石油工程业务场景下的视频管理机制建立与应用效果

周毅潇

（中国石化西南测控公司录井技术研究所、四川成都、610400）

摘要：面对企业视频监控系统建设当中存在的设备缺乏统一标准、缺少统一视频管理系统以及视频相关应用建设不足这三大痛点，某传统能源企业信息化团队自主设计了一套视频统一监控的管理体系，针对性地解决了石油工程业务场景下的相关问题。该体系采用高性能负载均衡和视频分布式存储等关键技术，涵盖作业现场视频管理、视频统一整合建设、视频统一应用建设三大模块，全面支持从视频采集到视频应用再到视频运维全流程。

关键词: 石油工程、视频监控、管理机制、软件技术*[1]

石油工程在油气勘探开发中投资占比大、安全风险高，多数工程作业现场位置偏远、管理不便，工程监督作为业主方对工程质量、施工进度、钻井成本、安全、环保等严格控制的管理抓手，具有对施工现场全天候监控的实际需求。一套稳定可靠、高效智能的视频采集和视频管理系统，就成为了这个用户群体的得力助手。

本文主要阐述某公司如何依托石油工程业务信息化系统，探索信息技术条件下视频统一管理机制建设，搭建多场景适用的视频系统，助力远程监督工作开展，从而提升石油工程现场管理的效率与工作质量，推动监督管理模式创新变革。

1 前言

随着油气钻探现场向边缘区块延展，现场施工操作的规范化，作业节点的标准化，现场复杂情况及事故的远程决策和处理需求日渐提升，对作业现场的全天候可视化视频监控变得不可或缺。随着企业对于生产信息化重视与投入逐步增加，绝大多数施工现场已架设网络传输设备，虽然已经具备了视频监控的基本条件，但早期企业视频监控系统建设仍存在以下痛点：

一是设备缺乏统一标准。各生产单位根据自身需求，分批次自行建立的视频监控，存在生产厂家各异，数据标准、算力和存储格式不相同，各种硬盘录像机、编码卡、数字矩阵层出不同，各有各的接口，且产品质量良莠不齐，视频监控系统的建设缺乏统一的技术标准。

二是缺少统一视频管理系统。视频监控系统在石油领域的应用已有很长的一段时间，各施工单位的建设起点不同，各个监控系统间相互独立，彼此通信方式各异，且系统之间互不相连，各系统均处于“封闭”、“独占”的状态。

三是视频相关应用建设不足。随着信息化建设不断推进，应用要求的不断提升，简单查看现场监控画面已然无法满足，视频对讲、云台控制、历史回放、在线统计……越来越多视频应用与统计需求被不断挖掘，具有高拓展性的综合视频平台就成为了硬性需求。

因此，为了实现视频资源统一调度，保障石油工程生产运行管理稳定安全运行，建立合理高效的视频管理机制显得尤为重要。

2 建设思路与关键技术

自2020年以来，经过前期的充分调研，某公司信息化团队根据石油工程施工作业特点，自主设计了一套视频统一监控管理体系，针对性地解决了视频难统一、难管理、难应用问题。

2.1 视频管理机制建设的基本思路

2.1.1 建设原则

为确保视频监控统一管理体系顺利建设，必须明确企业视频监控管理机制基本原则：

（1）安全性原则

对现有流程进行梳理，着重在系统安全性方面查缺补漏，补足视频监控的管理短板。

（2）高效性原则

对于视频监控管理环节中的低效、冗杂、多余部分，应进行合理删减或重组并入，使得整个流程更为便捷高效。

（3）系统性原则

通过搭建具有前瞻性、高扩展性的统一平台，实现在线监测以及在线统计分析等发展趋势。通过统一管理，统一数据口径，统一运转方式，提高流程精准性、科学性、系统性。

2.1.2 体系设计与模块划分

为了实现对视频资源统一管理与应用，应遵循“作业现场-工程单位-管理单位-总部机关”的分级管理模式。视频监控统一管理体系整体分为三大部分：纳管现场监控、全套设备管理和应用系统。

