基于OCR图像识别技术的智能巡检系统研究与应用
刘 峰，刘彦阳
（二滩水力发电厂，四川攀枝花 617000）
二滩水电站位于雅砻江下游四川省攀枝花市境内，装有6台单机容量550 MW的水轮发电机组，总装机容量3 300 MW，是我国20世纪末建成投产的最大水电站。二滩水电站旧巡检系统经过近12年的运行，电子设备已进入老化期，传统模式的巡检系统容易造成巡检不到位，巡检质量和效率也相对低下，同时无法满足现场使用需求和运行管理的要求。随着移动互联网技术的高速发展，电厂对安全生产和巡检工作有了更高的要求，对其管理工作要求越来越规范化、标准化、智能化。不仅如此，巡检系统还作为智能水电站重要辅助系统之一，需要运用新理念、新技术对系统进行更新改造。
为了更加高效化、标准化地执行巡回检查工作计划，确保各项工作计划按时、按质、按量完成，及时发现消除设备存在的安全隐患和缺陷，保证机组安全平稳运行，二滩水电站巡检系统改造是十分必要的。对此，对市面上各类较成熟的巡检系统进行了调查，研究发现多数的巡检系统优点在于其系统功能丰富，尤其是数据分析、在线缺陷诊断和设备状态预测功能较为成熟，系统功能满足并适合于发电企业设备点巡检的总体要求、管理思想和相关制度。但是普遍巡检系统不具有图像识别功能，没有无线传感器（测量设备振动和温度）相关应用，测温和测振动功能也只是集成在巡检终端上，导致体型较大，巡检中不方便携带，并且RFID的打点方式，在含有金属和潮湿的环境下，会对RFID产生干扰，不利于在潮湿的巡检地点进行打点，系统智能化程度不够。
二滩水电站与珠海优特电力科技股份有限公司合作开发了基于OCR图像识别技术、移动APP应用架构的智能巡检系统，使用了行业内领先的计算机软硬件技术，包括云服务架构、蓝牙低功耗BLE、Docker应用容器引擎。巡检系统可基于二维码和NFC定位两种方式实现巡检定位，新巡检系统在电厂的应用有效减轻运行人员的工作强度，提高运行人员的巡检效率，规范运行巡检操作，为实现创国际一流水电厂提供技术保障。传统巡检系统与智能巡检系统的对比见表1。
表1 传统巡检系统与智能巡检系统的对比
2.1 OCR工作原理
光学字符识别技术指电子设备（例如扫描仪或数码相机）检查纸上打印的字符，通过检测暗、亮的模式确定其形状，用字符识别方法将形状翻译成计算机文字，即对文本资料进行扫描，然后对图像文件进行分析处理，获取文字及版面信息。
2.2 应用场景
目前市场上较为成熟的OCR产品有：证件识别SDK、车牌识别SDK、文档识别SDK、银行卡识别SDK、表格识别SDK、票据识别SDK、名片识别SDK、护照识别SDK、身份证识别SDK。银行、保险、金融、税务、海关、公安、边检、物流、电信工商管理、图书馆、户籍管理、审计等很多行业都已经应用了OCR技术。OCR技术降低了人力成本，提高了工作效率，给生活带来了极大的便捷。
3.1 系统硬件拓扑架构
智能巡检系统硬件主要由云服务器、巡检系统管理终端、巡检手持终端、测温测振传感器、NFC标签等组成。云服务器部署在虚拟化平台上，其部署了智能巡检系统的后端服务程序及WEB站点。巡检系统的历史操作数据保存在此服务器上，用户能通过兼容HTML5技术的主流浏览器访问其WEB站点。巡检系统管理终端具备集中管理、存储巡检数据等功能。巡检系统手持终端可通过WiFi/4G/5G方式下载、回传巡检任务等功能。测温测振传感器可通过蓝牙技术与巡检手持终端连接，巡检手持终端再通过WiFi/4G/5G方式实时上传温度、振动监测数据至服务器。NFC标签具备点对点通信模式、读写器模式和NFC卡模拟模式，无需电源、抗腐蚀、抗油污。
3.2 系统软件架构
智能巡检系统基于B/S、移动APP应用构建，使用了行业内领先的计算机软硬件技术，包括云服务架构、低功耗BLE、Docker应用容器引擎。在人工智能专家系统的理论框架下，采用大数据的分析方法。系统采用基于阿里Dubbo的微服务架构，根据业务进行拆分形成不同的服务，可将应用拆分成多个核心功能。系统数据访问层集成Spring Data Jpa，底层实现为Hibernate，业务服务程序使用Java编写，支持跨平台运行及部署。依托微服务的理念，基于Spring Cloud Alibaba架构，实现了模块的“热插拔”，并支持快速横向拓展，具备多租户、认证中心、模块系统、依赖注入、缓存管理、日志管理、设置管理、时间及时区管理、本地化管理、接口审计日志等功能。整个系统设计时采用前端、后端、数据库分离的构造模式设计。
4.1 巡检任务的标准化
当前，水电站智能巡检系统已在二滩水电站取得全面运用。相比于传统的巡检模式，该基于手持终端，通过二维码和NFC定位的智能巡检模式不仅做到了巡检无遗漏，同时将巡检过程中发现缺陷进行闭环管理，做到了高质量、全方位。智能巡检系统基础数据库中对每个巡检点位包含的设备、巡检项巡检标准、巡检方法、拍照识别的控制屏类型、回填值、巡检班组、周期都进行了明确制定。
4.2 巡检路线智能化
智能巡检系统的巡检路线可由系统管理人员或值班长结合实际情况进行自定义巡检路线，比传统的巡检模式更加灵活、规范。目前，智能巡检系统经过近5个月的运行，针对运行、检修人员科学制定了总计27条巡检路线。相比于传统的巡检模式，该系统的应用切实提高了对巡检点的识别速度，优化了巡检路线，每个班次累计节约巡检时间20 min～30 min。运行检修平均每天巡检次数在5次左右，相当于每日可节约100 min～150 min。智能巡检系统运行5个月以来，累计节约250 h～375 h。特殊情况下需要进行临时巡检可由当班值长调用系统中的巡检计划，生成相应的巡检任务。该智能巡检系统的应用充分降低了工作强度，提高了工作效率。
4.3 提升巡检管理水平
对工作人员进行实时数据统计，记录所有工作人员的巡检情况，出勤情况及工作状态，包括工作计划完成情况。同时以WIFI实时定位方式确保巡检人员真实到位，同时原始数据的保存和备份，提供历史轨迹、工作情况的重现，能够随时调阅工作历史资料。管理人员对巡检人员不可控的管理盲点得到了改善,它跟踪巡检人员的每一个时刻,列出每次巡检记录的异常信息,对巡检整个过程进行分析，用于对巡检人员的奖惩考核，加强了巡检工作管理。
水电站传统的巡检模式基于人工和经验对设备状态进行判别，难免存在巡视不到位，巡检质量、巡检效率低等问题。水电站智能巡检系统的运用能够实现对巡检过程进行强制性、智能化管控，保证电厂在巡检作业过程中的高效、标准地执行巡回检查工作计划，确保各项工作计划按时、按质、按量完成，及时发现消除设备存在的安全隐患和缺陷，提高电站设备的安全管理水平，保证机组安全平稳运行。
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