井场设备监控系统和井场设备监控方法

摘要

本发明涉及井场设备监控系统和方法，用于对井场设备监控区域的异常进行监控，其中，井场设备监控系统包括：动态捕捉模块，包括视频采集单元和动态分析单元，其中，视频采集单元采集设备监控区域的视频信号，并且动态分析单元基于所采集的视频信号分析判断设备监控区域是否存在异常动态活动；温度探测模块，包括温度采集单元和温度分析单元，其中，温度采集单元采集设备监控区域中的温度分布，并且温度分析单元基于所采集的温度分布分析获取设备监控区域中的温度信息并且基于温度信息来判断设备监控区域是否存在温度异常；以及信息处理模块，其在同时考虑异常动态活动和温度异常的情况下来判断井场设备监控区域的故障类型。

说明书

技术领域

本发明涉及油田井场设备的故障监测领域。具体而言，本发明涉及井场设备监控系统以及井场设备监控方法，用于对井场设备监控区域的异常进行监控。

背景技术

在井场作业中，为了保证压裂作业过程中所使用设备安全地运行，进行作业的井场需要安排专人对井场设备和管线进行巡检，以便及时发现设备异常、管汇抖动、管汇刺漏等异常或危险。而在有些井场中，其设备的异常容易导致较为严重的安全事故，因此对巡检人员的安全也造成了较大的风险。

为了降低在设备巡检过程中巡检人员所面临的危险，视频监控技术逐渐得到应用来对设备的异常进行监控。通过在井场的合适位置处安装合适数量的摄像机系统来对压裂设备、井口、管汇或者说发动机、变速箱、电机、变压器、变频器以及供电线缆等核心部件和线路进行视频监控。在此过程中所产生的视频信号可以例如被传输至仪表设备或监控房，巡检人员可以通过仪表设备或监控房内对井场的重要设备、重要区域或核心部件等进行实时巡检。

然而，这种视频监控系统需要很大程度上依赖于巡检人员以及其经验来监控检查出设备的异常或者故障。同时由于需要监控的画面可能较多，巡检人员可能会漏检某些异常或者对故障类型判断失误。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种井场设备监控系统和方法，其能够高效地同时降低人工成本地对井场设备的故障进行智能监控。

根据本发明的第一方面，提供了一种井场设备监控系统，用于对井场设备监控区域的异常进行监控，其包括：

动态捕捉模块，包括视频采集单元和动态分析单元，其中，所述视频采集单元采集所述井场设备监控区域的视频信号，并且所述动态分析单元基于所采集的视频信号分析判断所述井场设备监控区域是否存在异常动态活动；

温度探测模块，包括温度采集单元和温度分析单元，其中，所述温度采集单元采集所述井场设备监控区域中的温度分布，并且所述温度分析单元基于所采集的温度分布分析获取所述井场设备监控区域中的温度信息并且基于所述温度信息来判断所述井场设备监控区域是否存在温度异常，其中，所述温度信息包括最高温度和/或最低温度和/或平均温度，以及所述最高温度和/或最低温度所对应的在所述井场设备监控区域中的具体部位；以及

信息处理模块，其中，所述信息处理模块在同时考虑所述动态捕捉模块得出的异常动态活动和所述温度探测模块输出的温度异常的结论来判断所述井场设备监控区域的故障类型并输出相应信号。

可选地，在本发明的一些实施例中，对于所述动态捕捉模块，所述动态分析单元计算当前所采集的视频信号的像素，并且在所述当前所采集的视频信号的像素大于预先设定的像素阈值时判断出存在异常动态活动。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述预先设定的像素阈值参考正常运行情况下所述井场设备监控区域的视频像素来确定。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述动态捕捉模块还包括视频信号存储库，其中存储有所述视频采集单元所采集的视频信号。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述动态分析单元将当前所采集的视频信号与前一时间点或者前几个时间点所采集的视频信号进行对比，并且分析在对应部位处视频信号的像素变化，在对应部位处的像素变化超过预先设定的偏差像素阈值的情况下判断出在所述对应部位处存在异常动态活动。

