余麗

大慶油田工程有限公司

大慶油田采油八廠地處偏遠地區(qū),管轄面積2 903 km2,有近9 400座油水井,具有分布較散、地域環(huán)境相對復雜、運輸通道四通八達、安保防控難度大等特點.隨著油田數(shù)字化的規(guī)劃建設,傳統(tǒng)的人工巡井方式已逐漸向遠程視頻巡井方式進行過渡.若采用單井安裝安防監(jiān)控設備方式,存在著前端安防及數(shù)據(jù)傳輸設備的較高工程投資及后期維護工作量大的問題,且單井前端設備覆蓋范圍小,無法滿足油田路、通井路等特定目標的監(jiān)控.基于上述原因及多次調研,確認選用全景紅外成像預警雷達對覆蓋范圍內的井、間、站等進行全景遠程監(jiān)控.

1 全景紅外成像預警雷達系統(tǒng)

全景紅外成像預警雷達系統(tǒng)由前端全景紅外成像預警雷達、前端雙光譜成像跟蹤儀、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及預警雷達監(jiān)控中心構成[1].

1.1 前端全景紅外成像預警雷達

該設備能夠在1 s內完成水平360°全景成像掃描,并由系統(tǒng)實時生成360°全景圖像及360°展開圖像進行廣域監(jiān)測,全景圖像分辨率可達到40 000X288.其成像部分采用進口原裝碲鎘汞制冷型紅外熱像儀,掃描部分由高精度伺服機構來完成,具有熱感應靈敏度高,成像清晰,水平及俯仰掃描快速、準確的特點.設備垂直視場角5°,俯仰伺服機構可以在-20°~45°范圍內對監(jiān)控區(qū)域覆蓋半徑大小進行調整,在任何天氣條件下都能夠穩(wěn)定運行.其工作原理與微波雷達有本質上不同,全景紅外成像預警雷達不會對通信、機場設施等產生干擾,無需經(jīng)無線電管理部門審批[2].

前端對人、自行車等小目標有效探測半徑3 km,對摩托車、三輪車等小型車輛目標有效探測半徑為4 km,對轎車等中型車輛目標有效探測半徑為6 km.可同時探測和顯示多個入侵目標,并為值班人員提供目標相應的屬性信息.

1.2 前端雙光譜成像跟蹤儀

前端雙光譜成像跟蹤儀采用超低照度高清CMOS攝像機和非制冷連續(xù)變焦面陣紅外熱像儀組合的方式進行全天候的實時視頻監(jiān)控,通過監(jiān)控中心的監(jiān)控管理服務器對云臺和鏡頭進行遠程控制、啟動巡檢等操作,實時回傳方位數(shù)據(jù),在管理平臺上顯示當前監(jiān)控目標位置.在白天光照強度>0.01 LUX時攝像機轉換為彩色模式工作,在夜間光照度<0.01 LUX時自動開啟并轉換到紅外熱成像模式工作.

1.3 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

因紅外成像雷達的大覆蓋范圍及快速掃描機制,回傳數(shù)據(jù)信息量較大,單套前端設備數(shù)據(jù)回傳帶寬需求為200 Mbit/s[3],而系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的實時性要求比較嚴格,因此數(shù)據(jù)傳輸方式在工程建設條件允許的情況下,需采用光纖傳輸[4],以保障系統(tǒng)平穩(wěn)、安全、有效地運行.

1.4 預警雷達監(jiān)控中心

預警雷達監(jiān)控中心配置相應的功能服務器和監(jiān)控控制端,在一個控制席上便能完成所有監(jiān)控操作.系統(tǒng)具有靈活細致的聯(lián)動功能,與報警子系統(tǒng)有機結合,在有警情發(fā)生時,自動進行聲光報警,視頻跟蹤定位,圖像的切換、錄像,對報警信息進行記錄等,實現(xiàn)更智能化的視頻監(jiān)控.

2 系統(tǒng)應用

2.1 前端設備的建設及安裝

結合目前采油八廠的遠程安防管理需求,預警雷達警戒區(qū)采用重點目標局部警戒模式,即用于特定目標(例如油水井、計量間、變壓器等)的警戒,可根據(jù)目標形狀及周邊環(huán)境,設置成任意幾何形狀的警戒區(qū).

當沒有報警信息時,紅外全景成像雷達通過系統(tǒng)管理平臺控制指令,可控制轉臺的上、下、左、右轉動以及鏡頭的變焦和聚焦,達到在設備標稱距離范圍內廣域監(jiān)視的目的,同時可對重點管理設施進行航跡點位自動巡檢.當有侵入報警信息時,紅外全景成像雷達通過系統(tǒng)管理平臺聯(lián)動指令,雙光譜成像跟蹤儀會快速對目標進行鎖定并啟動相應的圖像光學放大及跟蹤功能.

