油田4G远程抓拍预警监控物联网摄像机系统解决方案

Posted 2020-10-30

一、项目概述

1.1 行业背景分析

油田在国家和地方经济中承担着重要角色，保障石油的安全开采及运输已成为石油企业的重要工作之一。油田中各个采油点分布零散，有的相距几百米，有的则相距数公里。每个采油点通常只有少量人员，负责设备维护及安全工作，如负责户外油田采油机、油田室内水泵、油田油泵的维护及安全防护工作。因此防范力度薄弱，不利于中心集中管理。

1.2 技术背景分析

随着4G信号的普及和物联网技术的发展，4G远程监控系统在石油天然气行业中快速发展。 4G物联网技术以其方便快捷的无线通讯优势及强大的智能化功能及较低的整体拥有成本而迅速在油田监控系统中得的应用。

1.3 当前油田视频监控系统的主要缺点

1） 部署难度高——监控点较分散，布线施工难，系统安装部署成本高；

2）报警不及时——油田现场发生事故时，得靠人眼发现，很容易遗漏重要事件的发生；不能及时知晓现场有事件发生；

3）运维难度大——部分系统联网后，面对数量庞大的视频监控设备，运维工作量巨大且检测难度大，往往造成故障处理不及时，使得视频监控系统的使用效果大打折扣；

4）运维成本高——通过4G网络实时传输视频到后端，一个摄像头每小时约消耗1G的流量，每个摄像头每天需上百元的流量费用，而其中的视频流量绝大部分是没有关键信息的；

5）监控系统功能单一，仅有视频采集显示功能，不能与满足油井智能化物联管理的功能需求，后期也没有升级为物联网的功能接口，导致性价比较低。

1.4 油田视频监控需求分析

为了提高油田采收率，增加原油产量、降低劳动强度、增强设备远程管理，节约企业运行成本，并有效的防范非法分子采油集破坏采油设施，保护国有资产，安锐通以4G网络视频监控技术与多传感器技术相结合，运用现代的物联网及AI技术，研发出一套油田无人值班守实时监控预警系统；该系统较传统监控有着易于部署、方便实施、易运维、即时预警、节省流量费用等明显优势。

二、系统设计

2.1 设计依据

《安全防范工程技术规范》 GB50348-2004 &

《视频安防监控系统工程设计规范》 GB50395-2007 &

《视频安防监控数字录像设备》 GB20815-2006 &

《安全防范工程程序与要求》 GA/T75-94 &

《安全防范系统通用图形符号》 GA/T74-2000 &

《安全防范系统验收规则》 GA308-2001 &

《视频安防系统技术要求》 GA/T367-2001 &

《计算机场地技术要求》GB2887-2000 &

《综合布线系统设计规范》EIA/ITA568A、ISO/IEC11801、CECS72-79 &

《建筑智能化系统工程设计标准》（DB32/191-1998） &

《系统接地的型式及安全技术要求》（GB14050-93） &

《火灾自动报警设计规范》（GB50116-98） &

《消防联动控制设备通用技术条件》（GB 16806—1997）

2.2 设计原则：

根据安全防范技术现行规范、用户需求以及对油田特殊环境的综合分析，无人值守监控预警系统应作为一个相互关联的有机整体，实现对整个管理区的油井安全进行有效的监控和管理。

监控系统从确保管理区油田的生产安全性、管理的科学性和对灾害及人为破坏的抵抗和防御能力出发，遵循以下原则：

先进性：设备选型采用国内外主流技术并与其发展潮流相吻合，保证系统的技术寿命及后期投资的可延续性，具有自主知识产权。

实用性：监控系统应力求实用可靠，操作尽量简单直观，维护方便。

通用性：系统应满足在更换部分设备时的通用性及可替换性。

集中管理：系统在中心控制室实施对所有前端设备的控制操作及功能设置，保证系统高效、方便、可靠地运行。

可扩展性：系统预留部分扩展空间，并提供级联接口，保证大小型扩展都可以节省投资实现功能。

易维护性：可远程自动知道设备的运行状态，便于及时发现故障及时处理。

2.3 设计目标

ü 实时监控：后端可监看油田现场实时画面；

ü 感应抓拍预警：现场有车辆或人员进入时，抓拍照片发送到后端及时预警，提醒安保人员对可疑者及时防范；

ü 全网通4G网络传输：抓拍的照片通过移动/电信/联通的4G网络远程传输到后端控制中心；

ü 优先支持有线及WIFI：同时支持4G和WIFI及有线网络。如果同时具备4G和WIFI，系统自动判断并优先使用WIFI。有线及WIFI断网后，自动切换到4G网络。既可以充分使用有线网络降低成本，又可避免本地网络被破环或故障时的设备正常通讯。

