物联网RFID数字油田解决方案

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（digital oil field）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。

➢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。

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

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

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