核電廠可視化智能巡檢技術(shù)研究

沈云海 黃 捷 唐涌濤 蔡鼎陽 余小權(quán)

（中國核動力研究設(shè)計院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)重點實驗室，四川 成都 610213）

0 引言

對于電力企業(yè)尤其是核電行業(yè)而言，確保設(shè)備的安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行是其賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。 生產(chǎn)系統(tǒng)中任意設(shè)備的缺陷故障，都有可能影響安全生產(chǎn)。 目前，大多數(shù)企業(yè)仍停留在以人工的方式登記、統(tǒng)計設(shè)備進行管理工作的狀態(tài)，導(dǎo)致巡檢人員雙手無法得到解放，無法集中精力專心工作，工作效率較為低下； 其次由于巡檢過程工作量非常巨大，人因造成的設(shè)備漏檢及數(shù)據(jù)管理差錯不可避免。

通過開展核電廠可視化智能巡檢技術(shù)的研究，將AR 技術(shù)運用到核電廠的日常巡檢工作中， 通過可視化智能巡檢系統(tǒng)輔助并指導(dǎo)巡視員開展電廠巡檢工作，以及巡檢完成后數(shù)據(jù)及結(jié)果的錄入，可以較好地優(yōu)化巡檢工作流程，縮短巡視時間，提高巡檢質(zhì)量。

1 核電廠智能巡檢需求及性能分析

針對核電廠指定區(qū)域巡檢的應(yīng)用場景， 結(jié)合AR技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的可視化智能巡檢系統(tǒng)的功能需求主要如下：

作業(yè)流程指導(dǎo)——支持按步驟順序指導(dǎo)核電廠指定區(qū)域的巡檢流程；

二維碼識別——識別二維碼記錄區(qū)域、 房間、設(shè)備信息；

圖像識別——識別溫度計、 振動計狀態(tài)及讀數(shù)，識別工牌工號；

語音輸入——巡檢過程中能夠支持語音指令操作，并錄入結(jié)果信息（如微軟小娜引擎，錄音并學(xué)習(xí)）；

自動計時——自動觸發(fā)巡檢各過程的計時模塊。

結(jié)合上述功能需求分析，核電廠可視化智能巡檢系統(tǒng)的主要控制性能設(shè)置如下：

在光線正常及數(shù)據(jù)庫已賦予識別物項數(shù)據(jù)的情況下，圖像識別率達到100%；

在語音輸入足夠清晰的情況下，平臺的智能語音輸入及控制響應(yīng)時間控制在1 秒以內(nèi)；

平臺調(diào)取后臺對應(yīng)實時運行參數(shù)等數(shù)據(jù)，延遲時間控制在1 秒之內(nèi)；

平臺調(diào)取后臺關(guān)聯(lián)文件、 圖紙的時間控制在1~2秒之內(nèi)；

疊加顯示的三維圖像與現(xiàn)實環(huán)境融合的偏差控制在厘米級，在眼鏡與目標物理距離1 米之內(nèi)的情況下，誤差在±10 cm 以內(nèi)。

2 可視化智能巡檢系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與核心系統(tǒng)

可視化智能巡檢系統(tǒng)通過AR 設(shè)備， 結(jié)合內(nèi)網(wǎng)WiFi 讀取系統(tǒng)后臺中存在的巡檢數(shù)據(jù)。 通過AR 掃描確認巡檢人員工牌、展示巡檢路線、人工查看現(xiàn)場環(huán)境、人工確認巡檢工具、準備完成后進行巡檢任務(wù)，掃描巡檢區(qū)域及房間二維碼，開始巡檢設(shè)備。 巡檢完成后保存巡檢過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入，查詢和導(dǎo)出，減少巡檢失誤的同時提高巡檢的效率。

2.1 巡檢工作流程圖

使用可視化智能巡檢系統(tǒng)實施核電廠日常巡檢工作的主要過程如圖1 所示。

圖1 可視化智能巡檢實施流程圖

2.2 系統(tǒng)環(huán)境研究

2.2.1 系統(tǒng)軟、硬件環(huán)境

根據(jù)核電廠可視化智能巡檢系統(tǒng)的性能要求，系統(tǒng)主要軟、硬件配置如下：

服務(wù)器：CPU Xeon MP E3 及以上，內(nèi)存16G 及以上，硬盤500G 及以上；

客戶端：0glass danny 分體式增強現(xiàn)實眼鏡；

服務(wù)器端操作系統(tǒng)：Windows Server 2008 及以上；

服 務(wù) 器 軟 件 環(huán) 境： IIS、Tomcat、Sqlserver 2008、IE11 及以上；

客戶端操作系統(tǒng)：Windows10.0。

2.2.2 系統(tǒng)平臺環(huán)境

可視化智能巡檢系統(tǒng)平臺環(huán)境如圖2 所示。

可視化智能巡檢系統(tǒng)平臺環(huán)境的功能描述見表1。

可視化智能巡檢系統(tǒng)平臺環(huán)境的主要技術(shù)要點如下：

AR 識別：AR 識別區(qū)域二維碼、房間二維碼、設(shè)備二維碼、溫度計讀數(shù)、振動計讀數(shù)、工牌上的工號等。 由于AR 識別過程會受到環(huán)境光線、腐蝕、污漬等的影響，因此巡檢人員也可通過人工進行識別、讀取和記錄。