图1 视频监控统一管理体系模块关系图

（1）作业现场视频管理。结合施工阶段、现场施工工况、监控视角覆盖范围、等客观条件，经过技术方案仿真及现场试验，结合某业内企业的应用标准，给出合理方案：钻井作业采用6个云台摄像机、1个移动设备；试油气作业采用4个云台摄像机、1个移动设备；压裂作业采用5个云台摄像机、1个移动设备。现场监控室架设录像传输终端，通过接入现场网络，完成向施工单位或管理单位的视频推送。

通讯链路依据施工现场的网络接入条件，可选择卫星、3G/4G、宽带专线等。基地监控中心接入网络运营商高带宽专线，提供高速稳定的视频分发和多用户访问条件。为了能够有效节约资源、利用带宽，系统支持H.264、H.265等多种视频编码格式，同时采用多码流技术，根据具体网络环境自定义配置分辨率、码率和帧率，尽可能做到高画质、低数据量，确保画面清晰流畅。

图2.2现场视频采录示意图

（2）视频统一整合建设。视频整合主要是对施工现场回传的各视频数据的视频信号进行分析，按标准格式解编码，形成统一视频流，实现同一平台接入运行管理。在视频整合过程中，对视频信号符合标准的直接集成，不符合标准的通过视频网关对信号进行解码，再重新编码，或通过SDK二次开发等方式形成统一视频流，为其他各类应用提供视频信号源，实现企业内部视频资源共享。

在管理单位层面，通过全局视频资源统一管理系统自动同步任务，从各视频存储服务器提取所有摄像头基础信息（摄像头编号、名称、IP地址、端口、通道、生产厂家等）。对于没有视频管理系统的单位，采取增加硬件直传的方式接入系统。对于已有监控系统的单位，则采取设备级联的方式进行视频数接入。此外，全局平台也可以通过国标级联方式，向集团级平台进行资源共享，满足总部对各二级分公司信息化考核要求。通过“直连+多级网络级联”策略，既方便二级单位自行管理，又能通过级联进行上级部门的集中管理。级联方式还能够分散互联网带宽负载，采用流媒体转发为用户提供视频服务，避免多用户直接连接井场设备对现场网络带宽造成压力。

图2.3视频平台级联示意图

视频资源统一管理系统提供视频运管模块，企业运维人员可以利用可视化页面对不同施工现场设备进行标准化命名调整、分组规范化管理与设备异常问题排查。每日系统自动巡检监测视频图像实时预览、录像回放、违规抓拍、人像抓拍等业务功能是否正常。例如，视频图像正常预览、视频图像画面清晰、视频流是否存在丢包造成卡顿、云台是否可控制、视频图像字幕标注是否规范等。同时提供运维报表查询、统计服务。包括但不限于前端监控摄像头在线率、完好率、掉线、故障率，各视频监控系统在线情况、网络在线情况等提供数据统计、查询服务和展示运维数据报表。借助可视化运维界面，各类视频监控前端异常、网络故障延迟及各类问题产生的告警信息实时展现，大大降低了运维管理成本，同时节省了运维人员定位问题、处理故障的时间，实现视频监控系统高效、可视化管理，为上层视频应用的稳定运行提供了可靠的保证。

（3）视频统一应用建设。依托微服务应用架构及基于K8s+Docker为技术载体的容器云平台等一系列，具有先进性、灵活性和高扩展性的技术中台，大力促进应用系统建设从“多头应用、分散建设”向以业务组件为核心的“集成共享、集中建设”的模式转变。

图2.4组件式开发模式示意图

为适应各企业视频管理与应用现状，视频组件需针对主流视频平台的视频插件进行兼容性改造，目前已经实现了海康、大华等能力适配。播放类组件根据实际应用的平台类型，实现插件的自适应初始化。此外，组件层面支持通过参数配置完成插件切换，满足部分企业对接多套视频平台时的功能稳定需求。所有视频组件与视频应用系统均完成国产化信创改造，支持银河麒麟操作系统，支持X86和ARM架构，确保用户在不同终端加载视频时，播放功能的正常使用。此外，为适配部分企业使用多套基础平台进行设备管理与应用的现状，已对视频组件的取流方式进行了优化改造。在对接多个平台的取流场景中，通过动态设置认证参数（appkey、secret、ip等）的方式，确保视频组件能够同时与多个平台进行实时通信，正常获取视频流并播放。

