指紋識別安全管理系統(tǒng)在泰山抽水蓄能電站的應(yīng)用

周 坤，李光輝

（國網(wǎng)新源泰山抽水蓄能電站有限責(zé)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(tǒng)最優(yōu)的調(diào)峰、調(diào)相和事故備用電源之一，電網(wǎng)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(jī)機(jī)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(yùn)，在山東電網(wǎng)承擔(dān)調(diào)頻、調(diào)相和事故備用的作用，是山東電網(wǎng)最佳“黑啟動”應(yīng)急電源。

針對泰山抽水蓄能電站分布區(qū)域廣、作業(yè)面分散、人員高空作業(yè)、高壓設(shè)備操作等危險點(diǎn)多的現(xiàn)狀，在FIT指紋識別理論的研究基礎(chǔ)之上，泰山抽水蓄能電站根據(jù)實(shí)際情況和業(yè)務(wù)需求開發(fā)了一套FIT指紋識別安全管理系統(tǒng)，通過上線應(yīng)用取得了很好的效果。

1 FIT指紋識別技術(shù)

FIT指紋識別技術(shù)是利用人體指紋是人體獨(dú)一無二的特征，通過射頻傳感器發(fā)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(jié)合不同的匹配識別算法得到識別結(jié)果，以確定該指紋所有人身份的生物特征識別技術(shù)。

FIT指紋識別技術(shù)只對人的真皮皮膚有反應(yīng)，具備防偽能力好、圖像質(zhì)量高、掃描速度快、價格低廉和可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)。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(shù)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(shù)的首選。

FIT指紋識別技術(shù)也是目前應(yīng)用的最為廣泛的生物識別技術(shù)，利用每個人獨(dú)特的指紋特征構(gòu)成口令，提高系統(tǒng)安全性。隨著科技進(jìn)步，個人電腦和光學(xué)掃描儀兩項(xiàng)技術(shù)不斷革新，指紋識別技術(shù)不斷發(fā)展，為指紋識別技術(shù)的應(yīng)用提供了更廣闊空間［1］?，F(xiàn)在利用指紋來完成身份驗(yàn)證和識別任務(wù)的系統(tǒng)己經(jīng)大規(guī)模使用。比如：政府機(jī)要部門、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、軍事要地等重要入口的身份驗(yàn)證，關(guān)鍵設(shè)備的啟動控制，銀行金庫、金融系統(tǒng)等，公司、學(xué)校等單位的考勤，甚至部分家庭已經(jīng)使用指紋鎖。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 技術(shù)原理

FIT指紋識別技術(shù)主要涉及4個功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。 相對應(yīng)的基本框架通常由指紋采集、預(yù)處理、特征提取和分類識別4個部分組成。通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，然后要對原始圖像進(jìn)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(shù)據(jù)。 軟件從指紋上找到被稱為“節(jié)點(diǎn)”的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點(diǎn)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(jié)點(diǎn)，所以這種方法會產(chǎn)生大約490個數(shù)據(jù)。 這些數(shù)據(jù)，通常稱為模板。通過計算機(jī)模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進(jìn)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(jié)果。 采集設(shè)備（即取像設(shè)備）分成幾類：光學(xué)、半導(dǎo)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(nèi)容：指紋圖像的幾何、拓?fù)湫再|(zhì)；指紋圖像的增強(qiáng)、消噪聲、平滑、二值化、細(xì)化算法；指紋圖像的特征提取方法及特征空間的構(gòu)成；指紋圖像的拓?fù)浞诸惙椒ǎ幻嫦驅(qū)嶋H應(yīng)用的指紋自動識別系統(tǒng)等。其需要解決的重點(diǎn)問題是：尋求相對尺度、平移、旋轉(zhuǎn)、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?fù)浣Y(jié)構(gòu)識別與匹配方法。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