ü 节省流量：感应抓拍的高清照片，通过4G网络传输到控制中心；发现可疑照片时再查看视频，每张照片约占100kb的流量，比直接传输视频节省上百倍的流量；

ü 断电断网后继续工作：摄像机内置锂电池，当供电线路被恶意剪断后，摄像机仍能继续工作数小时；

ü 预录像存储：采用独特的预录像算法，连同保存事件发生前和事件发生后一分钟内的视频文件，整个事件的前因后果一目了然；

ü 大容量存储：最大支持512G TF卡本地存储，或6T硬盘本地海量存储；结合预录像技术延长了录像存储时间并大幅减少下载无效视频的流量；

ü 录像回放：可在管理中心或者手机APP上检索不同时间段的视频录像文件，远程下载后便可回放；

ü 多终端同时使用：支持多用户多终端（android/ios/Windows）同时在线使用，主账号可给子账号分配使用权限；

ü H.264 High Profile 压缩技术：采用先进的H.264 High Profile视频压缩编码技术，在保证高清画质的前提下，实现更高比例的视频压缩，比H.264节省30%的流量,接近H.265的压缩比；

ü 传感器接入：支持接入激光测距、气象、PM2.5、水位量等传感器，并将对应数据叠加在视频上显示，同时传输到后端；

ü 美国德州仪器进口芯片：采用美国德州仪器TI的CPU芯片。低功耗、高性能，长期稳定运行无故障；开放的底层可提供丰富的定制化功能；

ü IP66 超强防护：采用铝合金外壳；IP66专业级标准 不怕雷雨天气；轻松应对恶劣环境；

ü 支持太阳能供电：采用11V-13V宽电压设计，可采用12V的太阳能供电系统供电；

2.4 总体方案设计

油田专用的物联网摄像机按照分布式的的设计思想进行系统设计，以单品即系统的高科技产品研发为基础，采用一体化设计方案，即一台摄像机就包括了整个监控系统的功能:视频采集、无线远程传输、处理及本地存储，还预留了传感器和控制单元接口，可外接传感器和控制执行模块，如接入人体热红外感应、温湿度、PM2.5等物联网传感器。

2.4.1 传统油田视频监控系统结构图

传统的油田视频监控系统庞大、结构复杂、施工困难、投资巨大，当汇聚层的传输设备出现故障时，整个系统都停止运行；如果采用传统4G无线网络传输的方案，则前端视频实时传输到后端需要消耗巨大的流量。

油田无人值守4G远程抓拍预警监控物联网摄像机系统解决方案

2.4.2 安锐通4G远程抓拍预警监控系统结构图

油田无人值守4G远程抓拍预警监控物联网摄像机系统解决方案

2.4.3 前端设计

1）在各作业区中转站、联合站、注入站及配置站等站室内主要工作岗位安装集成像、存储、传输为一体的4G定时抓拍报警物联网摄像机，将生产状况进行定时抓拍上传并存档。

2）在抽油机、计量间、中转站及联合站等室外环境安装室外一体化感应抓拍4G摄像机，当感应区域有人或车辆进入时，自动触发摄像机抓拍现场照片，照片通过移动/电信/联通三大运营商的4G网络发送到后端，第一时间向指挥中心发出告警提示、并向相关负责人发出手机APP发送抓拍的照片，同时启动声光报警器播报语音告警。

3）在油田污水处理厂部署定时抓拍4G远程监控摄像机，并外接传感器到处理后的污水中，对含油量、有机物（COD）、悬浮物、硫化物、温度进行实时监测；当传感器传送给摄像机的数值超越摄像机设定的阀值时，摄像机会自动抓拍现场照片上传服务器存档，第一时间向指挥中心发出告警提示；并向相关负责人发出手机APP发送抓拍的照片，同时启动声光报警器播报语音告警。

4）在采油井的关键部位安装一体化物联网摄像机，将油压表、流量表、温湿度传感器接入物联网摄像机后，将数据解析后叠加到监控画面中。并在摄像机程序中设定各个传感器的阀值，一旦超越阀值便触发摄像机抓拍现场照片上传服务器存档，第一时间向指挥中心发出告警提示；并向相关负责人发出手机APP发送抓拍的照片，同时启动声光报警器播报语音告警。

5）在输油管道与道路交叉路口安装4G抓拍报警摄像机，并外接户外型人体热红外&雷达双鉴别传感器，当感应区域有行人货车辆经过时，触发摄像机自动抓拍现场照片发送到后端，第一时间向指挥中心发出告警提示；并向相关负责人发出手机APP发送抓拍的照片，同时启动声光报警器播报语音告警。

