5G通信技术在高含硫天然气生产场站的推广应用研究

左应祥 韩光谱 马清 何军 文其志

(1.西南油气田公司重庆气矿工艺研究所，重庆 400021；2.重庆气矿工艺研究所，重庆 400021；3.重庆庆云石油工程技术有限责任公司，重庆 400021；4.新津川港燃气有限公司，四川 成都 611430)

0 引言

随着改革开放步伐，我国经济进入高速发展时期，对能源的需求，日益增长，尤其在对天然气的需求上，达到了历史高峰。同时，随着社会的发展和时代的进步，无论是从国家法律法规要求层面，还是从民众自身心理安全预期层面，把对人的生命安全的重视程度提得越来越高。在高含硫天然气生产场站，充分利用先进的5G通信技术，可以有效地保障生产场站人员的生命安全，防止和减少对环境造成破坏。

1 5G通信技术在高含硫天然气生产场站智慧系统的要求

5G通信技术是第五代移动通信网络技术，具有高带宽、大连接、低时延特性。5G通信技术通过构建分布式的核心网络，利用网络切片技术，将物理网络划分成多个虚拟网络，可以优化网络资源分配，满足多元化需求。结合物联网、云计算、大数据等技术，可以有效降低作业活动安全风险，实现智能化生产管理。基于现有油田，在原有设计方案的基础上加入先进的5G边缘计算、SPN、SDN、NFV、大数据、人工智能等技术，形成全新的基于5G的智慧油气田解决方案，包括：基于5G的油气水井物联网解决方案、基于5G的站场无人值守解决方案和基于5G的管线监测解决方案等。借助先进信息技术和专业技术，全面感知油气田动态，自动操控油气田行为，预测油气田变化趋势，持续优化油气田管理，科学辅助油气田决策，使计算机信息系统智能的管理油气田。

2 在高含硫天然气生产场所5G通信系统技术的组成

2.1 高清视频监控及回传系统

在每个重点区域均设置高清摄像头，如大门、加热炉、泵房、罐区等重点区域全覆盖，视频通过 5G通信技术实时传输至服务器，调度室可通过视频监控客户端随时查看站场内的异常状况，以及调阅回放历史录相。对重点区域内的跑冒滴漏或各种险情进行有效地监视。同时实时的高清视频图像分析，通过各种算法规则的设定来检测图像中的某种行为并发出报警，包括区域入侵监测、绊线检测、遗失检测、遗留检测、方向检测、徘徊检测、人群流量统计等。

2.2 机器人站内辅助功能

利用机器人搭载高清摄像头和热成像摄像头，对温度敏感区域进行测温，如加热炉、站内气水管线、泵体、罐体等，一旦出现温度越限的情况机器人就能及时报警；高清摄像头对过热部分进行观察分析。实时回传的视频和数据能够自动保存到后端的平台，可以进行事后的计算分析，以供后期的运营维护管理决策。基于5G大带宽以及低时延技术的排险机器人可以在高温、毒气等情况下，靠近险情发生地点，将近距离的高清视频回传至指挥中心，以判断险情发生原因，指导排险工作；同时利用机器人搭载的机械臂，在人员无法靠近的情况下对阀门进行关闭操作，或将火源扑灭。机器人的辅助排险能够极大的减小排险过程中的人员伤亡，提高抢险的安全系数。

2.3 VR/AR辅助控制

VR/AR作业辅助以头戴式计算机为载体，基于平台提供的人工智能服务，通过智能感知、智能交互，适配企业标准化作业流程；将智能眼镜与开发生产基础工作标准化管理成果、规程相结合，实现场站基础工作质量标准信息化支撑，让场站员工在生产现场操作有据可依。在生产巡检等方面，利用机器深度学习、图像学习、人工智能识别等高新技术，结合VR/AR技术，将反馈信息叠加显示在眼镜上，为一线员工带来全新作业体验，助推企业实现智能化升级转型。

3 5G通信技术在高含硫天然气生产场所的推广应用研究

3.1 AR智能作业辅助系统研究

语音识别：通过AI降噪算法，可在工业噪声中识别语音，经过AI训练，有效提高语音指令准确性的输入。智能作业辅助：使用头戴式计算机替代手持终端，将作业指导的多维信息实时叠加至操作部位，实现作业指导“可视化”，联动语音提示模块，可自动播报作业要点与难点，形成全方位指导，提升作业质量，降低误操作风险。设备工艺拟合：将设备3D工艺动画匹配到设备实景中，将理论与实践融合在一起，使得作业要求和指导更加生动和易于理解，促使关键、复杂的操作变得更加容易和安全。基于AR的人脸识别扩展：将人脸识别技术应用于进出站验证，代替以往员工通过手持终端手工录入准入码的过程，更方便快速高效。