可选地，在本发明的一些实施例中，在所述温度探测模块中，所述温度分析单元在所述最高温度和/或最低温度和/或平均温度超过预先设定的对应的温度阈值时，判断出所述井场设备监控区域存在温度异常以及存在温度异常的具体部位。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述对应的温度阈值参考正常运行情况下所述井场设备监控区域的对应的温度以及所述井场设备监控区域的环境温度来确定。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述温度探测模块还包括温度信息存储库，其中存储有所述温度分析单元分析得出的温度信息。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述温度分析单元对所获取的当前的最高温度和/或最低温度和/或平均温度与所述温度信息存储库中存储的前一时间点或者前几时间点的最高温度和/或最低温度和/或平均温度进行比较，并且在对应的温度差超出预先设定的偏差温度阈值时，判断出所述井场设备监控区域的温度异常。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述信息处理模块(30)还考虑所述异常动态活动的具体部位与所述温度异常的具体部位之间的关系来判断故障类型。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述井场设备监控系统还包括报警模块，其中，所述报警模块在所述信息处理模块判断出所述设备监控区域内存在的故障类型时发出警报。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述井场设备监控系统还包括显示单元，其中，所述显示单元对采集到的视频信号和温度分布进行显示。

根据本发明的第二方面，还提出一种井场设备监控方法，用于对井场设备监控区域的异常进行监控，包括如下步骤：

采集所述井场设备监控区域的视频信号；

基于所采集的视频信号分析判断所述井场设备监控区域是否存在异常动态活动；

采集所述井场设备监控区域中的温度分布；

基于所采集的温度分布分析获取所述井场设备监控区域中的温度信息，其中，所述温度信息包括最高温度和/或最低温度和/或平均温度，以及所述最高温度和/或最低温度所对应的在所述井场设备监控区域中的具体部位；

基于所述温度信息来判断所述井场设备监控区域是否存在温度异常；以及

同时考虑所述异常动态活动和所述温度异常的结论来判断所述井场设备的故障类型。

可选地，在本发明的一些实施例中，在判断所述异常动态活动时，计算当前所采集的视频信号的像素，并且在所述当前所采集的视频信号的像素大于预先设定的像素阈值的情况下判断出存在异常动态活动。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述预先设定的像素阈值参考正常运行情况下所述井场设备监控区域的视频像素来确定。

可选地，在本发明的一些实施例中，在判断所述异常动态活动时，将当前所采集的视频信号与前一时间点或者前几个时间点所采集的视频信号进行对比，并且分析在对应部位处视频信号的像素变化，在对应部位处的像素变化超过预先设定的偏差像素阈值的情况下判断出在所述对应部位处存在异常动态活动。

可选地，在本发明的一些实施例中，在判断所述温度异常时，在所述最高温度和/或最低温度和/或平均温度超过预先设定的对应的温度阈值时，判断出所述设备监控区域存在温度异常以及存在温度异常的具体部位。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述对应的温度阈值参考正常运行情况下所述井场设备监控区域的对应的温度以及所述井场设备监控区域的环境温度来确定。

可选地，在本发明的一些实施例中，在判断所述温度异常时，对所获取的当前的最高温度和/或最低温度和/或平均温度与前一时间点或者前几时间点的最高温度和/或最低温度和/或平均温度进行比较，并且在对应的温度差超出预先设定的偏差温度阈值时，判断出所述井场设备监控区域的温度异常。

可选地，在本发明的一些实施例中，还考虑所述异常动态活动的具体部位与所述温度异常的具体部位之间的关系来判断故障类型。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，其中，

