实时监控系统

关键词： 人工控制 工厂化 水产 养殖

实时监控系统（精选十篇）

实时监控系统 篇1

1 曲线通过性能的评价指标

1.1 外轨Q/P

小曲线轮缘与钢轨接触, 外轨侧轮重、横向力比 (外轨Q/P) 即脱轨系数增大。静态轮重状况不好的Q/P更大。同样, 走行部故障等也是发生该现象的重要因素。

1.2 内轨Q/P

轮轨表面状态的改变引起内轨侧Q/P变化, 也导致外轨侧Q/P变动。这与涂油状态和钢轨温度等因素有关。Q/P与伴随轮对冲角产生的横向蠕滑率相关, 是评价转向架导向性 (车轮踏面形状、左右轴距误差、轴箱定位刚度等) 指标之一。

1.3 车外噪声

在地面测量车外噪声可以评价车轮和钢轨间的问题。因为在小曲线润滑不当, 发生轮轨间粘滑现象和刺耳的声音, 钢轨发生波状磨耗和车轮擦伤时噪声更大。通过比较噪声值可以监控走行噪声, 也可管理测定地点的润滑、调整摩擦状态。

1.4 钢轨振动

从钢轨的振动可以获得评价车辆走行状态的信息。例如车轮有擦伤剥离时, 发生垂向振动。在小半径曲线若内轨润滑和摩擦状态不良, 内轨侧轮轨间发生粘滑现象, 钢轨将沿枕木方向振动。

2 试验系统的研制

2.1 系统构成

试验系统见图1。由在特定曲线上安装的地面测量机构和列检所等配置的后处理部分组成, 将同样装置连接成网络形成系统。地面测量部分记录地上PQ数据, 后处理部分分析采集的数据、管理分析数据、从积累的分析数据实时评价走行状态。地面测量机构的设置位置不是单纯按曲线半径大小确定, 从走行状态变化显著的观点出发, 根据以前进行的车上PQ测量结果, 注意脱轨系数和外轨侧车轮横向力, 选定这些值较大的4处曲线。在这4处曲线, 考虑到行车方向、曲线方向, 分别在车辆前进方向的左右曲线选定安装位置。

2.2 测量和分析

车辆通过测量地点时, 开始自动测量, 由贴在内外轨上的应变片测量轮重和横向力, 由贴在内轨头部侧面的加速度仪测量钢轨小幅振动值, 所有列车通过同一地点都进行数值采样, 并将定时图表数据自动传送到列检所的分析终端。在那里分析每个车轮通过时接收到的数据, 并记录车轮的轮重、横向力、钢轨振动和噪声大小。然后根据这些数据计算评价项目的量值, 判定车辆状态。

图2以内轨侧轮重、横向力为例说明数据处理流程。图2 (a) 是由记录装置传来的轮重、横向力实时数字数据, 取每个车轮的平均值得到转向架前轴的轮重横向力数据, 记录在图2 (b) 中作为各转向架的代表值, 再计算出轮重与横向力比 (图2 (c) ) , 将该值与考虑曲线特性的限度值比较、评价, 超过限度值时监控器报警。

该装置已经过营业线路试验。

公路隧道实时监控系统的研究 篇2

公路隧道实时监控系统的研究

本文以在建四川邻水到重庆垫江高速公路铜锣山隧道为依托,详细论述了公路隧道实时监测系统的原理、方案,介绍了实时监测系统的功能、结构设计和自动测试系统的`安装使用情况.该方法也可用于其他公路隧道,对隧道施工和运营期间的安全性提供指导.

作 者：张国强 王志杰 姜洪涛 作者单位：刊 名：科教文汇英文刊名：EDUCATION SCIENCE & CULTURE MAGAZINE年，卷(期)：2009“”(24)分类号：U45关键词：公路隧道 实时监控 自动测试系统

大型压裂曲线实时监控系统 篇3

【关键词】大型压裂，串口，VC++， 压裂数据整合，3G网络，远程实时监控

【中图分类号】 TE325【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0014-02

1.绪论

随着油田勘探开发的深入，油水井压裂工作量越来越多，其对增储上产作用越来越巨大，但是部分区块的普通压裂施工成本和施工复杂程度越来越高，压裂效益却不理想，大型压裂因其高效益性将成为新的施工重点。然而大型压裂往往需要多套压裂车组配合施工，每套压裂车组有自己独立的仪表车监测各自的压裂数据，每套仪表车的数据只能在仪表车内监测，不能远程传输更不能和其他仪表车数据整合。

在本论文中，基于VC++环境下我提出了一整套的技术解决方案来实现多车组压裂数据的整合并远程实时监控。首先，通过各套压裂仪表车的串口读取实时压裂数据；其次，通过小型局域网把读取到的各套压裂数据汇总；其次，通过本文的算法把各套压裂数据进行整合，并通过3G网络远程发送到后台服务器；再其次，服务器把数据备份到数据库的同时，通过vspm软件把计算机端口虚拟成串口以实时转发数据给内网的监测终端机；最后，监测终端机使用专业的压裂分析软件FracProPT接收整合后的数据，并实时显示压裂曲线。方案设计图见图1-1。

2.系统模块的实现

本系统主要分为串口通信，网络收发，数据同步处理，虚拟串口共四个模块，下面分别介绍各模块的实现。

2.1 串口通信

目前，串口通信是工业控制机与底层硬件芯片的主要通信方式，串口一共有RS232和RS485两种物理接口标准，压裂大队的仪表车串口是RS232标准的。在VC++环境下，有两种编程方式实现串口通信：一是调用Windows的API函数，这种方法虽然具有很强的灵活性，但是使用方法及其复杂；二是使用Microsoft提供的ActiveX控件——MSComm，通过MSComm控件的属性，方法和事件实现串口操作，可以简化串口程序的开发[1]。在本系统中，我选择了MSComm控件。

使用MSComm控件操作串口需要四步：（1）把MSComm控件导入到开发的工程中；（2）打开并配置串口的函数编程；（3）响应MSComm控件的OnComm事件的函数编程，以便截获串口数据；（4）对串口数据分析函数的编程。

其中，在第（3）步编程中，需要注意调用第（4）步的分析函数。这样，当串口有数据时，MSComm控件会自动响应OnComm事件的函数完成对数据的截获，然后程序转入分析函数，在分析函数里针对压裂数据做专门的解析，并在内存中开辟空间做好备份副本的工作，等待网络模块的转发。

2.2 网络收发

网络通信连接主要有3个参数：通信的目的IP；使用的传输层协议（TCP或UDP）和使用的端口号。传输层使用TCP或UDP同时为多个应用程序进程提供并发服务时需要区分不同应用程序进程间的连接。套接字Socket就是通过绑定网络通信连接的3个参数，以实现多个程序进程的数据传输的并发服务[2]。

套接字Socket可以看成在两个程序进行通讯连接中的一个端点，是连接应用程序和网络驱动程序的桥梁，Socket在应用程序中创建，通过绑定与网络驱动建立关系。此后，应用程序送给Socket的数据，由Socket交网络驱动程序向网络上发送出去。计算机从网络上收到与该Socket绑定的IP地址和端口号相关的数据后，由网络驱动程序交给Socket，应用程序便可从该Socket中提取接收到的数据。

套接字Socket是网络通信的基本构件，无论是3G网络通信还是局域网通信，都要使用Socket技术。为了简化利用套接字进行网络应用程序开发，微软的MFC对底层的套接字函数进行了封装，提供了CAsyncSocket类和CSocket类[2]。其中CAsyncSocket类只是对套接字进行简单的封装，使用起来比较繁琐。本系统选择使用更高级封装的CSocket类编程。

