一种采用图像目标识别跟踪方式的钻机现场监控平台的制作方法

本发明涉及钻机监控领域，尤其涉及一种钻机现场监控平台。

背景技术：

钻井(drilling)是利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的工程。按岩石破碎方式和所用工具类型，又可分为顿钻和旋转钻。在地质工作中，利用钻探设备向地下钻成的直径较小、深度较大的柱状圆孔，又称钻孔。钻井直径和深度大小，取决于钻井用途及矿产埋藏深度等。钻探石油、天然气以及地下水的钻井直径都较大。

钻井主要功用为：(1)获取地下实物资料，即从钻井中采取岩心、矿心、岩屑、液态样、气态样等；(2)作为地球物理测井通道，获取岩矿层各种地球物理场的资料；(3)作为人工通道观测地下水层水文地质动态情况；(4)用作探、采结合，开发地下水、油气、地热等的钻井。钻井通常按用途分为地质普查或勘探钻井、水文地质钻井、水井或工程地质钻井、地热钻井、石油钻井、煤田钻井、矿田钻井、建筑地面钻井等。

由于钻井现场作业对安全性能要求较高，需要对多种现场参数进行监控，在确保参数在正常数值范围，以及没有现场的违规违章操作的情况下，才能降低事故发生的几率，现有技术中钻井监控的手段主要是模拟视频监控系统，通过模拟信号的采集和分析判断钻井现场是否存在安全隐患，但是，模拟监控系统具有天生的技术瓶颈，例如精度低，运算速度慢等，已经不能满足各种钻井现场安全生产的要求，同时缺少对现场非法人员侵入的监控手段，未建立起钻井现场的安防系统。

因此，需要一种数字化钻机现场监控的技术方案，对现场参数进行数字化采集、运算和传输，实现对现场参数的监控以及现场人员的人物识别跟踪，提供全面、准确的安全监控数据，有力地保障钻井现场的正常运行，减少钻井运营商的经济损失。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种钻机现场监控平台，通过图像目标识别跟踪的方式，对钻井现场摄像头拍摄的现场图像进行人物目标识别和跟踪，提供入侵报警信号，并将数字化传感器采集到的各个现场参数数据与各个参考数据比较，在出现异于参考数据的情况时，提供相关参数的报警信息，便于远端的监控中心尽快了解钻井现场的状况，以采取相应措施，排除现场故障，清除现场侵入人员，为钻井工作提供全方面保障。

根据本发明的一方面，提供了一种钻机现场监控平台，所述监控平台包括防爆摄像机、图像处理器、数字处理器和多个传感器，图像处理器分别连接防爆摄像机和数字处理器，用于将防爆摄像机拍摄的现场图像进行目标识别跟踪，将目标识别跟踪结果发送给数字处理器，多个传感器用于对钻井的多个参数进行采集，数字处理器根据目标识别跟踪结果和多个传感器所采集的参数确定报警策略。