通过视频统一管理体系建设，对企业视频统一管理、信息同步运维、业务视频应用技术支持、运维监控、日常巡检和问题处置服务，以及应用集成技术支持，提供一站式解决方案，全方位满足企业对视频管控的需求。

2.2 关键技术

2.2.1 组件开发技术

图2.5 组件技术架构图

视频应用采用基于自建容器云平台的组件开发技术架构，总体包括基础设施层、平台层和应用层三大模块。基于容器云基础设施和云平台基础服务组件，以云原生模式的微服务架构为设计原则，采用微服务和前后端分离模式，构建业务组件、集成业务应用。

应用层：应用后端的微服务层依赖平台层提供的大量中间件，主要采用Java语言及开源的Spring boot框架；前端基于ES6和HTML5技术，采用VUE、React等框架进行业务组件界面开发。

平台层：为系统提供包括数据库、缓存、消息队列、对象存储等中间件服务，计算引擎，存储引擎，为应用运行提供环境支持。

设施层：主要依赖容器云基础设施资源。为系统提供硬件层面的设施支持，包括网络、计算、安全、存储等基础设施，并提供容器云集群。

系统建设涉及的应用和数据资源均实现容器云部署。应用遵循一套应用多租户服务的管理模型；数据遵循多企业数据物理隔离逻辑汇聚的模式。总体采用虚拟机集群按容器云上云标准进行上云部署。在企业级容器云部署平台应用，采用云中间件、数据库以及公共服务，异地灾备业务数据，采用主从方式进行高可用部署，基于资源多租户模式实现分级管控。

2.2.2高性能负载均衡

本技术主要用于各业务应用动静分离、高可用、反向代理和正向代理的部署实施，通过负载均衡合理调度，保证所有服务器都充分发挥性能，从而保持服务器集群的整体性能最优。负载均衡主要提供HTTP重定向负载均衡、DNS域名解析负载均衡、反向代理负载均衡、IP负载均衡、数据链路层负载均衡五种实现方式。通过建立映射机制，将一个请求的入口映射到多个处理请求的节点，从而实现分而治之，再将大量的并发请求分担到多个处理节点。由于单个处理节点的故障不影响整个服务，负载均衡集群同时也实现了高可用性。利用Nginx提升负载均衡能力，使无状态应用能以多实例状态获得多活能力，提供高可用特性。利用应用主备、多活，热备节点可以做到快速响应应用异常以及节点异常，做到服务连续性。

图2.6负载均衡技术架构示意图

2.2.3视频分布式存储

分布式存储系统，就是将数据分散存储在多台独立的设备上，物理上是由不同的设备构成，但是在网络存储系统中逻辑上还是一个统一的整体。传统视频监控系统多采用集中式存储，即大量数据都在单一的数据服务器上，使得存储服务器成为系统性能的瓶颈，为整个系统的可靠性和安全性带来安全隐患，并随着使用时长和信息量的不断增长，它越来越不满足大规模存储应用的需要。基于容器云的分布式存储，作为视频监控的存储解决方案有效的解决了上述问题。

3 应用效果

自视频监控统一管理体系运行以来，截止到2024年3月，某业内企业建设视频能力组件10余个，业务组件20余个，完成各类视频插件能力优化20余项。完成集团内各企业共计15套视频基础平台的信息接入，纳管超过5万台摄像头信息，处理视频相关异常问题200余个，为企业各级单位、部门提供视频流服务，基本消除了该企业内部视频方面的“信息孤岛”。

图3.1视频组件与应用成果

在远程工程监督的实际应用场景中，系统有效地提升了远程监督质量，监督管理由盲目、被动，变为直观、主动。各主管部门可以随时进行远程安全检查、远程监督监控。借助本系统，可轻易做到监控工区内任何一个钻井队的生产运行和设备运转情况，并及时正确的下达工作指令。发现违章、违规行为及时取证并给予纠正和制止,确保现场的规范、安全。通过实时监控的体制进步，促使现场由“要我安全”，向“我要安全”转变，由初期的被监控处罚，逐步上升为遵章守纪、按标准施工的自觉行为。