語音識別：采用核電廠內(nèi)網(wǎng)WiFi 的語音識別，使用之前需要巡檢人員多次錄入常用的語音指令讓引擎學(xué)習(xí)以提高識別的效率。

半離線巡檢： 巡檢任務(wù)離線處理，DCS 數(shù)據(jù)實時傳輸。 若巡檢途中發(fā)生網(wǎng)絡(luò)掉線，雖然DCS 無法實時顯示，但巡檢任務(wù)仍可繼續(xù)進行。

圖2 可視化智能巡檢系統(tǒng)平臺環(huán)境

表1 平臺環(huán)境描述

2.3 巡檢輔助系統(tǒng)

2.3.1 后臺信息管理系統(tǒng)

后臺管理中心管理與巡檢有關(guān)的信息，數(shù)據(jù)需要在系統(tǒng)中提前錄入， 以便AR 設(shè)備可以讀取到信息并判定巡檢結(jié)果以輔助人員開展巡檢工作。 巡檢信息說明見表2。

通過定位固化的場景所需巡檢任務(wù)（如電動機轉(zhuǎn)速、負載流量等），從SIS 中讀取數(shù)據(jù)，可以實施查看并記錄。

表2 巡檢信息說明

圖3 核電廠巡檢用溫度計和振動計

2.3.2 巡檢動作管理

在巡檢輔助系統(tǒng)中對預(yù)設(shè)的檢查動作進行智能管理，包括巡檢準備動作、巡檢內(nèi)容動作、語音指令等，見表3~5。

2.3.3 巡檢任務(wù)管理

在巡檢輔助系統(tǒng)中可以設(shè)置每個區(qū)域、 房間、設(shè)備的巡檢過程， 以及巡檢過程中包含的全部步驟、每個步驟執(zhí)行所需動作。 將不同的巡檢動作組合成巡檢任務(wù)和子任務(wù)，在后臺數(shù)據(jù)庫中巡檢任務(wù)所涉及的設(shè)備信息可進行實時查詢。

在后臺管理中心預(yù)先創(chuàng)建巡檢任務(wù)， 由組長選擇巡檢人員、指定預(yù)設(shè)巡檢路線、調(diào)用巡檢內(nèi)容（各區(qū)域、房間對應(yīng)的巡檢設(shè)備信息）、巡檢工具、安全注意事項，創(chuàng)建巡檢任務(wù)完畢后推送到對應(yīng)人員的AR 設(shè)備。

表3 巡檢準備動作

表4 巡檢內(nèi)容動作（某巡檢任務(wù)執(zhí)行示例）

表5 語音指令

采用WebServers 技術(shù)從實時數(shù)據(jù)庫中采集DCS數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)需要在AR 設(shè)備上每兩秒鐘更新一次。每個步驟完成后，記錄DCS 讀數(shù)并存儲到數(shù)據(jù)庫中。

收到任務(wù)后，巡檢人員點擊開始巡檢。 通過掃描工牌，識別執(zhí)行巡檢任務(wù)的人員信息。 巡檢人員通過AR 設(shè)備屏幕查看文字或三維展示的巡檢路線。

在巡檢開始前， 巡檢人員通過AR 設(shè)備語音提示逐一確認巡檢工具是否正常工作，如溫度計、振動儀、對講機、手電筒等是否工作正常。 檢查完畢后，語音確認“開始巡檢”后開始巡檢任務(wù)。

當(dāng)巡檢內(nèi)容完成， 巡檢人員返回出發(fā)辦公室，語音確認完成巡檢，交還設(shè)備，后臺記錄巡檢耗時。 通過內(nèi)網(wǎng)WiFi 實時傳輸巡檢數(shù)據(jù)， 并將任務(wù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫中。 在巡檢輔助系統(tǒng)中可支持查看歷史巡檢的信息，并對歷史信息進行檢索、篩選。

3 結(jié)語

本文針對核電廠指定區(qū)域巡檢的應(yīng)用場景，結(jié)合AR 技術(shù)開發(fā)巡檢系統(tǒng)， 實現(xiàn)了核電廠可視化智能巡檢的主要功能：作業(yè)流程指導(dǎo)（支持按步驟順序指導(dǎo)核電廠指定區(qū)域巡檢流程）、二維碼識別（識別二維碼記錄區(qū)域、房間、設(shè)備信息）、圖像識別（識別溫度計、振動計讀數(shù)、工牌工號）、語音輸入（巡檢過程中能夠支持語音指令操作，并錄入結(jié)果信息；本地語音引擎，錄音并學(xué)習(xí)）、自動計時（巡檢從開始到結(jié)束自動觸發(fā)自動計時模塊）。 經(jīng)在某現(xiàn)役核電廠的實際巡檢活動中測試應(yīng)用， 表明該系統(tǒng)巡檢作業(yè)自動化程度高、操作便捷、運行可靠。 以后，將主要針對測試中出現(xiàn)的設(shè)備的初次適應(yīng)性不強， 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集深度和廣度不夠，系統(tǒng)的響應(yīng)滯后等問題開展深入研究，逐步實現(xiàn)智能巡檢在核電廠中的推廣應(yīng)用。