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探析無線通訊技術在偏遠油區(qū)的應用
摘要：隨著油田的開發(fā)，偏遠油區(qū)的數據監(jiān)控、視頻監(jiān)控在油田的安全生產、管理中發(fā)揮著重要作用，而無線通訊技術的應用已逐漸成為各種監(jiān)控系統的主要鏈路方式。本文對目前廣泛應用的幾種無線通訊技術的進行簡單介紹，分析偏遠油區(qū)的地理環(huán)境及生產環(huán)境對無線通訊技術應用的影響。并對應用無線網橋技術進行的平臺視頻監(jiān)控項目中的成功應用做簡單介紹。
關鍵詞：無線通信；油田；監(jiān)控系統
1 引言
在油田偏遠油區(qū)生產過程中，對相關生產參數及油井視頻進行遠程監(jiān)控對偏遠油井的安全生產起著至關重要的作用。但由于偏遠油區(qū)裝置遠離油田總部，應用有線的通訊方式，施工困難且周期長、靈活性差。而無線通訊方式由于其建立物理鏈路簡單易行，成本低，可以根據現場需求及時調整項目方案，靈活性好，系統的功能擴展方便，因此特別適合偏遠油區(qū)對通信鏈路的要求。
2常用的無線通訊技術
目前在油田現場廣泛應用的無線通訊技術主要有GPRS/CDMA、數傳電臺、擴頻微波、無線網橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術等。
其中GPRS和CDMA技術中國移動和中國聯通公司的主營數據傳輸業(yè)務，在數據傳輸方面有著很強的優(yōu)勢，即信號覆蓋范圍廣。對于陸上油田生產區(qū)域基本完全覆蓋。但由于海上油田地理位置特殊，遠離陸地的基站，因此很多海上生產平臺還無法為GPRS/CDMA信號完全覆蓋。此外經過測試，GPRS的平均速率為20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率為80kbit/s～100kbit/s，可以滿足傳輸小數據量的生產數據要求，但無法滿足大數據量的信號（例如視頻信號）遠程無線傳輸。雖然有利用CDMA技術進行視頻信號傳輸的案例，但效果并不理想。
數字電臺用于點對點或點對多點的工作環(huán)境，能夠提供標準RS-232接口，可直接與計算機、RTU、PLC等數據終端連接，實現透明傳輸。數傳電臺的傳輸速率從1200～19.2Kbit，傳輸距離20～50公里。具有抗干擾能力強、接收靈敏度高等特點。數傳電臺技術比較成熟，標準統一，一直以來廣泛用于油田的數據遙測/數據采集與監(jiān)控(SCADA)項目中。但隨著GPRS/CDMA技術的日漸成熟，相應的設備價格的降低，使得在很多應用場合中數傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時，數傳電臺的相關技術也在不斷發(fā)展，智能化、網絡化、高帶寬的數傳電臺也不斷涌現。結合數傳電臺誤碼率低、信道可靠的特點，數傳電臺必將成為海上油田通信技術應用的可靠選擇。
擴頻微波和無線網橋技術是近幾年興起的一門數據傳輸技術。擴頻微波最大優(yōu)點在于較強的抗干擾能力，以及保密、多址、組網、抗多徑等，同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點，特別適合野外聯網應用。而無線網橋是無線射頻技術和傳統的有線網橋技術相結合的產物。無線網橋是為使用無線（微波）進行遠距離數據傳輸的點對點網間互聯而設計。它是一種在鏈路層實現LAN互聯的存儲轉發(fā)設備，可用于固定數字設備與其他固定數字設備之間的遠距離（可達50km）、高速（可達百Mbps）無線組網。這兩項技術都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監(jiān)控等大數據量信號傳輸業(yè)務。
