基于无线传感器网络的采油与原油输送监测系统的研究与实现

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无线传感器网络技术是一种新型的网络通信技术,融合了现代传感器技术、微电子技术和无线通信技术,能够感知、采集、传输和处理网络覆盖地理区域内被感知对象的监测信息。无线传感器网络具有成本低、功耗小、机动性好、易实现的特点,可以应用于工业、环境、太空、智能家居、军事等多种领域,因而引起了人们广泛的关注。目前,在油田生产过程中存在原油被盗、管道泄露、油井产量突然变化、突然停井等问题,这些问题若未及时发现,不仅给国家造成巨大财产损失,而且还给当地生态环境带来严重的污染和破坏。油田科研人员经过多年的研究,探索出了一套在油田计量站处通过一个专利阀门利用输油管路压力、温度判断上述故障的理论,但仅靠人工不能实时大面积检测输油管路的压力、温度,因此迫切需要一种可靠、有效的监测解决方案。本课题结合油田科研人员的检测理论,通过对胜利油田东辛采油厂实地考察,利用无线传感器网络技术设计了一种低成本、低功耗的采油现场实时检测、报警系统。该系统用于实现采油现场油井和输油管路的实时监测,能够及时检测和监控原油被盗、输油管道泄露、停井等现象,对减少财产损失和环境污染具有重要意义。同时该系统还能够检测采油井的产油趋势,为企业管理人员制定生产经营政策提供依据,有利于提高企业的管理水平。本课题利用传感器节点、汇聚节点和管理节点组成检测和通信网络,实现了数据采集,数据通信和数据处理功能。传感器节点的硬件和软件采用了低功耗设计,保证传感器网络在有限的能量下具有较长的生命周期。汇聚节点利用操作系统的设计思想,按照功能需求划分成6个独立任务,任务之间相互协调配合实现了汇聚节点的参数设置、协议转换、数据转发、数据备份和系统报警功能,提高了系统的稳定性、可靠性和扩展性。通过管理节点和数据库服务器管理软件实现了数据存储、处理和分析。该系统中传感器节点采用电池供电,具有体积小,安装方便,防破坏能力强等特点。通信网络采用免费使用的ISM频段,无需布线,具有成本低、施工简单、维护方便。最后,为实现设计系统能够在采油现场得到应用,利用两个搭建的测试网络对系统运行情况进行了测试,并对采集数据进行量化分析。实验数据表明该系统实现了输油管路的状态的检测和监控,进一步验证了该设计满足采油现场的监测需求。
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