使用CSocket类开发网络程序需要四步：（1）在发送端配置好目标机的IP和端口，并编写建立套接字的代码；（2）在发送端编写要发送数据的代码，并使用CSocket类的Send函数发送[3]；（3）在接收端配置计算机端口，并编写建立套接字的代码；（4）在接收端利用CSocket类的Accept函数接收数据，并编写数据处理代码[3]。

其中，在第（2）步中要把2.1中实时截获的串口数据引入进来，并实时使用CSocket类的Send函数发送给目标机。在第（4）步中，要实时处理好接收到的串口数据，并在内存中开辟空间做好存储工作，等待下一模块的调用。

2.3 数据同步处理

数据同步处理模块是本系统的核心模块。因为在实际试验中发现，各压裂仪表车每次发出的串口数据个数是不一致的，而且每台仪表车发出的串口数据个数也是无规律性的，随机性很强。数据同步处理模块就是要把从多台仪表车采集的串口数据在秒级时间上统一同步为一个数据组。这样再使用网络模块传输回后方后，经后方机的拆分就可还原出同步的两个数据源，可以进一步的数据整合处理。

因油田的大型压裂一般使用两套压裂车组，本模块的核心设计就是使用两个循环队列[4][5]作为两个数据容器。把每台仪表车获得的数据分别存入各自的循环队列，然后再把两个队列中同步的数据使用网络模块发送出去，留下非同步数据等待下次的同步处理。详细设计如下：（1）开辟两个线程专门监听两个压裂仪表车的数据源；（2）对两个数据源实时传来的数据分别做分析处理；（3）把（2）中分析的完整数据存入各自的循环队列；（4）开辟一个新线程检查两个队列的同步情况，把已经同步的数据编组发送出去。

其中需要注意三个子线程和主线程的耦合关系，各线程的开关变量设计。对第（2）步中的数据处理，需要分析数据是否完整，把完整的数据要保存好的同时，残片的数据也要保存好等待下次残片数据传来时的拼接处理。此外还要维护好两个循环队列的指针移动，特别是进，出队列时需要判断队列的空与满，并做相应的处理。

2.4 虚拟串口

通过网络发送回后方的数据是进入计算机端口的，而专业的压裂软件FracproPT只能接收串口的数据。使用vspm虚拟串口软件可以通过计算机端口成功完成服务器和客户端的虚拟串口连接及数据通信。原理图如图2-1所示：

通过vspm把服务器的端口A虚拟成串口C，把客户端的端口B虚拟成串口D，虚拟串口C，D通过服务器和客户端的计算机端口实现了双向通信。其中虚拟串口C和D需要接2-1的串口通信代码。

3. 系统测试

为了测试本系统的功能，我通过读取并解析两个含有原始压裂数据的二进制dbs文件，把其中的二进制压裂数据重新转换成十进制流式的串口数据，以模拟两个压裂仪表车的串口数据源。

其中，图3-1是实时获取的两个数据源的组合数据，图3-2是两个数据源的压裂曲线组合。经过与原始两个独立数据源的严格分析和对比，1小时09分55秒的模拟采集共4195条数据记录无差错，测试取得成功。

4.总结

针对大型压裂多套压裂仪表车的数据不能无线传回后方，更不能数据整合的问题，本文提出了一整套技术解决方案，使得大型压裂现场的压裂数据得到整合和实时远程监控。而且针对部分老式压裂仪表车没有串口源的问题，通过本文的技术方案，可以用“软件”方式接出一个串口数据源实时的转发出去，同时还不影响前线的生产。特别是解决了技术专家必须亲临仪表车观察压裂数据，不能同时监控异地其他压裂施工过程的问题，为油田压裂施工的信息化做出了新的贡献。

参考文献

[1] 叶克江. 基于串口通信的实时压力控制系统设计与实现.微计算机信息[J].2009年第25卷 3-3期，p.127-128

[2] 宋坤，刘锐宁，李伟明. MFC程序开发参考大全[M].人民邮电出版社.2007

[3] 刑建春.基于GSM通信技术的无限测控系统设计[J].计算机测量与控制.2004年第4期，p.345-348

[4] 严蔚敏，吴伟民.数据结构C语言版. 清华大学出版社[M].2004

实时性能监控系统的应用 篇4

实时性能监控作为网络监控的辅助支撑手段, 弥补告警监控的不足, 能够实时提供网络运行质量情况, 便于监控人员及重点通信保障人员及时发现网络隐性故障、服务质量下降等问题 (尤其是春节、中秋等重大节日应急通信保障和集中调度的需要) 。适时采取应急措施, 控制和消除拥塞、过载等情况的发生, 从而保障网络安全、稳定运行。

实时性能监控系统是实时性要求高、用于网络保障和通信调度的监控类KPI的实时监控。实时性能监控系统基于地市公司人员及时发现、快速处理网络故障需求。采用命令通道的方式, 以更加实时的 (5-15分钟刷新周期, 1-3分钟时延) 和更贴近网络保障KPI指标, 实时呈现网络告警。

2 规范要求的指标及完成情况

实时性能监控子系统根据规范, 按照功能及指标实现情况, 已经全部完成。实时性能监控还可以对监控网元的性能指标做相关的门限设置, 网元的阀值可以以色谱的形式矩阵显示、能够监控同一指标不同网元或同一网元不同指标的图形显示。矩阵下方会显示门限告警的流水窗口, 并以短信的方式通知运维人员, 性能告警可转发至告警监控平台进行告警统一呈现。并可通过告警监控平台实现性能告警的自动短信、工单派发。

3 KPI设置的主界面 (图1)

(1) 左侧的树图是设置KPI的作用范围, 小区粒度;

(2) KPI作用时间周期设置;选择周末、节假日和平时设置时间的类型和设置时间的作用周期, 可以设定多个。设置后可以在左侧显示时间周期的设置;

(3) KPI阀值设置:设定在此周期和网元范围内, 产生KPI告警的门限和级别, 可以设定多个;设置后可以在左侧显示门限阀值的设置;

(4) 选择结束后, 点击“提交”完成本次KPI修改操作。

4 告警流水窗口 (图2)

显示产生KPI门限的流水告警, 告警内容为网元、告警时间、告警级别、告警类型、告警标题、可能原因、可能原因正文、地区、厂家、告警正文。

告警短信息通知:

在告警正文中的可以点击查看链接, 查看告警的详细信息。在告警详细信息窗口中, 通过短信的方式发送给运维人员。

5 呈现方式

实时性能监控呈现方式主要有矩阵监控和数据呈现。矩阵监控用矩阵方式以网元为单位、以颜色为区分标志呈现网元的性能状态;数据呈现用列表的方式以网元为单位、以颜色为区分标志呈现网元的性能状态。

6 实时性能监控系统的应用

从全国使用情况以及该模块的自身定位上, 多使用于如下的情形:重大节假日, 如春节, 中秋这种传统节日;重大事件, 如乌洽会, 重大灾难, 能够实时提供网络运行质量情况, 便于监控人员及重点通信保障人员及时发现网络隐性故障、服务质量下降等问题。实时性能监控还包括VIP基站管理功能, 是对VIP基站资源数据的管理与维护, 以地理和网元的形式呈现基站子系统树图, 呈现出该基站的所有告警 (包括KPI告警、性能告警、设备告警) , 并能对所显示的基站子系统的某些属性进行修改。方便维护人员对重点小区进行重点监控, 给特殊时间的网络保障工作一个方便快捷的途径。

