基于OCR圖像識別技術的智能巡檢系統研究與應用

劉 峰，劉彥陽

（二灘水力發電廠，四川攀枝花 617000）

引言

二灘水電站位于雅礱江下游四川省攀枝花市境內，裝有6臺單機容量550 MW的水輪發電機組，總裝機容量3 300 MW，是我國20世紀末建成投產的最大水電站。二灘水電站舊巡檢系統經過近12年的運行，電子設備已進入老化期，傳統模式的巡檢系統容易造成巡檢不到位，巡檢質量和效率也相對低下，同時無法滿足現場使用需求和運行管理的要求。隨著移動互聯網技術的高速發展，電廠對安全生產和巡檢工作有了更高的要求，對其管理工作要求越來越規范化、標準化、智能化。不僅如此，巡檢系統還作為智能水電站重要輔助系統之一，需要運用新理念、新技術對系統進行更新改造。

1 智能巡檢系統功能研究

為了更加高效化、標準化地執行巡回檢查工作計劃，確保各項工作計劃按時、按質、按量完成，及時發現消除設備存在的安全隱患和缺陷，保證機組安全平穩運行，二灘水電站巡檢系統改造是十分必要的。對此，對市面上各類較成熟的巡檢系統進行了調查，研究發現多數的巡檢系統優點在于其系統功能豐富，尤其是數據分析、在線缺陷診斷和設備狀態預測功能較為成熟，系統功能滿足并適合于發電企業設備點巡檢的總體要求、管理思想和相關制度。但是普遍巡檢系統不具有圖像識別功能，沒有無線傳感器（測量設備振動和溫度）相關應用，測溫和測振動功能也只是集成在巡檢終端上，導致體型較大，巡檢中不方便攜帶，并且RFID的打點方式，在含有金屬和潮濕的環境下，會對RFID產生干擾，不利于在潮濕的巡檢地點進行打點，系統智能化程度不夠。

二灘水電站與珠海優特電力科技股份有限公司合作開發了基于OCR圖像識別技術、移動APP應用架構的智能巡檢系統，使用了行業內領先的計算機軟硬件技術，包括云服務架構、藍牙低功耗BLE、Docker應用容器引擎。巡檢系統可基于二維碼和NFC定位兩種方式實現巡檢定位，新巡檢系統在電廠的應用有效減輕運行人員的工作強度，提高運行人員的巡檢效率，規范運行巡檢操作，為實現創國際一流水電廠提供技術保障。傳統巡檢系統與智能巡檢系統的對比見表1。

表1 傳統巡檢系統與智能巡檢系統的對比

2 OCR技術以及應用場景

2.1 OCR工作原理

光學字符識別技術指電子設備（例如掃描儀或數碼相機）檢查紙上打印的字符，通過檢測暗、亮的模式確定其形狀，用字符識別方法將形狀翻譯成計算機文字，即對文本資料進行掃描，然后對圖像文件進行分析處理，獲取文字及版面信息。

2.2 應用場景

目前市場上較為成熟的OCR產品有：證件識別SDK、車牌識別SDK、文檔識別SDK、銀行卡識別SDK、表格識別SDK、票據識別SDK、名片識別SDK、護照識別SDK、身份證識別SDK。銀行、保險、金融、稅務、海關、公安、邊檢、物流、電信工商管理、圖書館、戶籍管理、審計等很多行業都已經應用了OCR技術。OCR技術降低了人力成本，提高了工作效率，給生活帶來了極大的便捷。

3 系統架構

3.1 系統硬件拓撲架構

智能巡檢系統硬件主要由云服務器、巡檢系統管理終端、巡檢手持終端、測溫測振傳感器、NFC標簽等組成。云服務器部署在虛擬化平臺上，其部署了智能巡檢系統的后端服務程序及WEB站點。巡檢系統的歷史操作數據保存在此服務器上，用戶能通過兼容HTML5技術的主流瀏覽器訪問其WEB站點。巡檢系統管理終端具備集中管理、存儲巡檢數據等功能。巡檢系統手持終端可通過WiFi/4G/5G方式下載、回傳巡檢任務等功能。測溫測振傳感器可通過藍牙技術與巡檢手持終端連接，巡檢手持終端再通過WiFi/4G/5G方式實時上傳溫度、振動監測數據至服務器。NFC標簽具備點對點通信模式、讀寫器模式和NFC卡模擬模式，無需電源、抗腐蝕、抗油污。

