油田施工现场监督智能化管理装置的研究

兰洪奎

中国石油大庆油田有限责任公司 第七采油厂（黑龙江 大庆163455）

0 引言

随着油气田开发难度不断增加，大量增产增注措施及常规维护性措施工作量逐渐增大，且油田现在正处于结构性缺员的艰难时期，原有的人员上井进行措施现场监督的油气田管理方式，已经不能适应新形式的要求，需要新的方案解决油气田的施工监管、质量评价和施工人员管理问题。随着信息技术、物联网、大数据、移动互联等技术的飞速发展，数字化、智能化油田建设已经成为油田企业实现精准管控、提高生产效率效益的有效载体和有力抓手，自1999年Smart Field在《Oil&Gasjournal》提出，再到2003年，英国石油公司（BP）开始实施“未来油田项目”，再到大庆油田提出的“智能+”建设油田的概念，智能化这一概念已在油田上得到了较成熟的应用[1-3]。

目前国内外油田已大范围使用现场施工可视化监督，但主要是在施工队伍中配备或现场架设数字高清摄像设备，通过手持通信设备进行管理调度，施工管理人员仍需手动监控，且该监控由于摆放角度固定，不能全方位监控现场施工。同时此套系统仅能为事后责任划分提供事实依据，其缺少智能化分析、自动化监控、人员信息收集以及实时动态提示等功能，无法解决结构性缺员严重和监督受人为因素干扰严重等问题。因此介绍了一种智能化现场监督装置，重点讲解了其特征、发展趋势、解决问题方案和研发理念，以促进现场监督智能化的建设[4-6]。

1 智能化现场监督装置介绍

油田现场监督智能化装置（以下简称智能监督装置）主要是在施工队伍现场架设数字高清摄像设备或者是高端的全景高点智能监控系统，同时在该设备下集成入场施工队伍资质、人员资质、设备资质等信息，在人员设备入场时进行识别，将非本次施工的人员和设备排除在场外，并在监控画面中将施工场地进行工作周界虚拟标定为警戒区域。将采集的现场图像经由网络传送到管理者终端设备，通过油田现场施工环境特制的智能视频分析软件管理调度，施工管理人员对整个施工区周边场所进行全方位自动/手动监控，以立体空间监督施工现场周围及内部，即便现场施工不能同时显示在监控主画面上，但是标定的虚拟周界发生异常情况，智能视频分析系统总是在主画面主动弹出警告画面，用红色画框标注违规操作的人形目标。这种智能视频分析系统使管理人员及时掌握现场施工警戒区域的动态，防止异常事件发生，并为迅速处理安全事件提供科学依据。

2 智能化现场监督装置关键技术及适用条件

2.1 BIM技术

BIM（Building Information Modeling）技术自产生以来得到业界的广泛关注，为施工项目的规划、设计、施工与后期管理提供了有效的支持。同时，相关技术在施工质量安全管理中已得到一定应用，如将3D模型以及VP（Virtual Prototyping）技术用于识别危险因素并提出质量安全管理建议；将4D模型用于质量安全防护措施配置、质量安全防护措施的可靠性分析及在建结构的稳定性分析；将VP等可视化技术用于工人安全培训等[7]。这些研究从质量安全管理方面提出了相应的解决方案，特别是施工前的潜在隐患识别及安全防护措施规划、施工中的设计不安全状态检测及安全培训等，为施工现场质量安全管理提供了参考。

2.2 超高频RFID技术

射频识别技术即超高频RFID作为先进的自动识别技术，通过把物品与互联网、物品与物品相连接，实现智能化识别、定位、监控、管理。其可以在工程项目的施工场地内实现实时动态的通信，并以较高的频率向设备终端进行数据的上传。只要员工佩戴了射频识别技术的相关设备，并且该设备出现在信息识别读取器识别的有效范围，就可以在控制终端实时动态地呈现施工人员此刻的定位，有效解决了大型施工现场对于人员管理控制难度大的问题，特别是为施工现场的安全管理工作打下了良好的基础，工程项目的监督管理人员可以随时通过设备终端查看某一区域内的施工工作人员的数量以及他们的行动轨迹，还可以查看此刻一个或多个人员的实际位置，记录有关人员到达和离开某一地点的情况。这不仅可以确保一线施工人员按流程按标准进行施工建设，还可以及时发现异常情况，确保工程项目施工人员的人身安全[10]。

