CN113037984B - 一种基于雾计算的油气站场安全组合监测系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于雾计算的油气站场安全组合监测系统与方法，主要由视频/红外监控模块、红外对射模块、人脸识别模块、巡检机器人和雾计算系统组成。所述视频/红外监控模块包括多个视频摄像头和红外摄像头，采集站场内外视频/红外数据。红外对射模块安装在围墙上监测入侵行为，人脸识别模块安装在站场大门以识别进出站场人员信息。巡检机器人有摄像头、可燃气体器和磁传感器，地面铺设钢条，在磁传感器导航下按钢条路线巡查。雾计算系统通过WIFI双向通信链路连接并控制传感器，多种手段对异常事件及时响应，将异常事件上传至远程控制计算机。本发明专利联合了各种互相割裂的站场安全监测手段，减少了油气站场安全监测数据的传输量和响应时间。

Description

一种基于雾计算的油气站场安全组合监测系统与方法
技术领域
本发明专利涉及油气站场安全监测领域，具体涉及一种基于雾计算的油气站场安全组合监测系统与方法。
背景技术
随着油气管道站场逐步向自动化与无人化发展，油气站场需要越来越多的安全监测手段和更合理的监测方法。油气站场的安全威胁有多种形式，包括人为入侵、第三方施工破坏、油气泄漏逸散和工况参数变化等，站场的安全威胁类型多样化和复杂化要求站场安全监测手段也要专业化和智能化，同时要求各种监测手段能互相协调。目前油气站场安全还主要依靠人工定期和不定期巡视检查和重点区域视频监控，监控视频一般是人工观看识别，需要较多的人力成本，同时各种监测手段存在互相割裂、监测数据传输量大、监测数据价值密度低和异常事件响应时间长等问题。近年来雾计算和物联网技术在传感器连接、数据传输和自动控制方面都有了巨大的进步，油气田技术人员也开始探索将雾计算用于生产实际中，包括抽油机的实时本地控制和管道高温部件的可预测性维护。但还没有将雾计算应用于油气站场安全监测的案例，也没有提出相关的发明专利。
发明内容
本发明专利目的是解决站场安全威胁多样化和复杂化情况下各类安全监测手段存在的互相独立、上传数据量大、数据价值密度低和响应时间长等问题，从而减轻远程控制计算机和传输系统的工作量，提高站场安全管理的水平。
本发明专利所采用的技术方案是：
本发明专利一种基于雾计算的油气站场安全组合监测系统与方法，为达到上述目的，提出了用于监控站场内外实时画面的视频/红外监控模块、红外对射模块、人脸识别模块、巡检机器人和雾计算系统。视频/红外监控模块采用多个防爆定向枪型摄像机、防爆定向半球摄像机和防爆云台摄像机，其中防爆定向枪型摄像机安装在站场围墙处，防爆定向半球摄像机安装于围墙角落，防爆云台摄像机安装在站场内部，用于全方位监控站场情况，摄像机随着外部光线变化，在可见光摄像和红外摄像两种模式间切换，保证全天候监控。红外对射模块安装在油气站场围墙转角处，安装至少两层红外对射装置，保证全面监测围墙处的人为入侵。人脸识别模块安装在站场大门处，采用远程人脸识别方法，获取进出站场人员面部特征数据。巡检机器人由视频摄像头、可燃气体检测器、磁传感器和车体组成，在站场地面沿巡检路线铺设钢条，车体下方安装磁传感器，用于采集钢条产生的恒定磁场，保证巡检机器人只沿钢条运动，可燃气体检测器用于检测站场设备是否发生泄漏，视频摄像头用于从巡检机器人上采集站场内的视频数据。雾计算系统安装在站场的控制室内，由不间断电源、雾计算服务器、监控数据储存硬盘、WIFI双向通信仪组成。站场中各种传感器采集的数据实时上传至雾计算系统中，雾计算系统汇总视频/红外监控数据、红外对射数据、人脸识别数据和巡检机器人的视频监控和可燃气体浓度数据，雾计算服务器中的站场风险识别模块对各类监测数据开展分析，对出现的异常事件及时响应。