6）定时抓拍：为确认设备的可靠性，可设置抓拍的起始时间及抓拍间隔。仅消耗极少的流量就可及时了解现场的概略情况。

油田无人值守4G远程抓拍预警监控物联网摄像机系统解决方案

u 清晰成像

摄像机采用美国德州仪器的达芬奇系列TI芯片方案，具有低功耗、高性能，长期稳定运行无故障；开放的底层可提供丰富的定制化功能特点；成像部分可根据需求选配100万、130万、200万、500万等不同像素的感光器件。镜头四周配有6灯大功率点阵红外补光灯，结合3D数字降噪技术，在夜间也能达到理想的成像效果。

油田无人值守4G远程抓拍预警监控物联网摄像机系统解决方案

u 感应抓拍/录像

摄像机本身自带感应器，可根据不同的场景选择雷达/激光测距/红外感应/三鉴别等合适的感应器；当感应区域有人或车辆进入时，自动触发摄像机抓拍现场照片，照片通过移动/电信/联通三大运营商的4G网络发送到后端，第一时间向指挥中心发出告警提示、并向相关负责人发出手机APP发送抓拍的照片。在联动声光报警的同时，摄像机自动开启预录像，提前一分钟将现场画面保存在摄像机内的内存卡或硬盘中，以便后期调取回放视频录像。

油田无人值守4G远程抓拍预警监控物联网摄像机系统解决方案

u 传感器接入

摄像机硬件上可预留多种传感器接口；将激光测距、气象、PM2.5、水位量、压力、电压等传感器接入后，解析传感器数据即可将对应数据叠加在视频上显示，数据同步发送到后端。传感器数据可设置为联动抓拍或其他执行动作。

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u 断电断网仍工作

摄像机内置锂电池和4G网络传输模块，当外部供电电源被恶意切断后，摄像机仍能继续工作数小时。

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u 本地海量存储

摄像机全面兼容市面上的TF内存卡和机械硬盘本地存储，最大支持512G TF卡和6T硬盘；配合触发事件录像技术，足够存储一年以上的录像视频。

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前端摄像机产品参数表

网络传输方式
全网通3/4G 网络（电信/移动/联通同时支持4G；移动/联通向下均兼容2/3G）

抓拍方式
微波/激光测距/红外感应抓拍

成像器件
1/3或1/2.8英寸 CMOS

有效像素
100万高清（1280 720）
130万高清（1280 960）
200万高清（1920 *1080）

镜头参数
[email protected]，(2.8mm，4mm,6mm，8mm，12mm可选)

红外夜视距离
60米内（6灯大功率点阵红外补光灯）,并结合3D降噪技术

WiFi
自带wifi热点，可给附近的无线网络设备共享流量

录像功能
最大支持512G TF卡存储或6T机械硬盘，感应触发循环预录像

无线标准
IEEE802.11b,802.11g,802.11n Draft

传感器接口
温湿度、风向、风速、声光报警器等模拟、数字、及开关量接口

传输速率
11b:11Mbps,11g:54Mbps,11n:135Mbps

音&视频压缩标准
AAC&H.264/MJPEG（H.264 high profile编码）

防护等级
IP66

供电&功耗
DC12V/2A±10%及太阳能供电&3W （红外灯开启后7W）

环境温湿度
温度-30-60℃ 湿度＜95%(无凝结)

后端支持平台
Windows，iOS，Android

2.2.4 无线传输设计

传统4G视频监控系统需要将摄像机接入4G无线路由器，再将实时视频上传到后端；整个系统采用的是单项传输技术。

安锐通一体化物联网摄像机内置4G全网通无线传输模块；感应抓拍到的照片自动发送到后端，每张照片约100KB，通过4G网络传输也不会消耗过多流量；4G网络传输模块与摄像机模组采用一体化设计，让摄像机工作更加稳定。

油田无人值守4G远程抓拍预警监控物联网摄像机系统解决方案

VS

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2.4.5 转发服务器群设计

对于高清网络视频监控系统来说，如何解决多路数视频管理、多用户访问、多业务终端承载一直是网络视频面临的难题，安锐通针对网络视频监控的特点，结合多年来从事网络视频监控的丰富经验，成功推出了稳定性极强的高清网络视频流媒体转发服务器，将这个转发服务器部署到网络服务性能比较高的专业服务器上，可提供大型网络视频监控系统的视频数据访问；当系统面临大量用户访问，负载过高的时候，会自动分配访问量较低的服务器，有效提高整个系统的处理能力。同时，当个别服务器出现故障时，摄像机会自动寻找最佳备用服务器进行数据转发，大大提高了整个系统的稳定性。