2.3 人形与人脸识别技术

人脸识别与人形识别是人类视觉系统的基本功能，也是人类互相辨识的最直接手段，因此它是生物特征识别中的重要研究内容。人脸识别和人形技术作为一种新兴的生物特征识别技术，它是一种依据人体面部特征和人体行为的自动鉴别技术。人脸识别和人形识别综合运用了数字图像/视频处理、模式识别、计算机视觉等多种技术。在智能视频监控中，采用计算机视觉的方法，在不需人为干预的情况下由机器实时、自动地分析视频图像源，从中识别并提取有用的关键信息，对动态场景中的目标进行定位、识别和跟踪，并对目标的人脸和行为进行识别和理解，做到实时监控、即时反映在智能视频监控系统中。如何进行人形识别、人脸识别，有效的人体行为识别算法是该系统鲁棒性和实用性的核心[8]。基于人形与人脸识别技术的智能视频监控系统代表着监控行业未来的发展方向，因其实时性、高精确度、快响应性而具有广阔的应用前景。

2.4 各技术适用条件

以上4项技术为此智能监督装置应用的主要技术，实现了现场与数字监控系统及智能化技术的融合，各项技术适用条件及评价见表1。

因此该智能化现场监督装置集成了各技术适应现场的优势，采取了外置设备和终端设备两部

表1 数字监控系统及智能化技术情况统计表

分。前期利用BIM系统评估模拟现场自主识别工序风险及相应操作的安全隐患，根据评估参数和数据形成人形识别具体算法，并模拟现场对操作过程进行捕捉。同时利用RFID技术在外置设备下集成入场施工队伍资质、人员资质、设备资质资料等信息，在人员设备入场时进行识别，将采集的现场图像经由网络传送到终端管理平台，通过油田现场施工环境特制的智能视频分析软件管理调度，施工管理人员对整个施工区周边场所进行全方位自动监控，通过智能视频分析管理系统使管理人员及时掌握现场施的动态，防止异常及安全事件发生[9-10]。

3 智能化现场监督装置设计方案

3.1 智能化现场监督装置组成

智能化现场监督装置包括高清摄像头、WiFi系统、麦克风、视频服务器和配套设备的内置超高频RFID芯片。其配套的终端设备有BIM系统终端、人形与人脸识别系统终端和RFID后台信息存储端。应用该装置实现对工程施工的流程化、智能化、全方位、全过程的安全管控，并在此基础上实现对工程信息的综合查询与统计分析。通过采用一体化管理对施工企业的安全管理做到严把入门关、加强工程精细管理关、完善现场管理关、加大培训考核关，实现“物联网”与施工工地、安全管理的融合，提高施工安全管理水平，如图1所示。

图1 智能化现场监督装置工作示意图

3.2 智能化现场监督体系建立

采用智能化现场监督装置建立全周期智能化监督体系，实现及时掌握施工负责人、现场安全员、施工人员等关键岗位人员的现场执行情况，为防止异常及安全事件发生，施工标准执行和外协队伍人员考核提供真实的客观依据。整体流程和相关项目应用技术如图2所示。

图2 实时监督体系设计思路

3.3 智能化现场监督装置架构

整体系统由移动式现场排查设备及后端平台两部分组成，其中移动式现场排查设备负责作业现场视频图像信息、人像、人形等信息的采集，整体设备的3种形态分别为：智能安全帽、便携式智能视频记录仪及移动式布控设备。中心平台为基于服务器、存储、网络等设备构建视频图像资源整合平台，提供视频、人员、车辆等信息进行汇集、解析、比对及存储服务，如图3所示。