本文还提出了一种基于雾计算的油气站场安全组合监测方法，所述油气站场安全组合监测方法包括采用视频/红外监控模块采集站场的视频数据，采用红外对射模块采集站场围墙的入侵数据，采用人脸识别模块识别进出站场人员面部特征数据，采用巡检机器人采集站场内的视频和可燃气体数据；将多种数据通过WIFI双向通信链路传输至站场内的雾计算系统中，雾计算系统统一分析多种数据并根据设定的数据范围识别异常事件；当数据出现异常时，雾计算系统同时控制各种监测手段，对异常位置进行联合监测；雾计算系统将异常数据上传至远程监控计算机，用于进行站场安全监测数据展示与报警。
S1：根据油气站场的设计和建设情况，绘制站场内设备和区域分布的平面布置图，并形成位置对照表；在雾计算服务器中安装综合监测软件，同时在远程控制计算机中安装客户端软件。S2：采用视频/红外监控模块采集站场内外各位置的视频/红外数据，摄像头通过站场电源直接供电，并通过WIFI双向通信链路将视频数据传输至雾计算系统中，雾计算服务器将视频监控数据保存在监控数据储存硬盘中三个月，但不上传至远程控制计算机，并覆盖保存时间超过三个月的视频数据；在雾计算服务器的综合监测软件中，将摄像头和位置对照表互相绑定，验证油气站场视频/红外监控模块的时空全覆盖性；综合监测软件中包含站场危险识别模块，可识别并将人员异常位置和人员异常行为标记为异常事件；在日志中保存异常事件的时间、地点和该时间段所有的监控视频，并立即向远程控制计算机报警；人员异常位置包括出现在站场外距围墙小于5米的区域、出现在站场围墙上方、出现在站场设备上方、出现在站场内禁止站立区域；人员异常行为包括未戴安全帽、未穿工作服、翻越围墙、人员倒地、人员聚集和使用手机等。
S3：采用红外对射模块采集站场围墙的人为入侵数据，红外对射模块通过站场电源供电，并通过WIFI双向通信链路上传至雾计算系统中，在雾计算服务器的综合监测软件中，通过位置对照表将每根红外对射光束与站场围墙位置对应，并验证红外对射模块对油气站场围墙的空间全覆盖性；如果红外对射光束被遮挡，综合监测软件将其标记为异常事件，记录异常事件发生的始末时间、位置和该时间段所有监控数据，并将异常事件上报至远程控制计算机。S4：采用人脸识别模块采集油气站场大门的进出人员面部特征数据，将数据上传至雾计算服务器中，雾计算服务器中有工作人员面部特征数据库，用于保存所有允许进出站场的工作人员面部特征数据；当采集的人脸数据与数据库匹配时，雾计算系统记录人员进出日志；当采集的人脸数据与数据库不匹配时，雾计算系统将其标记为异常事件，保存异常事件发生的始末时间、异常的面部数据及该时间段的所有监控数据，并及时将异常事件上报远程控制计算机。
S5：采用巡检机器人采集站场不同位置的视频数据和可燃气体浓度数据，巡检机器人采用内置锂电池供电，并可自动沿钢条路线返回站控室内充电，通过WIFI双向通信链路将巡检数据实时上传至雾计算系统中；当巡检过程中发现人员异常位置、人员异常行为或者可燃气体浓度超标，则标记为异常事件，并记录异常事件的始末时间、地点、监控视频和该时间段的可燃气体浓度等数据。
S6：雾计算系统安装在油气站场站控室内，包括不间断电源、雾计算服务器、监控数据储存硬盘、WIFI双向通信仪；雾计算服务器中运行综合监测软件，通过覆盖整个站场的WIFI信号连接油气站场各类传感器，接收传感器监测数据并下发控制指令，监控数据储存硬盘保存采集的监控数据三个月。
S7：雾计算服务器安装有站场危险识别模块，对实时采集的各类数据进行识别和响应；当采集的数据出现人员异常位置、人员异常行为、可燃气体浓度超标、非许可人员进出和红外对射信号被阻挡等异常事件时，雾计算服务器根据位置对照表确定异常事件发生的具体位置；雾计算综合监测软件通过WIFI双向通信链路下发控制指令，采取的措施包括巡检机器人非计划紧急出动和防爆云台摄像机对异常位置固定视角实时监控；当异常事件消除后，综合监测软件控制各类监控手段恢复正常监控模式。
