一、 需求概述
遼河三角洲上，到處都能看到正在工作的采油鉆井，油區地理位置分散，生產作業流動性大，野外施工環境惡劣。如何能更好地實現監測每一個鉆井平臺的工作狀態和生產數據，一直是油田管理層思考的大事。

遼河油田地跨遼寧、內蒙兩省區的13個地市，下設采油、科研、集輸、銷售等20個二級單位，油區地理位置分散，生產作業流動性大，野外施工環境惡劣。同時，遼河油田擁有生產油井近3萬口，分布零散，如何能及時掌握油井的生產狀態信息，成為提高遼河油田生產率的關鍵。以往單純依靠手工現場收集數據的方式不僅不能滿足遼河油田的生產需要，而且成為制約企業快速發展的瓶徑。利用基礎的專線、GPRS、短信業務成功開發了集“現場參數采集、遠程數據傳輸、移動信息化辦公、油井場所視頻監控”于一體的獨具特色的石油行業信息化解決方案，采用無線方案的應用，可以大大地提高遼河油田的生產作業效率和信息化管理水平。

二、解決方案

數九寒天的東北平原上，滴水成冰。當所有的采油鉆井都在工作的時候，在油田基地，技術人員可以通過屏幕實時檢測到每一口鉆井的工作狀況與生產數據，這些數據可以通過公司無線傳輸設備把石油行業信息傳送到到基地服務器。
借助“油井數據無線監控系統”，管理人員足不出戶就可以通過該系統隨時觀測到油井的生產狀況。油井工作的相關數據每隔兩小時傳輸一次，機井一旦出現故障，示意圖就會標示感嘆號，維護人員就能夠在最短的時間內趕到現場，及時排除故障。以前，采油測試工要到每個現場進行測試，費時費力不說，對每口井的工作狀態也很難把握，有時一口井發生故障，往往許多天后才發現。

下面具體了解整套信息化方案的實施：以下分三個不同的應用方案，數據采集、視頻監控、短信通知及告警。

方案一 、數據采集：油田的一個采油廠由多口油井、計量站、管匯閥組，轉油站，聯合站、原油外輸系統、油罐以及油田的其它分散設施組成，那么整個采油廠的各種設施的工作狀態及采出油品的數據（主要有溫度、壓力、流量等）就直接關系到油田生產的穩定及原油質量。目前大多由人工每日定時檢查設備運行情況并測量、統計采油數據，這樣浪費人力、時間。引入了GPRS鉆井數據上報系統之后，通過固定在機架上的傳感器，管理人員可以及時了解各個機井的工作壓力、采油時電壓、蒸汽溫度等數據，從而確保了油井的安全運轉。利用無線數據傳輸設備，通過互聯網傳入數據中心服務器，這樣完全就解決了遼河油田人工采集數據的問題。此外，通過該技術還實現了油田電力遠程無線抄表、油田熱注爐數據監控等應用。

系統結構
A、終端設備傳感器、采集器或PLC設備：采集油田礦井各儀器儀表的實時數據，支持RS232/RS485接口，自動采集終端設備的各種數據。
B、GPRS DTU：先通過配置軟件設置好數據中心提供有效的IP地址及端口及其它關鍵性的功能設置，再與采集器串口相連。

技術特點

1、 無線參數
1) 支持EGSM900/GSM1800無線網絡
2) GPRS multi-slot class 10
3) 編碼方案：CS1~CS4
4) 符合SMG31bis技術規范
5) Compliant to GSM phase 2/2+
6) 支持數據和短信功能

2、 硬件系統
1) 高性能RISC 嵌入式處理器，主頻100M，512K FLASH。
2) 接口：
同時支持RS232/RS485串口。串口速率110~230400bits/s。
指示燈：具有電源、通信及在線指示燈。
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
SIM卡接口：3V/1.8V標準的推桿式用戶卡接口。
電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。

3) 供電：
外接電源：DC 12V 500mA
寬電壓供電：DC 5-35V
通信電流：<250mA (12V)

4) 無線模塊
采用高性能工業級GPRS無線模塊
5) 尺寸
外形尺寸：91x58.5x22 mm（不包括天線及固定件）
6) 其他參數: 工作環境溫度 -25~+65oC
儲存溫度 -40~+85oC
相對濕度 95%(無凝結)

3、 軟件功能
1) 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線
2) 支持RSA，RC4加密算法
3) 支持虛擬數據專用網（APN）
4) 透明數據傳輸與協議轉換，支持多種工作模式
5) 支持數據中心動態域名和IP地址訪問
6) 支持雙數據中心備份
7) 支持多數據中心
8) 支持短信、語音、數據等喚醒方式以及超時斷
9) 支持短消息備份及告警。
10) 多重軟硬件看門狗
11) 數據包傳輸狀態報告。
12) 標準的AT命令界面
13) 可以用做普通撥號MODEM
14) 支持telnet功能。
15) 支持遠程配置，遠程控制
16) 通過串口軟件升級
17) 同時支持 LINUX和 WINDOWS 操作系統

C、數據中心：本系統中網絡代理服務器可采用固定IPF地址、動態IP+域名解析、APN專網等網絡接入， GPRS數據傳輸終端上電后，它會根據預先設定在其內部的IP地址來主動訪問網絡代理服務器，通過代理服務器和監控中心建立TCP/IP鏈路。監控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監控終端提出數據請求時，它會根據IP地址和ID號來找到對應的終端，將命令下發到該終端，終端響應后通過GRPS數據傳輸終端把數據發到網絡代理服務器端口，通過端口映射轉發到監控中心主站，即完成了一個應答式的通訊流程，當油田信息采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

數據中心系統功能
1、數據檢測功能：自動監測、記錄采油設備上的電壓、電流、電度、溫度、壓力、流量、液位、界面、含水、示功圖、紅外報警等數據。采集數據的格式為模擬、數字和串行通信口。還能完成流量和電度的積算。

2、數據共享功能：所測數據以及采油設備的工作狀態可以傳輸到局域網上，實現多方遠程數據共享。
3、顯示功能：總流程顯示、分組流程顯示、全部數據列表、分組數據列表、單個儀表歷史數據列表，對于日、月、年顯示、故障列表顯示。
4、輔助分析功能：及時發現停電、缺相、油管堵塞、盜油、液面過低、配重不平衡等異常情況。
5、報警功能：如果檢測值超過設定范圍，即聲光告警，并能在屏幕上顯示出現問題的儀表名稱以及參數超出的范圍，若有多個數據報警，將按順序顯示超值列表。
6、權限設置功能：權限設置分一般操作員、管理員、超級系統管理三種。利用輸入用戶名和密碼加以限制

組網實施：終端通過采集設備與GPRS DTU串口對接，實現對終端數據（溫度、壓力、流量等）進行實時傳輸，數據中心通過實時的數據進行分析、監控。實時監控在野外礦井的工作狀態，以達到無人值守，無人抄表的目的。



方案二 、油田無線視頻監控：

通過互聯網絡平臺為授權用戶提供直觀、快捷、高效、穩定的井場實時視頻圖像跟蹤服務。做到現場與基地的“零距離”調度指揮，及時發現安全隱患，快速做出科學、合理的整改要求，有效減少跑現場次數，更加安全、高效地實施采油作業。

A、終端視頻服務器：支持可設置IP地址及網關，支持以太網口，對視頻流進行壓縮、編碼，可對相關視頻參數進行配置、調整。

B、 TD-SCDMA Route：通過現有的3G網絡TD-SCDMA，網絡帶寬大，數據流暢等應用優勢，可通過網絡需要選擇不同的應用協議，支持DHCP功能、支持靜態及動態路由協議、支持VPN協議，APN專網等。通過建立VPN安全隧道實現遠程訪問視頻監控。更多設置請參照本站產品的資料。

TD-SCDMA ROUTER 技術特點

1、 無線參數
1) TD-SCDMA：2010~2025MHz
2) GSM：850/900/1800/1900
3) UPLINK：128Kbps，DOWNLINK：384Kbps
2、 硬件系統
1) 工業級ARM9 CPU，主頻200M
2) FLASH：4MB（可擴展至16MB）
3) SDRAM：16MB（可擴展至64MB）
4) E2PROM：64KB

5) 接口：
1個10/100M以太網口
1個RS232串口。（根據需要，可支持RS422/RS485），串口速率 110~230400bit
指示燈：具有“Power”、“Online”、“Alarm”、“System”、“Link/ACT”五個指示燈。
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
SIM/UIM卡接口：標準的抽屜式用戶卡接口（3V/5V）。
電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。
“Reset”復位按鈕，通過此按鈕，可將ROUTER的參數配置恢復為出廠值。
6) 供電：
外接電源：DC 12V 1.5A
寬電壓供電：DC 5-35V
通信電流：<400mA (12V)

7) 無線模塊
采用高性能工業級TD-SCDMA無線模塊
8) 尺寸
外形尺寸：157x97x25 mm (不包括天線和安裝件)
9) 其他參數:
工作環境溫度 -25~+65oC
儲存溫度 -40~+85oC
相對濕度 95%(無凝結)
3、 軟件功能
1) 支持VPN安全隧道功能,包括PPTP、L2TP和IPSEC
2) 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線。
3) 支持IPTABLES防火墻，包過濾功能
4) 支持多種協議：TCP/IP，UDP，ICMP，SMTP，HTTP，POP3，OICQ，TELNET，FTP 等。
5) 支持動態路由和靜態路由
6) 支持DHCP 功能
7) 支持NAT功能，如SNAT，DNAT
8) 支持動態DDNS
9) 支持DMZ主機
10) 支持路由轉發，同時也支持串口數據傳輸,，數據中心管理
11) 支持VPDN網絡
12) 方便的WEB配置，支持遠程WEB管理
13) 支持telnet管理，方便易用的控制臺shell交互環境

14) 支持多臺終端共享router ppp廣域網出口
15) 支持多種無線撥號方式：自動分配，指定IP，指定本地對端IP
16) 支持作為PPP服務器，多種認證方式，支持雙向認證
17) 方便易用的COM及SYSLOG系統診斷，調試功能
18) 支持串口本地軟件升級
19) 支持TFTP軟件遠程升級
20) 同時支持 LINUX和 WINDOWS 操作系統

C、數據中心服務器：支持互聯網接入，在辦公室或監控室用某一臺PC建立VPN服務器，通過和終端TD-ROUTER 3G路由器建立VPN隧道鏈路后，實現遠程實時訪問終端的視頻流。

組網實施： TD Router 在撥入互聯網的基礎上和數據中心建立 VPN 隧道，數據中心可通過安全隧道訪問不同終端的視頻畫面，以達到實時的視頻監控功能。

關于如何建立VPN隧道說明文檔可電聯索取《關于VPN服務器及客戶端建立說明》

方案三 、短信通知、告警系統：

終端儀器儀表可設置數據告警，達到一定的設定值就會從串口輸出告警信息，通過 GSM DTU自動發送給相關負責人及管理層，以達到第一時間把告警信息通知到位。

A、數據中心配置短信接收裝置，短信 MODEM 以及管理者手機也可，能隨時接收野外終端的告警信息。

B、終端為礦井儀器儀表，設置告警值之后與GSM DTU 串口連接，當儀器儀表工作時達到設定的告警值時就會自動把告警值從串口輸出。

C、 GSM DTU：首先通過配套軟件設置對端接收短信的手機號，最多可同時向五個手機號碼發送告警信息（可拓展），當告警信息從儀器儀表串口輸出到達 GSM DTU時，DTU 就會自動按短信方式發送到事先設定好的手機號碼。

GSM DTU 技術特點

1、 無線參數
4) 支持EGSM900/GSM1800無線網絡
5) Compliant to GSM phase 2/2+
6) 支持DTMF
7) 支持短信和CSD數據功能
8) 標準AT命令集
2、 硬件系統
9) 高性能RISC 嵌入式處理器，主頻100M，512K FLASH。
10)接口：
同時支持RS232/RS485串口。串口速率110~230400bits/s。
指示燈：具有電源、通信及在線指示燈。
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
SIM卡接口：3V/1.8V標準的推桿式用戶卡接口。
電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。

11)供電：
外接電源：DC 12V 500mA
寬電壓供電：DC 5-35V
通信電流：<250mA (12V)

12)無線模塊
采用高性能工業級GSM無線模塊

13)尺寸
外形尺寸：91x58.5x22 mm（不包括天線及固定件）
14)其他參數:
工作環境溫度 -25~+65oC
儲存溫度 -40~+85oC
相對濕度 95%(無凝結)

3、 軟件功能


1) 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，確保設備永遠在線。
2) 支持 RS232/RS485 透明短信傳輸功能，可同時向 5 個電話號碼發送短信（根據客戶需要，增加電話號碼數）
3) 支持電路交換（CSD）功能，適合于點對點數據通信
4) 多重軟硬件看門狗
5) 數據包傳輸狀態報告。
6) 標準的AT命令界面
7) 可以用做普通GSM MODEM
8) 通過串口軟件升級
9) 同時支持LINUX和WINDOWS操作系統

三、安全措施

本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，采用VPN方式成本比較低，企業不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經過Radius服務器的認證整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。另外，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN 設備上，這種成本高，安全性高、穩定可靠。對于安全性要求非常高的系統，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統的安全性。

1、VPN虛擬專網模式：企業內部網絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對整個數據傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。

2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。

3、對于特定用戶，可通過數據中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。

4、數據加密：通過VPN對整個數據傳送過程進行加密保護。

5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統安全。

根據以上方案總結了現有工業級大型數據采集及監控的應用，在油田礦井的應用中，除了數據采集外，還要對礦井場所進行實時的視頻監控；另外利用GSM網絡進行短信告警及短信通知的應用，這樣，通過三個不同應用方案的整合體現了整個方案完善性。