转发服务器主要实现：

n 实时视频转发：网络摄像机视频数据单播/多播转发 n

n 照片转发：对前端摄像机抓拍的抓拍进行实时转发 n

n 控制信息转发：远程控制信号转发 n

n 报警信息转发：转发网络中的报警信息 n

n 调取前端摄像机内录像文件时的转发 n

n 传感器数据的转发n

安锐通在中国大陆及海外部署有服务器集群，可保证全球大部分地区网络传输可靠、稳定、快速。

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2.4.6 综合管理中心平台设计

综合管理中心平台服务器是大中型管理中心系统中最重要一个核心组件，集中联网平台的管理、控制以及前台服务木块都要依从这里的参数来运作。该服务器承担设备（或节点）的目录树管理服务，前端节点所有的摄像机、报警器和后端监视器统一编号；还提供用户和用户组的设定、浏览许可和权限分配， 以及整个系统的冲突检测。管理中心是基于用户验证为核心的系统，某个用户的权限和优先级一旦设定，则此用户不论是在网络中的哪个地方登录，也不论使用APP、客户端或是管理中心登录，那么它的权限都是相同的。同时每个前端网点的本地验证可以根据需要是否受联网监控中心的管理。

管理平台可对整个系统的所有设备进行管理，具体包括：

n 状态监测：服务器按照设置的时间间隔，自动收集各前端摄像机设备的信息，及时发现网络及网络摄像机故障，及时报警通知排除。能够实时检测监控网点所有设备的在线情况，动态检测连接通道的网络带宽，显示远程设备的工作状态、录像状态、报警状态；可以查看远程监控网点的详细信息；

n 视频调用：通过管理服务器的预览功能，可以调用该用户被授权获取的所有前端摄像机的抓拍照片及视频图像，并且可以获取分组列表进行分组调用和切换等。

n 远程配置：管理中心可以查看、修改远程监控点的前端摄像机的设置选项，进行远程参数设置、系统重启动等维护操作，也可以对前端摄像机的存储存储、抓拍报警等功能进行远程管理。

n 自动校时：管理中心内置校时服务器，远程网络摄像机可以实现自动与管理中心校时，保证多台设备的时间同步性。

n 日志管理：系统提供了强大的日志记录和查询功能，对于系统应用中所 有涉及的事件均记入数据库，报警事件作为监控系统的重要事件单独管理，记录或查看用户登录、操作日志、系统异常事件、查询与维护日志、报警日志、远程网络摄像机日志。

综合管理中心平台主界面

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2.4.7 后端管理终端设计

u 平台管理端

n 抓拍照片预览窗口显示：预览窗口有报警图片则显示报警图片，预览图保持最近更新图；

n 抓拍照片存储：可将抓拍的抓拍按照日期及摄像机ID号进行存档； 预览现场实时视频画面：当发现抓拍的照片有疑问时，可及时点击视频播放按钮查看现场实时视频监控画

n 抓拍照片检索回看：可根据摄像机ID号，依据具体时间段检索；

n 调取视频录像文件：预览抓拍的照片后，对发现可可疑照片的摄像机进行视频文件调取回放；

n 前端摄像机管理：可对摄像机进行分组，编码、命名等操作；方便管理；

n 手动校时：可对时间不同步的摄像机，远程校时，保证多台设备的时间同步性。

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u APP管理端

APP管理端可根据综合管理中心对其分配的权限实现以下操作：

n 现场抓拍照片预览及实时提醒

n 历史照片回放预览

n 前端存储容量及历史视频检索调用回放

n 个人信息、好友信息及权限分配等操作

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抓拍照片预览界面 历史抓拍照片预览界面

三、系统维护及培训

3.1 系统设备选型均为目前世界上最先进的安锐通自主研发名牌产品，具有质量检测报告证书。系统功能齐全，技术先进，性能稳定，以满足油田安防需要。

3.2 全部设备及器材由施工方与安锐通共同承诺两年质保、终身维护的服务。切实做到无论在保修期内还是超过保修期，均可使用户得到良好的终身系统维护。

3.3 施工方技术做到服务响应。无论何种情况，及时排除系统出现的故障。如果甲方有特殊情况不允许系统中断，安锐通可提供相同型号的备用新机；将出现故障的设备换下来，待修好后再将新设备换回，确保油田安防需要，保证系统正常运行。

3.4、安锐通将对施工方的技术人员进行免费的系统培训。

五、安锐通资料

深圳安锐通科技有限公司是美国TI网络视频芯片开发企业，从2008年开始从事视频物联网核心技术研发，拥有多项专利技术，是国内极少数掌握视频核心技术的公司之一。安锐通网络摄像机模块供应给国内广大摄像机生产公司，组装为高清网络摄像机，畅销全国，广泛运用于公安、教育、部队、石油等大型行业客户，得到行业客户的高度认可。

原文链接：深圳安锐科技有限公司官网http://www.hdnc.cn/case/showimg.php?lang=cn&id=56

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