论文部分内容阅读
【摘要】本文重点从井场智能视频分析技术产生的必要性出发，介绍了井场智能视频监控技术的研发思路和算法模型，其实现的功能和应用前景。
【关键词】井场 智能视频监控 电子巡井
【中图分类号】X924.3 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0240-02
1、井场智能视频监控技术的产生
随着国家进行信息化与工业化融合导向的逐步深入，石油企业面临着发展的重大抉择。进一步转变发展方式、提升发展质量，控制用工总数，提高油气田开发管理水平和管理效率，促进信息化技术与石油工业化的结合是石油企业发展的必然选择。
实现井场无人值守，既是优化劳动组织架构，提高生产力的重要手段，也是推行数字化管理的难点，因此，研发出适应油田生产现场的井场智能视频监控设备，实现无人值守，电子巡井，提高井场的安防水平就显得尤为迫切。
长庆油田结合自身现状，采取了实现生产井场无人值守的科学管理提高生产效率和管理效率。实现井场无人值守就需要采取相应的技术手段，解决井场员工撤离后的井场安全生产问题。于是便产生了通过智能视频监控为手段的新型电子巡井模式代替原有人工巡井模式。尽管国内的视频监控系统起步比较早，从20世纪50年代起，一些重要的部门就开始安装和使用视频监控系统，在公安、消防、商场等各类场合以及城市生活的各个方面应用比较广泛，但能够满足油田现场的视频监控技术一直处于空缺之中。但由于油田现场抽油机一直处于运行状态的动态背景下动态背景变化自动智能分析报警的视频监控技术便应运而生。
1.1 目前视频系统的应用
目前市面上常见的视频监控系统主要由摄像机（云台）、视频解码器、辅助设备（照明灯等）和视频显示设备（Pc机）组成，数据传输采用有线或无线网络传输系统。视频解码器不具备智能分析功能或仅仅是能够满足静态背景下的智能报警。静态背景下的智能视频监控技术能够对静态背景下的动态物体进行有效判断、报警，大大减轻了视频监控人员的工作量，进—步提升了安防水平，是视频监控系统的一次革命，主要用在环境条件相对较好的城市，且只对静态环境的动态物体进行报警，为平安城市的建设起到了不可估量的作用。然而这种视频监控系统不能进行分析报警，必须由安保人员对视频画面进行24小时不间断的监视，否则系统就起不到实时报警的功能只能起到事发后取证的作用。这样为了实现有效监控，需要大量的人力。视频监控系统如图1-1所示。图1-1视频监控系统示意图
1.2 研发的技术难点
油田企业为了确保生产正常运行，主要是油井原油不流失，往往需要大量的劳动力进行油井的管理，确保生产物资、原油被盗事件的发生。为了节省劳动力，减轻员工的劳动强度，提高生产效率，研发能够对视频监控画面中出现的异常智能提醒、报警功能的智能视频监控系统。经过试验，现有的视频监控技术不能满足油田井场视频智能监控的需求，主要原因有两个方面：
一是油田生产现场的特殊性，抽油机一直处于不停的运转状态，同时由于抽油机运转所形成的阴影以及雨、雪、大风等各种天气的影响，现有的智能视频监控技术主要表现为误报率高，对正常运转的抽油机及形成的阴影报警，同时对天气变化引起检测背景的变化也不能识别。二是由于油田所分布地区自然环境差，现有视频监控设备不满足现场需求。
综上所述，现有智能视频监控技术不满足井场无人值守功能的实现，需要研发能够满足油田特定环境下的井场视频智能监控技术。
2、井场智能视频监控系统的研发
2.1 研发的技术思路
由于油田现场抽油机一直处于不停的运转状态，同时由于抽油机运转所形成的阴影以及雨、雪、大风等各种天气的影响，使得井场环境一直处在动态的变化之中。能够对动态背景下的动态物体进行判识是井场智能视频监控技术研发的核心和难点。经过分析，我们发现，不论是井场抽油井的运转、运转形成的阴影以及雨、雪、大风等各种天气造成的井场背景变化都是有一定规律的，据此，从以下三个阶段完成井场智能视频监控系统的研发：