S8：雾计算系统通过移动通信网络与远程控制计算双向通信；雾计算系统不将实时监控数据转发至远程控制计算机，只有当异常事件发生时，综合监测软件将与异常事件有关的监控数据上传至远程控制计算机中。雾计算系统定期发送日志文件，同时工作人员可通过远程控制计算机对综合监控软件实施异地更新，完善站场危险识别模块和工作人员面部特征数据库。本发明专利的优点：能准确采集并识别站场内外存在的安全威胁，多种手段对安全威胁快速联合响应，减少了雾计算系统与远程控制计算机之间的数据传输量。
附图说明
图1是本发明专利站场平面布置和传感器位置示意图。
图2是本发明专利硬件结构示意图。
图3是本发明专利监控数据处理过程示意图。
图中：1.视频/红外监控模块，2.红外对射模块，3.人脸识别模块，4.巡检机器人，5.雾计算系统。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明进行详细描述，本次的具体实施是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明专利一种基于雾计算的油气站场安全组合监测系统与方法，由视频/红外监控模块1、红外对射模块2、人脸识别模块3、巡检机器人4和雾计算系统5组成。采用视频/红外监控模块1采集站场内外的视频监控数据，当光线充足时，采集站场内外的可见光视频数据；当光线不足时，以红外模式采集油气站场的视频数据。雾计算系统5中运行综合监测软件，该软件包含有站场危险识别模块，当识别到人员异常位置或人员异常行为时，综合监测软件记录为异常事件。采用红外对射装置2采集站场围墙的人为入侵数据，当对射的红外线被阻挡时，雾计算系统5记录阻挡的始末时间和位置，识别是否是人为入侵并将其标记为异常事件。在站场大门采用人脸识别模块3采集进出站场的人员面部特征数据，将采集的人脸特征数据与雾计算系统5中的工作人员面部特征数据库比对，判断进出人员是否合法。如果进出人员合法，则在雾计算中将人员进出的时间和姓名等信息记录为日志，如果进出人员不合法，则记录为异常事件。采用巡检机器人4采集站场内不同位置的视频和可燃气体浓度数据，巡检机器人4定期在站场内沿固定路径开展巡查，当某一位置出现异常事件时，巡检机器人4立即非计划出动，在底部磁传感器导航下沿固定路径在异常事件位置处停止，并立即开展实时监测。雾计算系统5包含WIFI双向通信模块、雾计算服务器和不间断电源，WIFI双向通信模块用于连接各传感器并传输控制信号，不间断电源用于为雾计算服务器和各类传感器提供稳定的电源供应，雾计算服务器内运行有综合监测软件。服务器综合监测软件包含了站场危险识别模块，用于实时分析各传感器的监测数据并识别站场内外的各类风险。当出现异常事件时，雾计算系统立即根据位置对照表确定可监测异常事件的传感器，调用防爆云台摄像机对准异常事件位置，进行持续跟踪摄像，巡检机器人4立即非计划性出动，沿地面钢条路线行进到异常事件位置并开展监测。雾计算系统5将出现异常的事件日志上报至远程控制计算机。
基于上述传感器和雾计算系统5，油气站场安全监测的流程如下：
S1：明确被监测站场的基本信息，包括平面布置图、施工图和工艺流程图等。在被监测站场站控室内安装雾计算系统5，在雾计算系统5的服务器中安装综合监测软件，以自动完成数据实时采集、分析、控制和上报等工作。综合监测软件中包含有站场风险识别模块，可根据单一传感器的监测数据，判断是否出现异常事件及异常事件类型。
S2：采用视频/红外监控模块1采集站场内外各位置的视频/红外监控数据，要求防爆定向枪型摄像机、防爆定向半球摄像机覆盖站场全部空间，同时在油气生产区域，还需要安装可调整摄像头方向的防爆云台摄像机，站场采用WIFI双向通信链路将视频数据传输至站控室的雾计算系统5中。当出现人员异常位置(站场外距围墙小于5米、站场围墙上方、站场设备上方、站场内禁止站立区域)和异常行为(未戴安全帽、未穿工作服、翻越围墙、工作人员倒地、工作人员聚集和使用手机)时，记录为异常事件。