通过增加培训次数, 培训方式可以为:电视电话培训或现场培训, 参加人员为全疆各地州维护人员, 培训过的人员负责对本地其他维护人员进行培训, 从培训中加深了对实时性能监控系统的了解和如何应用。在有重大通信保障任务时, 后台支撑优先选择实时性能监控系统, 关注交换性能指标。在重大通信保障任务结束后, 通过实时性能监控系统呈现的交换设备的运行情况, 将技术人员从传统的手工统计中解放出来, 更好的关注系统运行和设备操作。

摘要：实时性能监控系统是一种支撑手段, 弥补告警监控的不足, 本文对实时性能监控系统的应用进行了介绍, 通过实时性能监控系统能保障网络安全和稳定运行。

实时监控软件介绍 篇5

一、成本实时监控系统开发过程

项目实时监控程序的构想是为及时了解、掌握各项目的生产运营情况，从2004年3月就开始，要求各项目按周上报实时监控周报（一张表）。

2004年9月，王意桥总会计师要求编制出专门的实时监控程序，经过近三个月的程序资料的编写，于2005年元月正式立项，通过公开招聘的方式于2005年6月确定软件开发商并签订一期开发合同。一期开发合同总价为28万元。

2005年12月，项目实施小组正式进驻四分局惠州施工局进行一期开发和试运行。由于水电施工复杂多变，项目实施小组针对现场施工情况和项目管理需求，不断完善软件。复杂问题提交科研课题小组会议讨论，商定解决方案。经过半年左右的开发调试，软件框架和内容初步形成。项目实施小组2006年9月对程序进行验收（除砂石系统子模块）。

2006年11月，项目实施小组到小湾施工局进行扩大试点，并对砂石料生产系统模块做进一步的完善。

2007年12月至2009年1月，项目实施小组开始软件二期开发。二期开发以溪洛渡项目为试点项目，主要针对收入计量、工区考核等业务。二期开发合同金额为28万元。

成本实时监控软件的开发、完善、应用，是一项系统的、长期的过程。项目成本实时监控软件应用的难点在于：水电施工项目复杂多变、变更项目多，成本难以动态追踪、及时归集；项目往往地理位置偏僻，网络条件差，专业信息人员缺乏，维护困难；成本控制涉及部门多，对专业素质要求高，对人员配备有较高要求等。

公司成立课题小组，拨付专项经费，用于软件开发。项目实施小组在实施过程中：（1）加强专业指导，通过外包方式利用软件公司技术优势，同时派驻公司财务人员长驻项目，提供业务支持，疑难问题发挥课题小组的专业优势：（2）加大各实施项目基础设施投入，通过购置新电脑，优化网络，配置服务器，对通信不方便的项目配备无线路由器等措施，解决项目通信障碍；（3）加大人力资源投入，建立成本实时监控体系，成立公司本部、二级单位、项目的三级成本管理体系，在各项目设立成本控制办公室、在各业务部门设立相应岗位，配备专业人员，为成本控制软件的顺利运用创造条件等。

在软件开发完善的几年中，在多个项目进行了试点和推广，包括惠州施工局、小湾施工局、金安桥项目、官地项目、溪洛渡项目、京沪高铁项目、草街项目、西昌机械厂等，公司投入了大量的人力物力，也取得了较好的成果。

该科研成果2007年荣获“全国电力企业管理现代化创新成果”三等奖（中电联会企【2007】108号文）。

二、软件已实现的功能

项目实时监控程序由客户化、基础数据、合同管理、物资管理、机电设备管理、分包管理、生产施工管理、成本管理、砂石料生产管

理、作业层考核等模块组成，可以说是一个以项目成本控制为主线的简版ERP系统。程序与财务用友U8软件无缝接口，可直接取数。程序自带部份公共参数，如量的单位、价的单位、方与吨的换算、物料的类别、设备的类别等，各项目可根据需要进行增加和修改。支持Excel文件的导入导出，基础资料（材料明细、设备明细、目标成本单价、合同单价等）可以直接从Excel文件导入系统。能生成项目成本实时监控报表。软件已实现的主要功能包括：收入计量、材料核算、分包管理、材料核销、工区成本考核等。

三、功能模块简介

项目成本实时监控系统由客户化、基础数据、合同管理、物资管理、机电设备管理、分包管理、生产施工管理、成本管理、砂石料生产管理等模块组成。

（1）客户化

客户化是系统初始化的重要组成部分，包括账套的建立，用户权限的分配，公共参数的设置等。

（2）基础数据

基础数据是系统初始化成功的关键，是整个系统正常运转的基础。包括部门类别、部门档案、人员类别、人员档案、物料类别，物料档案、机电设备类别、机电设备档案、业务伙伴、仓库类别、仓库货位、项目档案、成本要素、水电表档案等。

（3）合同管理

合同管理是企业管理的一项重要内容，包括业主合同、分包商合同，内部承包合同，机械设备租赁合同等。

（4）物资管理

物资管理主要是对物资采购、领用、调拨、库存等进行管理。包括采购、验收入库、物料领用、领料退回、内外部调拨、库存盘点、报废报损、周转性材料的租赁等。提供综合数据查询、统计汇总报表，物料的收发存业务一目了然，使项目及时掌握材料消耗情况。单据打印样式设计功能采用流行的报表设计器进行设计，项目可根据需要进行自定义调整。

（5）机电设备管理

机电设备管理包括机电设备验收、机电设备领用、机电设备调拨、机电设备日常运行记录、机电设备修理、机电设备报废、机电设备租赁等。提供综合数据查询、统计汇总、分析功能，及时反映设备使用及配件、油料消耗等情况。

（6）分包管理

分包管理以分包合同为起点，主要对分包计量、分包结算及支付进行管理。提供分包台账、对上对下结算对比分析等报表。

（7）生产施工管理

生产施工管理包括施工生产计划、现场管理、计量管理、结算管理等内容。提供完成工程量、经营结算等统计分析报表。

（8）成本管理

成本管理是系统的核心部分，包括预算成本、目标成本、成本结转、成本分析等内容。在基础资料录入系统后，通过结转当期收入、成本数据，生成成本分析报表，将实际成本与目标成本各项目指标进行对比分析，形成实时监控报表，及时反应项目当期实际盈亏情况，为项目领导决策提供多层次的成本分析资料。通过成本管理模块，可以了解各项成本费用节约和超支的情况，及时发现存在的问题，以针对性地提出解决问题的办法。

（9）砂石料生产管理

砂石料生产管理是专门针对砂石项目生产特点开发的子模块，对砂石料生产运行期间的各产品、各工序的成本进行归集、统计、分析管理，包括毛料运输、砂石料销售、砂石料库存、砂石料成品成本分析等内容。

四、已应用的项目

砂石分局金安桥项目

砂石分局官地项目

溪洛渡项目

小湾施工局

京沪高铁项目

二分局草街项目

西昌机械厂

实时监控系统 篇6

关 键 词：JMF；RTP协议；Andriod；视频监控

1 引言

本文主要研究的是“实时视频系统”的开发，本系统通过服务器端连接的摄像头拍摄画面，经过处理与压缩后通过互联网将视频流传送给便携设备手机，使用户随时随地可以对某些特定场所，如家庭、办公室、实验室等场所的安全、环境等情况进行远程的监控。本系统采用C/S构架，服务器端使用JMF技术对捕获的视频进行处理和压缩，通过RSTP协议经由互联网，将视频流传送给以手机为平台的客户端上，使用户可以远程观看某些特定场所的画面。