3.2 无人机巡检研究

巡检无人机主机：主要负责飞行及数据采集工作，通过搭载不同的负载设备从而达到不同的作业目的。挂载可见光相机，拍摄高清照片，通过系统导出至第三方内业处理软件，合成全景图片后倒入系统进行查看。挂载可见光相机，拍摄高清视频，可实时查看巡检画面，并保存视频影像。云端控制系统：系统具有任务处理、数据加密及处理等功能，所有的数据指令全部通过云端控制系统进行上传和下发。可选择云存储模式保存巡检影像成果。本地飞行控制端：在本地部署的飞行控制端，将各类飞行控制功能、任务管理模块、航线规划模块等集成其中，并具有本地保存巡检数据成果的功能，包括视频成果和图片成果等。

3.3 智能机器人巡检研究

激光导航引导机器人路径；采用激光导航，现场环境适应性高。可通过路径导航，根据系统规划的路径运行。也可以自由导航，无需路径，确定目标点，机器人在移动过程中会进行自主避障和动态规划。机器人智能领工：可引领运维人员到达指定地点，查看历史巡检录像，实现内网远程操控，并在指定地点巡检工作。机器人自动智能巡检：机器人按照对应地图自主生成巡检路线。实现对指示灯的识别，展示巡检任务软件平台与展示历史记录的功能。巡检结果与告警可在平台与工作台展示。温度敏感区域机器人测温与分析：通过搭载高清摄像头和热成像摄像头，对温度敏感区域进行测温，温度越限的情况下机器人能及时报警；高清摄像头能对过热部完成智能读表、故障分析等功能。

3.4 5G技术应用管理模块研发

高含硫气田5G通信及应用系统是由AR智能作业辅助系统、智能机器人巡检研究、无人机巡检研究等多个子系统组合而成的综合复杂的系统，为了使各个子系统之间互相协调，数据共享，统筹规划、统一标准，保证系统的兼容性和工业建设质量。

3.4.1 AR智能作业辅助系统

在工作开始前，系统根据检修任务，自动匹配推荐合适的检修工具。工作开始时，在工作场景中叠加多维信息，展示简单友好的操作界面，跟随系统实时指引，结合语音提醒，让用户轻易上手逐步完成生产操作，简化操作难度，避免操作纰漏或者操作错误。

3.4.2 无人机巡检研究

系统具备数据实时传输功能、数据管理、任务规划及图像识别四大功能模块。系统支持5G实时高清画面回传、飞行轨迹与对应航迹影像同步记录、图像预警识别统计、远程航线下发与航线共享等关键功能。用于辅助无人机开展线路巡检工作，实现无人机巡检工作工单化，自动化，可视化，同时采用机器学人工智能对线路上的隐患进行自动识别和发现，为无人机管网维护提供有力支撑。

3.4.3 智能机器人巡检研究

系统研究对象包括智能控制研究，导航与定位技术研究，在线监测方法与作业技术研究三大功能模块。根据系统规划的巡检路径、巡检点进行控制，并根据系统规划路线进行导航，与实时定位产生巡检轨迹。同时系统自动生成巡检图像、巡检视频、异常报警、巡检轨迹等相关统计数据。大幅提高作业效率、降低劳动成本、减少维护人员的风险。

3.5 5G边缘计算应用研究

为实现场站立体空间全方位防控，提高过去依靠肉眼或“远水救不了近火”的窘境，以人工智能和5G边缘计算为手段，在井站部署高清摄像头，监控视频通过5G网络上传至大猫坪中心站5G边缘云，通过部署于其上的安防平台进行边缘侧的视频识别推断和存储，将视频和推断结果上报至DCC，并通过大屏、喇叭、短消息等与井站进行联动，实现实时监控、自动发现问题、主动预警。

4 结语

5G作为工业互联网的重要支撑载体，将“打通”各生产要素，配合智能化技术，实现不同生产要素间的高效协同，从而提高生产效率，使工业互联网的智能感知、泛在连接、实时分析、精准控制等需求得到满足，实现操作空间集中化、操作岗位机器化、运维辅助远程化、服务环节线上化，把员工从现场解放出来，实现少人、无人作业。通过构建 “5G+边缘云计算+大数据+人工智能”新架构，建立“智慧油气田”。