3.4 智能化现场监督装置的特点

图3 智能化现场监督装置架构示意图

智能化现场监督装置，包括智能安全帽，便携式智能视频记录仪及移动式布控设备。便携式智能视频记录仪及移动式布控设备通过便携式斜挎（手提）套包进行集中收纳，智能安全帽入场必须佩戴。装置具备如下特性：

1）采用专业便携套包形式，架设简单，轻便易携带。

2）布控前端采用专用吸顶云台架构，小巧、精致。

3）布控前端内置13 600 mA大容量锂电池组，8～10 h超长时间续航。

1.2.1 干预方法 两组患者均维持常规抗精神药物治疗和常规生活护理、健康宣教和康复指导。干预组在常规护理基础上给予团体社交技能训练。

4）视频码率帧率随4G/WiFi带宽自适应调节，确保画面最高质量流畅播放。

5）支持4G图传1 080 P高清视频，能够通过监控平台实时浏览，录像回放、语音对讲、位置和轨迹查询等查看操作。

6）布控前端采用国产芯片，支持智能人脸、人形识别，既可结合后端智能平台进行布控比对、告警，也可本地预先录入布控数据，进行离线布控比对告警。

7）支持通过平板WiFi连接布控前端进行本地实时浏览、录像回放、PTZ控制、手动抓拍，智能人脸、人形图片查看等。

8）支持通过平板Vclient软件导入布控人员、布控车辆数据（最大支持离线人脸1 000个，离线车牌500个），并将导入的布控人员、车辆数据同步到布控前端。

9）布控前端智能抓拍的人脸人形，自动提取特征并与布控数据进行比对，比对结果实时返回平板显示，通过平板可在人员告警、车辆告警查看相应告警信息，如抓拍图片、布控图片、告警时间、相似度、人员车辆告警详细信息。

3.5 智能化现场监督体系的现场应用

智能化现场监督体系主要实现对工程开工前、工程施工中、工程施工结束的全过程管控，主要包括以下内容：

1）开工前管理。施工人员将开工前的安全措施、文明施工、施工前的准备情况等内容进行拍照、录像，施工过程及施工工序进行风险评价，录入人脸识别系统中，为入场施工提供后端数据采集。利用系统提供的相关模块对即将开工的现场进行可视化呈现，进一步对施工计划进行确认，制定应急措施，最大限度地控制风险。

2）施工中期管理。利用移动式现场排查设备对人员施工过程中的关键点、安装到位情况进行拍照、录像，通过人脸人形识别系统进行监控，对违反规定操作进行报警提示，同时通知监督人员进行电话或视频确认，实时整改确保施工全过程安全高效。

3）施工结束管理。利用移动布控式智能监督设备将施工结束后的整体情况、概况照片、安全保护设施拆除情况、现场恢复情况进行拍照、录像，并上传到监督人员后台进行归档留存，最终通过大数据分析技术整合施工相关资料。

4 结论与建议

1）随着物联网、大数据、智能化技术的不断发展及应用，现场一线施工人员和管理人员的安全管理工作取得了进展。大型施工现场的人员管理也由此变得简单，解决了现场管理人员工作的弊病，同时提高了监督人员的工作效率，更精准地反映施工全过程的真实情况。

2）现场施工管理中，通过智能监督装置对施工、管理人员进行高效率、高质量的监督，可以确保施工水平和施工安全，推动施工的高质量发展。

3）智能化现场监督装置的研究与应用，可以更好地对外协队伍和外协人员进行资质审核、安全培训，对人员身份信息、特殊作业工种证件、作业违章管理以及现场全过程管控，构建了完善、共享的数据源。同时结合施工现场情况，动态调整外协队伍信息库、建立安全教育及技能培训平台，明确了监督方对外协队伍安全管理的要求，引导并促进外协队伍自觉加强安全管理。

4）智能化现场监督装置可多方面、多渠道、多角度、多层次、立体化管理外协施工队伍，强化对外协队伍企业、工程项目、外协人员的安全准入和动态管控，提升了外协队伍人员的安全管理，实现了“无差别”安全管理的目标要求。同时也为监管部门提供了信息化平台建立的理论和实践支撑，确保了施工现场安全风险的可控、能控、在控。