2 系统分析

2.1 功能架构

根据需求调研结果确定本系统主要包括以下功能模块，如图1所示。

2.2 模块需求

（1）视频流捕获及处理

对USB摄像头的拍摄视频流进行实时捕获与处理。

（2）视频流传输

与客户端建立连接，开始视频流传输。

（3）接受视频流及播放

客户端将接收的视频流进行处理并通过播放器播放出来。

2.3 系统开发环境

（1）服务器硬件环境：1GHz/512MB/5G/1Mbps网络接入。

（2）客户端硬件环境：手机。

（3）服务器软件环境：jdk1.6。

（4）客户端软件环境：Android 1.6以上。

3 系统设计

3.1 架构设计

本系统采用C/S构架，在PC端搭建RED5服务器，手机或PC机客户端通过3G网络、以太网或Wi-Fi网络连接服务器。服务器端进行视频采集和后台数据处理，客户端为用户呈现实时视频数据信息等。[1]

3.2 功能结构设计

本系统主要分为服务端功能和客户端功能。服务端有采集视频功能，采集后将视频处理并传输给客户端，客户端通过播放器显示接收到的视频流。同时，提供服务器端的后台控制界面，如图2所示。

4 系统实现

4.1 服务器端

4.1.1 Red 5服务器配置

本系统采用Red 5作为流媒体服务器，使用前需要先将其配置到Tomcat下。具体配置方法如下：

安装tomcat和Red后，在eclipse下新建一个web project工程，将Red 5根目录下的red5.jar和lib目录下的所有jar包，全部拷贝到工程项目WebRoot＼lib包下。这些就是Red 5集成到tomcat启动所需要的全部jar包。

在安装Red 5的根目录下面有个src.zip文件，这里面放的是Red 5的源代码，将其在当前目录下解压，然后进入D：＼Red5＼src＼src＼conf＼war目录，该目录下就是配置所需要的全部配置文件。

4.1.2 视频采集

本系统使用外接USB摄像头，因此需要先查询设备名称。方法是，运行JMF的bin目录下JMFRegistry.exe，在Capture Devices选项卡中可以看到当前连接到计算机的设备，如果没有找到目标设备可以点击左下角的Detect Capture Devices重新检测已连接的设备。

4.2 客户端[2]

客户端采用Android手机操作系统，界面主要控件为视频播放器，如图3所示。

5 结束语

本课题的特色在于使用了3G、Wi-Fi等移动互联网技术，对流媒体的处理与传输，基于开源Android操作系统的手机进行软件开发。最终实现手机远程监控特定场所的实时视频信息，并对远程摄像装置进行参数调整，控制等操作。

本系统已经实现了基本的视频传输。完成了需求中所提出的远程视频监控的功能。但本系统如果想要进入商用仍然存在一些问题。首先，由于开发文档与相关开发历程的空白，使用Java语言对视频压缩未能实现，这将导致Android手机客户端在使用时的硬件资源负载较大，并且会占用较大的网络带宽。这将给使用3G接入的系统用户产生较为昂贵的网络使用费用。其次，本系统登陆界面使用的是较为简单的账号、密码验证。无法杜绝账号、密码的劫持以及暴力破解等问题，这为使用者的隐私安全留下隐患。如果本系统进入商用，应对安全验证部分进行完善，如果应用于对安全系数要求较高的特种领域，还应对网络传输部分进行数据加密。不过这也将带来系统更大的资源消耗。

参考文献

[1] 杨文志.Google Android程序设计指南[M].北京：电子工业出版社.2009.

水产养殖实时监控系统设计 篇7

近年来,我国的水产养殖业发展迅速,水产养殖规模也不断扩大 ,传统的人工控制已经不能达到很好的养殖效果。国外的工厂化水产养殖已于20世纪60年代迅速地发展起来,而国内的工厂化水产养殖由于起步较晚,再加上受技术和设备的限制,工厂化水产养殖程度非常低,主要还是以人工为主[1]。造成这种现状的另外一个主要原因是,我国水产养殖规模主要以中小型为主,而目前的水产养殖监控系统相关产品价格昂贵、运行成本高、操作复杂,要在国内普及存在困难。

水产养殖中的水环境是影响鱼类生长的关键因素,其中的溶解氧、pH和水温是至关重要的。只有对这3者参数全面了解,再根据不同鱼种对不同生长环境和养殖环境的要求,进行合理的控制,确保鱼类生长在最适宜的环境下,才能实现水产养殖的科学化、规模化。

该系统采用温度传感器和pH电极对水中的温度和pH进行实时检测,并根据不同的养殖要求,对水环境做出相应的控制。在对溶解氧控制时,采用的是根据水中溶解氧变化规律对增氧机进行软件定时的方法,从而解决了目前水产养殖监控系统价格昂贵的问题,大大降低了成本。再加上模块化软件、硬件结构的设计,使此系统更加安全、可靠。

1 水中溶解氧变化规律

为了弄清楚溶解氧变化规律,科研人员已经对溶氧量进行过大量的研究[2,3,4],如表1～表3所示。

由表1的数据知,在太阳出来后,水中溶氧量逐渐上升,至下午 16:00 达最高值。此后,水中溶氧量逐渐下降至第二天早晨 ,在太阳出来之前达最低值。

由表 2的数据知,在8月份,早晨水中的溶解氧含量明显偏低,未达到水产养殖中养殖生物正常生长的溶解氧要求。

由表3数据可知,水温与溶解氧关系密切,随水温的升高,水中溶解氧不断下降。

通过以上的数据以及分析可知,在一般情况下,水中溶解氧的变化存在一定的规律。

2 系统概述

根据水中溶解氧变化规律,对增氧机进行软件定时,用以控制增氧机的增氧时间,代替目前水产养殖监控系统中用溶氧电极实现对溶解氧进行监控的方法[5]。此外,采用温度传感器和pH电极完成对温度和pH的监控,从而得到了该系统。

该系统主要由3部分组成:数据采集、控制部分、执行部分。数据采集由温度传感器和pH电极组成;控制部分主要由单片机组成;执行部分为增氧机和报警器。另外,系统还带有按键输入模块和液晶显示模块。系统组成框图如图1所示。

该系统工作过程如下: 数据采集主要实现对水产养殖中水温、pH值的测量。pH电极测得的pH值为电信号,需要相应的信号处理电路将pH值的模拟量转化为数字量,其主要包括信号调理电路和A/D转换电路[6,7,8]。

该系统可以通过按键设定温度和pH值的上下限值,单片机将采集得到的温度、pH值与预设的温度、pH值范围进行比较。如果超出此范围时,单片机将会产生温度或pH的报警信号,提醒用户水中的温度或者PH值已经超出设定范围,需要更换池水或者加入一些物质进行调控;另外系统也会记录下产生报警的时间,并适当加大增氧机的增氧强度。在对溶解氧控制上,采用对增氧机进行软件定时的方法,即通过改变增氧机增氧的时间间隔和长度来实现不同的供氧量。系统根据对溶解氧变化规律的总结设计了多种增氧模式供选择,主要分为白天模式和夜间模式,每种模式又进行了细分,用户也可以自己根据具体的养殖环境对增氧的时间间隔和长度进行设定。

3 系统的硬件结构

该系统采用的温度传感器为DS18B20,独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯[9]。采用字符型1602作为液晶显示,ADC0804八位模数转换器将处理后的pH电信号转化为数字量,时钟芯片DS1302用于对增氧机进行精确的软件定时。由于单片机I/O口电流较小,不能使报警装置和增氧机正常工作,所以都需要一个驱动电路[10,11]。

系统硬件电路如图2所示。

该系统在pH测量中采用的是玻璃电极,内阻极大,要求前置放大器要有很高的输入阻抗,该系统采用的是运放CA3140,它具有输入阻抗高、偏置电流低等特点,能够满足设计要求[12,13,14]。

