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第1页1应用背景及需求分析1.1数字油田概述石油是人类赖以生存的主要资源之一，影响着工农业建设，关乎着一个国家的经济发展。石油行业分为上中下三个产业链，其中上游由油气勘探、开发及工程组成；中游主要指油气储运及炼化，如管道输送、油气罐藏与运输、成品油炼化等；下游包括油气销售以及石油化工等油气处理。数字油田（digitaloilfield）的概念最早可追溯到1991年，在当时的《Oil&Gas》杂志上就出现了智能油田的词汇和论述。但是，当时数字油田还是一个较为模糊的概念，尚处于构想阶段，不过，其基本思想得到了普遍认可。国内最早提出数字油田概念的是大庆油田，其将数字油田概念定义为：以油气田为研究对象，以石油气的整个生产流程为线索，建立勘探、开发、地面建设、储运销售以及企业管理等多专业的综合数据体系，并将各专业的数据和应用系统进行高度融合，在建立油气田生产和管理流程优化应用模型的基础上，利用可视化技术和模拟仿真以及虚拟现实等技术对数据实现可视化和多维表达，并且通过智能化分析模型，为企业经营管理提供辅助决策信息，进一步挖掘生产和管理环节的潜力，使信息化建设更好地服务于企业生产和管理，为油气田企业的发展创造良好的信息支撑环境。所以，从广义角度看，数字油田可以说是油田信息化和自动化的代名词，即以信息为手段全面实现数字化采油、数字化集输、数字化经营、数字化管理。1.2数字油田RFID需求分析随着油田工业的发展以及自动化水平的提高，整个油田的生产、管理、销售由传统方式向数字化发展，而数字油田需要融合先进的信息技术、自动控制技术、计算机技术、自动识别技术、通信技术等，对油田作业及经营实现数字化、智能化管理，其中，RFID技术作为先进的自动识别技术，通过把物品与互联网、物品与物品相连接，实现智能化识别、定位、监控、管理，而应用RFID技术打造数字油田已成为未来发展趋势。数字油田建设中使用RFID技术的两大典型应用场景是油田车辆出入管理以及地下管网定位管理。第2页油田车辆出入管理需求分析由于油田工作区域跨度大，关联单位多，内部车辆多，这就使得车辆出入管理面临较大挑战。而传统的车辆出入管理多为人工核查放行，使得出入通行效率低，人工运营管理成本高；加之油田作业区域及关键加工区对于车辆出入有极为严格的限制，只有内部有通行权限的车辆方可进出，而传统纸质通行证易伪造，人工检查对其真伪无法辨别，极易出现错放漏放的现象。综合分析油田车辆出入管理需求，需要实现自动、高效、精确的车辆出入核查及管理，需要智能化、自动化监控车辆进出各区域的信息。油田地下管网定位管理需求分析由于地下油气管网复杂多样，这就使得对地下管道的定位带来了困难，加之图纸文档等标识不准或缺失，使得很难准确获悉管道的位置，从而影响管道探测、巡检及维修；另外，对于养护人员对油气管道的巡检情况，无有效手段监督及跟踪。综合分析油田地下管网定位的需求，需要即时获取地下管道的精确路径、深度，掌握地下管线转弯或穿越的情况，同时，快速定位地下目标设施，加强智能化人员巡检监控。针对以上需求，提出了基于RFID的数字油田系统解决方案，应用RFID技术实现油田车辆的智能化出入管理以及地下管网的智能化定位。第3页2数字油田系统解决方案2.1系统概述数字油田系统解决方案针对油田各单位、作业区对于车辆出入管理以及对于地下管网定位的需求，应用RFID技术、GPS全球定位系统、GIS电子地图、视频监控、移动无线通信、信息技术和计算机网络等技术，通过在作业区、单位出入口部署RFID读写设备，实现车辆身份识别以及区域进出管理；通过在地下管网安置电子标识器，实现地下管网的探测及定位，利于管道维护及管理。2.2系统架构面向车辆出入管理及地下管网定位的RFID的数字油田系统解决方案。整体系统架构如图所示。图2-1整体架构图数字油田系统秉承了物联网的系统架构，由感知层、网络层、应用层组成。