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探析無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)在偏遠油區的應用
摘要：隨著(zhù)油田的開(kāi)發(fā)，偏遠油區的數據監控、視頻監控在油田的安全生產(chǎn)、管理中發(fā)揮著(zhù)重要作用，而無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的應用已逐漸成為各種監控系統的主要鏈路方式。本文對目前廣泛應用的幾種無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，分析偏遠油區的地理環(huán)境及生產(chǎn)環(huán)境對無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)應用的影響。并對應用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋技術(shù)進(jìn)行的平臺視頻監控項目中的成功應用做簡(jiǎn)單介紹。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)通信；油田；監控系統
1 引言
在油田偏遠油區生產(chǎn)過(guò)程中，對相關(guān)生產(chǎn)參數及油井視頻進(jìn)行遠程監控對偏遠油井的安全生產(chǎn)起著(zhù)至關(guān)重要的作用。但由于偏遠油區裝置遠離油田總部，應用有線(xiàn)的通訊方式，施工困難且周期長(cháng)、靈活性差。而無(wú)線(xiàn)通訊方式由于其建立物理鏈路簡(jiǎn)單易行，成本低，可以根據現場(chǎng)需求及時(shí)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對通信鏈路的要求。
2常用的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)
目前在油田現場(chǎng)廣泛應用的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數傳電臺、擴頻微波、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋及衛星通信、短波通信技術(shù)等。
其中GPRS和CDMA技術(shù)中國移動(dòng)和中國聯(lián)通公司的主營(yíng)數據傳輸業(yè)務(wù)，在數據傳輸方面有著(zhù)很強的優(yōu)勢，即信號覆蓋范圍廣。對于陸上油田生產(chǎn)區域基本完全覆蓋。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(chǎn)平臺還無(wú)法為GPRS/CDMA信號完全覆蓋。此外經(jīng)過(guò)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(mǎn)足傳輸小數據量的生產(chǎn)數據要求，但無(wú)法滿(mǎn)足大數據量的信號（例如視頻信號）遠程無(wú)線(xiàn)傳輸。雖然有利用CDMA技術(shù)進(jìn)行視頻信號傳輸的案例，但效果并不理想。
數字電臺用于點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)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(shí)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(diǎn)。數傳電臺技術(shù)比較成熟，標準統一，一直以來(lái)廣泛用于油田的數據遙測/數據采集與監控(SCADA)項目中。但隨著(zhù)GPRS/CDMA技術(shù)的日漸成熟，相應的設備價(jià)格的降低，使得在很多應用場(chǎng)合中數傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時(shí)，數傳電臺的相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展，智能化、網(wǎng)絡(luò )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(diǎn)，數傳電臺必將成為海上油田通信技術(shù)應用的可靠選擇。
擴頻微波和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋技術(shù)是近幾年興起的一門(mén)數據傳輸技術(shù)。擴頻微波最大優(yōu)點(diǎn)在于較強的抗干擾能力，以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等，同時(shí)具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點(diǎn)，特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應用。而無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋是無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)和傳統的有線(xiàn)網(wǎng)橋技術(shù)相結合的產(chǎn)物。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋是為使用無(wú)線(xiàn)（微波）進(jìn)行遠距離數據傳輸的點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設計。它是一種在鏈路層實(shí)現LAN互聯(lián)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(wú)線(xiàn)組網(wǎng)。這兩項技術(shù)都可以用來(lái)傳輸對帶寬要求相當高的視頻監控等大數據量信號傳輸業(yè)務(wù)。
例如，對于遠離陸地且無(wú)法進(jìn)行中繼的海上平臺，通訊鏈路只能通過(guò)衛星通信和短波通訊。其中衛星通信范圍大，只要衛星發(fā)射的波束覆蓋進(jìn)行的范圍均可進(jìn)行通信。不易受陸地災害影響，建設速度快，易于實(shí)現廣播和多址通信等等優(yōu)點(diǎn)。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(zhuān)業(yè)通信、業(yè)余通信中發(fā)揮著(zhù)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，通常不能穩定的使用固定頻率工作等缺點(diǎn)，因此在其他領(lǐng)域已慢慢淡出人們的視線(xiàn)。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(gè)比較好的選擇。
3 環(huán)境因素對技術(shù)應用的影響
偏遠油區的環(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(xiàn)要求等通信設備本身的技術(shù)參數外，在應用無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的過(guò)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應用的影響。
3.1對信號傳輸的影響
可以通過(guò)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(wú)線(xiàn)通信過(guò)程中的信號衰落問(wèn)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(shù)在海上應用時(shí)沒(méi)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(zhù)時(shí)間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現象稱(chēng)為衰落。從衰落的物理因素來(lái)看，可以分成以下幾類(lèi)：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(wú)線(xiàn)通信應用影響較大。
3.2對技術(shù)應用的影響
各項通信技術(shù)在海上油田應用中還存在的另外一個(gè)問(wèn)題就是其獨特的現場(chǎng)環(huán)境。海上平臺一般空間狹小，還要考慮海上多風(fēng)，平臺最高點(diǎn)一般較低的特點(diǎn)。
首先是對天線(xiàn)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(xiàn)的高度更高。對于衛星通信、擴頻微波、短波通信等天線(xiàn)體積較大的應用，由于海上風(fēng)力較大，抗風(fēng)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(wú)人值守的平臺，設備必須具有高可靠性、可自動(dòng)維護、參數遠程設置等功能。而對于衛星通信、短波通信等要求平臺上配備專(zhuān)業(yè)管理操作人員進(jìn)行設備的管理維護，這一特點(diǎn)也為技術(shù)的應用帶來(lái)一定的限制。
4 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋技術(shù)在海上平臺視頻監控中的應用
在實(shí)際的現場(chǎng)應用中，我們選取了基于5.8G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋設備進(jìn)行了現場(chǎng)應用測試。測試地點(diǎn)為淺海油井，測試內容為4路視頻監控圖像的傳輸。該系統具體解決方案是利用摩托羅拉Canopy 5.8G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋建立通信鏈路。在平臺一側首先通過(guò)視頻服務(wù)器將模擬視頻信號轉化為可在網(wǎng)絡(luò )傳輸的IP數據流，之后由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋將信號傳輸到陸地端。陸地端一側通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋進(jìn)行接收后由視頻監控服務(wù)器處理后，對視頻信號進(jìn)行錄像存儲及Web發(fā)布。相關(guān)用戶(hù)可依據相應權限在局域網(wǎng)內進(jìn)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(jìn)行設置，設備維護方便。監控視頻圖像清晰、連貫，滿(mǎn)足監控要求。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(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋技術(shù)在海上應用的最遠距離。從系統的穩定性出發(fā)，在更遠一些的類(lèi)似應用中應謹慎選擇這項技術(shù)。
結論
無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在偏遠油區的應用已逐漸成為各種監控系統的主要鏈路方式。在選取相關(guān)技術(shù)時(shí)除了要考慮包括傳輸距離、信號帶寬、天線(xiàn)安裝條件、發(fā)射功率、設備。
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