图1示例性地示出了按照本发明所公开的井场设备监控系统的结构模块；以及

图2示例性地示出了按照本发明所公开的井场设备监控方法的步骤流程图。

井场设备监控系统 100

动态捕捉模块 10

视频采集单元 11

动态分析单元 12

视频信号存储库 13

温度探测模块 20

温度采集单元 21

温度分析单元 22

温度信息存储库 23

信息处理模块 30

报警模块 40

显示单元 50

具体实施方式

现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。

参照图1，其示例性地示出了按照本发明所公开的井场设备监控系统100。由图1能够看出，井场设备监控系统100可以包括用于通过视频信息来捕捉设备监控区域是否存在异常动态活动的动态捕捉模块10、用于通过探测井场设备监控区域的温度分布来监控其中是否存在温度异常的温度探测模块20以及结合动态捕捉模块和温度探测模块的输出信息来判断井场设备监控区域的故障异常类型的信息处理模块30。

在本发明的范围中，动态捕捉模块10可以包括用来采集井场设备监控区域的视频信号的视频采集单元11以及用来对采集的视频信号进行分析的动态分析单元12。具体而言，动态分析单元12通过对视频采集单元所采集的当前的视频信号的特性、例如像素进行分析，例如在当前的视频信号的像素超过预先设定的像素阈值的情况下(当然也可以采用其他分析方式)，判断得出当前在井场设备监控区域内存在异常的动态活动。

此外，温度探测模块20可以包括用来通过热成像原理采集井场设备监控区域的温度分布的温度采集单元21以及基于温度采集单元21采集的温度分布来求得井场设备监控区域的温度信息并且基于该温度信息来判断是否存在温度异常的温度分析单元22。在此，温度信息包括最高温度和/或最低温度和/或平均温度，以及所述最高温度和/或最低温度所对应的在所述井场设备监控区域中的具体部位。在本发明的范围中，温度采集单元21利用热成像原理或者说使用红外探头等设备采集被测物体红外辐射能量。而从原理上来说，辐射能量和温度之间存在对应关系，在此可以通过相关算法，将红外辐射能量的不同，通过不同等级的灰度等级表现出来，进而在图上显示出被测物体的温度分布。在此基础上，温度分析单元22能够对所得到的井场设备监控区域当前的最高温度和/或最低温度和/或平均温度以及例如最高温度和/或最低温度所对应的区域进行分析并且判断井场设备监控区域当前是否存在温度异常。具体而言，温度分析单元22能够在所述最高温度和/或最低温度和/或平均温度超过预先设定的对应的温度阈值(即当前的最高温度超过对应于最高温度的温度阈值和/或当前的最低温度超过对应于最低温度的温度阈值和/或当前的平均温度超过对应于平均温度的温度阈值)的情况下，判断出所述井场设备监控区域存在温度异常以及存在温度异常的具体部位。

信息处理模块30在同时结合动态捕捉模块10判断井场设备监控区域是否存在异常动态活动和温度探测模块20分析判断出井场设备监控区域是否存在温度异常的情况下，对设备监控区域的异常、更确切地说故障类型进行分析判断。

在本发明的范围中，预先设定的像素阈值参考正常运行情况下所述设备监控区域的视频像素来确定。类似地，对应的温度阈值参考正常运行情况下所述井场设备监控区域的对应的温度以及所述井场设备监控区域的环境温度来确定。

在本发明的范围中，信息处理模块30对故障类型进行分析判断具体指的是，信息处理模块30针对动态捕捉模块10和温度探测模块20所输出的不同的信息来判断井场设备监控区域的故障类型。换句话说，在此，在动态捕捉模块10判断出在设备监控区域不存在异常动态活动以及温度探测模块20判断出在设备监控区域存在温度异常的情况下，信息处理模块30例如可以判断出井场设备监控区域可能存在某些设备的运行温度异常的故障；在动态捕捉模块10判断出在井场设备监控区域存在异常动态活动以及温度探测模块20判断出在井场设备监控区域不存在温度异常的情况下，信息处理模块30例如可以判断出设备监控区域可能有异常振动等故障的发生；以及在动态捕捉模块10判断出在设备监控区域存在异常动态活动以及温度探测模块20判断出在设备监控区域也存在温度异常的情况下，信息处理模块30例如可以判断出设备监控区域可能有人闯入或者设备管道可能发生刺漏，等故障发生。当然，在本发明的一些其他实施例中，信息处理模块30也可以分别单独针对动态捕捉模块10和温度探测模块20所输出的不同的信息来判断井场设备监控区域的故障类型。换句话说，信息处理模块30可以根据动态捕捉模块10输出的异常动态活动或者根据温度探测模块20所输出的温度异常信息来判断井场设备监控区域的故障类型，只要依据两者之一已经足够能够判断出故障类型。

