智能视频监控系统在数字油田中的应用

张海峰

自数字油田概念提出后，实现油田生产信息化与工业化的高度融合，提高油气的产出效率，提升油田管理水平，已经成为各石油企业争先实现的目标。为此，在人工智能、图像处理以及模式识别等信息技术日臻成熟的背景下，人们先后开发了形式多样的智能视频监控系统，对油井、油库、输管网、油气采集、生产监控和管理等数据实现自动采集和监控，既可以实现生产操作的自动化和信息化，又可以提高油气生产的管理水平，提高生产决策的及时性和准确性。因此，智能视频监控系统在数字油田中的应用对于提升油田生产的安全性、可靠性以及减轻监控人员的工作负担等方面具有重要的现实意义。

一、智能视频监控系统

智能视频监控系统是在传统视频监控的基础上模式识别、图像处理以及红外感应等技术而建立的一种高效、实时、准确的系统。这种监控系统能够无需人为操控的前提下对摄像机拍摄到的图像进行自动分析、跟踪和识别，进而对目标的行为进行判断，并做出相应的决策。

（一）智能视频监控系统的特点

相对于传统的人工监控、模拟视频监控等系统，数字油田智能视频监控系统具备以下特点。

智能化。智能视频监控系统利用智能硬件、计算机强大的图像处理能力，能够进行人脸识别、对目标行为分析并进行异常检测，预警潜在的危险，将传统的被动监控变化主动监控，所以使用更加灵活，更加智能。

視频数据大。高密度、多角度的无死角监控方式以及高清的监控画面都会产生海量的视频数据，海量的视频对数据的传输、存储、处理提出了更高的要求。

数字化、网络化。智能视频监控系统以数字化和网络化为基础，实现对监控区域的全覆盖和监控画面的无失真传输，它将监控设备、报警系统、图像处理系统等组建成一个高度融合的网络，能够以最快、最直接的方式为用户提供有用信息并发出警报。

（二）智能视频监控系统采用的技术

在数字油田中使用智能视频监控系统涉及到计算机视觉处理技术、人工智能和数据分析等多种核心技术。

1.行为分析技术

智能视频监控系统会行为分析技术分为行为描述和行为建模两个步骤，其中描述行为方式分为个体行为、群体行为以及场景行为，对这三种行为分别进行建模，当视频监控系统捕捉到有相关行为发生时，会迅速与模型进行比对，并做出相应的决策。行为分析技术可以快速浏览和精准定位视频中的全部或特定行为或事件，极大降低了监控人员看的负担。

2.人脸识别技术

智能视频监控系统利用摄像机等监控设备获取人脸头像，然后上传头像至服务器进行比对，并将比对的结果实时显示在监控屏上。人脸识别技术可以作为智能视频监控系统对目标人物进行身份识别的主要技术，通过非接触的方式在目标人物毫无察觉的情况下完成对目标人物人份的鉴定。识别精度较高，不容易被他人假冒，且实时监控人脸图像资料容易获取。

3.图像处理技术

数字油田具备一定的特殊性，在油田的某些场合利用摄像机等监控设备获取的视频图像会存在分辨率较低，图像模糊等，为了弥补这些缺陷，为工作人员提供更为精准的监控信息，需要利用图像处理技术，通过诸如降噪、曲线矫正、色彩矫正等智能算法，改善监控画面，提升监控的精准性。

4.智能分析预警技术

智能分析预警技术包括异常检测技术、过滤技术等，这种技术通过在图像序列和事件描述之间建立映射关系，使得计算机具备从海量的视频画面中检测出异常行为，过滤掉无关紧要的信息，自动分析并提取出图像中的关键信息，并根据信息进行预警，或者根据监控的信息对即将可能要发生的事件进行预测和预警。

（三）智能视频监控系统的优势

智能视频监控系统利用了当前新型的计算机视觉处理技术和模式识别等高度智能化的技术，其优势主要体现在以下几个方面：

实效性更高。智能视频监控系统可以实现24小时全程监控，可以通过智能视频模块或者智能视频分析服务器等硬件设备和人脸识别、目标追踪等智能算法实现对监控画面的分析。同时用户还可以根据自身需求，自行定义如“越界”、“长时间逗留”、“违反操作规则”等警报模型，与系统所采用的模式识别、行为判断等高级智能算法进行对比，一旦发现可疑情况或存在潜在的危险行为立即触动报警系统，也可以将危险行为设置成不同的级别，根据级别的不同制定相应的预案，第一时间对可疑情况进行处理，也可以为监控人员提供足够的时间处理险情。

全方位覆盖。由安保值班人员现场定期检查难免会存在一定的漏洞，智能视频监控系统能够在作业区、油水井、井组等区域高密度、多角度安装监控设备，可以实现对监控区域的全方位覆盖，做到监控无盲区。

精准性更高。智能视频监控系统拥有强大的图像处理能力，可以有效避免漏报和误报等情况的发生，并减少大量无用的视频数据，极大地提高了警报的精准性。当系统一旦识别到可疑情况或检测到有报警时，系统能自动存储当时的场景信息，安保值班人员可以根据需要快速查询存储的监控信息，能有效提高查询速度。

二、智能视频监控系统结构

（一）智能视频监控系统体系结构

智能视频监控系统主要包括四个功能模块如图1所示。

图像处理模块主要是从监控设备或者服务器获取视频数据；数据处理主要对视频信息图像进行压缩、存储等，并对由于环境因素或硬件原因导致图像获取质量不高的情况下对图像进行增强、恢复、滤波等预处理；图像分析模块的主要功能是对图像中的目标进行检测和识别，对目标的行为进行分析和判断；图像理解模块的主要功能是进一步研究目标的性质，并得出对图像内容含义的理解，包括目标识别、行为理解、危险估计和决策推理四个部分。

