可视化应急通信系统关键技术在油气生产中应用研究

可视化应急通信系统关键技术在油气生产中应用研究

  唐晓刚

新疆油田公司数据公司    新疆 克拉玛依  834000

摘要：油气生产区域一般都比较特殊，大多地处偏僻，交通、通信不便，且生产过程中存在安全隐患和风险，为加快构建新形势新任务下的应急指挥通信保障体系，规范油田应急管理部门及应急救援力量应急指挥通信保障工作，提升油田应急管理部门应急指挥通信保障能力建设，应综合运用无线通信、卫星通信、融合通信、物联感知等通信系统关键技术，打造单兵数字化、战场网络化、作战可视化的新型应急救援模式。

关键词：应急通信    可视化   4G技术 

一、概述

石油石化行业是国民经济的重要支柱，其安全生产与应急管理对于保障国家能源安全、维护社会稳定具有重要意义。然而，由于石油石化行业的特殊性，其生产过程中伴随着诸多潜在的隐患，如火灾、爆炸、泄漏等突发状况，一旦发生，将对人民生命、财产安全造成巨大威胁。通过通信信息（ICT）技术融合创新，提升应急指挥通信保障能力，提高应急响应速度和救援效率，这既是石油石化行业应急管理的重要任务，也是石油石化数字化转型、智能化发展的机遇。

可视化因其直观、高效的特点，在应急救援指挥中发挥着越来越重要的作用。随着5G、人工智能、工业互联网、物联网、大数据等技术的迭代演进，结合视频高压缩技术、全景感知技术和数字孪生地图技术，应急通信的可视化能力得到长足的发展和应用。目前，可视化应急救援能力建设已在部分地区展开，通过对现场数据的感知采集，实时通信传输，云边协同计算技术和可视指挥呈现的全链路可视化，为应急救援提供更加全面、精准的信息支持。

二、可视化应急通信

可视化应急通信，是利用数字孪生、北斗导航、人工智能、大数据、无人等技术，将应急通信业务所在的物理空间、信息空间、认知空间，通过“云-边-端”一体方式铰链，并将所获取的知识、信息或数据转换成可视化的图形、图像、视频、VR/AR等形式，与应急救援业务相融合，形成高度可视化的有机整体。

2.1 系统架构

可视化应急通信系统架构主要由“4层2系统”构成，如图1所示。“4层”即感知层、网络层、服务层、应用层，“2系统”即安全保密系统和运维管理系统。按照“云—边—端”技术体系构建形成一体化的可视化联合应急通信体系架构。

感知层，通过摄像机在内的各类传感器等设备实现现场环境的实时感知、采集和接入汇聚，是体系架构中边和端中最核心的部分。这些设备能够实时监测现场情况，收集环境数据、人员位置等信息，并进行前端目标的识别、特征值编码、转换，供各类设备、系统、网关汇聚接入，局部区域信息的边缘计算、处理、交互、分发和存储，为后续的应急救援提供重要的数据支持。同时，感知层还可通过无人机/无人车/机器狗，车载等手段实现对危险区域的监控和采集。

网络层，通过光纤网、无线网、4G/5G、卫星网等通信手段实现数据的传输和交换，是可视化应急通信系统各类系统和信息的传输层。为可视化应急通信系统的信息传输和业务交互提供大带宽、高速率和高可靠的信道，同时利用高压缩、超低延时、复杂网络适应等技术，保证边缘、窄带、弱网和复杂环境下提供视频传输。

2.2 能力特点

可视化应急通信系统具有以下几方面能力特点：

一是实时性，能够实现现场与指挥中心之间的实时互动；

二是准确性，能够提供更加全面、准确的信息支持；

三是高效性，能够提高应急响应速度和救援效率；

四是可靠性，具有较高的稳定性和安全性。

三、技术方案研究

针对可视化应急通信系统存在的问题，为保证“安全保密、技术先进、功能完善、实用可靠、投资合理、运行方便、扩展容易”的原则，对XX油田展开技术方案设计和实际部署应用。

3.1 应用场景

依据“平战结合”的应急通信体系，系统的主要业务可分为平时业务和应急业务两大类，其中平时业务主要场景包括生产调度、巡检作业，而应急业务主要包括应急演练和应急抢险，如图2所示。

生产调度场景，是在油田新区块勘探开发初期，油田生产工控、视频监控及视频会议等网络未建设完善的情况下，应急通信设备能够实现一线人员与后端指挥中心的通信联络、生产调度和视频会商等功能，保证后端指挥中心实时了解新区块勘探开发的工作进度。

巡检作业场景，是在油气管线巡检中，现场工作人员可通过自组网个人穿戴设备，进行实时位置定位，及对巡检人员行进轨迹的跟踪、保存、回放；现场工作人员可将文字、音频、照片、视频文件及告警信息等回传到指挥中心，与指挥中心实现视频通话、视频会议等功能。

3.2系统部署

在系统实际部署过程中，在面对地震、洪涝等自然灾害时，可视化应急通信技术同样发挥了重要作用。

应急指挥装备包括采集类装备、传输类装备、现场指挥类装备及配套保障类装备等，现场的生产及调度电话数据、生产监控视频数据及视频会议数据等通过前端数据采集设备将数据传输至远程传输系统，远程传输系统将数据传输至数据中心油田专网内，连接至油田监控指挥中心，形成实时监控，实时指挥。

3.3 链路建立

4G通信技术覆盖面较广，可移动性强，且建设成本低，为达到成本收益最大的目的，可利用公网运营商资源，在有运营商网络覆盖的城郊、村镇等人口密集地区，用运营商网络满足应急抢险通信保障需求，油田生产数据通过现场的数据采集设备将相关数据上传至车载4G路由器。4G路由器与4G基站建立无线链路，数据通过4G APN专线将数据上传至油田公司专网内，连接至指挥中心，达到快速建立数据通路，实现应急抢险现场与后方指挥中心进行视频会商、态势研判及调度指挥的目的。

卫星通信是油田应急通信采用的重要手段之一。随着亚太6D/中星19/中星26等高通量卫星（HTS）相继服务，基于静止轨道（GEO）部署的Ku/Ka波段的通信卫星，由于采用频率复用、星上高增益天线以及点波束空间隔离等技术，基于多点波束结构，利用极化复用和空分复用相结合的方式，重复使用有限的频率资源，使得通信容量大幅度提升。

综上所述，可视化应急通信技术的发展和应用对于提高石油石化行业应急响应速度和救援效率具有极为重要的意义。通过加强技术研发和创新、优化系统架构和模块设计、提升数据质量和处理能力和加强人才培养方面的努力，可以进一步发挥可视化应急通信技术在石油石化行业中的作用。未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，可视化应急通信技术将在石油石化行业中发挥更加重要的作用，为保障人民生命财产安全和维护社会稳定做出更大的贡献。