CN105306889A - 基于cofdm通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统及方法；其技术方案是：包括摄像单元、COFDM通信发射单元、COFDM通信接收单元、视频监控系统服务器和供电电源，摄像头单元固定在监控的设备上，后端连接COFDM通信发射单元和供电电源，COFDM通信发射单元发出的信号通过COFDM通信接收单元接收，COFDM通信接收单元连接视频监控系统服务器和供电电源；本发明的有益效果是：全方位多角度对柜内情况进行可视化视频监控，使得运行期间封闭的开关柜内部情况不再是盲点；在开关柜遭遇故障后，故障前柜内录像内容可用于分析故障位置和故障原因，为开关柜故障诊断提供新的技术手段；在发生机械故障、绝缘故障、开断故障、载流故障时，能够及时发现并处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种远程视频监控系统，特别涉及一种基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统及方法。
背景技术
海上钻井平台（drilling platform）是主要用于钻探井的海上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。
海洋电力系统的输电环节中，电气设备作为控制､通断和保护的装置起着不可替代的作用。因此电气设备不仅本身必须具备非常可靠的稳定性,而且应该能够实时监控其运行的状态，而未来海洋钻井平台正在逐步实现无人值班的目标，对电气设备的各项运行参数进行全天候地监测,是保证海上电力系统稳定可靠运行的关键。但是综合海上情况复杂性、综合我国海上钻井平台的特征，有线通讯监控成本高，需要在各个子钻井平台间铺设光缆，而简单的无线通信受海洋干扰视频清晰度低，监控效果差；这些工作的妥善解决，在各个6kV高压室、变压器室、低压室增加摄像装置，实现对平台电气设施的可视化监控，以此实现无人值班的发展要求，具有极其重要的作用。随着科学技术的发展，开发一种新的先进的海洋钻井平台电气设备视频监控系统成为解决上述问题的关键。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统及方法，提高了钻井的电气设备运行可操作性，避免电气设备故障、开关位置错误导致远程操作错误，损坏钻井平台相应开采设备，大大提高监控效率，达到海洋钻井平台远程值班监控需求。
其技术方案是：本发明提到的基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统，包括摄像单元、COFDM通信发射单元、COFDM通信接收单元、视频监控系统服务器和供电电源，摄像头单元固定在监控的设备上，后端连接COFDM通信发射单元和供电电源，COFDM通信发射单元发出的信号通过COFDM通信接收单元接收，COFDM通信接收单元连接视频监控系统服务器和供电电源；
所述的摄像单元主要由摄像模块、麦克风、辅助光照模块、控制板、键盘组成，摄像模块连接麦克风，所述的摄像模块的侧面设有辅助光照模块，摄像模块连接控制板和键盘，摄像模块由多个摄像头组成；
所述的COFDM发射单元主要由MPEG-2音视频压缩模块、COFDM无线编码调制模块、D/A转换功率放大器、滤波器、通讯天线和语音放大器组成，语音放大器的输入端连接麦克风，MPEG-2音视频压缩模块的输入端连接语音放大器和控制板，MPEG-2音视频压缩模块的输出端依次连接COFDM无线编码调制模块和D/A转换功率放大器，信号在滤波器滤波后通过通讯天线发射；
所述的COFDM通信接收单元包括全向天线、滤波器、A/D转换器、COFDM解码器、MPEG-2音视频解压缩模块、语音放大器和音视频控制器，由全向天线接收空中无线信号，无线信号经滤波器滤波后，通过A/D转换器进行模数转换，数字信号通过COFDM解码器、MPEG-2音视频解压缩模块进行解码，音频数字信号进入语音放大器，视频信号进入音视频控制器；
所述的视频监控系统服务器连接音视频控制器，视频监控系统服务器4实现音视频存储及实时视频读取服务端，负责将各钻井平台电气设备监控视频进行存储并提供实时视频读取，并对监控设备的进行分区、分组、分级管理，将多路视频信号进行存储，保存到磁盘矩阵中。
所述的控制板中的音视频采集部分以 MSP430F149单片机为核心处理器。
所述的音频信号MPEG-2音视频压缩模块采用SAA6752型号的编码器，COFDM无线编码调制模块为TMS320DM642型号的编码器。
所述的COFDM解码器为TMS320DM642型号的解码器，MPEG-2音视频解压缩模块为L64021型号的解码器。