S3：采用红外对射模块2采集站场围墙的人为入侵数据，红外对射装置安装在站场围墙的转角处，并检查红外对射光线是否覆盖站场所有围墙，通过WIFI双向通信链路将数据上传至雾计算服务器中。若红外对射光束被遮挡，综合监测软件标记为异常事件，记录异常事件发生的始末时间、位置和该段时间的所有监测数据。
S4：在站场大门安装人脸识别模块3，采集进出人员面部数据，将数据通过WIFI双向通信链路上传至雾计算服务器中，雾计算服务器的数据库中保存着所有允许进出站场的工作人员面部特征数据库；当采集到的人脸数据与数据库信息匹配时，雾计算系统将记录人员进出日志；当采集到的人脸信息与数据库信息不匹配时，雾计算系统将其标记为异常事件。
S5：采用巡检机器人4沿地面的钢条路线采集站场内视频信息和可燃气体浓度，巡检机器人4采用内置锂电池供电，并可自动沿钢条路线返回站控室内充电，通过WIFI双向通信链路将巡检数据上传至雾计算服务器中；当巡检机器人4发现人员异常位置、人员异常行为或可燃气体浓度超标时，则标记为异常事件，并记录异常事件的时间、地点、对应时间段的监控视频、对应时间段的可燃气体浓度等信息。
S6：雾计算系统5安装在油气站场站控室内，包括雾计算服务器、监控数据储存硬盘、不间断电源和WIFI双向通信仪。通过WIFI双向通信仪覆盖并连接站场中各类传感器，获取监测数据并下发控制指令。服务器中运行综合监测软件，其中包含站场危险识别模块，对实时采集的各类数据开展识别和分析。监测数据保存在监控数据储存硬盘中，并保存采集的监控数据三个月。当识别到人员异常位置、人员异常行为、可燃气体浓度超标、非许可人员进出和对射红外线被阻挡等异常事件时，雾计算服务器根据位置对照表确定异常事件发生的具体位置；随后综合监测软件通过WIFI双向通信链路下发控制指令，控制各类监测手段对异常事件联合响应，采取的措施包括巡检机器人4非计划紧急出动和防爆云台摄像机对异常位置固定视角实时监控；当异常事件消除后，综合监测软件控制各类监测手段恢复正常监控模式。S7：雾计算系统5通过移动通信网络与远程控制计算通信；雾计算系统5不将实时监控的数据转发至远程控制计算机；当异常事件发生时，综合监测软件将所有的实时监控数据上传至远程控制计算机中，并在异常事件结束后发送异常事件报告和日志文件。雾计算系统5定期发送日志文件，同时远程控制计算机可对综合监测软件的站场危险识别模块和工作人员面部特征数据库进行异地升级。

Claims (2)

1.一种基于雾计算的油气站场安全组合监测系统，其特征在于：由视频/红外监控模块(1)、红外对射模块(2)、人脸识别模块(3)、巡检机器人(4)、雾计算系统(5)组成；
所述视频/红外监控模块(1)安装在站场围墙上、围墙转角处和油气工艺区，视频/红外监控模块(1)可全面覆盖油气站场所有空间；
所述红外对射模块(2)安装在油气站场围墙的四个角落，可全面覆盖油气站场所有围墙；
所述人脸识别模块(3)用于采集站场进出人员的面部数据，安装在油气站场大门处；
所述巡检机器人(4)用于沿固定路线采集站场内的视频和可燃气体浓度数据，巡检机器人(4)安装有视频监控模块、可燃气体检测器和磁传感器；站场内沿巡检机器人(4)的巡检路线在地面铺设了钢条，磁传感器安装在巡检机器人(4)的底部，用于采集钢条产生的恒定磁场并为巡检机器人(4)提供方向导航；当其他监测模块发现站场出现异常事件时，巡检机器人(4)非计划性紧急出动，并沿固定路线行进到与异常事件最接近的位置，对异常事件开展视频监控和可燃气体浓度探测；