更具体地，在所述钻机现场监控平台中，进一步包括，无线数据通信接口，用于通过无线通信网络与远端的监控中心连接，接收监控中心的用户输入设备所输入的预定钻压上限、预定机械钻速上限、预定泥浆出口密度上限、预定泥浆入口密度上限、人物上限灰度阈值和人物下限灰度阈值；存储器，连接无线数据通信接口，用于存储预定钻压上限、预定机械钻速上限、预定泥浆出口密度上限、预定泥浆入口密度上限、人物上限灰度阈值和人物下限灰度阈值；所述图像处理器包括，目标识别单元，连接防爆摄像机和存储设备，接收现场图像，将现场图像中灰度值在人物上限灰度阈值和人物下限灰度阈值之间的像素识别并组成人物目标图像；目标跟踪单元，连接目标识别单元，采用基于模板匹配的目标跟踪算法，根据前后两帧人物目标图像确定人物的运动轨迹；所述多个传感器包括，大钩负荷传感器，用于采集钻井的大钩负荷数据；大钩高度传感器，用于采集钻机的大钩高度数据；泥浆出口密度传感器，用于采集钻机出口处的出口泥浆密度数据；泥浆入口密度传感器，用于采集钻机入口处的入口泥浆密度数据；所述数字处理器包括，运算单元，接收大钩负荷数据，并基于大钩负荷数据计算钻井的钻压数据，接收大钩高度数据，基于大钩高度数据计算钻井的钻时数据，并基于钻时数据计算钻机的机械钻速数据；处理单元，分别连接运算单元和存储器，当钻井的钻压数据超过预定钻压上限时，发出钻压过高提示信号，当钻井的钻压数据超过预定钻压上限10％时，发出钻压过高警示信号，当钻井的钻压数据超过预定钻压上限30％时，发出钻压过高报警信号，当钻井的机械钻速数据超过预定机械钻速上限时，发出机械钻速过高提示信号，当钻井的机械钻速数据超过预定机械钻速上限10％时，发出机械钻速过高警示信号，当钻井的机械钻速数据超过预定机械钻速上限30％时，发出机械钻速过高报警信号，当钻井的出口泥浆密度数据超过预定泥浆出口密度上限时，发出泥浆出口密度过高提示信号，当钻井的出口泥浆密度数据超过预定泥浆出口密度上限10％时，发出泥浆出口密度过高警示信号，当钻井的出口泥浆密度数据超过预定泥浆出口密度上限30％时，发出泥浆出口密度过高报警信号，当钻井的入口泥浆密度数据超过预定泥浆入口密度上限时，发出泥浆入口密度过高提示信号，当钻井的入口泥浆密度数据超过预定泥浆入口密度上限10％时，发出浆入口密度过高警示信号，当钻井的入口泥浆密度数据超过预定泥浆入口密度上限30％时，发出泥浆入口密度过高报警信号，还分别连接目标识别单元和目标跟踪单元，在接收到人物目标图像时发出入侵报警信号，并根据现场图像、人物目标图像和人物的运动轨迹绘制人物相对于现场的运动模拟图；其中，无线数据通信接口连接处理单元，用于将钻压过高提示信号、钻压过高警示信号、钻压过高报警信号、机械钻速过高提示信号、机械钻速过高警示信号、机械钻速过高报警信号、泥浆出口密度过高提示信号、泥浆出口密度过高警示信号、泥浆出口密度过高报警信号、泥浆入口密度过高提示信号、泥浆入口密度过高警示信号、泥浆入口密度过高报警信号、入侵报警信号和运动模拟图通过无线通信网络发送到远端的监控中心。

更具体地，在所述钻机现场监控平台中，所述数字处理器为TMS6000系列的数字处理器。

更具体地，在所述钻机现场监控平台中，所述无线数据通信接口为GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口。

更具体地，在所述钻机现场监控平台中，进一步包括湿度传感器，用于采集钻井的现场湿度数据。

更具体地，在所述钻机现场监控平台中，所述湿度传感器连接所述无线数据通信接口，用于将现场湿度数据通过无线通信网络发送到远端的监控中心。

更具体地，在所述钻机现场监控平台中，进一步包括温度传感器，用于采集钻井的现场温度数据。

更具体地，在所述钻机现场监控平台中，所述温度传感器连接所述无线数据通信接口，用于将现场温度数据通过无线通信网络发送到远端的监控中心。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的钻机现场监控平台的结构方框图。

图2为根据本发明实施方案示出的钻机现场监控平台的图像处理器的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的钻机现场监控平台的实施方案进行详细说明。

钻井的应用领域很广，包括且不限于地质普查或勘探、水文地质勘测、水井或工程地质勘测、地热开发、石油开发、煤田开发和矿田开发。由于钻井工作主要集中在地下，其行业特殊性决定了其对现场参数的安全性能要求较高，稍有不慎，会前功尽弃，给钻井现场各种设备造成巨大损坏，给钻井运营方带来不菲的开销，有时现场甚至无法继续再度开发。尤其在复杂层段和新探区，凭经验打井往往事故不断，造成资金和时间的巨大浪费。