在本发明的一些实施例中，动态捕捉模块10例如还可以包括视频信号存储库13，其构造用来存储动态捕捉模块10的视频采集单元11所采集的一系列(即在时间序列中的)视频信号。在此情况下，动态分析单元12通过对视频采集单元11所采集的、设备监控区域的当前视频信号与视频信号存储库13中所存储的前一时间点或者前几个时间点的采集的视频信号进行对比，来判断设备监控区域当前是否存在异常活动。例如，动态分析单元12可以将当前所采集的视频信号与前一时间点或者前几个时间点所采集的视频信号进行对比，并且分析在对应部位处视频信号的像素变化，在对应部位处的像素变化超过预先设定的偏差像素阈值的情况下判断出在所述对应部位处存在异常动态活动。也就是说，动态分析单元12能够根据出现超过像素偏差阈值的像素的位置来判断发生异常活动的具体位置。

在本发明的一些实施例中，温度探测模块20还可以包括温度信息存储库23，其构造用来存储温度分析单元22所计算或者分析的、井场设备监控区域前一时间点或者前几个时间点的温度信息(即最高温度和/或最低温度和/或平均温度及其分别对应的具体部位)。温度分析单元22在此通过对温度采集单元21所采集的、井场设备监控区域当前的温度分布来计算得到当前的最高温度和/或最低温度和/或平均温度，并且将其与温度信息存储库23中存储的前一时间点或者前几个时间点的对应的温度信息进行对比。具体而言，例如在当前的最高温度和/或最低温度和/或平均温度与前一时间点或者前几个时间点的最高温度和/或最低温度和/或平均温度的差超过预先设定的温度偏差阈值的情况下，温度分析单元判断出井场设备监控区域存在温度异常。当然，在分析最高温度和/或最低温度的同时，也可以结合温度采集单元21所采集的温度分布来判断出该温度异常发生的具体位置。

在本发明的一些实施例中，信息处理模块30还考虑异常动态活动的具体部位与温度异常的具体部位之间的关系来判断故障类型。也就是说，例如，在异常活动的具体部位与温度异常的具体部位重合时，则信息处理模块30可能判断出在设备的管道或者管汇处发生刺漏或者有人员闯入，而两者不发生重合时，则有可能同时发生设备的异常振动以及人员闯入。

在本发明的一些实施例中，井场设备监控系统100还可以包括报警模块40，其在信息处理模块30判断出设备监控区域内存在的故障类型的情况下发出警报。此外，井场设备监控系统100还包括显示单元50，其对采集到的视频信号和温度分布进行显示。

本发明还涉及一种井场设备监控方法，用来对井场设备监控区域的异常进行监控，其包括如下步骤：

S1：采集所述设备监控区域的视频信号；

S2：基于所采集的视频信号分析判断所述设备监控区域是否存在异常动态活动；

具体而言，通过对所采集的当前的视频信号的特性、例如像素进行分析，例如在当前的视频信号的像素超过预先设定的像素阈值的情况下(当然也可以采用其他分析方式)，判断得出当前在井场设备监控区域内存在异常的动态活动。

S3：采集所述井场设备监控区域中的温度分布；

S4：基于所采集的温度分布分析获取所述井场设备监控区域中的温度信息，其中，所述温度信息包括最高温度和/或最低温度和/或平均温度，以及所述最高温度和/或最低温度所对应的在所述井场设备监控区域中的具体部位；

