文献标识码：B文章编号：1003-0492（2024）03-070-04中图分类号：TP277.2

★汪淑敏，乔泉熙，张晋军，韩钊（中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐830011）

关键词：顶层设计；异构；集成；可视化；智能化

1　引言

随着数字化时代的到来，油田的智能化和自动化成为了行业发展的必然趋势。在石油、天然气等能源行业，监控系统对于安全生产、应急管理等具有至关重要的作用。西北油田公司虽然在井场、厂区、重大施工现场及高危目标，不同程度建设了数字化监控系统，然而，由于建设年限不同、标准不统一等原因，系统存在资源分散、格式不一、存储和管理不规范等一系列问题。为了提高管理效率和共享水平，本文将探索一种基于顶层设计理念的跨平台集成监控系统的研究与实现。

本文主要从西北油田数字化监控系统的问题与现状出发，通过需求分析、架构设计、集成设计、流程优化、应用效果与技术创新等方面，详细阐述了基于顶层设计理念的智慧油田跨平台集成监控系统的研究与探索。

2　研究背景与挑战

西北油田分公司早期数字化监控系统分散建设，建设年限不同、标准不统一，缺乏顶层设计，各二级单位监控平台初步搭建完成后，仅满足了二级单位指挥中心和相关处室调看，区域化、系统化、体系化服务能力不足。

各监控系统相对独立，仅在单一具体业务层面上实现了局部集成应用，与生产指挥、安全环保、综治防恐等业务系统融合程度不高，不能满足多平台分权限便捷查看。

监控系统从整体上未建立相关管理制度和标准，监控点编码不统一，未建设长效运维考核管理指标体系，应用效果参差不齐。

3　建设目标

按照集团公司统一标准，建立西北油田公司级的“以采油厂及其他二级单位为单元，分级管控”的跨平台集中监控系统，对现有的二级单位异构监控平台进行整合，实现公司各级现场实时监控资源的汇聚接入，从而达到监控资源由上而下的调用和管理，为集团公司、地方政府、油田公司生产监管、安全环保、综治维稳、反恐防范、应急指挥等业务提供符合国标的多平台监控资源调用共享服务。

4　系统设计

4.1　系统架构设计

参照国家及行业有关技术规范与要求，充分贯彻顶层设计、集成整合的思想，强化原有监控资源的采集与共享应用，围绕生产监管、决策分析、应急指挥、企业运营等进行架构设计，形成符合分公司发展和监督管理要求、具有较强扩展的整套智能化集成化监控系统平台。

按照总部四级贯通的要求，将公司的监控信号向上级联至总部视频资源中心，总部层面所有查看的现场监控信号统一通过总部视频资源中心访问。围绕增强油田安全生产可视化、数字化、智能化管理水平，系统采用四级贯通的技术架构，从而实现油田生产全过程、全要素、全参与方的有效管控。

对于可视化，采用先进的数据可视化技术，构建油田生产全局的实时监控系统。数字化则通过将油田生产的各项要素进行数据化处理，形成油田视频资源数据库，为后续的智能化分析提供坚实的基础。智能化则是在前两者的基础上，利用AI技术，自动识别油田生产过程中的各类问题，并做出及时准确的预警和决策，提升生产效率并降低风险。

技术架构分为四级。第一级是数据采集，通过智能传感器等设备，对油田生产过程中的各种数据进行实时采集。第二级是数据处理，将采集到的数据进行清洗、分类、归纳等处理，转化为可分析的标准化数据。第三级是数据分析，利用高级算法对处理后的数据进行深度分析，挖掘出有价值的信息和趋势。第四级是应用层，将分析结果进行可视化展示，为决策者提供直观、准确的信息，帮助他们做出科学决策。图1以视频监控子系统数据采集、处理、分析、展示为例呈现四级贯通的系统技术架构。通过四级贯通的技术架构，我们成功地增强了油田安全生产可视化、数字化、智能化的管理水平。

