閉路電視)監(jiān)控系統(tǒng)、防溢油監(jiān)控系統(tǒng)和防登臨監(jiān)控系統(tǒng)，每個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)分別使用不同的服務(wù)器和管理軟件，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效的監(jiān)控和維護(hù)，為此需要對(duì)各套系統(tǒng)進(jìn)行整合，通過(guò)單臺(tái)終端服務(wù)器實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)控畫面的集中顯示和搭建完善的油田智能監(jiān)控系統(tǒng)。表1為監(jiān)控系統(tǒng)分類。

表1 監(jiān)控系統(tǒng)分類Tab.1 Classification of monitoring systems

通過(guò)對(duì)設(shè)備的傳輸協(xié)議和軟件功能的深入學(xué)習(xí)研究，各套系統(tǒng)的硬盤錄像機(jī)均具備以太網(wǎng)接口，可以將信號(hào)傳遞至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。而?？低?iVMS-4200客戶端支持多種主流視頻傳輸協(xié)議，具有較好的兼容性，可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器和一套應(yīng)用軟件控制管理整個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)。圖1為監(jiān)控系統(tǒng)融合拓?fù)鋱D。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)融合拓?fù)鋱DFig.1 Integration topology of monitoring system

使用一臺(tái)工業(yè)電腦作為集中監(jiān)控主機(jī)，將各硬盤錄像機(jī)與監(jiān)控主機(jī)連接至同一局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)物理層聯(lián)通；將所有監(jiān)控設(shè)備主機(jī)配置固定IP地址，對(duì)集中監(jiān)控主機(jī)配置固定IP地址并安裝iVMS-4200客戶端軟件[1]。

通過(guò)軟件的設(shè)備管理功能添加網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)控設(shè)備和所有可用通道，對(duì)通道進(jìn)行描述定義并設(shè)置安全密碼，以實(shí)現(xiàn)視頻圖像的集中監(jiān)控。

2 方案設(shè)計(jì)

海上石油平臺(tái)安防系統(tǒng)的建立和融合的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊海面環(huán)境、船舶、人員登臨平臺(tái)的智能追蹤監(jiān)控，便于操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況和周邊海域的監(jiān)控。但是當(dāng)前情況下，防登臨系統(tǒng)、防溢油系統(tǒng)和CCTV監(jiān)控系統(tǒng)作為各自獨(dú)立的系統(tǒng)安裝在海上石油平臺(tái)，其分別使用不同的主機(jī)和操作軟件，不利于人員操作、實(shí)時(shí)監(jiān)控和海上施工的降本增效。通過(guò)對(duì)設(shè)備方案、軟硬件的改造將多套系統(tǒng)融合為一，以配置統(tǒng)一的管理界面、控制邏輯與配置方式來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)功能[2]。

在海上的有人值守平臺(tái)和無(wú)人平臺(tái)分別搭建一套管理服務(wù)器主機(jī)，已有的海底光纖就可實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)的有人值守平臺(tái)對(duì)無(wú)人平臺(tái)的監(jiān)控，當(dāng)客戶端發(fā)出報(bào)警信號(hào)后，在生產(chǎn)平臺(tái)有操作人員對(duì)報(bào)警信號(hào)確認(rèn)，同時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警或者通過(guò)揚(yáng)聲器進(jìn)行喊話，實(shí)現(xiàn)驅(qū)離。這樣有利于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的了解，有利于提高操作人員的工作效率和操控的便捷性，進(jìn)而最大程度地提升海上石油平臺(tái)的安防管理。圖2為防登臨系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖2 防登臨系統(tǒng)拓?fù)鋱DFig.2 Topology of anti-boarding system

2.1 防登臨系統(tǒng)簡(jiǎn)介

防登臨系統(tǒng)針對(duì)的是外來(lái)靠近平臺(tái)的非法船舶和人員，對(duì)平臺(tái)周圍30～300 m的海域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并觸發(fā)廣播功放和聲光報(bào)警功能，該系統(tǒng)基于熱成像技術(shù)、圖像智能識(shí)別技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)開發(fā)而成。前端主要由防爆雙光譜熱成像重載云臺(tái)攝像機(jī)、防爆智能警戒像機(jī)組成。采用 NVR(網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī))存儲(chǔ)，報(bào)警事件發(fā)生時(shí) NVR聯(lián)動(dòng)報(bào)警輸出，將報(bào)警信號(hào)傳送到廣播系統(tǒng)，通過(guò)電纜連接至平臺(tái)帶纜走道處，一旦檢測(cè)到海上平臺(tái)存在非法入侵的船只或者人員，則立即將報(bào)警信號(hào)傳送至廣播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)廣播和閃光報(bào)警的聯(lián)動(dòng)功能。

防爆雙光譜熱成像機(jī)內(nèi)置船舶檢測(cè)算法可自動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)往船只動(dòng)態(tài)，發(fā)現(xiàn)船只時(shí)可聯(lián)動(dòng)可見光鏡頭變倍跟蹤監(jiān)測(cè)船只動(dòng)向。防爆智能警戒像機(jī)具備區(qū)域入侵、進(jìn)入?yún)^(qū)域、離開區(qū)域等報(bào)警功能，用來(lái)檢測(cè)平臺(tái)底層甲板位置的無(wú)人區(qū)、樓梯等，發(fā)現(xiàn)船只或人員后及時(shí)將報(bào)警信息傳送到后端平臺(tái)。平臺(tái)通過(guò)可配置聲音或彈窗提醒通知管理人員[3]。