所述雾计算系统(5)主要由雾计算服务器、监控数据储存硬盘、不间断电源和WIFI双向通信仪组成，雾计算系统(5)安装在站控室内，采集站场内各类传感器的数据，并识别数据中的异常事件，雾计算服务器中运行综合监测软件，具备数据采集、异常事件识别、异常事件响应和数据上传功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于雾计算的油气站场安全组合监测系统，提出一种基于雾计算的油气站场安全组合监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：明确被监测站场的基本信息，包括平面布置图、施工图和工艺流程图；在被监测站场站控室内安装雾计算系统(5)，在雾计算系统(5)的服务器中安装综合监测软件，以自动完成数据实时采集、分析、控制和上报任务；综合监测软件中安装有站场风险识别模块，可根据单一传感器监测数据，判断是否出现异常事件及异常事件类型；
S2：采用视频/红外监控模块(1)采集站场内外各位置的视频/红外监控数据，采用防爆定向枪型摄像机、防爆定向半球摄像机覆盖整个站场空间，同时在油气生产区域，安装可自动调整摄像头指向的防爆云台摄像机，站场采用WIFI双向通信链路将视频数据传输至站控室的雾计算系统(5)中；当人员出现在站场外距围墙小于5米、站场围墙上方、站场设备上方、站场内禁止站立区域，则标记为异常位置，当人员做出未戴安全帽、未穿工作服、翻越围墙、倒地、人员聚集和使用手机的行为，则标记为异常行为；
S3：采用红外对射模块(2)采集站场围墙的人为入侵数据，红外对射装置安装在站场围墙的四个转角处，并检查红外对射光线是否覆盖站场所有围墙，通过WIFI双向通信链路将数据传输至雾计算系统(5)中；若出现红外对射光束被遮挡，综合监测软件标记为异常事件，记录异常事件发生的始末时间和位置；
S4：在站场大门安装人脸识别模块(3)，采集进出人员面部特征数据，将数据通过WIFI双向通信链路传输至雾计算服务器中，雾计算服务器数据库中保存着所有允许进出站场的工作人员面部特征数据；当采集到的人脸数据与数据库信息匹配时，雾计算系统(5)只记录人员进出日志；当采集到的人脸数据与数据库不匹配时，雾计算系统(5)将其标记为异常事件；
S5：采用巡检机器人(4)沿地面铺设的钢条路线采集站场内视频和可燃气体浓度数据，巡检机器人(4)采用内置锂电池供电，并可自动沿钢条路线返回站控室内充电，通过WIFI双向通信链路将巡检数据上传至雾计算服务器中；当巡检机器人(4)发现人员异常位置、人员异常行为或可燃气体浓度超标时，则标记为异常事件，并记录异常事件发生的时间、地点、对应时间点的监控视频、对应时间点的可燃气体浓度数据；
S6：雾计算系统(5)安装在油气站场站控室内，包括雾计算服务器、监控数据储存硬盘、不间断电源和WIFI双向通信仪；通过WIFI双向通信仪覆盖并连接站场中各类传感器，获取监测数据并下发控制指令；服务器中运行综合监测软件，其中包含站场危险识别模块，对实时采集的各类数据进行识别和分析；监测数据保存在监控数据储存硬盘中，并保存采集的监控数据三个月；当识别到人员异常位置、人员异常行为、可燃气体浓度超标、非许可人员进出和红外对射信号被阻挡的异常事件时，雾计算服务器根据位置对照表确定异常事件发生的具体位置；随后综合监测软件通过WIFI双向通信链路下发控制指令，控制各类检测手段监测异常事件位置，采取的措施包括巡检机器人(4)非计划紧急出动和防爆云台摄像机对异常位置固定视角实时监控；当异常事件消除后，综合监测软件控制各类监控手段恢复正常监控模式；
S7：雾计算系统(5)通过移动通信网络与远程控制计算通信；雾计算系统(5)不将实时监控的数据转发至远程控制计算机，当异常事件发生时，综合监测软件将所有的实时监控数据上传至远程控制计算机中，并在异常事件结束后发送异常事件报告和日志文件；雾计算系统(5)定期发送日志文件，同时远程控制计算机可对综合监测软件的站场危险识别模块和工作人员面部特征数据库进行远程升级。
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