图1 以视频监控子系统为例的四级贯通技术架构

4.2　系统集成设计

图2 系统集成架构设计

系统集成功能如图2所示，包括以下六方面：

（1）接入各二级单位现有监控平台、移动监控设备、运维诊断服务等；

（2）集成统一身份认证，集成西北油田电子地图；

（3）与西北油田公司HSE系统平台对接，集成HSE系统平台提供的直接作业数据；

（4）为PCS移动应用功能提供监控资源调用接口页面，实现单井、站库现场监控图像随时随地的监控；

（5）接入智能违章识别系统的违规信息，并作为集成监控平台的一个专用模块进行展示；

（6）实现与短信平台对接，由短信平台提供对接接口。

4.3　业务流程优化

通过系统级联的方式，系统将二级单位的监控资源、移动监控设备，统一汇聚到集成监控平台。平台将企业的所有监控资源作为统一的资源池，向总部视频监控平台、地方政府平台、PCS系统、HSE系统等提供资源，如图3所示。制订了命名规范和标准规范，统一了操作流程，简化了系统级联的操作步骤。

图3 集成业务流程图

在二级单位和集成监控共享平台分别部署运维平台，二级单位的运维平台对设备巡检后，将信息同步到集中监控平台，集中监控平台根据平台相关设备的巡检结果，结合二级单位的运维巡检结果，判断设备在集中监控平台中的运维结果，当设备故障时快速定位故障原因，便于运维人员快速排除故障。

图4 运维相关业务流程图

集中监控平台可以将作业生产过程中的视频监控信号实时推送到视频推送平台，并且将观看视频监控信号的链接通过短信方式发送给指定用户，用户验证成功后可以直接在手机上或PC端打开生产作业过程的视频图像，保障了用户对相关生产作业过程的视频图像浏览的便捷性和安全性。

图5 视频推送业务流程图

5　应用效果

系统支持统一身份认证集成、电子地图集成；以B/S和C/S两种架构相结合方式，支持多级网络架构分布式部署；支持云平台虚拟化部署；支持统一信息管理；支持对系统内各种基础数据（包括摄像机、编码设备、解码设备、存储设备、报警主机、流媒体服务器、存储服务器、级联网关、网管服务等）的各项参数进行配置。

平台汇聚功能主要包括独立监控设备的接入服务和第三方监控平台的互联服务。梳理各二级单位现有各类安全生产监控系统的技术标准、开放接口以及接入情况，针对不同品牌不同种类的监控系统和监控设备设计接入方案。

数据清洗和挖掘分析服务可以去除数据集中的噪声、错误和不一致性，使数据集更加准确、可靠和完整。在报警管理中，数据清洗有助于消除无效的数据，避免对后续分析和决策造成干扰和错误。同时，数据挖掘是从大量的数据中挖掘出知识的一种方法，可以从具有隐藏信息的海量数据中抽取有价值的信息。在分析研判方面，数据挖掘能够了解数据中的深层次的、隐藏的态势和趋势，有助于提高报警管理系统的性能和效率。例如，通过对历史数据的挖掘和分析，可以发现报警产生的原因、频率和模式等深层次的信息，从而更好地指导研判规则的制定和调整。

流媒体服务支持实时音视频监控数据的转发及分发，支持设备连接流量控制管理，对带宽进行合理使用，支持级联和分布式部署，支持视频流相关的统计信息。

平台级联网关，负责视频监控图像管理服务与二级单位监控平台对接，并可以通过级联网关将本级视频监控资源共享推送到上级平台。其支持国标GB/T28181-2016协议级联，具备国标GB/T28181-2016协议上联和下联的级联接口，支持上级平台对下级通道的预览、录像检索、回放等功能。