第一阶段：定轴固定运动轨迹的动态物体的静态化处理。经过对井场抽油井运动规律的分析，我们知道，抽油机一直处于定轴固定运动轨迹的运转，同时抽油机在运转过程形成的阴影也有规律的变化着。通过建立抽油机运动算法模型，默认抽油机运动及运动所产生阴影为静态，于是监测背景变简化为“静态”环境。
第二阶段：静态背景下动态物体的识别与锁定。通过第一阶段定轴固定运动轨迹的动态物体的静态化处理，使复杂监测背景变得简单。接下来，对监测背景等分为无数的监控单位，确定监测背景的“报警阀值”，通过对有人员或物体闯入后，监测背景像素变化的值与“报警阀值”的对比分析，从而迅速准确的锁定目标，触发报警。
第三阶段：复杂环境下，噪点的模糊处理及极端条件的判识。由于在油田生产现场一直在野外的环境下，现场摄像机颤动、飞蛾等飞过引起监测背景变化，以及雨、雪、雾等恶劣天气，都给井场智能分析视频监控技术的研发带来了一定的挑战。经过分析，强光、雨、雪、雾等恶劣天气的变化具有一定的规律，把这种有规律的运动进行亮点或灰度的处理为噪点，从而解决了雨、雪、雾等恶劣天气造成的误报和运动速度的差异，剔除了飞蛾等造成的误报。
2.2 算法模型
具体研发过程采用建立抽油机运动模型，消除抽油机运转以及运转形成的阴影造成的误报，使动态的背景静态化。累积记录抽油机在一个周期内运动过的区域以及形成的阴影的像素，将此区域定义为非报警区；同时对井场树木及相应的运动均定义为非报警区，从而解决了抽油机运转以及运转形成的阴影造成的误报。建立了动态环境下混合多层背景模型，采用了动态背景下动态轨迹的智能对比分析技术，有效解决了抽油机本身的运转及所形成的阴影变化以及天气等原因造成的检测背景变化而引起的误报。算法模型如图2 1所示。 3、井场智能视频监控系统的应用
3.1 系统组成
井场智能视频监控系统整个视频监控系统主要由图像采集、分析控制、传输和视频显示四个部分组成。
图像采集部分主要由摄像机、辅助照明灯和报警音响等设备组成，完成图像的采集；分析控制部分是视频监控系统的核心，完成模拟视频监视信号的数字采集、图像压缩、监控数据记录和检索、给前端发送控制信息等功能。它的核心单元是采集、压缩、控制单元，它的通道可靠性、运算处理能力、录像检索的便利性直接影响到整个系统的性能。控制部分是实现报警和录像记录进行联动的关键部分。井场智能视频监控系统如图3-1所示。图3-1井场智能视频监控系统示意图
3.2 应用
自从智能视频监控技术开发成功后，首先在长庆油田的白155先导示范区试验并取得了成功，随后广泛推广使用，截至目前使用覆盖率已达到长庆油田井场的90%以上，为实现井场无人值守创造了条件。
井场智能视频监控技术通过软件分析技术实时对监测到的图像进行分析，能够消除抽油机运转及运转所形成的阴影引起的误报，自动将及雨、雪、大风等等各种天气的影响作为噪点处理，能够智能判识井场是否有异常（人员或车辆闯入），并对异常通过声光报警提醒当班员工处理，减轻现场员工劳动强度，提高智能化水平。
所实现的主要功能如下：
（1）能够提供完善的实时监控、告警查询、设备管理、权限控制、录像策略、图像管理、人员管理等功能。监控界面如3-2所示。图3-2监控界面
（2）入侵自动侦测告警功能，通过智能视频监控技术，自动分析入侵的人员或车辆，锁定目标，并自动放大告警通道的画面，提醒安防人员注意。在告警后，当班员工可以通过界面使用PTZ功能，拉近目标进行确认以了避免虚警。
（3）利用智能视频服务器的语音喊话、播放音频文件功能，通过网络监控平台实现威慑入侵者的目的，当班员工可对报警图像采取抓拍功能。
（4）报警触发自动录像功能。具有定时录像、手动录像、报警联动录像等多种录像模式，出现报警能够自动触发录像功能。预警处理如图3-3所示。图3-3预警处理图片。
4、结论
井场智能视频监控技术是石油企业视频系统应用的探索，其普及应用，为实现井场无人值守的电子巡井技术代替人工住井提供了技术条件，有效减少了用工，避免了了员工重复性的劳动，降低了员工的劳动强度，同时由于电子巡井的实时性，进—步提高了石油企业的提高井场安防水平和生产效率。但由于该技术研发具有相应的针对性，因此，其使用也具有一定局限性，仅能实现油田生产现场，其他领域智能监控的研发可以借鉴。
