核電廠可視化智能巡檢技術研究

沈云海 黃 捷 唐涌濤 蔡鼎陽 余小權

（中國核動力研究設計院核反應堆系統設計技術重點實驗室，四川 成都 610213）

0 引言

對于電力企業尤其是核電行業而言，確保設備的安全、可靠、穩定、經濟運行是其賴以生存和發展的基礎。 生產系統中任意設備的缺陷故障，都有可能影響安全生產。 目前，大多數企業仍停留在以人工的方式登記、統計設備進行管理工作的狀態，導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，人因造成的設備漏檢及數據管理差錯不可避免。

通過開展核電廠可視化智能巡檢技術的研究，將AR 技術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輔助并指導巡視員開展電廠巡檢工作，以及巡檢完成后數據及結果的錄入，可以較好地優化巡檢工作流程，縮短巡視時間，提高巡檢質量。

1 核電廠智能巡檢需求及性能分析

針對核電廠指定區域巡檢的應用場景， 結合AR技術應用開發的可視化智能巡檢系統的功能需求主要如下：

作業流程指導——支持按步驟順序指導核電廠指定區域的巡檢流程；

二維碼識別——識別二維碼記錄區域、 房間、設備信息；

圖像識別——識別溫度計、 振動計狀態及讀數，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，并錄入結果信息（如微軟小娜引擎，錄音并學習）；

自動計時——自動觸發巡檢各過程的計時模塊。

結合上述功能需求分析，核電廠可視化智能巡檢系統的主要控制性能設置如下：

在光線正常及數據庫已賦予識別物項數據的情況下，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時間控制在1 秒以內；

平臺調取后臺對應實時運行參數等數據，延遲時間控制在1 秒之內；

平臺調取后臺關聯文件、 圖紙的時間控制在1~2秒之內；

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

2 可視化智能巡檢系統關鍵技術與核心系統

可視化智能巡檢系統通過AR 設備， 結合內網WiFi 讀取系統后臺中存在的巡檢數據。 通過AR 掃描確認巡檢人員工牌、展示巡檢路線、人工查看現場環境、人工確認巡檢工具、準備完成后進行巡檢任務，掃描巡檢區域及房間二維碼，開始巡檢設備。 巡檢完成后保存巡檢過程中的相關數據， 實現數據的錄入，查詢和導出，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 系統環境研究

2.2.1 系統軟、硬件環境

根據核電廠可視化智能巡檢系統的性能要求，系統主要軟、硬件配置如下：

服務器：CPU Xeon MP E3 及以上，內存16G 及以上，硬盤500G 及以上；

客戶端：0glass danny 分體式增強現實眼鏡；

服務器端操作系統：Windows Server 2008 及以上；

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

客戶端操作系統：Windows10.0。

2.2.2 系統平臺環境

可視化智能巡檢系統平臺環境如圖2 所示。

可視化智能巡檢系統平臺環境的功能描述見表1。

可視化智能巡檢系統平臺環境的主要技術要點如下：

AR 識別：AR 識別區域二維碼、房間二維碼、設備二維碼、溫度計讀數、振動計讀數、工牌上的工號等。 由于AR 識別過程會受到環境光線、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：采用核電廠內網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習以提高識別的效率。

半離線巡檢： 巡檢任務離線處理，DCS 數據實時傳輸。 若巡檢途中發生網絡掉線，雖然DCS 無法實時顯示，但巡檢任務仍可繼續進行。

圖2 可視化智能巡檢系統平臺環境

表1 平臺環境描述

2.3 巡檢輔助系統

2.3.1 后臺信息管理系統

后臺管理中心管理與巡檢有關的信息，數據需要在系統中提前錄入， 以便AR 設備可以讀取到信息并判定巡檢結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（如電動機轉速、負載流量等），從SIS 中讀取數據，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

在巡檢輔助系統中對預設的檢查動作進行智能管理，包括巡檢準備動作、巡檢內容動作、語音指令等，見表3~5。

2.3.3 巡檢任務管理

在巡檢輔助系統中可以設置每個區域、 房間、設備的巡檢過程， 以及巡檢過程中包含的全部步驟、每個步驟執行所需動作。 將不同的巡檢動作組合成巡檢任務和子任務，在后臺數據庫中巡檢任務所涉及的設備信息可進行實時查詢。

在后臺管理中心預先創建巡檢任務， 由組長選擇巡檢人員、指定預設巡檢路線、調用巡檢內容（各區域、房間對應的巡檢設備信息）、巡檢工具、安全注意事項，創建巡檢任務完畢后推送到對應人員的AR 設備。

表3 巡檢準備動作

表4 巡檢內容動作（某巡檢任務執行示例）

表5 語音指令

采用WebServers 技術從實時數據庫中采集DCS數據，該數據需要在AR 設備上每兩秒鐘更新一次。每個步驟完成后，記錄DCS 讀數并存儲到數據庫中。

收到任務后，巡檢人員點擊開始巡檢。 通過掃描工牌，識別執行巡檢任務的人員信息。 巡檢人員通過AR 設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。

當巡檢內容完成， 巡檢人員返回出發辦公室，語音確認完成巡檢，交還設備，后臺記錄巡檢耗時。 通過內網WiFi 實時傳輸巡檢數據， 并將任務對應的數據記錄到數據庫中。 在巡檢輔助系統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 結語

本文針對核電廠指定區域巡檢的應用場景，結合AR 技術開發巡檢系統， 實現了核電廠可視化智能巡檢的主要功能：作業流程指導（支持按步驟順序指導核電廠指定區域巡檢流程）、二維碼識別（識別二維碼記錄區域、房間、設備信息）、圖像識別（識別溫度計、振動計讀數、工牌工號）、語音輸入（巡檢過程中能夠支持語音指令操作，并錄入結果信息；本地語音引擎，錄音并學習）、自動計時（巡檢從開始到結束自動觸發自動計時模塊）。 經在某現役核電廠的實際巡檢活動中測試應用， 表明該系統巡檢作業自動化程度高、操作便捷、運行可靠。 以后，將主要針對測試中出現的設備的初次適應性不強， 現場數據采集深度和廣度不夠，系統的響應滯后等問題開展深入研究，逐步實現智能巡檢在核電廠中的推廣應用。