数字油田智能视频监控系统包括了前端图像数据获取、后端存储控制、压缩传输、图像数据分析、联动报警等多功能于一体的大型系统。本文结合了安塞油田的实际情况设计了如图2所示的智能视频监控系统，该系统主要包含了前端、传输、监控中心等子系统。根据安塞油田的特点和管理方式，给油井等重要生产区域配备一体化摄像机、网络视频服务器、语音警示功能、声光报警器等。

1.前端子系统

前端子系统的主要作用是采集信息，主要由摄像机、火灾、气体泄露、防盗等报警装置、解碼器、支架等设备组成。

摄像机具备智能图像分析技术，可以对周界进行监控，对目标行为进行分析，用于检测行为和可疑目标，同时还可以对目标进行分类、过滤、跟踪、记录，通过行为分析等智能算法，对符合报警规则的目标进行报警。

报警设备融合消防系统、门禁系统以及环境检测系统等，环境系统可以用于检测温湿度、烟火等，将这些数据传输至监控中心，监控中心自动对数据进行分析，一旦发现异常便立刻启动警报系统和相应的应急预案。警报系统可以根据不同的情况或者等级分为声光、图像、屏幕图标闪烁等，对于等级较低的警报，系统可以根据预案进行自动化处理，对于等级较高的警报，系统可以通过邮件或短信的方式通知监控人员和油田管理人员。

2.传输子系统

前端系统采集到的信号会进行数字化、视频图像压缩编码通过传输系统发送到监控中心服务器，同时监控中心也可以通过传输系统将监控人员的对设备的控制信号、警告等信息传输至前端系统。

3.监控中心子系统

监控中心是智能视频监控系统的枢纽，主要由屏幕显示系统、服务器、主机、监控指挥终端等设备构成，其中服务器分为管理服务器、数据存储服务器等。

传输子系统从各监控传回的视频图像数据保存在数据存储服务器中，监控人员可以通过管理服务器对各个网络的摄像机执行登录、录像、浏览、控制、备份等操作进行管理，同时管理服务器还可以根据报警的方式，对各监视点发的报警信号进行处理、保存，并做出相应的响应。

监控指挥终端可以根据需要接收监控点送回的视频数据，同时监控人员也可以通过指挥终端登录管理服务器，对各监控点设备的功能进行管理和设置。因此，监控指挥终端是监控人员和监控系统进行人机对话通道。

（二）智能视频监控系统组网方案

本文根据安塞油田的实际情况，设计了如图3所示智能视频监控系统组网方案。

1.在油田、作业区、各站点安装红外高清摄像机，在油井内部安装水位、红外、温湿度、烟火等传感装置构成的环境检测系统。

2.各站点将获取的图像视频或数字信号通过以太网传输至监控中心，监控中心与以太网的交换机相连接，交换机和服务器以及各部门的电脑相连，如此图像视频或数字信号就可以发送到各监控部门。

3.服务器通过内部网络将视频信号传送到电视墙进行显示，再通过一路数据传输至磁盘阵列进行存储。

三、智能视频监控系统在数字油田中的应用分析

在油田中使用智能视频监控系统，对重点油气井、重点站库等生产现场进行实时监控，一旦出现异常情况时进行图像抓拍、并触发报警，大幅提高油气生产的安全性和反恐应急能力。

（一）远程智能监控生产现场，实现无人值守

在井场、管线、处理厂等重点生产现场和生产设备布置监控设备和传感器设备，实时获取生产现场信息，生产设备的运行情况，对现场的异常情况和生产设备的故障情况发出警报，并制定应急预案，实现无人值守。

通过摄像机采集重点油气井实时生产现场图像，通过固定方向和焦距的摄像头对单井进行监控。采用巡检、特定监视等不同方式对站点、井场进行实时监控，同时进行图像记录。自动记录进入井场的移动物体，并对可疑目标进行分析、比对，一旦确认立即发出警报。

（二）数字化集气站

在控制室、集气站、发电机房等关键部位安装全景摄像机、入侵探测器等装置，无死角监控这些重点区域人员出入情况以及设备的运行情况，对异常行为进行分析识别、录像、存储并报警。

（三）远程智能门禁监控

监控中心利用人脸识别、可视化对讲机等技术远程控制大门的开关，自动记录出入人员的信息，在大门安装监控设备和报警系统，对非法闯入的情况实现自动抓拍、即时存储、即时报警，并远程控制大门。

（四）远程车辆识别

在生产区域、油区道路等关键路口设置电子路卡，24小时实时监控过往车辆，对过往车辆进行识别，并记录识别结果存储到数据库中。通过电子值勤点实时采集车辆信息，并对“长时间逗留”、“违反出入规则”、“车辆逆行”等行为发出警报。

四、小结

智能视频监控系统对于提升油田生产的安全性，以及企业的管理水平具有重要意义。本文首先分析了智能视频监控系统的特点、技术、优势以及体系结构，然后结合安塞油田的实际情况设计了智能视频监控系统的组网方案，最后对智能视频监控系统在安塞油田中的应用进行了分析。为了进一步加快数字油田的建设进程，未来需要着重研究视频数据的实时性和可靠性以及视频分析技术的准确性。