【关键词】井场 智能视频监控 电子巡井
【中图分类号】X924.3 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0240-02
1、井场智能视频监控技术的产生
随着国家进行信息化与工业化融合导向的逐步深入，石油企业面临着发展的重大抉择。进一步转变发展方式、提升发展质量，控制用工总数，提高油气田开发管理水平和管理效率，促进信息化技术与石油工业化的结合是石油企业发展的必然选择。
实现井场无人值守，既是优化劳动组织架构，提高生产力的重要手段，也是推行数字化管理的难点，因此，研发出适应油田生产现场的井场智能视频监控设备，实现无人值守，电子巡井，提高井场的安防水平就显得尤为迫切。
长庆油田结合自身现状，采取了实现生产井场无人值守的科学管理提高生产效率和管理效率。实现井场无人值守就需要采取相应的技术手段，解决井场员工撤离后的井场安全生产问题。于是便产生了通过智能视频监控为手段的新型电子巡井模式代替原有人工巡井模式。尽管国内的视频监控系统起步比较早，从20世纪50年代起，一些重要的部门就开始安装和使用视频监控系统，在公安、消防、商场等各类场合以及城市生活的各个方面应用比较广泛，但能够满足油田现场的视频监控技术一直处于空缺之中。但由于油田现场抽油机一直处于运行状态的动态背景下动态背景变化自动智能分析报警的视频监控技术便应运而生。
1.1 目前视频系统的应用
目前市面上常见的视频监控系统主要由摄像机（云台）、视频解码器、辅助设备（照明灯等）和视频显示设备（Pc机）组成，数据传输采用有线或无线网络传输系统。视频解码器不具备智能分析功能或仅仅是能够满足静态背景下的智能报警。静态背景下的智能视频监控技术能够对静态背景下的动态物体进行有效判断、报警，大大减轻了视频监控人员的工作量，进—步提升了安防水平，是视频监控系统的一次革命，主要用在环境条件相对较好的城市，且只对静态环境的动态物体进行报警，为平安城市的建设起到了不可估量的作用。然而这种视频监控系统不能进行分析报警，必须由安保人员对视频画面进行24小时不间断的监视，否则系统就起不到实时报警的功能只能起到事发后取证的作用。这样为了实现有效监控，需要大量的人力。视频监控系统如图1-1所示。图1-1视频监控系统示意图
1.2 研发的技术难点
油田企业为了确保生产正常运行，主要是油井原油不流失，往往需要大量的劳动力进行油井的管理，确保生产物资、原油被盗事件的发生。为了节省劳动力，减轻员工的劳动强度，提高生产效率，研发能够对视频监控画面中出现的异常智能提醒、报警功能的智能视频监控系统。经过试验，现有的视频监控技术不能满足油田井场视频智能监控的需求，主要原因有两个方面：
一是油田生产现场的特殊性，抽油机一直处于不停的运转状态，同时由于抽油机运转所形成的阴影以及雨、雪、大风等各种天气的影响，现有的智能视频监控技术主要表现为误报率高，对正常运转的抽油机及形成的阴影报警，同时对天气变化引起检测背景的变化也不能识别。二是由于油田所分布地区自然环境差，现有视频监控设备不满足现场需求。
综上所述，现有智能视频监控技术不满足井场无人值守功能的实现，需要研发能够满足油田特定环境下的井场视频智能监控技术。
2、井场智能视频监控系统的研发
2.1 研发的技术思路
由于油田现场抽油机一直处于不停的运转状态，同时由于抽油机运转所形成的阴影以及雨、雪、大风等各种天气的影响，使得井场环境一直处在动态的变化之中。能够对动态背景下的动态物体进行判识是井场智能视频监控技术研发的核心和难点。经过分析，我们发现，不论是井场抽油井的运转、运转形成的阴影以及雨、雪、大风等各种天气造成的井场背景变化都是有一定规律的，据此，从以下三个阶段完成井场智能视频监控系统的研发：
第一阶段：定轴固定运动轨迹的动态物体的静态化处理。经过对井场抽油井运动规律的分析，我们知道，抽油机一直处于定轴固定运动轨迹的运转，同时抽油机在运转过程形成的阴影也有规律的变化着。通过建立抽油机运动算法模型，默认抽油机运动及运动所产生阴影为静态，于是监测背景变简化为“静态”环境。
