浅谈无线通讯技术在偏远油区的应用

时间：2015-12-21 00:34:00 所属分类：电信技术 浏览量:

论文主题词：无线通信；油田；监控系统 论文摘要：随着油田的开发，偏远油区的数据监控、视频监控在油田的安全生产、管理中发挥着重要作用，而无线通讯技术的应用已逐渐成为各种监控系统的主要链路方式。本文对目前广泛应用的几种无线通讯技术的进行简单介绍

　　论文主题词：无线通信；油田；监控系统

　　论文摘要：随着油田的开发，偏远油区的数据监控、视频监控在油田的安全生产、管理中发挥着重要作用，而无线通讯技术的应用已逐渐成为各种监控系统的主要链路方式。本文对目前广泛应用的几种无线通讯技术的进行简单介绍，分析偏远油区的地理环境及生产环境对无线通讯技术应用的影响。并对应用无线网桥技术进行的平台视频监控项目中的成功应用做简单介绍。
　　　　
　　1 引言
　　
　　在油田偏远油区生产过程中，对相关生产参数及油井视频进行远程监控对偏远油井的安全生产起着至关重要的作用。但由于偏远油区装置远离油田总部，应用有线的通讯方式，施工困难且周期长、灵活性差。而无线通讯方式由于其建立物理链路简单易行，成本低，可以根据现场需求及时调整项目方案，灵活性好，系统的功能扩展方便，因此特别适合偏远油区对通信链路的要求。
　　
2常用的无线通讯技术
　　
目前在油田现场广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。
　　其中GPRS和CDMA技术中国移动和中国联通公司的主营数据传输业务，在数据传输方面有着很强的优势，即信号覆盖范围广。对于陆上油田生产区域基本完全覆盖。但由于海上油田地理位置特殊，远离陆地的基站，因此很多海上生产平台还无法为GPRS/CDMA信号完全覆盖。此外经过测试，GPRS的平均速率为20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率为80kbit/s～100kbit/s，可以满足传输小数据量的生产数据要求，但无法满足大数据量的信号（例如视频信号）远程无线传输。虽然有利用CDMA技术进行视频信号传输的案例，但效果并不理想。
　　数字电台用于点对点或点对多点的工作环境，能够提供标准RS-232接口，可直接与计算机、RTU、PLC等数据终端连接，实现透明传输。数传电台的传输速率从1200～19.2Kbit，传输距离20～50公里。具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等特点。数传电台技术比较成熟，标准统一，一直以来广泛用于油田的数据遥测/数据采集与监控(SCADA)项目中。但随着GPRS/CDMA技术的日渐成熟，相应的设备价格的降低，使得在很多应用场合中数传电台被GPRS/CDMA所取代。但同时，数传电台的相关技术也在不断发展，智能化、网络化、高带宽的数传电台也不断涌现。结合数传电台误码率低、信道可靠的特点，数传电台必将成为海上油田通信技术应用的可靠选择。
　　扩频微波和无线网桥技术是近几年兴起的一门数据传输技术。扩频微波最大优点在于较强的抗干扰能力，以及保密、多址、组网、抗多径等，同时具有传输距离远、覆盖面广等特点，特别适合野外联网应用。而无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线（微波）进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达50km）、高速（可达百Mbps）无线组网。这两项技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。
　　例如，对于远离陆地且无法进行中继的海上平台，通讯链路只能通过卫星通信和短波通讯。其中卫星通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖进行的范围均可进行通信。不易受陆地灾害影响，建设速度快，易于实现广播和多址通信等等优点。但其运行费用相对昂贵，且系统维护要求高。短波通讯以往只在军事通信、专业通信、业余通信中发挥着极为重要的作用，因其传输速率低、噪声大，电离层反射天波为主，通常不能稳定的使用固定频率工作等缺点，因此在其他领域已慢慢淡出人们的视线。尽管短波通信存在一些缺陷，但对于海上油田而言，短波通讯作为可靠性高、覆盖区域广的通信方式，用于海上平台的紧急通信及小数据量传输应该是一个比较好的选择。
3 环境因素对技术应用的影响
　　
　　偏远油区的环境因素以以海上油田最为特殊。海上油田除了考虑信道带宽，传输数率，传输距离，发射功率，天线要求等通信设备本身的技术参数外，在应用无线通讯技术的过程中，还必须全面地考虑海上平台独特的地理环境与地理条件对无线通信技术应用的影响。

