本發(fā)明屬于油井智能終端領(lǐng)域，特別是涉及一種油井智能終端系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為各行業(yè)的必然趨勢(shì)，尤其是在石油行業(yè)。油氣生產(chǎn)作為石油行業(yè)的核心環(huán)節(jié)，其數(shù)字化創(chuàng)新不僅對(duì)提升生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營(yíng)成本、優(yōu)化資源管理至關(guān)重要，還對(duì)保障生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)起著重要作用。油井是油田的基本生產(chǎn)單元，其運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集對(duì)于確保生產(chǎn)的高效與安全至關(guān)重要。

2、傳統(tǒng)的油井監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集方法通常依賴于scada(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)。在這一模式下，油田內(nèi)的每個(gè)井場(chǎng)設(shè)有主rtu(遠(yuǎn)程終端單元)，并通過zigbee網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)油井rtu(遠(yuǎn)程終端單元)進(jìn)行通信。通過modbus?rtu協(xié)議，這些rtu實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與控制。然而，當(dāng)前的技術(shù)方案存在以下顯著缺陷：

3、現(xiàn)有zigbee網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率僅為10-250kb/s，難以滿足油井實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的需求。在油田生產(chǎn)環(huán)境中，需實(shí)時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)，尤其是示功圖和電功圖等關(guān)鍵參數(shù)。低速率直接影響數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響到故障預(yù)測(cè)和及時(shí)處理。油田環(huán)境復(fù)雜，受到電磁干擾的影響較大。zigbee網(wǎng)絡(luò)在這種環(huán)境下容易出現(xiàn)通信中斷或數(shù)據(jù)失真，進(jìn)而影響油田生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。zigbee網(wǎng)絡(luò)的平均時(shí)延超過60ms，尤其在油田中，設(shè)備之間的通信距離較遠(yuǎn)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟淮_定性和延遲。這種時(shí)延在需要快速響應(yīng)的油井監(jiān)控和控制系統(tǒng)中增加了不可靠性，可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生。目前的技術(shù)方案需要在每個(gè)井場(chǎng)配置井場(chǎng)主rtu，并與各個(gè)油井rtu進(jìn)行通信。這個(gè)過程不僅需要多次進(jìn)行十六進(jìn)制數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，還只能采用一問一答的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這樣大大增加了通信的復(fù)雜性和出錯(cuò)率，降低了整體的效率?，F(xiàn)有的油井rtu在數(shù)據(jù)傳輸過程中缺乏有效的安全加密指令算法，導(dǎo)致數(shù)據(jù)在傳輸過程中易受到攻擊和篡改，給油田的生產(chǎn)安全帶來隱患。油井rtu無法直接與tcp網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，限制了遠(yuǎn)程運(yùn)維管理的能力。這意味著在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，無法及時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和升級(jí)，增加了維護(hù)成本和時(shí)間。

4、為了應(yīng)對(duì)上述的一個(gè)或者多個(gè)技術(shù)問題，現(xiàn)提出一種油井智能終端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種油井智能終端系統(tǒng)，提高了油井設(shè)備的管理效率。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種油井智能終端系統(tǒng)，用于油井設(shè)備參數(shù)的監(jiān)控和管理，所述系統(tǒng)包括：

4、基礎(chǔ)資源層，包括多種硬件設(shè)備、控制電路和傳感器，用于采集油井的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制命令，

5、數(shù)據(jù)傳輸層，用于將基礎(chǔ)資源層收集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和智能決策層，采用通信協(xié)議mqtt等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

6、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，用于存儲(chǔ)來自數(shù)據(jù)傳輸層的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)與訪問，基于邊緣計(jì)算和云計(jì)算進(jìn)行智能數(shù)據(jù)分析，生成操作建議、故障預(yù)警和自動(dòng)控制策略；

7、所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層中的本地計(jì)算單元，包括，

8、任務(wù)調(diào)度模塊，基于應(yīng)用需求動(dòng)態(tài)分配計(jì)算任務(wù)，確保關(guān)鍵任務(wù)優(yōu)先處理；

9、所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層中的邊緣計(jì)算單元部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣，用于處理來自多個(gè)本地計(jì)算單元的數(shù)據(jù)并進(jìn)行綜合分析；

10、所述任務(wù)調(diào)度模塊，包括：

11、任務(wù)拆分單元，用于將復(fù)雜應(yīng)用拆分為多個(gè)計(jì)算子任務(wù)并構(gòu)建鏈?zhǔn)叫遁d模型；

12、任務(wù)優(yōu)化單元，用于在最大化系統(tǒng)效用函數(shù)的基礎(chǔ)上優(yōu)化計(jì)算遷移決策，并進(jìn)行計(jì)算和通信資源的聯(lián)合管理，所述管理過程包括：

13、基于鏈?zhǔn)揭蕾囮P(guān)系約束的最短路徑計(jì)算，確定每個(gè)終端在理想狀態(tài)下的最佳任務(wù)卸載方案；

14、在理想最優(yōu)任務(wù)卸載決策已知條件下進(jìn)行計(jì)算與通信資源的聯(lián)合配置優(yōu)化，基于終端優(yōu)先級(jí)和系統(tǒng)資源約束平衡本地計(jì)算負(fù)擔(dān)與網(wǎng)絡(luò)延遲，提升整體性能；