第二阶段：静态背景下动态物体的识别与锁定。通过第一阶段定轴固定运动轨迹的动态物体的静态化处理，使复杂监测背景变得简单。接下来，对监测背景等分为无数的监控单位，确定监测背景的“报警阀值”，通过对有人员或物体闯入后，监测背景像素变化的值与“报警阀值”的对比分析，从而迅速准确的锁定目标，触发报警。
第三阶段：复杂环境下，噪点的模糊处理及极端条件的判识。由于在油田生产现场一直在野外的环境下，现场摄像机颤动、飞蛾等飞过引起监测背景变化，以及雨、雪、雾等恶劣天气，都给井场智能分析视频监控技术的研发带来了一定的挑战。经过分析，强光、雨、雪、雾等恶劣天气的变化具有一定的规律，把这种有规律的运动进行亮点或灰度的处理为噪点，从而解决了雨、雪、雾等恶劣天气造成的误报和运动速度的差异，剔除了飞蛾等造成的误报。
2.2 算法模型
具体研发过程采用建立抽油机运动模型，消除抽油机运转以及运转形成的阴影造成的误报，使动态的背景静态化。累积记录抽油机在一个周期内运动过的区域以及形成的阴影的像素，将此区域定义为非报警区；同时对井场树木及相应的运动均定义为非报警区，从而解决了抽油机运转以及运转形成的阴影造成的误报。建立了动态环境下混合多层背景模型，采用了动态背景下动态轨迹的智能对比分析技术，有效解决了抽油机本身的运转及所形成的阴影变化以及天气等原因造成的检测背景变化而引起的误报。算法模型如图2 1所示。 3、井场智能视频监控系统的应用
3.1 系统组成
井场智能视频监控系统整个视频监控系统主要由图像采集、分析控制、传输和视频显示四个部分组成。
图像采集部分主要由摄像机、辅助照明灯和报警音响等设备组成，完成图像的采集；分析控制部分是视频监控系统的核心，完成模拟视频监视信号的数字采集、图像压缩、监控数据记录和检索、给前端发送控制信息等功能。它的核心单元是采集、压缩、控制单元，它的通道可靠性、运算处理能力、录像检索的便利性直接影响到整个系统的性能。控制部分是实现报警和录像记录进行联动的关键部分。井场智能视频监控系统如图3-1所示。图3-1井场智能视频监控系统示意图
3.2 应用
自从智能视频监控技术开发成功后，首先在长庆油田的白155先导示范区试验并取得了成功，随后广泛推广使用，截至目前使用覆盖率已达到长庆油田井场的90%以上，为实现井场无人值守创造了条件。
井场智能视频监控技术通过软件分析技术实时对监测到的图像进行分析，能够消除抽油机运转及运转所形成的阴影引起的误报，自动将及雨、雪、大风等等各种天气的影响作为噪点处理，能够智能判识井场是否有异常（人员或车辆闯入），并对异常通过声光报警提醒当班员工处理，减轻现场员工劳动强度，提高智能化水平。
所实现的主要功能如下：
（1）能够提供完善的实时监控、告警查询、设备管理、权限控制、录像策略、图像管理、人员管理等功能。监控界面如3-2所示。图3-2监控界面
（2）入侵自动侦测告警功能，通过智能视频监控技术，自动分析入侵的人员或车辆，锁定目标，并自动放大告警通道的画面，提醒安防人员注意。在告警后，当班员工可以通过界面使用PTZ功能，拉近目标进行确认以了避免虚警。
（3）利用智能视频服务器的语音喊话、播放音频文件功能，通过网络监控平台实现威慑入侵者的目的，当班员工可对报警图像采取抓拍功能。
（4）报警触发自动录像功能。具有定时录像、手动录像、报警联动录像等多种录像模式，出现报警能够自动触发录像功能。预警处理如图3-3所示。图3-3预警处理图片。
4、结论
井场智能视频监控技术是石油企业视频系统应用的探索，其普及应用，为实现井场无人值守的电子巡井技术代替人工住井提供了技术条件，有效减少了用工，避免了了员工重复性的劳动，降低了员工的劳动强度，同时由于电子巡井的实时性，进—步提高了石油企业的提高井场安防水平和生产效率。但由于该技术研发具有相应的针对性，因此，其使用也具有一定局限性，仅能实现油田生产现场，其他领域智能监控的研发可以借鉴。