1、物聯(lián)網概念及技術架構
物聯(lián)網是新一代信息技術的重要組成部分。它有兩層意思：①物聯(lián)網的核心和基礎是互聯(lián)網， 是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展的網絡；②用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此， 物聯(lián)網的定義是通過射頻識別（ＲＦＩＤ）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。
從技術架構上來看，物聯(lián)網可分為3 層：感知層、網絡層和應用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網關構成，它的作用相當于人的神經末梢，它是物聯(lián)網識別物體、采集信息的來源，其主要功能是識別物體，采集信息。網絡層由各種私有網絡、互聯(lián)網、有線和無線通信網、網絡管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。應用層是物聯(lián)網和用戶的接口，它與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)物聯(lián)網的智能應用。
2、物聯(lián)網發(fā)展
物聯(lián)網的概念最初來自“傳感網”，是作為重大ＩＴ 技術提出來的。１９９９ 年，在美國召開的移動計算和網絡國際會議提出，傳感網是21 世紀人類面臨的又一個發(fā)展機遇。２００３ 年，美國《技術評論》雜志提出傳感網絡技術將是未來改變人們生活的十大技術之首。到了２００５ 年，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯(lián)盟（ＩＴＵ）發(fā)布了《互聯(lián)網報告２００５：物聯(lián)網》一文，正式提出了“物聯(lián)網”的概念。射頻識別技術（ＲＦＩＤ）、傳感器技術將是其中的關鍵技術，２００９ 年，美國工商業(yè)領袖的一次會議上，首次提出“智慧地球”的概念。從此物聯(lián)網的概念進入了國家的戰(zhàn)略層，發(fā)達國家也紛紛效仿，提出相應的戰(zhàn)略對策。
�。玻埃埃� 年８ 月７ 日， 國務院總理溫家寶發(fā)表重要講話， 指出“在傳感網發(fā)展中，要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術”；“在國家重大科技專項中， 加快推進傳感網發(fā)展”；“盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫‘感知中國’中心”。近年來，北京、上海、廣州等城市都加快了物聯(lián)網發(fā)展的布局。在各個行業(yè)，如石油工業(yè)、綠色農業(yè)、公共安全、城市管理、遠程醫(yī)療、智能家居、智能交通和環(huán)境監(jiān)測等各個行業(yè)均有物聯(lián)網應用的嘗試。
3、油氣生產物聯(lián)網
根據(jù)中石油集團公司“十二五”總體規(guī)劃以及油氣田生產實際要求，急需加快面向生產操作過程的信息系統(tǒng)建設，通過信息技術與工業(yè)生產的融合，提高生產操作的自動化程度，保證生產持續(xù)、安全、穩(wěn)定、高效的運行，為優(yōu)化生產管理流程，實施精細化管理創(chuàng)造條件。
油氣生產物聯(lián)網系統(tǒng)就是利用物聯(lián)網技術， 實現(xiàn)油氣田井區(qū)、計量間、集輸站、聯(lián)合站、處理廠生產數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)信息在作業(yè)區(qū)生產指揮中心及生產控制中心集中管理和控制。搭建油氣田場站規(guī)范、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺，支持油氣生產過程管理，進一步提高油氣田生產決策的及時性和準確性。
油氣生產物聯(lián)網包括3 個子系統(tǒng)（圖1），以下對此3 個子系統(tǒng)進行分析。
3.1 數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)
采集與控制子系統(tǒng)主要是利用傳感、射頻等技術，感知油氣生產信息，建立覆蓋油氣全過程準確、可靠的自動化采集與控制子系統(tǒng)。實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)完善準確，過程控制精確到位，安全管理及時有效，系統(tǒng)控制穩(wěn)定可靠。
