指紋識別安全管理系統在泰山抽水蓄能電站的應用

周 坤，李光輝

（國網新源泰山抽水蓄能電站有限責任公司，山東 泰安 271000）

0 引言

抽水蓄能電站作為目前電力系統最優的調峰、調相和事故備用電源之一，電網對于抽水蓄能電站的安全管理要求越來越高。泰山抽水蓄能電站安裝4臺250 MW立軸單級混流式水泵水輪機機組，通過兩回高壓電纜與泰安500 kV變電站連接，2007年6月全部建成投運，在山東電網承擔調頻、調相和事故備用的作用，是山東電網最佳“黑啟動”應急電源。

針對泰山抽水蓄能電站分布區域廣、作業面分散、人員高空作業、高壓設備操作等危險點多的現狀，在FIT指紋識別理論的研究基礎之上，泰山抽水蓄能電站根據實際情況和業務需求開發了一套FIT指紋識別安全管理系統，通過上線應用取得了很好的效果。

1 FIT指紋識別技術

FIT指紋識別技術是利用人體指紋是人體獨一無二的特征，通過射頻傳感器發射微量射頻信號，穿透手指表皮層控測里層的紋路，來獲得最佳指紋圖像，結合不同的匹配識別算法得到識別結果，以確定該指紋所有人身份的生物特征識別技術。

FIT指紋識別技術只對人的真皮皮膚有反應，具備防偽能力好、圖像質量高、掃描速度快、價格低廉和可靠性強的特點。在語音識別、面部識別、虹膜識別、簽名識別、指紋識別等多種生物識別技術中，是眾多生物特征中綜合性能最高的，毫無疑問也是生物識別技術的首選。

FIT指紋識別技術也是目前應用的最為廣泛的生物識別技術，利用每個人獨特的指紋特征構成口令，提高系統安全性。隨著科技進步，個人電腦和光學掃描儀兩項技術不斷革新，指紋識別技術不斷發展，為指紋識別技術的應用提供了更廣闊空間［1］。現在利用指紋來完成身份驗證和識別任務的系統己經大規模使用。比如：政府機要部門、國家重點實驗室、軍事要地等重要入口的身份驗證，關鍵設備的啟動控制，銀行金庫、金融系統等，公司、學校等單位的考勤，甚至部分家庭已經使用指紋鎖。

2 系統結構

2.1 技術原理

FIT指紋識別技術主要涉及4個功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數據和比對。 相對應的基本框架通常由指紋采集、預處理、特征提取和分類識別4個部分組成。通過指紋讀取設備讀取到人體指紋的圖像，然后要對原始圖像進行初步的處理，使之更清晰，再通過指紋辨識軟件建立指紋的特征數據。 軟件從指紋上找到被稱為“節點”的數據點，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置，這些點同時具有7種以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70個節點，所以這種方法會產生大約490個數據。 這些數據，通常稱為模板。通過計算機模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結果。 采集設備（即取像設備）分成幾類：光學、半導體傳感器和其他。

指紋圖像模式識別包含5條主要的研究內容：指紋圖像的幾何、拓撲性質；指紋圖像的增強、消噪聲、平滑、二值化、細化算法；指紋圖像的特征提取方法及特征空間的構成；指紋圖像的拓撲分類方法；面向實際應用的指紋自動識別系統等。其需要解決的重點問題是：尋求相對尺度、平移、旋轉、仿射不便的特征量及特征量的提取方法；指紋圖像特征的拓撲結構識別與匹配方法。

2.2 系統結構

FIT指紋識別系統以指紋識別服務器為核心，它直接為FIT-300終端提供服務。指紋識別服務器控制器能夠本地或遠程直接控制核心指紋識別服務器的啟動和停止。指紋識別服務器管理模塊為系統管理員提供終端監視、用戶管理、查詢訪問記錄、進行系統設置、修改核心數據庫數據等管理界面。數據庫采用SQL Server 2008提供數據集中管理以聯系指紋識別服務器和服務器管理控制，以及存儲服務器設置選項和用戶、訪客的檔案［2］。圖1顯示了整個系統的總體結構圖，其中，FIT-300終端和指紋識別服務器管理器都屬于客戶端范疇；核心指紋識別服務器、核心數據庫、日志數據庫以及指紋識別服務器控制器屬于服務器端的范疇。指紋識別服務器控制器和指紋識別服務器管理器都可以對核心指紋識別服務器進行遠程訪問。系統中各組件之間使用TCP協議進行通信［3］。

FIT指紋識別系統中最為核心的部分是指紋識別算法，算法的優劣直接帶來的影響將是識別的可靠性和精確度。FIT指紋識別算法主要包含3個部分，分別為指紋圖像預處理、特征點提取和特征匹配，算法流程如圖2所示。其中，指紋圖像預處理又包含圖像場的計算、分割、均衡化、平滑、細化等部分。

