CN108810845A - 油田输油管道的电热带温度监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了油田输油管道的电热带温度监控系统，包括依次通信连接的无线传感器网络监测装置、网关设备和远程服务器；所述无线传感器网络监测装置包括汇聚节点和多个无线传感器节点，汇聚节点和多个无线传感器节点通过自组织方式构成一个采集和传送油田输油管道的电热带温度数据的无线传感器网络；无线传感器节点采集的电热带温度数据由汇聚节点传送到网关设备，进而由网关设备将接收到的电热带温度数据传送到远程服务器加以集中处理、存储和显示，以及在电热带温度数据超过设定的安全阈值时进行报警。

Description

油田输油管道的电热带温度监控系统

技术领域

本发明涉及油田输油管道监测领域，具体涉及油田输油管道的电热带温度监控系统。

背景技术

在油田作业过程中，输油管线的温度对原油的输运非常重要，当面对严寒天气时，原油液体会发生结冻等现象造成管线的堵塞，影响生产进度，因此对包裹在管线外层的电热带温度的实时监测显得尤为重要。

目前，大多数油田电热带温度监测由工作人员去现场勘查监测，不但耗费人力，浪费时间，而且对油田的生产效率造成了一定程度的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供油田输油管道的电热带温度监控系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了油田输油管道的电热带温度监控系统，包括依次通信连接的无线传感器网络监测装置、网关设备和远程服务器；所述无线传感器网络监测装置包括汇聚节点和多个无线传感器节点，汇聚节点和多个无线传感器节点通过自组织方式构成一个采集和传送油田输油管道的电热带温度数据的无线传感器网络；无线传感器节点采集的电热带温度数据由汇聚节点传送到网关设备，进而由网关设备将接收到的电热带温度数据传送到远程服务器加以集中处理、存储和显示，以及在电热带温度数据超过设定的安全阈值时进行报警。

本发明的有益效果为：以无线传感器网络技术为基础，实现对油田输油管道的电热带温度的远程实时监测，使得能够在恶劣环境下实现对电热带温度数据的自动采集，及时将现场情况反映给工作人员，以保障油田作业的稳定运行。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明一个实施例的结构示意框图；

图2是本发明一个实施例的远程服务器的结构示意框图。

附图标记：

无线传感器网络监测装置1、网关设备2、远程服务器3、报警模块4、收发模块10、处理模块12、存储模块14、显示模块16。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的油田输油管道的电热带温度监控系统，包括依次通信连接的无线传感器网络监测装置1、网关设备2和远程服务器3；所述无线传感器网络监测装置1包括汇聚节点和多个无线传感器节点，汇聚节点和多个无线传感器节点通过自组织方式构成一个采集和传送油田输油管道的电热带温度数据的无线传感器网络；无线传感器节点采集的电热带温度数据由汇聚节点传送到网关设备2，进而由网关设备2将接收到的电热带温度数据传送到远程服务器3加以集中处理、存储和显示，以及在电热带温度数据超过设定的安全阈值时进行报警。

无线传感器节点包括传感模块和通信模块，其中传感模块类型有：倾角传感模块、液位传感模块、位移传感模块以及加速度传感模块。

在一种能够实施的方式中，如图2所示，所述的远程服务器3包括收发模块10、处理模块12、存储模块14、显示模块16，所述处理模块12电连接收发模块10、存储模块14和显示模块。

其中，所述的收发模块10可接收网关设备2传送的电热带温度数据，并把电热带温度数据发送至处理模块12；

所述的处理模块12用于对电热带温度数据进行处理，将电热带温度数据与其存储模块14中存储的对应标准阈值进行比较分析，输出分析结果；

所述的存储模块14主要用于存储电热带温度数据、标准阈值；

所述的显示模块16用于显示电热带温度数据以及处理模块12的分析结果。

其中，远程服务器3还包括与处理模块12通信连接的报警模块4。所述的报警模块4在电热带温度数据为异常时启动报警。在一种能够实施的方式中，所述的报警模块4包括与预设用户终端连接的报警信息发送单元。