经过放大后的信号需要经过偏置抬高成正电压才能送至A/D转换器进行模数转换,设计中利用了运放的加法电路来实现。为了防止运放电路前后之间的影响,对放大后的pH信号和偏置电压都经过了电压跟随电路。

pH信号处理电路如图3所示。

4 系统软件设计

4.1 主程序设计

主程序主要控制了单片机测控单元的工作流程,实现了设定值的输入、数据采集、数据处理、增氧机控制、实时扫描键盘输入,并实时显示当前水体参数的数值。其流程图如图4所示。

4.2 温度测量模块

温度传感器DS18B20采用独特的单线接口方式,在与微处理器连接时仅需要一根I/O口线即可实现与微处理器的双向通信。但对于单片机来说,硬件上并不支持单总线协议,因此必须采用软件的方法模拟单总线的协议时序用以完成对DS18B20芯片的访问[12]。访问流程如图5所示。

4.3 液晶显示模块

该系统采用LCD1602作为液晶显示,主要用于实时显示当前水体参数的数值、输入提示和显示设定值,程序流程如图6所示。

5 结论

该系统以单片机为控制核心,实现了对水中温度和pH的实时监控,并采用对增氧机进行软件定时的方法很好地实现了对水中含氧量的控制。其成本低、使用方便,有利于促进水产养殖的科学化、规模化。如果在水产养殖中对于溶解氧变化参数范围要求很高,本系统也只要稍做改进,再外接一个溶氧电极以及一些相关信号处理电路,即可实现对溶解氧的实时监控。

钢厂库区远程实时监控系统设计 篇8

随着行车位置跟踪系统(CLTS)在钢厂库区的成功应用,钢厂库区的行车状态信息、物料调度信息等能够被地面主控计算机实时获取并录入数据库,从而使钢厂库区的实时监控成为了一种可能。钢厂库区的实时监控系统能为库区管理员提供行车、物料及作业的实时状态信息,通过对库区的模拟,可在客户端动态地展现库区现状。该系统不仅有助于库区管理员对库区进行实时监控,也为库区管理提供了便捷的通道。

本文将采用B/S结构对钢厂库区实时监控系统进行设计,以满足库区管理员随时随地进行远程监控的需求。

1 远程实时监控系统结构

对于大型钢铁企业库区的实时监控存在着其特殊性:1)钢厂库区需24 h不间断作业,因而库区管理员也要对库区进行24 h监控;2)有些库区管理员远离工作现场,分布在各个办公区;3)高层管理人员需要通过监控系统对库区运行现状进行了解。

传统的C/S结构对系统维护升级和不确定用户群存在着管理上的弊端,然而B/S结构正好能适用于上述的特殊性。图1给出了钢厂库区远程实时监控系统结构。本文以监控数据为依托将系统分为三个环节:行车数据采集、监控数据融合和监控界面绘制。

2 数据采集

当前,国内钢铁企业开始引入制造执行系统(MES),以解决上层管理信息层与下层控制执行层的数据断层的问题。MES系统通过对生产加工环节中生产计划、生产调度、生产过程等的有效管理,打通了管理信息系统与生产执行系统的数据通道,实现了基础自动化控制部分与管理信息系统之间的可靠衔接。

然而,MES系统在钢厂库区的应用受到了严重的制约,这主要受钢厂库区生产的特殊情况影响。钢厂库区进行的日常作业主要是物料的吊运,而这些吊运的任务都由行车来完成。行车既是物料调度的执行者,也是库存变化数据信息的中转站。因此,要实现对钢厂库区的实时监控,首先得实现对行车的实时数据采集。

行车数据采集系统安装在各台行车上,主要采集行车的位置信息和载重信息。行车的位置信息是通过RFID技术来获取的。在行车的大车和小车轨道上等间隔布设内置ID的电子标签,并在大车和小车上安装RFID标签读写器。行车在行驶过程中,读写器读取相应电子标签的ID,并查询标签位置对应表,即可确定行车的实际位置坐标。行车的载重信息则是通过安装于行车吊钩上的称重传感器进行检测的。称重传感器实时采集行车吊钩的重量信息,通过简单的数据处理即可判定行车的负载行为。图2给出了钢厂库区行车数据采集系统的结构图。

3 数据融合

钢厂库区的数据融合主要是对行车数据采集系统获取的数据进行处理,进而产生行车状态及库存变化的实时数据,来为库区实时监控提供数据。

3.1 行车状态

对于行车状态的数据融合是由地面主控计算机来完成的。库区各行车状态都是由行车终端通过行车数据采集系统获取数据经库区内无线局域网(WLAN)实时传输给地面主控计算机。地面主控计算机实时接收库区内各行车终端发来的行车状态信息包,通过简单的数据融合获得完整的行车状态信息,并将最新的各行车状态信息更新至数据库的行车状态表。表1给出了数据库中行车状态表的结构。

表1中,行车吊钩状态“CRANE＿LIFT”指示了行车吊钩吊起、放下物料的动作,通过对行车载重重量“CRANE＿WEIGHT”的数值大小进行范围判断即可获知;同时,“CRANE＿MATNO”记录了当前行车吊运物料的材料号。通过这两个字段即可将行车状态与物料信息进行关联,从而实现库存现状的实时监控。

3.2 库存变化

库存的变化是由行车的吊运行为造成的,而行车的吊钩状态变化正好给出了库存物料变化的时间点,为对库存变化的实时监控提供了可能。

通过行车吊钩状态变化得知库存变化时间点,与行车数据采集系统中行车实时位置信息相结合,进而将行车与垛位进行关联;通过系统库存获得垛位对应的实时物料信息,进而将垛位与物料进行关联。通过这两种关联即可获知库存变化信息,进而为库存监控提供数据支持。图3给出了库存变化的数据融合过程。

4 远程实时监控技术

钢厂库区远程实时监控是通过实时调用服务器端数据库中的经数据融合后的数据,进而绘制监控界面来满足管理员实时监控的需求。管理员通过浏览器访问钢厂库区实时监控系统,即可进行远程监控。

4.1 远程监控的实时性

对于钢厂库区的远程监控重在实时性的需求,管理员需要对库区的实时状况进行监控,这就意味着监控画面是动态的。传统的基于HTML的静态网页技术显然已经无法满足此时的需求,这时候需要采用动态网页技术。此处可采用ASP.NET动态网页技术,在VS 2008平台上进行系统的编程。

由于在B/S模式下,客户端(即浏览器端)与服务器端的数据交互是通过客户端请求数据、服务器端返回数据的模式进行的。因此,为实现监控的实时性,客户端必须通过定时数据请求来从服务器端获取最新监控数据,进而对监控界面进行重绘。图4给出了远程实时监控的数据流图。

4.2 定时刷新的数据优化

由于远程监控采用的是动态网页技术,必须对监控界面进行定时的更新。如果对整个监控页面进行定时刷新,那么管理员将看到不断闪烁的界面,用户体验不佳;而且由于库区监控信息量较大,整页刷新会给服务器带来很大的负担,同时也加大了网络流量。因此,必须对网页的定时更新进行数据优化。

Ajax技术采用了异步刷新机制,浏览器通过Ajax引擎(见图4)仅向服务器发送并取回必需的数据。对于钢厂库区,行车状态几乎一直在变化,然而库存变化只在行车有吊起/放下的动作时才产生。因此,在库存监控界面中可以通过Ajax技术只需对有变化的垛位及物料进行定时重绘,这样可以大大减少网页数据流量,从而达到数据优化的效果。图5就库存变化给出了界面局部定时刷新的流程图。

5 结束语

针对钢厂库区监控的新需求,设计的钢厂库区远程实时监控系统,可以通过行车数据采集系统对钢厂库区监控数据进行实时采集,进而通过Web服务器对监控数据进行融合并以动态网页的形式进行发布,从而让管理员更自由地对钢厂库区进行监控,为库区管理提供了信息化的平台。

摘要：针对钢厂库区监控的新需求,给出了一套钢厂库区远程实时监控系统设计方案。以监控数据为依托将系统分为行车数据采集、监控数据融合和监控界面绘制三个环节:通过对钢厂库区监控特殊性、监控数据实时采集、监控数据融合处理和监控界面实时绘制等方面的研究,设计了适合钢厂库区的B/S监控模式,并就库存变化给出了监控数据融合和监控界面刷新的流程图。

关键词：实时监控,数据采集,钢厂库区,B/S结构

参考文献

[1]方仕雄,钱王平,李奇,等.钢厂生产库区物料自动跟踪技术[J].东南大学学报(自然科学版),2011,41(S1):54—58.