因此，为了避免安全事故的发送，减少现场违规违章操作，需要建立起一套现场多参数监测、现场侵入报警的安全保障系统，并与远端监控中心建立无线链路连接，便于远端操作人员及时采取措施，解决安全隐患，避免安全事故的发生。

当前对钻井监控的技术方案是通过模拟化的钻井参数监测仪提供了钻井工程信息，对钻井工况及有关参数进行实时模拟监测，而且及时预报可能出现的复杂情况和钻井事故，从而为钻井工程技术人员的现场决策提供了实时资料。但模拟化的监测系统监测精度不高、传输数据速度较慢，同时缺少人员侵入报警，无法为钻井现场提供全面、准确的监控信息。

本发明的钻机现场监控平台，能够自动提供各种数字化现场参数和现场数字化图像，并能够经过数字化智能分析，将分析结果通过无线通信链路传输给远端的监控中心，比现有技术的钻井监控方案更为可靠。

图1为根据本发明实施方案示出的钻机现场监控平台的结构方框图，所述监控平台包括多个传感器1、防爆摄像机2、图像处理器3、数字处理器4、存储器5和无线数据通信接口6，图像处理器3分别连接防爆摄像机2和数字处理器4，用于将防爆摄像机2拍摄的现场图像进行目标识别跟踪，将目标识别跟踪结果发送给数字处理器4，多个传感器1用于对钻井的多个参数进行采集，数字处理器4根据目标识别跟踪结果和多个传感器所采集的参数确定报警策略，无线数据通信接口6分别与数字处理器4和存储器5连接，用于将远端设定的各个参考数据发送到存储器5中存储，并将数字处理器4的报警策略发送到远端的监控中心，存储器5还与数字处理器4连接以提供各个参考数据。

接着，对钻机现场监控平台的结构进行更具体的说明。

在所述钻机现场监控平台中，无线数据通信接口6，用于通过无线通信网络与远端的监控中心连接，接收监控中心的用户输入设备所输入的预定钻压上限、预定机械钻速上限、预定泥浆出口密度上限、预定泥浆入口密度上限、人物上限灰度阈值和人物下限灰度阈值；存储器5，连接无线数据通信接口6，用于存储预定钻压上限、预定机械钻速上限、预定泥浆出口密度上限、预定泥浆入口密度上限、人物上限灰度阈值和人物下限灰度阈值。

参考图2，所述图像处理器3包括，目标识别单元31，连接防爆摄像机2和存储设备5，接收现场图像，将现场图像中灰度值在人物上限灰度阈值和人物下限灰度阈值之间的像素识别并组成人物目标图像；目标跟踪单元32，连接目标识别单元31，采用基于模板匹配的目标跟踪算法，根据前后两帧人物目标图像确定人物的运动轨迹。

所述多个传感器1包括，大钩负荷传感器，用于采集钻井的大钩负荷数据；大钩高度传感器，用于采集钻机的大钩高度数据；泥浆出口密度传感器，用于采集钻机出口处的出口泥浆密度数据；泥浆入口密度传感器，用于采集钻机入口处的入口泥浆密度数据。