在一种能够实施的方式中，所述的处理模块12在电热带温度数据超出其存储模块14中存储的对应标准阈值时输出该电热带温度数据为异常的分析结果。

本发明上述实施例中，以无线传感器网络技术为基础，实现对油田输油管道的电热带温度的远程实时监测，使得能够在恶劣环境下实现对电热带温度数据的自动采集，及时将现场情况反映给工作人员，以保障油田作业的稳定运行。

在一个实施例中，在网络初始时各无线传感器节点被分为多个簇，每个簇设有一个簇头，网络运行初期，各无线传感器节点处于工作状态，簇头在其簇内的传感器节点中确定可协作节点，并根据确定的可协作节点构建可协作节点集，簇头计算各可协作节点的冗余度，并令冗余度大于1的可协作节点进入休眠，可协作节点集中未休眠的无线传感器节点将负责电热带温度数据的采集工作；其中，设定冗余度的计算公式为：

式中，M_i表示可协作节点t的冗余度，V(t)为可协作节点t的感知区域，R_t为可协作节点t的邻居节点集，其中邻居节点为位于可协作节点t通信范围内的可协作节点，V(R_t)为可协作节点t的邻居节点集的感知区域。

在一种实施方式中，簇头在其簇内的传感器节点中确定可协作节点，包括：簇头对簇内各无线传感器节点进行感知并计算对应的感知概率；若簇头对簇内无线传感器节点j的感知概率大于预设感知概率阈值，簇头将簇内无线传感器节点j作为可协作节点，否则令无线传感器节点j进入休眠；其中，设定感知概率的计算公式为：

4)K_i1＜S_ij时，C_i→j＝o；

5)S_ij≤K_i0时，C_i→j＝1；

6)K_i0＜S_ij≤K_i1时，

式中，C_i→j表示簇头i对任意无线传感器节点j的感知概率，K_i1为簇头i的最大感知半径，K_i0为簇头i的最小感知半径，S_ij为簇头i与无线传感器节点j的距离，d为预设的环境影响衰减系数，u为预设的无线传感器节点性能衰减系数，e为自然常数。

本实施例提出了一种新的针对簇内无线传感器节点的调度机制，该机制中，簇头根据设定的感知概率确定可协作节点集，并令可协作节点集中冗余度过大的无线传感器节点进入休眠，而可协作节点集中其他无线传感器节点进行感知操作，通过簇头对簇内各无线传感器节点的工作状态进行调整，确定了较为合理的可协作节点数量。本实施例实现了簇内无线传感器节点资源的优化配置，能够降低簇内无线传感器节点的能量损耗，从整体上降低网络开销，延长了无线传感器网络的生命周期。

在一种能够实现的方式中，簇头定期计算其簇内的能量均衡程度，若能量均衡程度低于预设的能量均衡程度阈值，则簇头确定当前剩余能量满足能量较低条件的可协作节点，令该可协作节点休眠，并将该可协作节点通信范围内的已休眠无线传感器节点唤醒，唤醒后的已休眠无线传感器节点则进入采集电热带温度数据的工作状态；其中，所述能量均衡程度的计算公式为：

式中，H_i表示簇头i对应簇内的能量均衡程度，L_i为簇头i对应簇内的未休眠的可协作节点数量，G_j为簇头i对应簇内的第j个未休眠的可协作节点的当前剩余能量，e为自然常数。

本实施例创新性地定义了能量均衡程度的计算公式，由该计算公式可知，能量均衡程度越大，代表簇内区域能耗分布均衡性越强，能量均衡程度越小，代表簇内区域能耗分布均衡性越弱。

其中，所述能量较低条件为：当前剩余能量为可协作节点集中无线传感器节点能量的最小值，或者，当前剩余能量低于预设能量阈值下限。

本实施例中，由簇头在能量均衡程度低于预设的能量均衡程度阈值时，调度较低能量节点进入休眠，并唤醒较低能量节点周围的休眠节点进入工作状态，能够有效平衡较低能量节点周边区域的能耗，避免无线传感器节点因能耗不均而快速失效，进而有利于提高电热带温度数据采集和传输的可靠性。