3.2 系統軟件架構

智能巡檢系統基于B/S、移動APP應用構建，使用了行業內領先的計算機軟硬件技術，包括云服務架構、低功耗BLE、Docker應用容器引擎。在人工智能專家系統的理論框架下，采用大數據的分析方法。系統采用基于阿里Dubbo的微服務架構，根據業務進行拆分形成不同的服務，可將應用拆分成多個核心功能。系統數據訪問層集成Spring Data Jpa，底層實現為Hibernate，業務服務程序使用Java編寫，支持跨平臺運行及部署。依托微服務的理念，基于Spring Cloud Alibaba架構，實現了模塊的“熱插拔”，并支持快速橫向拓展，具備多租戶、認證中心、模塊系統、依賴注入、緩存管理、日志管理、設置管理、時間及時區管理、本地化管理、接口審計日志等功能。整個系統設計時采用前端、后端、數據庫分離的構造模式設計。

4 智能巡檢系統應用效果

4.1 巡檢任務的標準化

當前，水電站智能巡檢系統已在二灘水電站取得全面運用。相比于傳統的巡檢模式，該基于手持終端，通過二維碼和NFC定位的智能巡檢模式不僅做到了巡檢無遺漏，同時將巡檢過程中發現缺陷進行閉環管理，做到了高質量、全方位。智能巡檢系統基礎數據庫中對每個巡檢點位包含的設備、巡檢項巡檢標準、巡檢方法、拍照識別的控制屏類型、回填值、巡檢班組、周期都進行了明確制定。

4.2 巡檢路線智能化

智能巡檢系統的巡檢路線可由系統管理人員或值班長結合實際情況進行自定義巡檢路線，比傳統的巡檢模式更加靈活、規范。目前，智能巡檢系統經過近5個月的運行，針對運行、檢修人員科學制定了總計27條巡檢路線。相比于傳統的巡檢模式，該系統的應用切實提高了對巡檢點的識別速度，優化了巡檢路線，每個班次累計節約巡檢時間20 min～30 min。運行檢修平均每天巡檢次數在5次左右，相當于每日可節約100 min～150 min。智能巡檢系統運行5個月以來，累計節約250 h～375 h。特殊情況下需要進行臨時巡檢可由當班值長調用系統中的巡檢計劃，生成相應的巡檢任務。該智能巡檢系統的應用充分降低了工作強度，提高了工作效率。

4.3 提升巡檢管理水平

對工作人員進行實時數據統計，記錄所有工作人員的巡檢情況，出勤情況及工作狀態，包括工作計劃完成情況。同時以WIFI實時定位方式確保巡檢人員真實到位，同時原始數據的保存和備份，提供歷史軌跡、工作情況的重現，能夠隨時調閱工作歷史資料。管理人員對巡檢人員不可控的管理盲點得到了改善,它跟蹤巡檢人員的每一個時刻,列出每次巡檢記錄的異常信息,對巡檢整個過程進行分析，用于對巡檢人員的獎懲考核，加強了巡檢工作管理。

5 結束語

水電站傳統的巡檢模式基于人工和經驗對設備狀態進行判別，難免存在巡視不到位，巡檢質量、巡檢效率低等問題。水電站智能巡檢系統的運用能夠實現對巡檢過程進行強制性、智能化管控，保證電廠在巡檢作業過程中的高效、標準地執行巡回檢查工作計劃，確保各項工作計劃按時、按質、按量完成，及時發現消除設備存在的安全隱患和缺陷，提高電站設備的安全管理水平，保證機組安全平穩運行。