S5：基于所述温度信息来判断所述井场设备监控区域是否存在温度异常；

具体而言，利用热成像原理或者说使用红外探头等设备采集被测物体红外辐射能量。而从原理上来说，辐射能量和温度之间存在对应关系，在此可以通过相关算法，将红外辐射能量的不同，通过不同等级的灰度等级表现出来，进而在图上显示出被测物体的温度分布。在此基础上，对所得到的井场设备监控区域当前的最高温度和/或最低温度和/或平均温度以及例如最高温度和/或最低温度所对应的区域进行分析并且判断井场设备监控区域当前是否存在温度异常。具体而言，例如，在所述最高温度和/或最低温度和/或平均温度超过预先设定的对应的温度阈值(即当前的最高温度超过对应于最高温度的温度阈值和/或当前的最低温度超过对应于最低温度的温度阈值和/或当前的平均温度超过对应于平均温度的温度阈值)的情况下，判断出所述井场设备监控区域存在温度异常以及存在温度异常的具体部位。

S6：同时考虑所述异常动态活动和所述温度异常的结论来判断所述井场设备的故障类型。

在本发明的范围中，预先设定的像素阈值参考正常运行情况下所述井场设备监控区域的视频像素来确定。类似地，对应的温度阈值参考正常运行情况下所述井场设备监控区域的对应的温度以及所述井场设备监控区域的环境温度来确定。

在本发明的范围中，对故障类型进行分析判断具体指的是，针对不同的异常动态活动信息和温度异常信息来判断井场设备监控区域的故障类型。换句话说，在此，在判断出在井场设备监控区域不存在异常动态活动以及在井场设备监控区域存在温度异常的情况下，例如可以判断出井场设备监控区域可能存在某些设备的运行温度异常的故障；在判断出在井场设备监控区域存在异常动态活动以及在井场设备监控区域不存在温度异常的情况下，例如可以判断出井场设备监控区域可能有异常振动等故障的发生；以及在判断出在井场设备监控区域存在异常动态活动以及在井场设备监控区域也存在温度异常的情况下，例如可以判断出井场设备监控区域可能有人闯入或者设备管道可能发生刺漏，等故障发生。当然，在本发明的一些其他实施例中，也可以分别单独针对异常动态活动以及温度异常的信息来判断井场设备监控区域的故障类型。换句话说，可以根据异常动态活动或者根据温度异常信息来判断井场设备监控区域的故障类型，只要依据两者之一已经足够能够判断出故障类型。

在本发明的一些实施例中，在判断所述异常动态活动时，将当前所采集的视频信号与前一时间点或者前几个时间点所采集的视频信号进行对比，并且分析在对应部位处视频信号的像素变化，在对应部位处的像素变化超过预先设定的偏差像素阈值的情况下判断出在所述对应部位处存在异常动态活动。也就是说，能够根据出现超过像素偏差阈值的像素的位置来判断发生异常活动的具体位置。

在本发明的一些实施例中，在判断所述温度异常时，对所获取的当前的最高温度和/或最低温度和/或平均温度与前一时间点或者前几时间点的最高温度和/或最低温度和/或平均温度进行比较，并且在对应的温度差超出预先设定的偏差温度阈值的情况下，判断出所述井场设备监控区域的温度异常。当然，在分析最高温度和/或最低温度的情况下，也可以结合所采集的温度分布来判断出该温度异常发生的具体位置。

在本发明的一些实施例中，还考虑所述异常动态活动的具体部位与所述温度异常的具体部位之间的关系来判断故障类型。具体而言，例如，在异常活动的具体部位与温度异常的具体部位重合时，则可能判断出在设备的管道或者管汇处发生刺漏或者有人员闯入，而两者不发生重合时，则有可能同时发生设备的异常振动以及人员闯入。

根据本发明所公开的井场设备监控系统以及方法能够对井场设备进行动态对比和检测，并且针对某些重点部位(例如管汇或者容易发生振动的发动机等)结合热成像和动态捕捉进行故障监测，并且在发生故障时能够自动地进行预警。这种监控方式降低了井场监控的人工成本同时提高了效率。

本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。