數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)包含4 個主要功能：生產數(shù)據(jù)自動采集，生產環(huán)境自動監(jiān)測，生產過程自動控制，物聯(lián)設備狀態(tài)監(jiān)控。采集子系統(tǒng)中，通過準確的數(shù)據(jù)采集才能真實地反映油氣井數(shù)據(jù)的變化，指導油氣井管理。應當考慮到以下問題：
3.1.1 傳感器精度
數(shù)據(jù)采集所使用的傳感器需要考慮精度等級；針對現(xiàn)場不同情況選擇精度等級不同的傳感器。
3.1.2 環(huán)境條件
使用設備要考慮地區(qū)環(huán)境條件， 如北方地區(qū)需要考慮耐嚴寒、抗風沙，南方地區(qū)因環(huán)境濕度大，需要考慮防水等。
3.1.3 儀表可管理性
主要體現(xiàn)在儀表采用合適的通訊協(xié)議， 遠端實現(xiàn)儀表工作狀態(tài)、生產日期、編號等的查詢，使儀表校驗等可控。在控制子系統(tǒng)建設中， 設計理念上應當體現(xiàn)遠端控制和就地控制相結合的理念。具體來說，就是不能完全依靠遠端控制信號進行控制，本地控制器一定要具有基本的邏輯處理能力，用于防止由于通訊鏈路故障或擁塞造成的部分控制信號不能及時到達而產生的危害因素， 另一方面還要防止現(xiàn)場出現(xiàn)緊急情況后遠端不能及時發(fā)出控制指令而造成的現(xiàn)場生產失控。
3.2 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)主要是利用數(shù)據(jù)通信技術， 實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)和視頻圖像的實時傳輸， 滿足整個系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的安全性、實時性、穩(wěn)定性等要求。此系統(tǒng)可以實現(xiàn)井站的實時數(shù)據(jù)，指令的數(shù)據(jù)傳輸，以及圖像的傳輸。
數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)采用有線和無線技術相結合的方式， 將井場、站庫生產數(shù)據(jù)及視頻信號高效、安全、穩(wěn)定地傳輸?shù)接蜌馓锉O(jiān)控指揮中心。距站較近的井場、站站之間通過有線網絡相連，以光纜傳輸為主；井場和邊遠站庫數(shù)據(jù)通過無線異構網絡傳輸，包括多載波無線信息本地環(huán)路（ＭｃＷｉＬＬ）、全球微波互聯(lián)接入（ＷｉＭＡＸ）、通用分組無線服務（ＧＰＲＳ）、數(shù)傳電臺等無線傳輸技術。
3.2.1 以太網和寬帶網
以太網和寬帶網是互聯(lián)網的主要接入形式， 也是物聯(lián)網傳輸?shù)闹饕ㄓ嵼d體。在物聯(lián)網網絡中，有以太網或寬帶接入條件的固定終端應用時，可以通過終端上的以太網接口接入到網絡，這種接入方式， 繼承了以太網和寬帶的大數(shù)據(jù)量和低延遲的特點，可以用于傳輸大數(shù)據(jù)量的文件信息和流媒體信息。但受限于應用網絡，比如在新疆油田公司各作業(yè)區(qū)，各類站庫、油井、水井位置大多處于沙漠、戈壁地區(qū)，使用受到限制。
3.2.2 ＧＰＲＳ/ＣＤＭＡ/３Ｇ 無線網絡
移動無線網絡，ＧＰＲＳ/ＣＤＭＡ/３Ｇ 等將成為未來物聯(lián)網中主要的移動通訊載體，因其具有無布線、易布置、流動工作的特點，將被大量應用在需要移動傳輸數(shù)據(jù)和不利于布線布網的野外場合。但這種網絡由于無線交換的特點，具有一定的時延，且?guī)捰邢�，一般用來做實時性要求不高和數(shù)據(jù)量不大的場合，而且使用存在向電信運行商付費問題。
3.2.3 ＷＬＡＮ 無線網絡
