谷东东

中石油煤层气有限责任公司韩城分公司

煤层气开采远程视频监控系统设计

谷东东

中石油煤层气有限责任公司韩城分公司

煤层气是指吸附在煤层颗粒表面或游离于煤层空隙以甲烧为主要成分的气体，也可以称之为煤层甲院，属于一种清洁能。由于煤层气存在状态并不稳定，它会由于外界条件(如温度、压力等)改变而发生气体分离和涌出。因此，开采煤层气时主要靠钻井打孔抽取。煤层气开发兴起于20世纪70年代的美国，90年代煤层气产业在美国已经形成一种新型能源工业.

煤层气；智能监控；系统设计

1、煤层气发展及安防意义

煤层气是指吸附在煤层颗粒表面或游离于煤层空隙以甲烧为主要成分的气体，也可称之煤层甲院，属于一种清洁能源。由于煤层气存在的状态并不稳定，它会由于外界条件(如温度、压力等)改变而发生气体分离和涌出。因此，开采煤层气时主要靠钻井打孔抽取。煤层气开发兴起于20世纪70年代的美国，90年代煤层气产业在美国已经形成一种新型能源工业，如今，美国煤层气开发己经进入商业模式。鉴于美国煤层气开采成功，世界许多国家也对这一行业产生了兴趣，目前，商业开发模式也逐渐在世界多个国家建立起来，如澳大利亚、中国、印度等。

我国煤层气发展始于上个世纪末，80年代以前煤层气主要以地下抽取排放为主，此后各级省市部门开始正式钻探煤层气开釆井，这种开采井的抽水机不断做往复运动，主要作用是抽取煤层中水分使煤层气被顺利开采出来。通过引进国外技术与探索新方法，2010年，我国煤层气总产量首次突破100亿立方米，目前已经进入高速发展阶段。但是由于起步较晚，在开采过程中仍有很多待解决的问题，其中安全问题就是很重要的一个方面。因为抽水机、排气管道等机械设备处于无人值守状态，设备的坊塌、移位及人为破坏等情况需要及时了解。目前主要靠人工方式巡检开采现场，这样带来的问题有两个：一是定期检查的方式不能实时了解现场情况，二是由于站点多、分布广，巡检一次耗时费力，效率低下。因此，设计一个智能视频监控系统，及时对异常情况报警，可以为安全生产提供保障。

2、监控软件设计

监控软件设计是本系统的另一个重要方面，要求具有实时报警提示、历史数据查询等功能。它是与操作人员直接交互的系统，因此需要界面友好；另一方面也要实现它的基本功能，即能够实时了解煤层气开釆现场的情况，发生异常情况要及时上传图像报警。这一部分按照软件设计流程，逐步规划实现了监控软件的功能。

2.1 软件需求分析

需求分析是软件设计的第一步也是重要一步，它直接决定了软件能否满足用户的需求，在整个设计过程中都具有重要的指导意义。所谓需求分析，是指要明确系统目的、实现功能和应用范围等。只有确定了这些需求后，才能分析和寻找的针对本系统的解决方案。因此，开发之前与现场操作人员进行了充分沟通，并去开采现场做了调查，期望的监控软件需要满足以下几个要求。

2.1.1 功能需求。本系统最基本的功能是要能够及时了解开采中的异常，因此在图像采集端发生异常并上传图像后，监控软件要有所反应，能够显示异常图片，显示并记录报警信息。此外，工作人员也需要能够查找历史报警信息、图片等，所以对图片和日志等要进行记录，方便查阅。最后，需要包含一些基本的配置信息，如图片存放路径等。因此，本系统需要包括以下几个功能：预览图像、查询日志、配置参数。

2.1.2 性能需求。监控软件需要与多个来集端建立连接并通信，因此需要建立完备的通信模块。使得能够自主地与采集端建立连接，并有断开重连机制；同样在接收数据时也需要有数据确认机制，保证接收到正确数据。因此，通信中要用到多线程技术，用来可以实现多采集端协同通信。

2.1.3 可靠性需求。监控软件是一直运行的，当图像数据到达时应该及时接收。遇到软件本身的异常应能够及时反应，因此在具体模块设计中要充分考虑和预计可能发生的各种异常情况。操作错误或者发生异常时应有相应的提示，系统不至于崩淸。此外，日志信息中要记录操作人员的各种操作信息、错误信息、报警信息等。

2.1.4 可扩展性需求。在软件投入使用后，操作人员可能会根据实际情况提出新的需求，软件本身的某些功能也可能需要改进，因此需要预留接口，在类的成员定义中预留部分函数功能，以便后续扩展。

3、概要设计

在需求分析完成之后，接下来要进行概要设计，即系统的模块划分、运行设计、数据结构设计等。由于本系统功能需求，它应该包含以下模块：1、预览模块；2、日志模块；3、回放模块；4、参数配置模块；5、图像接收模块等。其功能组成如下图所示：

图1 监控软件功能组成

其中，预览模块主要是用来显示接收到的图像，为了便于显示多个站点信息，也应该具有多屏显示功能；日志模块主要记录操作信息和报警信息等；回放模块可以显示历史图像；参数配置模块要能完成软件配置工作；图像接收解码模块要能使多个客户端协同通信，釆用多线程的设计方法。

在软件组成上，每个模块对应一个类，定义好成员变量和函数，方便功能添加与移除。此外，数据库设计也是一个重要的方面，本系统釆用的是ACCESS2007，这是为了方便数据库移植，而且本软件中也采用了文本文件记录日志的方式，这些措施都方便了数据的记录。

本监控系统设计充分考虑了监控现场的复杂环境，针对抽水机往复运动和风吹草动等动态背景干扰，提出了适合现场应用的目标检测算法，然后构建了系统整体网络结构，设计了采集端程序和上位机监控软件，最后测试了系统应用效果。结果显示：本文设计的无线远程监控系统能够排除抽水机往复运动等动态干扰，准确识别异常情况，为煤层气开釆中的安全提供保障，但是在ARM上算法实时性还有待提髙。

[1]胡森晨.基于嵌入式的远程视频监控系统的设计与实现[D].哈尔滨理工大学，2017.

[2]张玉荣.物联网技术下的远程视频监控系统优化设计[J].中原工学院学报，2017，01：78-82.