根據(jù)采油八廠井、計量間及站場的地域分布情況,共選取了24座周邊產能設施較密集的小隊點做為預警雷達前端設備安裝地點.其中2017年一期建設6套前端設備,實現(xiàn)覆蓋油水井1 209口,2018-2020年分三期建設18套前端設備,可實現(xiàn)覆蓋油水井7 721口.24套設備全部建成后,預警雷達監(jiān)控系統(tǒng)對采油八廠井、間及站場的覆蓋率將達到95%.

前端全景紅外成像預警雷達、雙光譜成像跟蹤儀均采用立柱式支架安裝在各站鐵塔頂部平臺上,鐵塔建設高度根據(jù)周邊林帶高度及分布情況分別選擇35、40及45 m.

前端設備安裝時,預警雷達支架不可避免地遮擋了跟蹤儀部分視角,造成一定的監(jiān)控盲區(qū),盲區(qū)角度示意圖見圖1.同時監(jiān)控區(qū)域內距離較遠,生長高度較高的防風林也會造成一定的監(jiān)控盲區(qū).因此預警雷達及跟蹤儀現(xiàn)場安裝時應結合監(jiān)控區(qū)域內重點監(jiān)控設施分布情況及防風林的盲區(qū),優(yōu)化選擇監(jiān)控遮擋角朝向,達到盲區(qū)內重點監(jiān)控設施數(shù)量最小化.

圖1 雷達監(jiān)控盲區(qū)角度示意圖Fig.1 Sketch map of the anale of radar monitoring blind area

根據(jù)系統(tǒng)前端設備俯仰角計算,塔下500 m區(qū)域亦為監(jiān)控盲區(qū)[5],鐵塔下可選用1臺高清紅外智能球型攝像機,作為塔下盲區(qū)的補充監(jiān)控設施以保證前端設備不被破壞.

2.2 預警雷達數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

采油八廠共計24套前端設備數(shù)據(jù)的回傳帶寬需求量約為4.8 Gbps.目前采油八廠已建光纖傳輸鏈路為小隊點-油礦-信息中心,其中小隊點-油礦生產網(wǎng)帶寬為百兆,油礦-信息中心生產網(wǎng)帶寬為千兆.預警雷達系統(tǒng)建成后,八廠將建成預警雷達前端設備-小隊點-油礦-信息中心-經(jīng)保大隊的光纖傳輸鏈路.根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸帶寬需求,在升級生產網(wǎng)絡部分中繼段的光傳輸設備帶寬后,預警雷達前端設備最終以千兆光口上聯(lián)至信息中心.信息中心-經(jīng)保大隊中繼段建成10 GE的PTN光傳送網(wǎng),其擁有完善的保護機制,支持主控、交叉、時鐘、電源單元1+1的設備級保護,支持MPLS-TP APS、ERPS、LAG、MC-LAG、LPT及復用段等網(wǎng)絡級保護[6-7],在提高數(shù)據(jù)傳輸效率的同時,又滿足前端24套預警雷達數(shù)據(jù)可實時接至監(jiān)控中心.

2.3 預警雷達監(jiān)控中心建設

采油八廠預警雷達監(jiān)控中心設置在經(jīng)保大隊內,中心新建有GIS聯(lián)動報警指控工作站、紅外全景成像預警雷達工作站、綜合視頻管理工作站、NVR及LCD液晶拼接屏等設備[8].其中:GIS聯(lián)動報警指控工作站實現(xiàn)系統(tǒng)軟件多元數(shù)據(jù)融合、智能分析、聯(lián)動控制等功能;紅外全景成像預警雷達工作站實現(xiàn)對雷達掃描后回傳數(shù)據(jù)進行分析運算及處理成像等功能;綜合視頻管理工作站用于運行視頻管理軟件,并將全景信號投放至液晶拼接大屏上.

24套雷達預警系統(tǒng)前端設備數(shù)據(jù)接入監(jiān)控中心后,經(jīng)處理的每路數(shù)據(jù)存儲碼流為25 Mbit/s,數(shù)據(jù)在設備內存儲時間為30天,經(jīng)計算需配置1套24盤位NVR].

3 結束語

全景紅外成像預警雷達作為數(shù)字化油田遠程廣域安防監(jiān)控的一種技術方式,實現(xiàn)了對廣域的偷盜油等行為搜索發(fā)現(xiàn)、實時跟蹤等技術目標.其系統(tǒng)擁有開放性的預留傳輸接口,在下一步的深入應用中可考慮將廠級預警雷達監(jiān)控中心與油田公司指揮中心、公安110進行聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)警企信息共享,從而對巡檢中發(fā)現(xiàn)的偷盜油等行為進行嚴厲打擊,為油田穩(wěn)產做出貢獻.