ＷＬＡＮ 無線網絡是以太網、寬帶網的末端延伸，屬于區(qū)域內的無線網絡，兼有以太網、寬帶網的優(yōu)點，又具備ＧＰＲＳ /ＣＤＭＡ/３Ｇ 等網絡的部分無線功能， 在無線聯(lián)網中發(fā)揮重要作用。但ＷＬＡＮ 無線網絡應用的范圍，既受限于無線路由的信號范圍，又受限于以太網、寬帶網的接入，因此，一般應用在寬帶接入的末端不適合布線的場合，并作為以太網、寬帶網的重要補充。將物聯(lián)網技術應用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過錄像機、矩陣、云臺攝像機實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像切換、錄像資料調用。把錄像機、矩陣、云臺控制指令進行存儲，可以實現(xiàn)對各種監(jiān)控系統(tǒng)的控制，當接收到傳感器發(fā)出的感知信號，就可以聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，調用多個視頻監(jiān)控圖像，從不同角度監(jiān)看目標的局部細節(jié)和周邊區(qū)域的圖像。通過物聯(lián)網技術的應用，油田視頻監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以使防盜報警、門禁控制、消防火災報警、視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，還可以實現(xiàn)感知信息與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，可使物品獲取視頻感知信息，使現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮最大的應用價值。
在建設過程中，對不同井、站視頻的監(jiān)控，需要針對不同場地視頻監(jiān)控提出適當?shù)膸捯螅?需要制定視頻傳輸帶寬占用標準，不能無限制擴大，必要時可多種數(shù)據(jù)傳輸網共同采用。
3.3 生產現(xiàn)場監(jiān)控與管理子系統(tǒng)
生產現(xiàn)場監(jiān)控與管理子系統(tǒng)主要是利用實時采集的生產信息，建立覆蓋油氣生產、處理全過程的生產管理、預測預警系統(tǒng)。實現(xiàn)生產過程實時預警， 控制參數(shù)實時調整， 數(shù)據(jù)信息實時發(fā)布，管理決策及時到位。此系統(tǒng)可以實現(xiàn)生產的實時檢測、生產動態(tài)設備分析，設備管理等功能。
油氣生產現(xiàn)場監(jiān)控與管理子系統(tǒng)主要包含以下功能： 油氣水井生產監(jiān)控、遠程自動計量、油氣集輸生產監(jiān)控、生產環(huán)境監(jiān)控、氣體監(jiān)測、防盜防泄漏監(jiān)控、生產動態(tài)實時監(jiān)控、故障預警、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、物聯(lián)設備管理。
由于物聯(lián)網由大量的機器、設備構成，缺少人對設備的有效監(jiān)控，并且數(shù)量龐大，設備集群等相關特點造成的，安全問題主要有以下幾個方面：
�。�1）設備本地安全問題。由感知節(jié)點多數(shù)部署在無人監(jiān)控的場景中，存在人為破壞的隱患，它們的數(shù)據(jù)傳輸和消息也沒有特定的標準，所以沒法提供統(tǒng)一的安全保護體系。
�。�2）核心網絡的傳輸與信息安全問題。核心網絡具有相對完整的安全保護能力，但是由于物聯(lián)網中節(jié)點數(shù)量龐大，且以集群方式存在，對于單一的油氣井或計量站來說，數(shù)據(jù)量不大，但是對于上千口油井來說，數(shù)據(jù)量是比較大的，因此會導致在數(shù)據(jù)傳播時， 由于大量機器的數(shù)據(jù)發(fā)送使網絡擁塞， 產生拒絕服務攻擊。同時由于要兼顧控制的及時性，有必要建立分布式數(shù)據(jù)庫服務器和分布式應用服務器。
�。�3）物聯(lián)網業(yè)務的安全問題。隨著物聯(lián)網的發(fā)展，傳感器的數(shù)目將呈幾何級數(shù)的發(fā)展， 對物聯(lián)網機器的安全信息進行管理成為新的問題，需要建設統(tǒng)一的安全管理平臺，增強系統(tǒng)的安全性、保障各類業(yè)務的應用。
4、總結
近年來，對于油田作業(yè)區(qū)而言，井場、站庫等油氣田生產現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、過程控制、參數(shù)優(yōu)化、管理決策等凸現(xiàn)重要，將自動化技術、通信技術、信息技術融合的油氣生產物聯(lián)網系統(tǒng)在智能識別、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)應用等方面發(fā)揮越來越大的作用，油氣生產物聯(lián)網是油氣田信息化建設發(fā)展的必然趨勢。
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