通過(guò)系統(tǒng)二次開發(fā)可將 AIS(船只自動(dòng)識(shí)別)系統(tǒng)接收到的船只信息對(duì)接到中心管理平臺(tái)，平臺(tái)收到AIS船只信息判斷其是否為作業(yè)船只。如是作業(yè)船只則平臺(tái)不報(bào)警，檢測(cè)到非作業(yè)船只時(shí)聯(lián)動(dòng)報(bào)警輸出信號(hào)到廣播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廣播報(bào)警功能。

2.2 防溢油系統(tǒng)簡(jiǎn)介

防溢油系統(tǒng)是監(jiān)控海上石油平臺(tái)在生產(chǎn)過(guò)程中是否有石油泄漏的系統(tǒng)，利用可見光/反射紅外波段遙感技術(shù)對(duì)海上石油平臺(tái)周邊海域進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)在平臺(tái)帶纜走道和下甲板四周安裝防爆高清攝像頭，利用平臺(tái)對(duì)周圍海面進(jìn)行實(shí)時(shí)巡回監(jiān)控，有助于值班人員迅速了解海面信息，在發(fā)生異常情況下人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)海面情況并啟動(dòng)應(yīng)急處理程序。

2.3 系統(tǒng)功能

2.3.1 全天候高清監(jiān)控

由于海面雨霧天氣的比例較高，在復(fù)雜的極端條件下夜間監(jiān)控極為重要。因此，在作業(yè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高清視頻采集時(shí)需考慮透霧和夜視性能，熱成像雙光譜攝像機(jī)能勝任復(fù)雜環(huán)境(大霧、大雨、黑夜)下的有效監(jiān)控，規(guī)避夜間監(jiān)控的盲區(qū)和誤報(bào)警的可能性，極大提高作業(yè)平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。圖3為夜間及復(fù)雜情況下熱成像效果圖。

圖3 可見光及熱成像成像效果Fig.3 Effect of visible and thermal imaging

2.3.2 防登臨船舶智能監(jiān)測(cè)分析

熱成像雙光譜攝像機(jī)具備船只信息智能監(jiān)測(cè)功能，當(dāng)前端攝像機(jī)通過(guò)船只智能監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)到船只后聯(lián)動(dòng)可見光變倍跟蹤船只，同時(shí)通過(guò)漁船和作業(yè)船算法將平臺(tái)上現(xiàn)有的高清攝像機(jī)接入到智能開放平臺(tái)超腦中，通過(guò)視頻監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)作業(yè)船和漁船的區(qū)分，監(jiān)測(cè)到漁船后報(bào)警、作業(yè)船只不報(bào)警。在判斷是否為作業(yè)船只后聯(lián)動(dòng)NVR報(bào)警輸出和廣播系統(tǒng)播放告警語(yǔ)音，人員只需在有人平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程喊話監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)驅(qū)離。

在實(shí)際項(xiàng)目使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)熱成像監(jiān)測(cè)船只的誤報(bào)率較高，大部分誤報(bào)都是由浪花光反射引起的，通過(guò)搜集誤報(bào)和漏報(bào)的視頻素材進(jìn)行了針對(duì)性優(yōu)化，降低了浪花(海浪或者漁船開過(guò)引起浪花)引起的誤報(bào)。圖4為對(duì)浪花抑制圖。

圖4 海浪過(guò)線不報(bào)警Fig.4 No alarm for waves

2.3.3 聲光報(bào)警即時(shí)聯(lián)動(dòng)

在帶纜走道設(shè)置2套聲光報(bào)警裝置，通過(guò)硬線連接至防登臨系統(tǒng)服務(wù)器，在防登臨攝像頭捕捉到非法登臨平臺(tái)后將觸發(fā)聲光報(bào)警裝置，防止外來(lái)人員長(zhǎng)時(shí)間停留。表2為聲光報(bào)警裝置主要技術(shù)參數(shù)。

表2 聲光報(bào)警裝置技術(shù)參數(shù)Tab.2 Technical parameters of acousto-optic alarm device

2.3.4 監(jiān)控系統(tǒng)融合

本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上將 DVR/NVR設(shè)備、客戶端、服務(wù)器設(shè)備等硬件進(jìn)行共享使用，將2套不同的系統(tǒng)融合為一套系統(tǒng)，在硬件上實(shí)現(xiàn)共享。在硬線鋪設(shè)完畢后進(jìn)入共享交換機(jī)和服務(wù)器，在邏輯系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)分離，2套監(jiān)控系統(tǒng)分別執(zhí)行各自的邏輯。通過(guò)綜合安防管理平臺(tái)的建立將防登臨系統(tǒng)、防溢油系統(tǒng)和CCTV監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)一個(gè)界面顯示各個(gè)系統(tǒng)。圖5為監(jiān)控系統(tǒng)效果圖。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)效果圖Fig.5 Effect diagram of monitoring system

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)海上石油無(wú)人平臺(tái)的安防問(wèn)題，防登臨技術(shù)已在渤海油田多個(gè)平臺(tái)展開實(shí)際應(yīng)用。該系統(tǒng)基于綜合安防管理平臺(tái)對(duì)傳統(tǒng)定義的多個(gè)安防子系統(tǒng)進(jìn)行了整合，實(shí)現(xiàn)了豐富的功能聯(lián)動(dòng)機(jī)制，提高了操作人員的工作效率，降低了平臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)的占用率，節(jié)省了項(xiàng)目的施工空間和施工費(fèi)用。通過(guò)多個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)功能的互補(bǔ)，避免了出現(xiàn)安防疏漏，提高了海上石油平臺(tái)安防管理的業(yè)務(wù)自動(dòng)化和智能化程度，對(duì)安防事件防患于未然，對(duì)安防警情及時(shí)響應(yīng)，并自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。該融合方案的成功設(shè)計(jì)有效保障了海上油田的安全生產(chǎn)，提高了對(duì)海上無(wú)人平臺(tái)的監(jiān)控保障能力，提高了人員的工作效率，有效減少了生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。