本发明提到的一种基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统的工作方法，包括以下几个步骤：
A）控制板中内置监控视频复用器，将一个钻井平台上1-4个摄像头的视频信息进行汇总采集，最终通过一根线缆输出，监控视频复用器实现在一根同轴电缆内同时传输两路、三路、四路视频信号，可有效提升线缆利用率，具有图像清晰、安装方便、指示明确、稳定可靠等特点，最后采集的视频信息到通信发射单元；
B）音视频数字信号通过MPEG-2压缩后，通过COFDM调制器调制成中频，通过D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，经上变频器功放调制到UHF频带上，变换成RF信号再进行信号放大，系统通过天线发射出去；
C）无线信号通过天线到达COFDM通信接收单元（3），经过滤波，A/D转换将模拟信号转换为数字信号，通过COFDM解调，再经过MPEG-2解压缩后音频部分传输到语音放大器，而视频部分传输到控制器，将一路带多路的视频信号转换为多路视频信号，最终发到监控系统音视频服务器；
D）监控系统音视频服务器运行有视频存储及实时视频读取服务端，负责将各钻井平台电气设备监控视频进行存储并提供实时视频读取，并对监控设备的进行分区、分组、分级管理，将多路视频信号进行存储，保存到磁盘阵列中，提供实时监测。
本发明的有益效果是：1、远程监视系统的音视频编码和无线传输设计上采用了无线数字声音、图像传输COFDM技术；利用COFDM技术真正实现了高速数据流有阻挡非通视和高速移动条件下的宽带高速传输，视频清晰度高；2、具有防爆能力；摄像机和无线传输模块封装在防爆外壳内，外部具备变焦按钮便于控制摄像机变焦操作，以便更加仔细地观察设备情况；3、系统硬件采用先进的MPEG-2音视频编解码技术和COFDM编码正交频分复用技术，加强了抗动态多径干扰能力，同时由于采用了UHF频段，使得系统具有了很好的绕射能力，在海洋平台上即使有房屋的阻挡，也可以经过绕射，将声音、图像传回到平台办公室，通过网络传输到指挥中心；4、监控视频管理系统可以多卫星平台同时监控管理，多路信号同时接收传送，便于海上应急检查指挥；5、该系统的绝对工作温度范围为-45～60℃，摄像机可以由计算机控制也可以人工手动控制，可实现24h不停的扫描，所拍摄的图像信号实时动态的传到监控中心，监控中心经服务器上的管理软件授权，进行分级管理，可使用监视器进行监控，并通过网络对监控点的摄像机、云台进行遥控；6、全方位多角度对柜内情况进行可视化视频监控，使得运行期间封闭的开关柜内部情况不再是盲点；7、在开关柜遭遇故障后，故障前柜内录像内容可用于分析故障位置和故障原因，为开关柜故障诊断提供新的技术手段；在发生机械故障、绝缘故障、开断故障、载流故障时，能够及时发现并处理，避免在无监控下盲控导致的海上钻井平台其他设备故障；标志着海洋钻井平台的设备维护工作更加现代化，在通往真正无人值班的模式下又前进了一步，为今后海上设备检查操作提供了新的监控模式。
附图说明
附图1是本发明的监控端示意图；
附图2是本发明的监控及发射部分示意图；
附图3是本发明的无线发射部分视频转换说明示意图；
附图4是本发明的监控系统及无线接收部分示意图；
附图5是本发明的无线接收部分视频转换说明示意图；
上图中：摄像单元1、COFDM通信发射单元2、COFDM通信接收单元3、视频监控系统服务器4。
具体实施方式
结合附图1-5，对本发明作进一步的描述：
本发明提到的基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统，包括摄像单元1、COFDM通信发射单元2、COFDM通信接收单元3、视频监控系统服务器4和供电电源，摄像头单元1固定在监控的设备上，后端连接COFDM通信发射单元2和供电电源，COFDM通信发射单元2发出的信号通过COFDM通信接收单元3接收，COFDM通信接收单元3连接视频监控系统服务器4和供电电源；
所述的摄像单元1主要由摄像模块、麦克风、辅助光照模块、控制板、键盘组成，摄像模块连接麦克风，所述的摄像模块的侧面设有辅助光照模块，摄像模块连接控制板和键盘，摄像模块由多个摄像头组成；
所述的COFDM发射单元2主要由MPEG-2音视频压缩模块、COFDM无线编码调制模块、D/A转换功率放大器、滤波器、通讯天线和语音放大器组成，语音放大器的输入端连接麦克风，MPEG-2音视频压缩模块的输入端连接语音放大器和控制板，MPEG-2音视频压缩模块的输出端依次连接COFDM无线编码调制模块和D/A转换功率放大器，信号在滤波器滤波后通过通讯天线发射；