例如，對于遠離陸地且無法進行中繼的海上平臺，通訊鏈路只能通過衛(wèi)星通信和短波通訊。其中衛(wèi)星通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋進行的范圍均可進行通信。不易受陸地災害影響，建設速度快，易于實現廣播和多址通信等等優(yōu)點。但其運行費用相對昂貴，且系統維護要求高。短波通訊以往只在軍事通信、專業(yè)通信、業(yè)余通信中發(fā)揮著極為重要的作用，因其傳輸速率低、噪聲大，電離層反射天波為主，通常不能穩(wěn)定的使用固定頻率工作等缺點，因此在其他領域已慢慢淡出人們的視線。盡管短波通信存在一些缺陷，但對于海上油田而言，短波通訊作為可靠性高、覆蓋區(qū)域廣的通信方式，用于海上平臺的緊急通信及小數據量傳輸應該是一個比較好的選擇。
3 環(huán)境因素對技術應用的影響
偏遠油區(qū)的環(huán)境因素以以海上油田最為特殊。海上油田除了考慮信道帶寬，傳輸數率，傳輸距離，發(fā)射功率，天線要求等通信設備本身的技術參數外，在應用無線通訊技術的過程中，還必須全面地考慮海上平臺的獨特地理環(huán)境與地理條件對無線通信技術應用的影響。
3.1對信號傳輸的影響
可以通過選取性能好的設備或應用抗干擾措施以減少甚至避免干擾。但無線通信過程中的信號衰落問題則是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田遠離陸地，與陸地之間的廣闊的海域、多變的氣候使得在陸上應用效果很好的技術在海上應用時沒有了用武之地。
微波在空間傳播中將受到大氣效應和地面效應的影響，導致接受機接受的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現象稱為衰落。從衰落的物理因素來看，可以分成以下幾類：吸收衰落、雨霧衰落、Ｋ型衰落、波導型衰落、閃爍衰落等等。在各種衰落因素中，吸收衰落、雨霧衰落及K型衰落對海上油田的無線通信應用影響較大。
3.2對技術應用的影響
各項通信技術在海上油田應用中還存在的另外一個問題就是其獨特的現場環(huán)境。海上平臺一般空間狹小，還要考慮海上多風，平臺最高點一般較低的特點。
首先是對天線安裝的限制。海上微波通信受地形地貌影響，相同的通信距離要求兩端天線的高度更高。對于衛(wèi)星通信、擴頻微波、短波通信等天線體積較大的應用，由于海上風力較大，抗風性的要求也使得設備在小平臺的安裝變得十分困難。
此外，對于無人值守的平臺，設備必須具有高可靠性、可自動維護、參數遠程設置等功能。而對于衛(wèi)星通信、短波通信等要求平臺上配備專業(yè)管理操作人員進行設備的管理維護，這一特點也為技術的應用帶來一定的限制。
4 無線網橋技術在海上平臺視頻監(jiān)控中的應用
在實際的現場應用中，我們選取了基于5.8G無線網橋設備進行了現場應用測試。測試地點為淺海油井，測試內容為4路視頻監(jiān)控圖像的傳輸。該系統具體解決方案是利用摩托羅拉Canopy 5.8G無線網橋建立通信鏈路。在平臺一側首先通過視頻服務器將模擬視頻信號轉化為可在網絡傳輸的IP數據流，之后由無線網橋將信號傳輸到陸地端。陸地端一側通過無線網橋進行接收后由視頻監(jiān)控服務器處理后，對視頻信號進行錄像存儲及Web發(fā)布。相關用戶可依據相應權限在局域網內進行視頻圖像的瀏覽、錄像等操作。
系統通訊鏈路建立后，可遠端對設備參數進行設置，設備維護方便。監(jiān)控視頻圖像清晰、連貫，滿足監(jiān)控要求。從系統的鏈路冗余可以看出本次測試的應用距離已接近5.8G無線網橋技術在海上應用的最遠距離。從系統的穩(wěn)定性出發(fā)，在更遠一些的類似應用中應謹慎選擇這項技術。
結論
無線通信技術在偏遠油區(qū)的應用已逐漸成為各種監(jiān)控系統的主要鏈路方式。在選取相關技術時除了要考慮包括傳輸距離、信號帶寬、天線安裝條件、發(fā)射功率、設備。
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