1)感知层第4页车辆出入管理应用的感知层设备主要包括RFID设备以及其他车辆出入管理外设。其中，RFID设备主要包括粘贴在车辆挡风玻璃上的电子标签（即电子车牌）、阅读器以及人员IC卡；车辆出入管理外设包括声光报警显示设备、道闸、抓拍设备、显示屏等。地下管网地位应用的感知层设备包括电子标识器和探测仪，其中电子标识器埋设在地下管线附近，探测仪通过查找电子标识器来准确定位地下管线。2)网络层网络层是依托现有成熟的无线、有线网络技术，为信息传输提供通道，将感知层所采集的信息高效、实时的传输到应用层。3)应用层应用层主要包括车辆出入管理应用子系统及地下管网定位应用子系统，实现车辆出入管理控制功能以及地下管网定位管理的功能。2.3系统组成数字油田系统按照应用又可以分为数字油田车辆管理子系统以及地下管网定位子系统。2.3.1车辆出入管理子系统数字油田车辆出入管理系统使用电子标签替代传统通行证，根据车辆进出区域权限，实现油田作业区及各单位的车辆出入管理，同时实现车辆进出时间、进出区域的信息监控，也可扩展应用到为驾驶员发放人员卡，从而实现驾驶员身份的联动检测，另外，也可在油田住宅区等地实现停车场管理等扩展应用。车辆出入管理子系统由车辆管理入口子系统、车辆管理出口子系统、发卡子系统、管理中心组成。车辆管理入口子系统车辆管理入口子系统主要由RFID阅读器、视频识别及抓拍设备、控制器以及道闸、声光告警指示等设备，完成车辆自动识别、设备控制、信息提示、告警以及与管理中心进行信息传输，入口管理子系统以控制器作为系统核心，实现对入口外设的控制以及数据采集设备的接入。入口车辆管理具体流程：地感线圈检测到有车辆驶入，触发阅读器读取车辆电子标第5页签信息，同时触发摄像机对车辆车牌进行拍照，通过读取标签信息判断车辆是否具有进入该区域权限，以控制道闸是否开启，同时在显示屏上显示车辆信息、入口时间等，如车辆不具备进入权限或未安装电子标签，会触发声光报警设备进行指示，予以禁入。如进行扩展应用，需对驾驶员进行进出权限识别，车辆驶进阅读器读取权限范围内，驾驶员将人员卡伸出车外，以便阅读器同时读取驾驶员进出权限信息，同时，匹配车辆进去权限，予以放行或禁入。图2-2车辆管理入口系统工作流程示意图车辆管理出口子系统车辆管理出口子系统同入口子系统组成及工作流程基本相同，在出口阅读器读取车辆进出权限，予以放行，对于无权限车辆，进行黑名单记录，同时记录车辆出口时间，用以计算车辆在区域逗留时间。发卡子系统发卡子系统可根据需要，布置在车场、单位入口处等地方，由发卡器、电子标签、电脑、服务器组成，主要实现对油田厂区内部车辆卡发行、外来车辆临时卡的发行，如有对人员管理的需求，也可实现对驾驶员卡的发行。具体工作流程：选用陶瓷电子标签作为内部车辆卡，通过发卡器向标签写入车牌号、第6页档案号、所属单位及车队、进出各区域权限、车辆养护信息等，然后将发行过的电子标签粘贴在车辆上，由于采用防拆卸技术，电子标签一经粘贴无法进行复用。对于外来临时车辆，为其发放PVC临时卡，写入车辆信息；如扩展到人员权限管理，可引入人员卡的发放。油田内部车辆进出区域权限可能会不定期变化，针对此情况，可以使用手持机完成标签信息的更改，修改车辆的通行权限。管理中心子系统管理中心子系统主要包括数据库、应用服务器以及监控计算机，管理软件，主要完成系统的实时显示、人员管理、权限管理、数据库管理、卡管理、设备管理、日志管理以及查询统计等功能。泊位引导子系统（可选）泊位引导子系统主要应用于区域停车场等环境，由监控计算机、车位控制器、车位传感器、系统引导屏及场内提示牌组成，可以实时检测停车场内车位占用状况，并对车位状况进行统计，实时提示场内车位状况，指引驾驶员快速停放车辆。2.3.2地下管网定位子系统地下管网定位子系统，可以对密集的地下管线（油气管道等）和重要设施进行标识，从而准确、安全、快速的进行定位，提高了管理水平和工作效率，同时也避免了使用和维护工作中潜在的危险。