[2]Langcai Cao,lian Luo,Yanqing Peng.B/S structure research of real-time process control and monitoring system based on Ajax[A].IEEE International Conference on Control and Automation[C],Xiamen,China,2010.

基于位置的实时视频监控系统 篇9

基于位置的服务[1]是指采用无线定位、GIS、Internet、无线通讯、数据库等相关技术交叉融合的一种基于空间位置的移动信息服务。近年来,随着移动通信和移动地理信息技术的飞速发展,为地理空间信息的应用带来了新的机遇,使得LBS的研究显得尤为重要。实时监控系统伴随着多种产业的需要迅速发展,如今在很多领域都占据重要位置,特别是关乎安全的产业,对实时监控技术的需求达到了空前强烈的地步。

本论文提出的基于位置的实时视频监控系统是将基于位置的服务、实时视频传输和远程实时监控三大热点技术相结合,并采用跨平台的Web方式进行远程监控,实现对特定空间的实时视频监控,以及对指定对象的跟踪实时视频监控。本系统有以下几个功能:

(1)定位功能:通过定位设备,获取移动目标的位置信息,根据位置信息,系统能够提供用户所需的服务。

(2)跟踪功能:根据移动目标的位置信息和视频设备的参数信息,判断目标处于哪个视频设备的监控范围。

(3)呈现功能:显示友好的用户界面,用户在界面上选择所要监控的目标,观看对选定目标的监控视频。

(4)视频服务功能:获取能对选定目标进行监控的视频设备的视频。

(5)远程通信功能:支持用户远程通过互联网进行监控,而不必局限于局域网类。

本论文余下内容的结构如下:第1部分介绍相关的技术,包括视频服务器技术和定位技术;第2部分介绍本系统的设计和实现;第3部分介绍系统的运行演示;第4部分是对本论文的研究做出总结。

1 相关技术分析

1.1 视频服务器技术

1.1.1 IP摄像头技术

IP摄像头能够在同一局域网内通过对服务器静态和动态IP使得服务器的静态IP和摄像头的IP处于同一局域网中,从而能够实现远程监控。通过安装配套的波粒软件,并对其进行配置,实现IE远程监控。在客户端通过输入指定的网址(服务的动态IP)并且使用封装好的插件播放监控视频。但通过跟厂家联系发现,该设备不支持编程控制并且不能修改内部数据,属于C-S型设备,不支持二次开发,不能够完成我们项目的需求。

1.1.2 DirectShow技术

通过微软发布的DirectX的开发包中的DirectShow能够实现对视频设备的采集。DirectShow是微软公司在ActiveMovie和Video for Windows的基础上推出的新一代基于COM(Component Object Model)的流媒体处理的开发包,DirectShow使用一种叫Filter Graph的模型来管理整个数据流的处理过程,运用DirectShow,我们可以很方便地从支持WDM驱动模型的采集卡上捕获数据,并且进行相应的后期处理乃至存储到文件中。这样使在多媒体数据库管理系统中多媒体数据的存取变得更加方便。但对于其开发与硬件关系紧密,不适用于作为应用开发的选择。

1.1.3 VLC组件

VLC是一种开源播放器,能够实现发送视频流和接受视频流的功能。其执行指令能够通过命令行实现,可以嵌入到程序中。VLC插件同时能够嵌入到浏览器中。可以实现B-S模式,满足应用开发的要求。因此VLC组件被选择作为最终的视频服务器方案。

1.2 定位技术

1.2.1 基于Wi-Fi的室内定位技术

基于Wi-Fi的室内定位系统通常是靠判断接受到的无线信号的强度来判断监控目标的位置的。

基于Wi-Fi的室内定位技术的优点是生活中已部署有大量的Wi-Fi设备可以利用,但缺点是精度不够。假设在一个没有无线信号强度差的稳定环境中,基于Wi-Fi的室内定位系统的精确度一般是2到10米[2]。然而在实践中,会有很多原因,例如温度、湿度、墙壁、门等,都可能会导致无线信号强度的变化,所以它的精度可能会比2到10米更低。

所以当今世界,很多公司都在寻找一种将Wi-Fi技术和其他定位精度更高的技术相结合来进行定位。因为如果单一的使用那些定位精度更高的技术的话,成本可能会非常高。

1.2.2 基于Wi-Fi的RFID室内定位技术

RFID技术即为射频识别技术,它是一种非接触式的无线通信技术,可以通过无线电讯号来自动识别特定目标并读写相关数据[3]。RFID一般是通过读写器来读取标签的信息。RFID标签通常分为无源RFID标签和有源RFID标签,无源RFID标签更为便宜,但是它的可读范围只有1到2米,而有源RFID标签相当于一个小型收发器,因为具有天线,所以有效范围可以达到10米[4]。

用RFID技术来进行定位也是一种非常常见的室内定位技术[5]。读写器可以得到标签的id以及标签的信号强度RSSI (接收的信号信号强度指示)[6],由于读写器的位置是事先制定好的,而通过RSSI可以用算法得到读写器和标签之间的距离,所以可以根据RSSI来进行定位。

除了RSSI这类方法来进行定位之外,还有其他的技术比如TDOA (到达时间差),TOA (到达时间),AOA (到达角度)也可以进行定位,但是由于室内环境复杂,墙壁和障碍物会带来阻挡,遮蔽,吸收和多径效应等一系列问题,所以RSSI更适用于室内定位[7]。

当今社会很多公司的定位技术都是建立在Wi-Fi网络基础之上的有源RFID系统。这种系统是通过Wi-Fi技术来测得有源RFID标签的信号强度RSSI,然后通过定位算法得到标签与Wi-Fi设备的距离,从而得到监控目标的位置。这种混合这两种技术的定位方法使得我们不用像建立基于蓝牙的定位系统那样进行高额的投资,同样我们定位的精度比基于Wi-Fi的定位要准确得多。

1.2.3 AeroScout

本论文的主要开发环境是AeroScout公司的定位软件[8],AeroScout公司的定位软件使用的是基于Wi-Fi的RFID定位技术。它们的联系一般如下图所示。资产和标签通过无线网络将它们的信息传递给Wi-Fi设备,Wi-Fi设备再将信息传递给服务器,最后变成可视化的软件以供用户使用。

我们所使用的两种软件中一个是AeroScout Engine,它是AeroScout可视系统的核心软件,它可以通过TDOA算法或者RSSI算法得到当前环境中的监控目标的位置信息,并对其进行处理,它位于上图中的可视化引擎中。

另一个是AeroScout MobileView4.1。AeroScout Engine仅仅是可视化平台的第一步,它通过软件地图中Wi-Fi设备的固定位置和RSSI算法得到标签的位置。而MobileView软件提供了业务逻辑和图形功能,它能让用户更直观的看到监控目标的位置。能将简单的x,y坐标变作业务逻辑。