3.1对信号传输的影响
　　可以通过选取性能好的设备或应用抗干扰措施以减少甚至避免干扰。但无线通信过程中的信号衰落问题则是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田远离陆地，与陆地之间的广阔的海域、多变的气候使得在陆上应用效果很好的技术在海上应用时没有了用武之地。
　　微波在空间传播中将受到大气效应和地面效应的影响，导致接受机接受的电平随着时间的变化而不断起伏变化，我们把这种现象称为衰落。从衰落的物理因素来看，可以分成以下几类：吸收衰落、雨雾衰落、Ｋ型衰落、波导型衰落、闪烁衰落等等。在各种衰落因素中，吸收衰落、雨雾衰落及K型衰落对海上油田的无线通信应用影响较大。
　　3.2对技术应用的影响
　　各项通信技术在海上油田应用中还存在的另外一个问题就是其独特的现场环境。海上平台一般空间狭小，还要考虑海上多风，平台最高点一般较低的特点。
　　首先是对天线安装的限制。海上微波通信受地形地貌影响，相同的通信距离要求两端天线的高度更高。对于卫星通信、扩频微波、短波通信等天线体积较大的应用，由于海上风力较大，抗风性的要求也使得设备在小平台的安装变得十分困难。
　　此外，对于无人值守的平台，设备必须具有高可靠性、可自动维护、参数远程设置等功能。而对于卫星通信、短波通信等要求平台上配备专业管理操作人员进行设备的管理维护，这一特点也为技术的应用带来一定的限制。
　　
　　4 无线网桥技术在海上平台视频监控中的应用
　　
　　在实际的现场应用中，我们选取了基于5.8G无线网桥设备进行了现场应用测试。测试地点为浅海油井，测试内容为4路视频监控图像的传输。该系统具体解决方案是利用摩托罗拉Canopy 5.8G无线网桥建立通信链路。在平台一侧首先通过视频服务器将模拟视频信号转化为可在网络传输的IP数据流，之后由无线网桥将信号传输到陆地端。陆地端一侧通过无线网桥进行接收后由视频监控服务器处理后，对视频信号进行录像存储及Web发布。相关用户可依据相应权限在局域网内进行视频图像的浏览、录像等操作。
　　系统通讯链路建立后，可远端对设备参数进行设置，设备维护方便。监控视频图像清晰、连贯，满足监控要求。从系统的链路冗余可以看出本次测试的应用距离已接近5.8G无线网桥技术在海上应用的最远距离。从系统的稳定性出发，在更远一些的类似应用中应谨慎选择这项技术。
　　结论
　　无线通信技术在偏远油区的应用已逐渐成为各种监控系统的主要链路方式。在选取相关技术时除了要考虑包括传输距离、信号带宽、天线安装条件、发射功率、设备功耗、系统成本等各方面因素外，同时还要充分考虑环境对通信的影响。信号的衰弱会使很多通信技术达不到理论标定的距离，因此无法适应现场需要。面对大量的数据传输管理的需求，在选择无线通信技术手段方面还应统筹计划。特别是要对采用技术的先进性、可靠性及系统的可扩展性等多方面进行综合考虑。
　　
　　参考文献
　　[1]王一平、肖景明.微波传播.. 北京：人民邮电出版社，1997
　　[2]许东. 网络化的全数字图像监控系统. 北京: 有线电视技术, 2002: 27-56
　　[3]孙学康、张政.微波与卫星通信.北京：人民邮电出版社，2003
　　[4]刘富强. 数字视频监控系统开发及应用. 北京: 机械工业出版社, 2003: 2-17

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