该系统无缝集成GPS，可方便快捷的帮助工程人员找到目标地点，同时记录巡检路径。系统由前端采集及识别设备—电子标识器、标识器探测设备，后端管理中心—管理软件、管理主机、服务器等组成。系统架构如下图所示：第7页图2-3地下管网定位子系统系统架构图其中，地下电子标识器埋设在地下管线拐点处，埋设时存储了埋设地点和地下管线的详细资料；标识器探测设备用来识读地下电子标识器获取地下管线详细资料，内置的GPS模块，可导航查找地下管线。后端管理主机安装管理软件，与探测设备通讯交换地下管线的资料和日常管理信息，同时供查阅。具体工作流程：首先在设计图纸上选择电子标识器安防的位置，将所需信息写入电子标识器中，然后将电子标识器掩埋在地下管线附近，通过探测设备可以快速查找。通过数字油田地下管线定位管理系统，可以即时获取地下管线精确路径及深度，快速定位地下目标设施，如阀门、T形分支、中间接头，快速识别和定位地下不同管线，快速掌握地下管线转弯或穿越等复杂情况，有效避免误开挖，提高施工速度，同时提供更为准确高效的地下管线信息实现管理。2.4相关产品介绍2.4.1电子标签专门针对车载挡风玻璃设计的、具有高速高性能的UHFRFID可读写无源陶瓷标签，符合ISO18000-6B/6C协议标准。第8页产品特点：读取距离远：贴在挡风玻璃内侧后有25m以上的读取距离，读取成功率高性价比高：性能稳定，价格适中安装方便，安全性高，防揭型设计抗干扰，防静电，使用寿命长符合RoHS要求2.4.2阅读器专为室外环境设计的高性能无源UHFRFID电子标签阅读器，支持EPCC1G2和ISO18000-6B协议标准，并可通过升级支持新的协议标准。产品特点：高接收灵敏度，专利技术保证有效提高识别率高速运动识别，专利技术实现标签移动识别速度可达300km/h自动定标专利技术，可远程、大动态、高精度调整输出功率，便于网络性能优化专利技术实现天线应用模式收发分离/收发共用（可配置）超强的处理能力，空口速率最高：前向160kbps，反向640kbps快速标签识别，每秒可清点200个以上标签第9页高抗干扰性，支持阅读器密集工作模式高可靠性，在室外无需任何防雨、防尘设施，防护等级达到IP65接口丰富，提供FE、RS232、RS485以及各类无线接口（选配），组网灵活提供7路输入/输出双向开关量接口内置电源适配器，支持交流直接输入内置标签过滤功能，降低网络传输带宽需求内置信息缓存功能，在系统通讯异常时仍能为用户保存关键数据2.4.3发卡器专为配合用户在后台或者管理中心进行发卡管理所设计的无源UHF、HF多功能电子标签发卡器，支持EPCC1G2、ISO18000-6B、ISO14443A协议标准，并可通过升级支持新的协议标准。产品特点：外形小巧、美观，有操作提示指示灯适应频段广：既可用于UHF或HF单频标签的发放与管理，也适用于UHF与HF双频标签的发放与管理协议兼容性好：支持EPCC1G2、ISO18000-6B、ISO14443A协议标准支持以太网组网：支持标准的以太网网口协议，多个ZXRIS6602可同时并行发卡业务，从而有效提高工作效率操作维护方便：提供丰富的PC机动态链接库（DLL），支持二次开发第10页2.4.4手持机专为移动环境设计的便携式无源UHFRFID电子标签阅读器，支持EPCC1G2、ISO18000-6B和ISO14443协议标准，并可通过升级支持新的协议标准。产品特点：体积小，重量轻，结构紧凑，便于携带集成PDA，界面友好，同时提供二次开发功能功耗低，省电，不用时自动处于休眠模式读写距离远，识别率高输出功率可控，便于覆盖区域调整支持一维、二维条码识读，支持一维、二维条码全协议实时数据保存，既可保存在系统的存储卡中，也可通过无线方式与后台进行实时通讯支持外扩T-Flash卡，容量可达4G支持GPS定位功能支持声光指示工作状态设备操作简单，提供手写、触摸、按键等多种方式人性化设计，充分考虑用户使用便捷性、舒适性和实用性提供故障诊断与管理功能，方便用户、技术支