系统通过对异构平台的整合兼容，通过对油田生产的各项要素进行数据采集、处理、分析、展示，实现了油田安全生产可视化、数字化、智能化管理水平的提升。

图6 集成监控平台界面图

6　关键技术及创新

6.1　云架构部署设计

系统搭建在私有云平台中，可以结合云平台中已有的产品和相关的服务，使得系统在易用性、通用性及安全性上达到最优。

6.2　异构平台的兼容

系统兼容原有二级单位的不同品牌型号的监控系统以及专用移动监控设备，实现跨平台兼容。

6.3　系统集成开发

系统集成中国石化的统一身份认证平台、西北油田分公司电子地图、PCS系统视频监控信号推送服务、HSE系统智能违章数据以及短信平台对接等，实现跨平台集成。

6.4　数据集成管理

根据业务需求，系统整合集成管理的数据种类包括：资源信息、音视频监控信息、图片信息、告警信息、安全生产监测信息、运维信息、地理信息等。

6.5　智能流媒体技术

当同一子网的多个用户接受另一子网的某一用户的视频流时，这两个子网的转发网关会自行判断，由该转发网关再分发多个音视频流到各用户端。由于转发网关与用户在同一个局域网内，这样无论增加多少最终用户，转发网关之间也不增加流输出，这样通过智能流媒体技术，将更节省带宽，从而保证了网络上的视频流数量降到最低，耗用带宽最少。

6.6　视频监控信息推送服务

紧急情况下平台可以将系统中已接入的视频监控播放链接通过短信推送到相关用户的手机上，用户不用安装任何APP或者插件，直接用手机浏览器可播放视频监控图像。支持H5页面RTSP、FLV取视频流网页直接播放。

6.7　多级运维长效保障机制

平台建设配套的运维管理系统，在各二级单位分别部署应用模块，在二级单位提供的应用服务器安装运维模块（包括采集探针、视频质量诊断、状态推送等），将设备的部署、监控、维护等配置管理信息纳入设备管理，将前端点位资源信息与状态统一汇总至中心平台，同时提供在线率、完好率统计图表，减少了人工核查工作量，并实现重要故障自动报警，提升了运维管理效率。

6.8　提供丰富的共享接口类型

平台为生产监控、综治维稳、安全环保、反恐防范、应急指挥等提供监控入口，同时开发和集成视频监控系统管理、权限管理、运维管理、移动应用等公用功能。

6.9　数据清洗和挖掘分析

数据清洗和挖掘分析不仅可以去除数据集中的噪声、错误和不一致性，使数据集更加准确、可靠和完整，还可以从具有隐藏信息的海量数据中抽取有价值的信息，了解数据中的深层次的、隐藏的态势和趋势，提高了报警管理系统的性能和效率。

6.10　平台管理方面

新建厂区监控系统符合油气生产信息化统一标准建设，二级单位平台和前端监控设备满足GB/T28181-2016协议。网络传输考虑三网隔离，纳入油田公司监控专网管理。对监控前端进行统一命名，命名包含物理区域、监视部位、顺序编号以及其他必要描述等，满足监控资源快速查询定位和各级平台的一致性。

7　结论

本文阐述了视频集成的顶层设计，并对西北油田跨平台集成监控进行了深入研究，旨在提高管理效率、系统使用率和资源共享水平。我们通过深入调查和分析，采用集成设计、云化部署和流媒体等技术，实现平台的高度集成、稳定运行和高效数据处理。

通过研究，我们成功构建了适用于西北油田的跨平台集成监控系统。该平台具有高可用性、易扩展性和易维护性等优点，有效地整合了资源，减少了冗余系统和管理流程，提高了资源利用效率和资源管理效率，推动了西北油田在数字化时代的可持续发展。同时，本研究也为其他类似领域提供了有益的参考，具有较高的实际应用价值和理论意义。

作者简介：

汪淑敏（1985-），女，湖北天门人，中级工程师，硕士，现就职于中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，研究方向为计算机应用与技术。

乔泉熙（1986-），男，陕西汉中人，高级工程师，本科，现就职于中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，研究方向为信息与数字化管理。

张晋军（1983-），男，山西晋城人，高级工程师，本科，现就职于中国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。

韩　钊（1986-），男，山东新泰人，高级工程师，本科，现就职于中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，研究方向为勘查技术与工程。

参考文献：

[1] GB 50348-2004, 石油化工企业安全防范系统设计规范[S].

[2] GB 50395-2007, 石油化工企业生产安全监测系统设计规范[S].

[3] GB 50493-2009, 石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范[S].

[4] GB 50073-2013, 石油化工自动化仪表选型安装设计规范[S].

[5] GB 50689-2011, 石油化工企业电气系统设计规范[S].

[6] GB/T 28181-2016, 公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求[S].

摘自《自动化博览》2024年3月刊