15、所述任務(wù)調(diào)度模塊中任務(wù)從終端設(shè)備至邊緣服務(wù)器的遷移過程分為三個(gè)階段，分別計(jì)算時(shí)間，包括：

16、通過無線通信網(wǎng)絡(luò)上傳計(jì)算任務(wù)至邊緣服務(wù)器；

17、邊緣服務(wù)器分配計(jì)算資源并執(zhí)行任務(wù)處理；

18、邊緣服務(wù)器處理完成后將計(jì)算結(jié)果返還至用戶終端。

19、進(jìn)一步地，所述采用mqtt通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w方法如下：

20、s1、數(shù)據(jù)分類與緩存：發(fā)送端獲取待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)據(jù)類型或業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)簽化分類，并將分類后的數(shù)據(jù)緩存至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層；

21、s2、主題動(dòng)態(tài)映射：基于mqtt協(xié)議定義多個(gè)傳輸主題，每個(gè)主題對(duì)應(yīng)一類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并為每個(gè)主題配置動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)系數(shù)，所述動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)系數(shù)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)負(fù)載或業(yè)務(wù)緊急程度實(shí)時(shí)調(diào)整；

22、s3、隊(duì)列綁定與排序：發(fā)送端為每個(gè)主題創(chuàng)建獨(dú)立的傳輸通道，并根據(jù)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)系數(shù)對(duì)通道進(jìn)行排序，生成通道調(diào)度序列；

23、s4、數(shù)據(jù)分片與動(dòng)態(tài)分配：將緩存的數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)分片規(guī)則拆分為多個(gè)數(shù)據(jù)塊，根據(jù)數(shù)據(jù)塊的分類標(biāo)簽匹配對(duì)應(yīng)的傳輸通道，并基于通道調(diào)度序列循環(huán)分配數(shù)據(jù)塊至各通道的待發(fā)送緩沖區(qū)；

24、s5、數(shù)據(jù)封裝與發(fā)布：為每個(gè)數(shù)據(jù)塊添加包含通道標(biāo)識(shí)符和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)系數(shù)的元數(shù)據(jù)頭，通過mqtt協(xié)議將數(shù)據(jù)塊發(fā)布至對(duì)應(yīng)主題；

25、s6、接收端聚合與還原：接收端訂閱全部主題，解析元數(shù)據(jù)頭中的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)系數(shù)，按系數(shù)高低順序提取數(shù)據(jù)塊并進(jìn)行時(shí)序重組，還原為完整數(shù)據(jù)；

26、步驟s4具體包括：

27、s41、分片規(guī)則設(shè)定：根據(jù)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征，定義分片粒度及分片邊界標(biāo)識(shí)符；

28、s42、標(biāo)簽匹配與權(quán)重關(guān)聯(lián)：為每個(gè)數(shù)據(jù)塊分配與分類標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)系數(shù)，所述系數(shù)通過mqtt代理節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)負(fù)載狀態(tài)反饋動(dòng)態(tài)更新；

29、s43、緩沖區(qū)循環(huán)填充：通過分布式調(diào)度器將數(shù)據(jù)塊按通道調(diào)度序列循環(huán)寫入各通道緩沖區(qū)，直至所有數(shù)據(jù)塊分配完畢。

30、進(jìn)一步地，所述終端是油田物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備，包括；

31、stm32h743vi型號(hào)的mcu芯片，并外圍連接有rs485通信模塊、串口調(diào)試模塊、e103-w11?wifi模塊、w25q128存儲(chǔ)模塊、at24c64存儲(chǔ)模塊以及模擬量/數(shù)字量輸入輸出模塊；

32、所述rs485通信模塊允許設(shè)備通過差分信號(hào)線進(jìn)行長(zhǎng)距離和高噪聲環(huán)境下的穩(wěn)定通信，通過主芯片的串口3與rs485模塊的相應(yīng)引腳連接，并配置為modbus協(xié)議以確保與從機(jī)的兼容性，設(shè)置波特率為115200、數(shù)據(jù)位為8、停止位為1、無校驗(yàn)；

33、所述串口調(diào)試模塊用于開發(fā)者實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)試系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，通過串口線與主芯片的串口1連接，允許查看主芯片發(fā)送的調(diào)試信息，并支持向主芯片發(fā)送指令進(jìn)行設(shè)定數(shù)據(jù)的修改；

34、所述wifi模塊用于網(wǎng)絡(luò)連接，通過串口2與主芯片連接，wifi模塊的發(fā)送引腳tx連接至主芯片的接收引腳rxd2，接收引腳rx連接至主芯片的發(fā)送引腳txd2，并通過wifi_en引腳控制模塊的開關(guān)狀態(tài)。

35、有益效果：

36、在復(fù)雜的油田環(huán)境中，wifi網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性尤為重要。它能夠確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)在傳輸過程中不受干擾，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的通信；

37、wifi網(wǎng)絡(luò)和mqtt協(xié)議的應(yīng)用使得本發(fā)明在數(shù)據(jù)傳輸速率和實(shí)時(shí)性方面遠(yuǎn)超基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有技術(shù)，使得油井的示功圖、電功圖等關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器，wifi網(wǎng)絡(luò)可以方便地連接到互聯(lián)網(wǎng)，能夠支持更廣泛的通信范圍，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換和控制。

38、當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。