圖1 系統總體架構圖

圖2 FIT指紋識別算法流程圖

3 技術應用

FIT指紋識別系統覆蓋泰山抽水蓄能電站所有的生產及控制核心區域，以控制樓監控中心為中心，包括地下主廠房（主廠房、安裝場副廠房、端部副廠房、主變洞、尾閘洞）、開關站、上水庫、下水庫、控制樓等區域，整個系統采用光纖、網線和RS-485總線的混合組網方式，實現遠距離高速數據通信傳輸，網絡拓撲結構如圖3所示。

現以開關站區域系統設計為例，介紹FIT指紋識別系統的具體實施過程。

開關站主要有：220 kV GIS、高壓電纜、線路通信保護、柴油發電機以及低壓配電設備，FIT指紋識別系統在此區域共設計有16個節點，分別布置在柴油機房、GIS電纜室、電纜豎井風機房、線路繼電保護及配電樓等處，該區域信號連接采用雙工485/422通信方式，所有設備連接到LK-08，由LK-08連接到帶RS-485接口的光端機通過光纖傳輸到控制樓監控中心。

圖3 FIT指紋識別系統網絡拓撲結構圖

電站主廠房、開關站和上水庫等區域作為安全生產一級重點保衛防護區域，安全責任重大，通過FIT指紋識別系統的應用，泰山抽水蓄能電站管理人員可隨時方便地通過FIT-300管理終端設備對進出電站各區域的人員進行授權或取消授權，并與電站圍墻光幕系統結合，有效加強了電站的安全保衛管理，特別是在2008年“奧運保電”期間發揮了無可替代的作用。

電站機電設備大部分均布置在地下廠房中，設備布置密度大，運行人員在日常巡檢過程中往往有走錯間隔造成設備誤操作的危險，泰山抽水蓄能電站通過將FIT指紋識別系統與地下廠房防誤入間隔智能語音系統相結合，在現場隨時提醒運行人員所處的位置，使生產人員在進入該區域時及時獲得有效提醒，避免誤入設備間隔，從而降低設備事故或人身傷亡事故發生的風險。

電站主機設備均為國外進口，自動化程度高，人員配置較少，在日常設備運維過程中有部分外委人員協助進行輔助性日常維護工作，通過FIT指紋識別系統具備設定多種不同權限（區域、時間、人員）的功能，既提高了對外委人員在生產區域維護作業行為的管控水平，也加強了外委單位人員的資質審查的力度。

電站可逆式蓄能機組安裝在地下廠房，需要時刻防范水淹廠房、設備火災等重大危險的發生，一旦這些緊急情況出現，地下廠房值班人員的人身安全顯得尤為重要，通過FIT指紋識別系統與消防監控系統的聯動功能，既提高了事故緊急處理的效率，對于人員逃生疏散也有很大幫助。

泰山抽水蓄能電站作為國網公司系統第一家獲得“魯班獎”的抽水蓄能電站和國家級“AAA”級工業旅游風景區，每年都有大量的外來人員前來參觀學習，如何防止外來人員進入如高電壓、高噪聲、高氣壓等危險區域造成人身傷害甚至設備事故的發生，FIT指紋識別系統的報警和圖像推顯（與工業電視監控系統聯動）功能發揮了重要的作用。

另外，FIT指紋識別系統靈活的組網方式、開放的通信協議以及強大的拓展功能，通過與現用其他系統的有機融合，在泰山抽水蓄能電站人員考勤、食堂超市費用結算等方面也起到了一定的作用，促進了泰山抽水蓄能電站企業管理水平的提升。

4 結語

FIT指紋識別系統在泰山抽水蓄能電站投運以來，可靠靈活，運行穩定，不但使電站安全管理部門通過系統在線監控進出電站生產區域人員，而且通過FIT指紋識別系統采集到的數據，提高了電站安全管理分析的效率，豐富了抽水蓄能電站安全在線監控的手段和方法，提升了抽水蓄能電站安全管理水平。同時，FIT指紋識別系統的成功應用為其它抽水蓄能電站安全管理工作提供了設計思路，具有推廣應用價值。

［1］蔣服生，程建新.指紋識別技術與產品創新設計［J］.商場現代化，2010（29）：11-14.

［2］李昊，傅曦.物聯網：指紋識別系統算法及實現（Visual C++）［M］.北京：人民郵電出版社，2011.

［3］張曉梅，陳旭，任春曉，等.指紋識別算法研究平臺的設計與開發［J］.計算機工程與設計，2008，29（14）：3802-3806.