图3.2视频运管中心

在视频运维方面，通过升级监控点巡检质量算法，优化巡检计划的配置，提高实时性和准确性。通过监控点通道的图像质量诊断结果统计和查看，可展示：所在区域、总数、图像正常率、异常数、正常数、诊断失败数、未检测数、异常项(图像模糊、图像过亮、图像偏色、图像过暗、图像过亮、视频抖动、视频丢帧、场景变换、视频遮挡、对比度、条纹干扰、噪声干扰、信号丢失、黑白图像)等。支持码流分辨率、编码格式指标采集。

在视频数据考核方面，建立了多维度的监控点信息统计报表，极大地降低了视频数据汇总与统计工作难度，提高了考核部门的工作效率、增加了部门生产管理的信息化程度，降低了企业考核工作的成本投入。

图3.3 监控点统计报表图示

2023年8月2日，远程监督人员通过统一视频中心，发现某井在正常钻进过程中，现场视频出现断传异常，随即与视频运维团队取得联系。运维团队借助视频运管中心，即刻定位异常发生原因，查实为现场设备异常，无法正常回传画面信息。及时通知井队更换新设备，消除了监控隐患。仅用时不到20分钟，便完成了问题的发现、排查和处置全过程。

2023年11月4日，某钻井公司管理人员通过统一视频中心，发现某井摄像头画面显示信息与实际施工位置不符，通过系统提供的摄像头管理页面，手动调整设备绑定关系，便快速的解决了问题，全程仅用时3分钟。

借助企业视频监控统一管理体系建设成果，极大地提高了石油工程过程的安全管理水平与管理效率，取得了极佳的成效。目前该解决方案已正式在勘探开发上游板块进行推广。

4 存在问题与挑战

随着集团内部两大统推系统对视频的应用不断深入，特别是总部级信息化考核对视频管理的要求不断提高，视频监控统一管理体系仍面临诸多考验。

一是进一步推进视频统一管控功能优化完善、视频播放技术能力提升等功能运维技术服务建设，完善视频质量诊断机制，提高总部视频考核指标符合率，满足业务视频远程管控需求，提升用户体验。

二是运维中心和第三方运维机构，通过日常巡检、问题处置和用户培训等运维服务，以及编制运维管理规范、人员管理规定、视频监控系统运维管理规范、机房管理规定、应急处置预案等一系列规章制度，定岗定责，明确各单位工作职责，将岗位职责落实到个人，这样才能够为视频监控系统的高效稳定运行提供保证。

三是加快平台由信息化向智能化的转变脚步。当前视频监督的过程更多依靠人工查看的方式进行，人工在长时间监管作业中的弊端无法避免。智能分析手段的深度应用，则可以将人工从繁琐的重复性工作中解放出来，提高问题的捕捉时间和捕捉率，进而可以提高生产运行效率。平台智能化不仅包括智能分析技术还包括智能联动技术，此技术可以让视频平台集多个子系统于一体，使各子系统彼此协同、融合，更大发挥各子系统效能。

5.总结与展望

企业自主探索建立的视频监控统一管理体系，涵盖作业现场视频管理、视频统一整合建设、视频统一应用建设三大模块，全面支持从视频采集到视频应用再到视频运维全流程，目前已取得了预期的效果。该系统能很好的完成石油工程业务所需的视频监控场景，使得系统操作人员能够对设备异常问题、生产安全隐患进行及时发现与处理。同时，系统还能提供实时并且详细的问题分析和统计数据，方便运维支持和提高统计效率。

随着物联网普及与发展，可以预见的是，综合视频监控调度系统将逐渐减少人力资源投入，电子标签和现代神经网络技术将逐渐取代被动监控，人工智能和数字助手将逐渐替代人工监控。移动计算技术和通信技术进步将使人力不再受场地条件限制，智能管理和监控系统将成为管理者的得力助手。相信未来的视频监控统一管理体系将更加注重智能、便捷、高效和安全的特性，助力传统能源企业全面实现工业化、自动化、智能化。

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