同时MobileView软件还提供了可供编程的API。它们可以实现添加一个新的资产,添加一个新的标签,为资产分配一个标签,设定资产的类别,获得资产的位置等等功能。这些API利用SOAP (简单对象访问协议),可以快速简单方便的集成应用程序。所以支持大多数的开发平台。

2 设计与实现

此基于位置的实时视频监控系统的的架构图如图2所示:

根据总体运行环境,将整个监控系统分为服务器和客户端两个部分;其中服务器部分根据功能性需求可分为定位、位置处理和视频采集三个模块;客户端部分,根据功能性需求可以分为用户交互和视频展示两个模块;如图3所示:

服务器部分各模块功能描述如下:

(1)定位模块:定位模块是借助AeroScout和Access Point来对标签进行定位的。借助AeroScout MV-4提供的Java API取出当前Tag的坐标,以X/Y的形式表示,并将其存入数据库供客户端和其他部分调用。

(2)位置处理模块:位置处理模块接收客户端的请求,通过读取定位系统的表来确定所选择的监控目标的坐标。在该部分的数据库表中,存储了摄像头的坐标:其视场角的角度和角中心线一点的坐标。将监控目标的坐标读出并通过余弦定理来判定所读出的位置处于哪一个摄像头的监控范围,将这些信息传给视频采集模块,用以获得视频设备的URL,以便能够确定客户端应接收那个视频设备的视频信息。

(3)视频采集模块:视频采集模块通过程序开启视频设备,根据指定命令开启所有可选的视频设备,并进行网络串流,给每个视频设备制定URL,供其他模块使用。在该模块通过功能拓展加入了一个修改界面,用以动态增加视频摄像头设备,以便在增加视频设备时能够不需要通过修改程序来进行,增强了系统的扩展性。

客户端部分各模块功能描述如下:

(1)用户交互模块:用户交互模块是前台系统的主要功能,能够为用户提供友好的交互界面。用户交互模块在用户登陆监控页面时,能够获得数据库中的所有Tag ID,并且显示在用户界面上,供用户选择。在用户选择Tag ID后将Tag ID作为请求参数发送给服务器,并从服务器端获得当前被监控人员的信息,以便进行数据的更新。

(2)视频展示模块:视频展示模块是客户端向用户展示整个系统运行结果的部分。它通过定时发送请求能够激发服务器端更新数据,将vlc播放器嵌入到网页中,在选择后调用新的网页,运用Ajax技术发送定时请求,并且能够根据服务器返回的URL定时刷新页面接收实时视频信息。

3 验证与演示

我们部署的测试和演示的环境如图4所示:

此基于位置的实时视频监控系统的初始页面(选择监控目标页面)如图5所示:

监控的视频画面如图6所示:

4 结论

本论文中,我们结合室内定位技术和实时视频传输技术,提出并实现了基于位置的实时视频监控系统,可以实现对人和物的跟踪监控,并且搭建环境演示并验证了此系统的可靠运行,我们坚信,这一系统在安全领域和生产、物流领域会有巨大的研究价值和应用前景。

参考文献

[1]KUMAR S,QADEER M A,GUPTA A."Location based services using android(LBSOID)"[J].IEEE International Conference on Internet Multimedia Services Architecture and Applications(IMSAA),2009.

[2]BANIUKEVIC A,SABONIS D,JENSEN C S,(et al). Improving Wi-Fi Based Indoor Positioning Using Bluetooth Add-Ons[J].12th IEEE International Conference on Mobile Data Management,2011.

[3]JIN G Y,LU X Y,PARK M S.An indoor localization mechanism using active rfid tag[J].In Proc,SUTC(1), 2006,40-43.

[4]沈田.无线室内定位系统研究[J].CHINA NEW TELECOMMUNICATIONS,2009,(9):34-35. SHEN T.Research of Wireless Indoor Positioning Systems[J].CHINA NEW TELECOMMUNICATIONS, 2009,(9):34-35.(in Chinese)

[5]NI L,LIU Y,LAU Y,(et al).LANDMARC:Indoor locationsensing using active rfid[J].Wireless Networks, 2004,10(6):701-710.

[6]张明华,张神圣,曹健.无线局域网中基于信号强度的室内定位[J].计算机科学,2007,(6):68-71. ZHANG H M,ZHANG S S,CAO J.Signal Strength Based Indoor Positioning in Wireless LAN[J].Computer Science,2007,(6):68-71.(in Chinese)

[7]王福豹,史龙,任丰原.无线传感器网络中的自身定位系统和算法[J].软件学报,2005,(16):857-868. WANG F B,SHI L,REN F Y.Positioning Systems and Algorithms in Wireless Sensor Networks[J].Journal of Software,2005,(16):857-868.(in Chinese)

抽油井远程实时监控系统的研究 篇10

一般来说,我国的几个大油田产油区地域广阔,油井较分散,井与站、队之间的距离少则几公里,多则十几公里,给油井生产管理带来很大难度,很多油田目前仍靠人工巡井来实现对油井、抽油机等方面的监测管理。人工巡井的方式必然存在事故状态无法及时报警和控制、突发事件不能及时处理、数据采集不方便实时登记、油井计量站所辖层智能终端的参数设置不及时等诸多问题[1,2,3,4]。基于上述原因,本文作者与某采油厂协作研发了TY-100抽油机井远程实时监控系统,利用无线通信技术,实时采集各油井的示功图、电功率图、泵压、套压、油压、油温、伴水温等数据,并将这些数据通过无线数传电台发送给中心控制室。在中心控制室,由每个油井的工作参数判断其当前的工作状态,根据具体情况控制抽油机电机的运行、停止,遇紧急故障及时报警,并且能够应用抽油机井诊断技术,获得井下泵功图数据,便于工程师分析处理或系统自动智能评判。该系统还可以利用电台的音频传输功能实现控制中心与现场的语音通信[2],或另外添加无线网桥及摄像头等设备实现对现场的图像监控。TY-100抽油井远程实时监控系统的应用,能为油井的生产管理制定经济、安全、有效的运行方案并提供一套完整的科学依据,可有效提高生产效益和管理水平。

1 监测点分析及检测原理

1.1 监测点分析

根据实际需要及技术水平,抽油井远程实时监控系统可监测点分布如图1。其中:(1)测点1位于电动机动力输入处,在该点测得各种电参数,包括:用电功率表测输入功率、用电压电流互感器测电压电流、测功率因数等。(2)测点2位于悬绳器处。可使用负荷传感器测悬点负荷。(3)测点3可利用冲次传感器测冲次。(4)测点4位于游梁支点处。利用角度传感器结合臂长测悬点位移。与测点2的负荷数据共同绘出示功图。(5)测点5、6、7、8都在井口处。分别可利用回声仪测油井动液面深;利用压力传感器测油压、套压;利用流量计测产液量;利用温度传感器测油温。(6)测点9位于油罐里。测液位高度,从而计算产液量。(7)测点10位于抽油机侧高压线杆上,供选择安装可视监控设备,对油井进行监视。

综上,对油井的监测主要是指对以下各种数据的监测:抽油井地面示功图数据、井口电压、套压、井口油温、冲程、冲次、电机电压、电机电流、功率因数、抽油机的运行状态等。另外,有的油井因为没有铺设输油管道,抽上来的油暂时放到井边的储油罐里,容易被人盗窃,所以需要安装监视设备。

