核电厂可视化智能巡检技术研究

沈云海 黄 捷 唐涌涛 蔡鼎阳 余小权

（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610213）

0 引言

对于电力企业尤其是核电行业而言，确保设备的安全、可靠、稳定、经济运行是其赖以生存和发展的基础。 生产系统中任意设备的缺陷故障，都有可能影响安全生产。 目前，大多数企业仍停留在以人工的方式登记、统计设备进行管理工作的状态，导致巡检人员双手无法得到解放，无法集中精力专心工作，工作效率较为低下； 其次由于巡检过程工作量非常巨大，人因造成的设备漏检及数据管理差错不可避免。

通过开展核电厂可视化智能巡检技术的研究，将AR 技术运用到核电厂的日常巡检工作中， 通过可视化智能巡检系统辅助并指导巡视员开展电厂巡检工作，以及巡检完成后数据及结果的录入，可以较好地优化巡检工作流程，缩短巡视时间，提高巡检质量。

1 核电厂智能巡检需求及性能分析

针对核电厂指定区域巡检的应用场景， 结合AR技术应用开发的可视化智能巡检系统的功能需求主要如下：

作业流程指导——支持按步骤顺序指导核电厂指定区域的巡检流程；

二维码识别——识别二维码记录区域、 房间、设备信息；

图像识别——识别温度计、 振动计状态及读数，识别工牌工号；

语音输入——巡检过程中能够支持语音指令操作，并录入结果信息（如微软小娜引擎，录音并学习）；

自动计时——自动触发巡检各过程的计时模块。

结合上述功能需求分析，核电厂可视化智能巡检系统的主要控制性能设置如下：

在光线正常及数据库已赋予识别物项数据的情况下，图像识别率达到100%；

在语音输入足够清晰的情况下，平台的智能语音输入及控制响应时间控制在1 秒以内；

平台调取后台对应实时运行参数等数据，延迟时间控制在1 秒之内；

平台调取后台关联文件、 图纸的时间控制在1~2秒之内；

叠加显示的三维图像与现实环境融合的偏差控制在厘米级，在眼镜与目标物理距离1 米之内的情况下，误差在±10 cm 以内。

2 可视化智能巡检系统关键技术与核心系统

可视化智能巡检系统通过AR 设备， 结合内网WiFi 读取系统后台中存在的巡检数据。 通过AR 扫描确认巡检人员工牌、展示巡检路线、人工查看现场环境、人工确认巡检工具、准备完成后进行巡检任务，扫描巡检区域及房间二维码，开始巡检设备。 巡检完成后保存巡检过程中的相关数据， 实现数据的录入，查询和导出，减少巡检失误的同时提高巡检的效率。

2.1 巡检工作流程图

使用可视化智能巡检系统实施核电厂日常巡检工作的主要过程如图1 所示。

图1 可视化智能巡检实施流程图

2.2 系统环境研究

2.2.1 系统软、硬件环境

根据核电厂可视化智能巡检系统的性能要求，系统主要软、硬件配置如下：

服务器：CPU Xeon MP E3 及以上，内存16G 及以上，硬盘500G 及以上；

客户端：0glass danny 分体式增强现实眼镜；

服务器端操作系统：Windows Server 2008 及以上；

服 务 器 软 件 环 境： IIS、Tomcat、Sqlserver 2008、IE11 及以上；

客户端操作系统：Windows10.0。

2.2.2 系统平台环境

可视化智能巡检系统平台环境如图2 所示。

可视化智能巡检系统平台环境的功能描述见表1。

可视化智能巡检系统平台环境的主要技术要点如下：

AR 识别：AR 识别区域二维码、房间二维码、设备二维码、温度计读数、振动计读数、工牌上的工号等。 由于AR 识别过程会受到环境光线、腐蚀、污渍等的影响，因此巡检人员也可通过人工进行识别、读取和记录。

语音识别：采用核电厂内网WiFi 的语音识别，使用之前需要巡检人员多次录入常用的语音指令让引擎学习以提高识别的效率。

半离线巡检： 巡检任务离线处理，DCS 数据实时传输。 若巡检途中发生网络掉线，虽然DCS 无法实时显示，但巡检任务仍可继续进行。

图2 可视化智能巡检系统平台环境

表1 平台环境描述

2.3 巡检辅助系统

2.3.1 后台信息管理系统

后台管理中心管理与巡检有关的信息，数据需要在系统中提前录入， 以便AR 设备可以读取到信息并判定巡检结果以辅助人员开展巡检工作。 巡检信息说明见表2。

通过定位固化的场景所需巡检任务（如电动机转速、负载流量等），从SIS 中读取数据，可以实施查看并记录。

表2 巡检信息说明

图3 核电厂巡检用温度计和振动计

2.3.2 巡检动作管理

在巡检辅助系统中对预设的检查动作进行智能管理，包括巡检准备动作、巡检内容动作、语音指令等，见表3~5。

2.3.3 巡检任务管理

在巡检辅助系统中可以设置每个区域、 房间、设备的巡检过程， 以及巡检过程中包含的全部步骤、每个步骤执行所需动作。 将不同的巡检动作组合成巡检任务和子任务，在后台数据库中巡检任务所涉及的设备信息可进行实时查询。

在后台管理中心预先创建巡检任务， 由组长选择巡检人员、指定预设巡检路线、调用巡检内容（各区域、房间对应的巡检设备信息）、巡检工具、安全注意事项，创建巡检任务完毕后推送到对应人员的AR 设备。

表3 巡检准备动作

表4 巡检内容动作（某巡检任务执行示例）

表5 语音指令

采用WebServers 技术从实时数据库中采集DCS数据，该数据需要在AR 设备上每两秒钟更新一次。每个步骤完成后，记录DCS 读数并存储到数据库中。

收到任务后，巡检人员点击开始巡检。 通过扫描工牌，识别执行巡检任务的人员信息。 巡检人员通过AR 设备屏幕查看文字或三维展示的巡检路线。

在巡检开始前， 巡检人员通过AR 设备语音提示逐一确认巡检工具是否正常工作，如温度计、振动仪、对讲机、手电筒等是否工作正常。 检查完毕后，语音确认“开始巡检”后开始巡检任务。

当巡检内容完成， 巡检人员返回出发办公室，语音确认完成巡检，交还设备，后台记录巡检耗时。 通过内网WiFi 实时传输巡检数据， 并将任务对应的数据记录到数据库中。 在巡检辅助系统中可支持查看历史巡检的信息，并对历史信息进行检索、筛选。

3 结语

本文针对核电厂指定区域巡检的应用场景，结合AR 技术开发巡检系统， 实现了核电厂可视化智能巡检的主要功能：作业流程指导（支持按步骤顺序指导核电厂指定区域巡检流程）、二维码识别（识别二维码记录区域、房间、设备信息）、图像识别（识别温度计、振动计读数、工牌工号）、语音输入（巡检过程中能够支持语音指令操作，并录入结果信息；本地语音引擎，录音并学习）、自动计时（巡检从开始到结束自动触发自动计时模块）。 经在某现役核电厂的实际巡检活动中测试应用， 表明该系统巡检作业自动化程度高、操作便捷、运行可靠。 以后，将主要针对测试中出现的设备的初次适应性不强， 现场数据采集深度和广度不够，系统的响应滞后等问题开展深入研究，逐步实现智能巡检在核电厂中的推广应用。