所述的COFDM通信接收单元3包括全向天线、滤波器、A/D转换器、COFDM解码器、MPEG-2音视频解压缩模块、语音放大器和音视频控制器，由全向天线接收空中无线信号，无线信号经滤波器滤波后，通过A/D转换器进行模数转换，数字信号通过COFDM解码器、MPEG-2音视频解压缩模块进行解码，音频数字信号进入语音放大器，视频信号进入音视频控制器；
所述的视频监控系统服务器4连接音视频控制器，视频监控系统服务器4实现音视频存储及实时视频读取服务端，负责将各钻井平台电气设备监控视频进行存储并提供实时视频读取，并对监控设备的进行分区、分组、分级管理，将多路视频信号进行存储，保存到磁盘矩阵中。
所述的控制板中的音视频采集部分以 MSP430F149单片机为核心处理器。
所述的音频信号MPEG-2音视频压缩模块采用SAA6752型号的编码器，COFDM无线编码调制模块为TMS320DM642型号的编码器。
所述的COFDM解码器为TMS320DM642型号的解码器，MPEG-2音视频解压缩模块为L64021型号的解码器。
本发明提到的一种基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统的工作方法，包括以下几个步骤：
A）控制板中内置监控视频复用器，将一个钻井平台上1-4个摄像头的视频信息进行汇总采集，最终通过一根线缆输出，监控视频复用器实现在一根同轴电缆内同时传输两路、三路、四路视频信号，可有效提升线缆利用率，具有图像清晰、安装方便、指示明确、稳定可靠等特点，最后采集的视频信息到通信发射单元；
B）音视频数字信号通过MPEG-2压缩后，通过COFDM调制器调制成中频，通过D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，经上变频器功放调制到UHF频带上，变换成RF信号再进行信号放大，系统通过天线发射出去；
C）无线信号通过天线到达COFDM通信接收单元（3），经过滤波，A/D转换将模拟信号转换为数字信号，通过COFDM解调，再经过MPEG-2解压缩后音频部分传输到语音放大器，而视频部分传输到控制器，将一路带多路的视频信号转换为多路视频信号，最终发到监控系统音视频服务器；
D）监控系统音视频服务器运行有视频存储及实时视频读取服务端，负责将各钻井平台电气设备监控视频进行存储并提供实时视频读取，并对监控设备的进行分区、分组、分级管理，将多路视频信号进行存储，保存到磁盘阵列中，提供实时监测。
由于需要在钻井平台6kV高压室、变压器室、低压室均需要配置摄像模块，所以增加控制器模块支持多视频源输入；各个摄像模块通过视频线汇总到控制器再传送到视频编码调制模块；综合海上钻井平台电气室温度较高、冬季温度较低的情况，另外考虑到电气设备在极端情况下有爆炸的可能，所以摄像头配置为防爆摄像头，满足极端条件下的视频监控；
另外，摄像头模块分位摄像头和照明光源，摄像头将电气设备运行情况的运行状态面板拍摄下来，影响尺寸设定为为640X480，30fps，搭配M12 1000万像素高清镜头，信噪比34dB，该摄像头支持自动白平衡，支持曝光控制；输出图像MJPEG传送到图像处理芯片FH8520进行图像处理最后输出到控制板，该部分模块进行防爆封装，加装在防爆外壳内；避免海上突发状况发生或者电气设备异常爆炸的情况；照明光源用来照亮电气设备，使用42个超亮白光发光二极管，提供广角照明。内置聚光镜，由于运行在海上钻井平台，所以光源模块进行了封装，加装了防水硅胶；放水等级达到了IP65。
工作原理：
在海上钻井卫星平台各个6KV高压室、开关柜内、变压器室、低压室安装3-5个摄像头，摄像头将图像传输到控制板模块进行信号处理、视频压缩、再通过COFDM通信模块，进行调制、扩频、放大后通过天线传输到海上钻井中心平台上的COFDM接收单元，将模拟信号重新转换为数字信号，再经过COFDM解调、MPEG2视频解压缩后，传输到视频监控系统服务器，用户通过浏览器访问服务器进行视频读取，结合图像智能分析技术有助于发现隔离开关分合闸异常载流故障隐患，并且，通过视频摄录得到的故障发生前的高清晰度影像资料，可以为开关柜故障诊断提供可靠依据。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统，其特征是：包括摄像单元（1）、COFDM通信发射单元（2）、COFDM通信接收单元（3）、视频监控系统服务器（4）和供电电源，摄像头单元（1）固定在监控的设备上，后端连接COFDM通信发射单元（2）和供电电源，COFDM通信发射单元（2）发出的信号通过COFDM通信接收单元（3）接收，COFDM通信接收单元（3）连接视频监控系统服务器（4）和供电电源；
