无线传感器网络用于油田数字化管理系统

康　凯　大庆油田矿区服务事业部

无线传感器网络用于油田数字化管理系统

康凯
大庆油田矿区服务事业部

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）融合了传感器技术、嵌入式计算技术、无线通信技术及分布式信息处理技术，具有多学科高度交叉、技术高度集成的特点，它是物联网技术的核心和基础。按照物理体系、软件体系和通信体系综合考虑，将无线传感器网络结构分为：数据采集感知层、网络通讯传输层、系统集成应用层3个层次。无线传感器网络所采集的各类数据，通过无线网络传输到控制中心后，经过相应软件处理后存储，并完成动态信息自动录入、复杂数据的查询、分析和挖掘功能，自动生成数据报表。基于无线传感器网络技术的油田数字化管理系统，通过创新技术和管理理念，建立全油田统一的生产管理、综合研究的数字化管理平台，可以显著提升生产工艺过程的实时监控水平。

无线传感器网络；油田数字化；物联网；节点

1　油田数字化管理系统

油田数字化管理系统是油田企业生产、科研、管理和决策的综合基础信息平台，能够提高企业工作效率，增加企业经济效益和社会效益。

油田数字化管理系统在油田生产各个环节的应用，可实现信息系统智能化处理、快速整合，使油田信息资源得到最大限度地共享和有效利用，及时为油田决策者提供依据，促进油田企业管理水平和运行效率的提高。该系统能使油田企业业务流程规范化、信息资源共享最大化、制度管理科学化，从而促进油田企业整体水平的提升，增强油田企业的竞争力。

2　无线传感器网络结构设计

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）融合了传感器技术、嵌入式计算技术、无线通信技术及分布式信息处理技术，具有多学科高度交叉、技术高度集成的特点，它是物联网技术的核心和基础。

从网络功能上划分，无线传感器网络可以分为数据采集、数据通讯和管理中心三部分。从具体通讯节点上，又可分为数据采集节点、数据处理节点和数据通讯节点。不同的节点通过事先定义好的协议，按照需要组成一个分布式网络。数据采集后由数据采集节点转给数据处理节点，经优化后通过数据通讯节点传送给信息处理中心。不同节点之间通过相应的规则，可以协作地进行工作，包括实时监测、获取网络分布区域内的各种监测对象的信息，并对这些信息进行相应处理。

按照物理体系、软件体系和通信体系综合考虑，将无线传感器网络结构分为3个层次：

（1）数据采集感知层。通过各种传感器装置，现场实时采集压力、液位、温度、气体浓度等生产相关参数，并且具有本地信息处理、节点间无线数据传输、与其它节点协同工作的能力，并依据应用需求，携带定位、能源补给或移动等模块。

（2）网络通讯传输层。数据采集控制器将数据远程发送到无线管理装置，通过GPRS、3G/4G、Wifi等方式，将数据上传到监控中心。传感器网络节点和接收器节点之间采用特殊的多跳无线路由协议。协议设计及路由算法选择时需特别考虑网络的安全稳定性能以及节点的能耗问题。

（3）系统集成应用层。监控中心的监控软件把数据解析出来，按照应用的需要显示在屏幕上。监控中心完成的主要功能是结合相关配套软件，实现油田日常生产数据的采集、处理、传输、存储、分析等一系列操作的可视化管理。设备主要包括数据实时采集服务器、数据实时处理服务器、数据存储设备、应用服务器等。应用层还可实现将采集信息处理后，通过油田专用局域网发布，油田各级单位的相关人员可以在授权范围内获取。

3　节点设计及应用

无线传感器网络节点的基本组成模块包括传感单元、处理单元、通信单元以及电源部分。无线传感器网络节点的设计要充分考虑到节点的功能，如距离、复杂度、功耗和成本等。利用节点的自组织和中继等特性，根据现场需要，组成不同类型的网络，网络具备可扩展性。构建的双向无线通讯网络，可在野外作为设备的监控网络，当出现设备工作不正常、需要施工作业、设备停电等情况时，无线传感器网络设备节点可以通过组建的网络实现设备远程自动报警，自动识别设备故障情况，自动短信通知指定技术人员，还可以在控制中心对设备实施远程关停和启动等操作。

无线传感器网络所采集的各类数据，通过无线网络传输到控制中心后，经过相应软件处理后存储，并完成动态信息自动录入、复杂数据的查询、分析和挖掘功能，自动生成数据报表。

4　结语

基于无线传感器网络技术的油田数字化管理系统，通过创新技术和管理理念，建立全油田统一的生产管理、综合研究的数字化管理平台，可以显著提升生产工艺过程的实时监控水平、提升生产过程管理的智能化水平，优化生产流程，提升数字化油田生产运行质量，达到强化安全、过程监控、节约资源、提高效益、促进油田改革的进一步深化，进一步提高油田经营管理水平的目标。该技术在油田数据采集、远程监测、分析优化等众多领域有非常广阔的应用前景。

（栏目主持关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.024

2015-03-16