在一种能够实现的方式中，簇头计算其可协作节点集内的未休眠的可协作节点的状态值，并选择状态值最大的可协作节点作为中继节点。

设W_p为簇头i的可协作节点集中未休眠的可协作节点p的状态值，W_p的计算公式为：

式中，C_i→p为簇头i对所述可协作节点p的感知概率，G_avg为簇头i的可协作节点集中未休眠的可协作节点的当前剩余能量的平均值，G_p为所述可协作节点p的当前剩余能量，G_p0为所述可协作节点p的初始能量，G_min为预设能量阈值下限；g₁、g₂为预设权重系数；

在数据传输阶段，其余可协作节点在中继节点、簇头中选择距离最近的作为目的节点，将自身采集的电热带温度数据发送至目的节点；所述中继节点在接收到的电热带温度数据量达到自身的缓存极限时将接收的电热带温度数据发送至对应簇头。

本实施例设置中继节点进行电热带温度数据的辅助收集，有利于降低簇头的负载，避免所有可协作节点将电热带温度数据都直接发送至簇头而产生过多能耗。

本实施例创新性地设计了状态值的计算公式，并依据状态值确定中继节点，能够提高中继节点负责电热带温度数据收集和传输的任务的可靠性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.油田输油管道的电热带温度监控系统，其特征是，包括依次通信连接的无线传感器网络监测装置、网关设备和远程服务器；所述无线传感器网络监测装置包括汇聚节点和多个无线传感器节点，汇聚节点和多个无线传感器节点通过自组织方式构成一个采集和传送油田输油管道的电热带温度数据的无线传感器网络；无线传感器节点采集的电热带温度数据由汇聚节点传送到网关设备，进而由网关设备将接收到的电热带温度数据传送到远程服务器加以集中处理、存储和显示，以及在电热带温度数据超过设定的安全阈值时进行报警。

2.根据权利要求1所述的油田输油管道的电热带温度监控系统，其特征是，所述的远程服务器包括收发模块、处理模块、存储模块和显示模块，所述处理模块电连接收发模块、存储模块和显示模块。

3.根据权利要求2所述的油田输油管道的电热带温度监控系统，其特征是，所述的远程服务器还包括与处理模块通信连接的报警模块。

4.根据权利要求3所述的油田输油管道的电热带温度监控系统，其特征是，所述的报警模块包括与预设用户终端连接的报警信息发送单元。

5.根据权利要求1所述的油田输油管道的电热带温度监控系统，其特征是，在网络初始时各无线传感器节点被分为多个簇，每个簇设有一个簇头，网络运行初期，各无线传感器节点处于工作状态，簇头在其簇内的传感器节点中确定可协作节点，并根据确定的可协作节点构建可协作节点集，簇头计算各可协作节点的冗余度，并令冗余度大于1的可协作节点进入休眠，可协作节点集中未休眠的无线传感器节点将负责电热带温度数据的采集工作；其中，设定冗余度的计算公式为：

式中，M_i表示可协作节点t的冗余度，V(t)为可协作节点t的感知区域，R_t为可协作节点t的邻居节点集，其中邻居节点为位于可协作节点t通信范围内的可协作节点，V(R_t)为可协作节点t的邻居节点集的感知区域。

6.根据权利要求5所述的油田输油管道的电热带温度监控系统，其特征是，簇头在其簇内的传感器节点中确定可协作节点，包括：簇头对簇内各无线传感器节点进行感知并计算对应的感知概率；若簇头对簇内无线传感器节点j的感知概率大于预设感知概率阈值，簇头将簇内无线传感器节点j作为可协作节点，否则令无线传感器节点j进入休眠；其中，设定感知概率的计算公式为：

1)K_i1<S_ij时，C_i→j＝o；

2)S_ij≤K_i0时，C_i→j＝1；

3)K_i0<S_ij≤K_i1时，

式中，C_i→j表示簇头i对任意无线传感器节点j的感知概率，K_i1为簇头i的最大感知半径，K_i0为簇头i的最小感知半径，S_ij为簇头i与无线传感器节点j的距离，d为预设的环境影响衰减系数，u为预设的无线传感器节点性能衰减系数，e为自然常数。