所述的摄像单元（1）主要由摄像模块、麦克风、辅助光照模块、控制板、键盘组成，摄像模块连接麦克风，所述的摄像模块的侧面设有辅助光照模块，摄像模块连接控制板和键盘，摄像模块由多个摄像头组成；
所述的COFDM发射单元（2）主要由MPEG-2音视频压缩模块、COFDM无线编码调制模块、D/A转换功率放大器、滤波器、通讯天线和语音放大器组成，语音放大器的输入端连接麦克风，MPEG-2音视频压缩模块的输入端连接语音放大器和控制板，MPEG-2音视频压缩模块的输出端依次连接COFDM无线编码调制模块和D/A转换功率放大器，信号在滤波器滤波后通过通讯天线发射；
所述的COFDM通信接收单元（3）包括全向天线、滤波器、A/D转换器、COFDM解码器、MPEG-2音视频解压缩模块、语音放大器和音视频控制器，由全向天线接收空中无线信号，无线信号经滤波器滤波后，通过A/D转换器进行模数转换，数字信号通过COFDM解码器、MPEG-2音视频解压缩模块进行解码，音频数字信号进入语音放大器，视频信号进入音视频控制器；
所述的视频监控系统服务器（4）连接音视频控制器，视频监控系统服务器（4）实现音视频存储及实时视频读取服务端，负责将各钻井平台电气设备监控视频进行存储并提供实时视频读取，并对监控设备的进行分区、分组、分级管理，将多路视频信号进行存储，保存到磁盘矩阵中。
2.根据权利要求1所述的一种基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统，其特征是：所述的控制板中的音视频采集部分以 MSP430F149单片机为核心处理器。
3.根据权利要求1所述的一种基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统，其特征是：所述的音频信号MPEG-2音视频压缩模块采用SAA6752型号的编码器，COFDM无线编码调制模块为TMS320DM642型号的编码器。
4.根据权利要求1所述的一种基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统，其特征是：所述的COFDM解码器为TMS320DM642型号的解码器，MPEG-2音视频解压缩模块为L64021型号的解码器。
5.如权利要求1-4中任一项所述的基于COFDM通信的海洋钻井平台电气设备视频监控系统的工作方法，其特征是：包括以下几个步骤：
A）控制板中内置监控视频复用器，将一个钻井平台上1-4个摄像头的视频信息进行汇总采集，最终通过一根线缆输出，监控视频复用器实现在一根同轴电缆内同时传输两路、三路、四路视频信号，可有效提升线缆利用率，具有图像清晰、安装方便、指示明确、稳定可靠等特点，最后采集的视频信息到通信发射单元；
B）音视频数字信号通过MPEG-2压缩后，通过COFDM调制器调制成中频，通过D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，经上变频器功放调制到UHF频带上，变换成RF信号再进行信号放大，系统通过天线发射出去；
C）无线信号通过天线到达COFDM通信接收单元（3），经过滤波，A/D转换将模拟信号转换为数字信号，通过COFDM解调，再经过MPEG-2解压缩后音频部分传输到语音放大器，而视频部分传输到控制器，将一路带多路的视频信号转换为多路视频信号，最终发到监控系统音视频服务器；
D）监控系统音视频服务器运行有视频存储及实时视频读取服务端，负责将各钻井平台电气设备监控视频进行存储并提供实时视频读取，并对监控设备的进行分区、分组、分级管理，将多路视频信号进行存储，保存到磁盘阵列中，提供实时监测。
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|---|---|---|---|---|
| CN105967066A (zh) * | 2016-07-13 | 2016-09-28 | 广东省自动化研究所 | 一种用于海洋平台起重机的预警控制系统 |
| CN106028133A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-10-12 | 神华集团有限责任公司 | 基于Miracast协议的音频/视频传输装置、方法和系统 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160203 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |