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浅谈无线通讯技术在偏远油区的应用 论文主题词：无线通信；油田；监控系统 论文摘要：随着油田的开发，偏远油区的数据监控、视频监控在 油田的安全生产、管理中发挥着重要作用，而无线通讯技术的应用已 逐渐成为各种监控系统的主要链路方式。本文对目前广泛应用的几种 无线通讯技术的进行简单介绍，分析偏远油区的地理环境及生产环境 对无线通讯技术应用的影响。并对应用无线网桥技术进行的平台视频 监控项目中的成功应用做简单介绍。 1 引言 在油田偏远油区生产过程中，对相关生产参数及油井视频进行远 程监控对偏远油井的安全生产起着至关重要的作用。但由于偏远油区 装置远离油田总部，应用有线的通讯方式，施工困难且周期长、灵活 性差。而无线通讯方式由于其建立物理链路简单易行，成本低，可以 根据现场需求及时调整项目方案，灵活性好，系统的功能扩展方便， 因此特别适合偏远油区对通信链路的要求。 2 常用的无线通讯技术 目前在油田现场广泛应用的无线通讯技术主要有 GPRS/CDMA、数传 电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。 其中 GPRS 和 CDMA 技术中国移动和中国联通公司的主营数据传输 业务，在数据传输方面有着很强的优势，即信号覆盖范围广。对于陆 上油田生产区域基本完全覆盖。但由于海上油田地理位置特殊，远离 陆地的基站，因此很多海上生产平台还无法为 GPRS/CDMA 信号完全覆 盖。此外经过测试，GPRS 的平均速率为 20kbit/s40kbit/s，CDMA 的平均速率为 80kbit/s100kbit/s，可以满足传输小数据量的生产 数据要求，但无法满足大数据量的信号（例如视频信号）远程无线传 输。虽然有利用 CDMA 技术进行视频信号传输的案例，但效果并不理 想。 数字电台用于点对点或点对多点的工作环境，能够提供标准 RS- 232 接口，可直接与计算机、RTU、PLC 等数据终端连接，实现透明传 输。数传电台的传输速率从 120019.2Kbit，传输距离 2050 公里。 具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等特点。数传电台技术比较成熟， 标准统一，一直以来广泛用于油田的数据遥测/数据采集与监控 (SCADA)项目中。但随着 GPRS/CDMA 技术的日渐成熟，相应的设备价 格的降低，使得在很多应用场合中数传电台被 GPRS/CDMA 所取代。但 同时，数传电台的相关技术也在不断发展，智能化、网络化、高带宽 的数传电台也不断涌现。结合数传电台误码率低、信道可靠的特点， 数传电台必将成为海上油田通信技术应用的可靠选择。 扩频微波和无线网桥技术是近几年兴起的一门数据传输技术。扩 频微波最大优点在于较强的抗干扰能力，以及保密、多址、组网、抗 多径等，同时具有传输距离远、覆盖面广等特点，特别适合野外联网 应用。而无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产 物。无线网桥是为使用无线（微波）进行远距离数据传输的点对点网 间互联而设计。它是一种在链路层实现 LAN 互联的存储转发设备，可 用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达 50km） 、 高速（可达百 Mbps）无线组网。这两项技术都可以用来传输对带宽 要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。 例如，对于远离陆地且无法进行中继的海上平台，通讯链路只能 通过卫星通信和短波通讯。其中卫星通信范围大，只要卫星发射的波 束覆盖进行的范围均可进行通信。不易受陆地灾害影响，建设速度快， 易于实现广播和多址通信等等优点。但其运行费用相对昂贵，且系统 维护要求高。短波通讯以往只在军事通信、专业通信、业余通信中发 挥着极为重要的作用，因其传输速率低、噪声大，电离层反射天波为 主，通常不能稳定的使用固定频率工作等缺点，因此在其他领域已慢 慢淡出人们的视线。尽管短波通信存在一些缺陷，但对于海上油田而 言，短波通讯作为可靠性高、覆盖区域广的通信方式，用于海上平台 的紧急通信及小数据量传输应该是一个比较好的选择。 3 环境因素对技术应用的影响 偏远油区的环境因素以以海上油田最为特殊。海上油田除了考虑 信道带宽，传输数率，传输距离，发射功率，天线要求等通信设备本 身的技术参数外，在应用无线通讯技术的过程中，还必须全面地考虑 海上平台独特的地理环境与地理条件对无线通信技术应用的影响。 3.1 对信号传输的影响 可以通过选取性能好的设备或应用抗干扰措施以减少甚至避免干 扰。但无线通信过程中的信号衰落问题则是普遍存在的，而且是不可 避免的。由于海上油田远离陆地，与陆地之间的广阔的海域、多变的 气候使得在陆上应用效果很好的技术在海上应用时没有了用武之地。 微波在空间传播中将受到大气效应和地面效应的影响，导致接受 机接受的电平随着时间的变化而不断起伏变化，我们把这种现象称为 衰落。从衰落的物理因素来看，可以分成以下几类：吸收衰落、雨雾 衰落、型衰落、波导型衰落、闪烁衰落等等。在各种衰落因素中， 吸收衰落、雨雾衰落及 K 型衰落对海上油田的无线通信应用影响较大。 3.2 对技术应用的影响 各项通信技术在海上油田应用中还存在的另外一个问题就是其独 特的现场环境。海上平台一般空间狭小，还要考虑海上多风，平台最 高点一般较低的特点。 首先是对天线安装的限制。海上微波通信受地形地貌影响，相同 的通信距离要求两端天线的高度更高。对于卫星通信、扩频微波、短 波通信等天线体积较大的应用，由于海上风力较大，抗风性的要求也 使得设备在小平台的安装变得十分困难。 此外，对于无人值守的平台，设备必须具有高可靠性、可自动维 护、参数远程设置等功能。而对于卫星通信、短波通信等要求平台上 配备专业管理操作人员进行设备的管理维护，这一特点也为技术的应 用带来一定的限制。 4 无线网桥技术在海上平台视频监控中的应用 在实际的现场应用中，我们选取了基于 5.8G 无线网桥设备进行 了现场应用测试。测试地点为浅海油井，测试内容为 4 路视频监控图 像的传输。该系统具体解决方案是利用摩托罗拉 Canopy 5.8G 无线网 桥建立通信链路。在平台一侧首先通过视频服务器将模拟视频信号转 化为可在网络传输的 IP 数据流，之后由无线网桥将信号传输到陆地 端。陆地端一侧通过无线网桥进行接收后由视频监控服务器处理后， 对视频信号进行录像存储及 Web 发布。相关用户可依据相应权限在局 域网内进行视频图像的浏览、录像等操作。 系统通讯链路建立后，可远端对设备参数进行设置，设备维护方 便。监控视频图像清晰、连贯，满足监控要求。从系统的链路冗余可 以看出本次测试的应用距离已接近 5.8G 无线网桥技术在海上应用的 最远距离。从系统的稳定性出发，在更远一些的类似应用中应谨慎选 择这项技术。 结论 无线通信技术在偏远油区的应用已逐渐成为各种监控系统的主要 链路方式。在选取相关技术时除了要考虑包括传输距离、信号带宽、 天线安装条件、发射功率、设备功耗、系统成本等各方面因素外，同 时还要充分考虑环境对通信的影响。信号的衰弱会使很多通信技术达 不到理论标定的距离，因此无法适应现场需要。面对大量的数据传输 管理的需求，在选择无线通信技术手段方面还应统筹计划。特别是要 对采用技术的先进性、可靠性及系统的可扩展性等多方面进行综合考 虑。