所述数字处理器4包括，运算单元，接收大钩负荷数据，并基于大钩负荷数据计算钻井的钻压数据，接收大钩高度数据，基于大钩高度数据计算钻井的钻时数据，并基于钻时数据计算钻机的机械钻速数据；处理单元，分别连接运算单元和存储器5，当钻井的钻压数据超过预定钻压上限时，发出钻压过高提示信号，当钻井的钻压数据超过预定钻压上限10％时，发出钻压过高警示信号，当钻井的钻压数据超过预定钻压上限30％时，发出钻压过高报警信号，当钻井的机械钻速数据超过预定机械钻速上限时，发出机械钻速过高提示信号，当钻井的机械钻速数据超过预定机械钻速上限10％时，发出机械钻速过高警示信号，当钻井的机械钻速数据超过预定机械钻速上限30％时，发出机械钻速过高报警信号，当钻井的出口泥浆密度数据超过预定泥浆出口密度上限时，发出泥浆出口密度过高提示信号，当钻井的出口泥浆密度数据超过预定泥浆出口密度上限10％时，发出泥浆出口密度过高警示信号，当钻井的出口泥浆密度数据超过预定泥浆出口密度上限30％时，发出泥浆出口密度过高报警信号，当钻井的入口泥浆密度数据超过预定泥浆入口密度上限时，发出泥浆入口密度过高提示信号，当钻井的入口泥浆密度数据超过预定泥浆入口密度上限10％时，发出浆入口密度过高警示信号，当钻井的入口泥浆密度数据超过预定泥浆入口密度上限30％时，发出泥浆入口密度过高报警信号，还分别连接目标识别单元31和目标跟踪单元32，在接收到人物目标图像时发出入侵报警信号，并根据现场图像、人物目标图像和人物的运动轨迹绘制人物相对于现场的运动模拟图。

其中，无线数据通信接口6连接处理单元，用于将钻压过高提示信号、钻压过高警示信号、钻压过高报警信号、机械钻速过高提示信号、机械钻速过高警示信号、机械钻速过高报警信号、泥浆出口密度过高提示信号、泥浆出口密度过高警示信号、泥浆出口密度过高报警信号、泥浆入口密度过高提示信号、泥浆入口密度过高警示信号、泥浆入口密度过高报警信号、入侵报警信号和运动模拟图通过无线通信网络发送到远端的监控中心。

其中，所述数字处理器4可选为TMS6000系列的数字处理器，所述无线数据通信接口6可选为GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口，所述钻机现场监控平台可以包括湿度传感器，用于采集钻井的现场湿度数据，所述湿度传感器连接所述无线数据通信接口6，用于将现场湿度数据通过无线通信网络发送到远端的监控中心，所述钻机现场监控平台可以包括温度传感器，用于采集钻井的现场温度数据，所述温度传感器连接所述无线数据通信接口6，用于将现场温度数据通过无线通信网络发送到远端的监控中心。

另外，大钩，是钻井提升系统的一部分，悬挂于游动滑车的下面。大钩有单钩、双钩和三钩。石油钻机用大钩一般都是三钩。根据制造的方法不同，钩身有锻造的、钢板组焊的和铸造的，后者轻便些。大钩主要由钩身、钩杆、钩座、提环、止推轴承和弹簧组成。钻机作业对大钩的要求是：应具有足够的强度和工作可靠性；钩身能灵活转动，以便上扣、卸扣；大钩弹簧行程应足以补偿上钻杆和卸钻杆是的距离；钩口和侧钩的闭锁装置应绝对可靠、闭启方便；大钩应有缓冲减震功能，减小拆卸立根的冲击。钻井时，在大钩上悬挂带有全部钻具的水龙头。大钩两侧还挂有两个吊环，与吊卡配合供起下钻具或下套管之用。

另外，钻压，就是当正常钻进时，下放钻柱，把部分钻柱的重力加到钻头上作为钻压。钻时，是衡量岩层可钻性的指标之一，即每钻进一米所需要的时间。钻时正好是机械钻速的倒数。石油钻井通过测量钻时来判断地层的变化，称为钻时录井。钻时录井是钻井地质工作的一个重要内容。机械钻速是指钻井中钻头在单位时间内的钻进进尺，是反映钻进速度快慢的参数，他是一口井的钻井速度快慢的重要技术经济指标，也是衡量一个钻头优劣的重要指标。

采用本发明的钻机现场监控平台，针对现有模拟钻机现场监控设备监控精度不高、监控对象不全的技术问题，采用图像目标识别的方式识别钻井现场的人物目标以进行人物侵入报警，采用图像目标跟踪的方式判断人物轨迹，采用数字化手段确定钻井现场的各个参数数据，将各个参数数据与各个预定参考数据进行比较，在出现数据异常时及时发出多种报警信息，监控更有效、更全面。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。