1.2 检测原理

2.2.1地面示功图的检测原理

地面示功图是反映光杆载荷与光杆位移之间关系的曲线,通过对地面示功图的分析,不仅可以对抽油系统的整个工作状况进行有效的监测和管理(优选最佳抽汲参数,减少油井升举费用,改进对抽油设备的选择和应用效果,增加油井产量),还可以判断出抽油井及相关设备的故障。分析示功图已成为诊断抽油井系统工况的重要手段之一。系统中,利用冲次传感器识别出抽油杆一次往复运动的起点与终点,通过负荷传感器检测出每个冲程周期各个时期的光杆载荷值,通过冲程传感器检测出抽油机横梁在每个冲程周期各个时期的倾角值并计算出所对应的位移值,最终可绘制出每个冲程周期的地面示功图。

1.2.2 油压油温检测原理

通过压力变送器把油管的压力变化转变为4～20mA的电流变化,送给终端RTU进行A/D转换,由CPU计算出相应的压力值。通过数字式温度传感器将油温的变化直接转变为对应的二进制数送给CPU进行处理。

1.2.3 储油罐液位检测原理

通过液位变送器把储油罐的液位变化转变为4～20mA的电流变化,送给终端RTU进行A/D转换,由CPU计算出相应的液位值。由于液位变送器在出厂时是以水为介质进行标定的,因此在计算原油的液位时应输入原油的密度进行修正。

1.2.4 电机电压、电流及功率因数的检测

电压检测通过板式电压互感器将0～450V的输入电压转换为0～5V的输出电压,送给终端RTU进行A/D转换,由CPU计算出相应的电压值。对于高压井,由于输入电压较高,不能直接进行测量,需要加装一个电压互感器将660V/1140V的电压转变为380V的电压,然后再进行电压测量。为了保证功率因数的测量精度,电压互感器不可以用变压器来代替。电流的检测可通过电流互感器将0～150A的电机电流转换为0～5A的互感器输出电流,再通过板式电流互感器转换为0～5V的输出电压,送给终端RTU进行A/D转换,由CPU计算出相应的电流值。

功率因数反映的是电机电压与电机电流之间的相位关系。为了得到二者的相位差值,可采用比较器对正弦信号进行整形,以获得电压与电流的方波信号,通过CPU识别电压与电流信号的超前或滞后关系,并计算出二者的相位差,完成功率因数的检测。

2 系统的构成

整个系统包括中心控制室模块、油井井口数据自动监测模块、电机运行数据自动监测模块和实时图像监视模块(选配)4个组成部分,如图2。

中心控制室模块负责对所辖油井的井口数据、电机运行数据进行采集与处理,并给出相应的控制信息。通过系统的监控平台可在中心控制室对井口终端RTU进行遥控,实时采集各抽油井的地面示功图、井口油压、井口油温、冲程、冲次、电机电压、电机电流、功率因数以及储油罐的液位等与油井正常生产有关的数据,监测抽油机的运行状态,为油田优选最佳抽油参数,减少油井举升费用,改进对抽油设备的选择和应用效果,增加油井产量提供详实的数据。

油井井口数据自动监测模块主要包括:井口数据监测RTU、负荷传感器、冲程传感器、冲次传感器、温度传感器、压力传感器和液位传感器。其中,负荷传感器、冲程传感器与冲次传感器相配合用于实现对油井地面示功图的检测;温度传感器用于检测井口原油的温度;压力传感器用于检测井口油管的压力;液位传感器用于对储油罐的液面高度进行监测。

电机运行数据自动监测模块主要包括:电机数据监测RTU、电压互感器、电流互感器。电压互感器用于对电机的输入电压进行检测,加装三相Y形变压器后可以对660V和1140V的电机输入电压进行检测。电流互感器用于对电机的电流进行检测,采用穿心方式连接。通过RTU的相位鉴别电路可以实现功率因数的测量。另外,系统还具有缺相告警、过流告警等功能。

中控室与井口终端RTU间采用无线方式连接。考虑到系统的成本和可靠性等问题,选用220M～240M的无线数传电台(如果需要传输实时图像数据,则选用无线网桥,此时RTU与无线网桥间数据交换要借助串网转换器)。

2.1 硬件组成

系统中使用的硬件主要完成信息的采集、传输、存储和显示功能,包括:各种传感器、井口终端RTU、无线传输设备(天线、馈线、电台和避雷器等)、微型计算机、打印机等。

2.2 软件

系统中使用的软件包括操作系统、数据库和应用软件,完成对信息的分析处理和管理。抽油机井远程实时监控系统软件部分是使用Delphi开发的,数据库则可以根据油田规模大小及受控油井的多少来选择使用Access或是SQL Server。软件的主要功能可分为七个模块:(1)油井定义:完成对油田辖下采油队(或计量站)以及采油队辖下油井各个方面的参数进行设置修改;(2)油井数据采集与描述:通过无线传输模块与各RTU进行数据通讯,并将处理结果利用图表等形式直观显示给管理人员;(3)油井历史数据查询;(4)油井数据分析及报表打印;对数据自动进行分析并可打印分析报告;(5)油井数据库维护;(6)参数设置;(7)帮助。

3通信协议

一旦通信网络的架设结束后,制定一种高效实用的高层串行通信协议就变得非常重要了。高层通信协议是指用户程序之间的一种对所收发数据的约束和解析方式。当数据链路建立好之后,用户程序所关心的只是如何理解所收到数据的每个字节以及对于链路层没能发现的错误进一步检查。

理论上讲,任何一种通讯双方的约定,都可以作为或说称作是一种高层串行通信协议,但就其通信效率、通信质量、应用灵活性等各方面来说协议之间的差距是很大的。作者参照HDLC的帧结构在系统中采用协议格式如表1。

在实际应用中,协议格式中的各项,除SOI字段和EOI字段是以十六进制解释十六进制传输外,其余各项都是以十六进制解释以ASCII码的方式传输,每个字节用2个ASCII码表示,即高四位(0～F)一个ASCⅡ码,低四位(0～F)用一个ASCII码表示。例如:CID=3BH,传送时顺序发送33H和42H2个字节。这样做的好处是:易于引起单片机中断;除信息帧头、信息帧尾外,其余各字节均在30H～39H及41H～46H之间,易于发现传输错误。坏处是:每个字节一分为二,降低了传输效率。实践证明这种方案效果很好。

4 运行效果分析

本系统的一台样机于2006年在现场进行了较长时间的测试,表2种给出了安装TY-100抽油井远程实时监控系统前、后该井的产量及用电情况比较结果。

从这些数据可以看出:泵效提高了18.3%;单位产液量用电量由52.2降到了20.8,降幅60.1%,有效节约了电能。

5 结语

本文对抽油井远程实时监控系统的组成与体系结构及软硬件设计方法进行了研究,研制的TY-100抽油井远程实时监控系统,将遥测技术与各种综合诊断技术相结合,便于快速、准确获取地层参数和抽油设备的工作状况,不仅可以提高油井产量,而且可以达到节能降耗的目的,减少了正常井的停产时间及故障设备井的工作时间,利于选择油井的最佳工作制度,是抽油井生产管理的重要手段,对其他类型抽油井监控系统的研发具有一定指导意义。

摘要：本文通过对抽油井可监测点的分析，论述了抽油井远程实时监控系统的软硬件构成，并提出了一种合理有效的通信协议。TY-100远程实时监控系统实际运行效果分析表明，该系统对抽油井的节能增效、科学管理起到重要作用。

关键词：抽油井,监测点,监控系统,通信协议

参考文献

[1]张彤，赵红权．抽油井抽空电力智能控制系统的研究[J]．工业技术经济，2005，24(4)：116-117．

[2]柴满州．抽油机井电功率实时监控系统的开发[J]．江汉石油学院学报，2003，25(3)：120-121．

[3]王根潮，王庆如，朱建华．抽油机井实时远程遥测技术[J]．油气井测试，2004，13(1)：56-63．