FIT指紋識別系統(tǒng)以指紋識別服務(wù)器為核心，它直接為FIT-300終端提供服務(wù)。指紋識別服務(wù)器控制器能夠本地或遠(yuǎn)程直接控制核心指紋識別服務(wù)器的啟動和停止。指紋識別服務(wù)器管理模塊為系統(tǒng)管理員提供終端監(jiān)視、用戶管理、查詢訪問記錄、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、修改核心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)等管理界面。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008提供數(shù)據(jù)集中管理以聯(lián)系指紋識別服務(wù)器和服務(wù)器管理控制，以及存儲服務(wù)器設(shè)置選項(xiàng)和用戶、訪客的檔案［2］。圖1顯示了整個系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖，其中，F(xiàn)IT-300終端和指紋識別服務(wù)器管理器都屬于客戶端范疇；核心指紋識別服務(wù)器、核心數(shù)據(jù)庫、日志數(shù)據(jù)庫以及指紋識別服務(wù)器控制器屬于服務(wù)器端的范疇。指紋識別服務(wù)器控制器和指紋識別服務(wù)器管理器都可以對核心指紋識別服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問。系統(tǒng)中各組件之間使用TCP協(xié)議進(jìn)行通信［3］。

FIT指紋識別系統(tǒng)中最為核心的部分是指紋識別算法，算法的優(yōu)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(yù)處理、特征點(diǎn)提取和特征匹配，算法流程如圖2所示。其中，指紋圖像預(yù)處理又包含圖像場的計算、分割、均衡化、平滑、細(xì)化等部分。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

圖2 FIT指紋識別算法流程圖

3 技術(shù)應(yīng)用

FIT指紋識別系統(tǒng)覆蓋泰山抽水蓄能電站所有的生產(chǎn)及控制核心區(qū)域，以控制樓監(jiān)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(guān)站、上水庫、下水庫、控制樓等區(qū)域，整個系統(tǒng)采用光纖、網(wǎng)線和RS-485總線的混合組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)通信傳輸，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

現(xiàn)以開關(guān)站區(qū)域系統(tǒng)設(shè)計為例，介紹FIT指紋識別系統(tǒng)的具體實(shí)施過程。

開關(guān)站主要有：220 kV GIS、高壓電纜、線路通信保護(hù)、柴油發(fā)電機(jī)以及低壓配電設(shè)備，F(xiàn)IT指紋識別系統(tǒng)在此區(qū)域共設(shè)計有16個節(jié)點(diǎn)，分別布置在柴油機(jī)房、GIS電纜室、電纜豎井風(fēng)機(jī)房、線路繼電保護(hù)及配電樓等處，該區(qū)域信號連接采用雙工485/422通信方式，所有設(shè)備連接到LK-08，由LK-08連接到帶RS-485接口的光端機(jī)通過光纖傳輸?shù)娇刂茦潜O(jiān)控中心。

圖3 FIT指紋識別系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

電站主廠房、開關(guān)站和上水庫等區(qū)域作為安全生產(chǎn)一級重點(diǎn)保衛(wèi)防護(hù)區(qū)域，安全責(zé)任重大，通過FIT指紋識別系統(tǒng)的應(yīng)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(shè)備對進(jìn)出電站各區(qū)域的人員進(jìn)行授權(quán)或取消授權(quán)，并與電站圍墻光幕系統(tǒng)結(jié)合，有效加強(qiáng)了電站的安全保衛(wèi)管理，特別是在2008年“奧運(yùn)保電”期間發(fā)揮了無可替代的作用。

電站機(jī)電設(shè)備大部分均布置在地下廠房中，設(shè)備布置密度大，運(yùn)行人員在日常巡檢過程中往往有走錯間隔造成設(shè)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(tǒng)與地下廠房防誤入間隔智能語音系統(tǒng)相結(jié)合，在現(xiàn)場隨時提醒運(yùn)行人員所處的位置，使生產(chǎn)人員在進(jìn)入該區(qū)域時及時獲得有效提醒，避免誤入設(shè)備間隔，從而降低設(shè)備事故或人身傷亡事故發(fā)生的風(fēng)險。

電站主機(jī)設(shè)備均為國外進(jìn)口，自動化程度高，人員配置較少，在日常設(shè)備運(yùn)維過程中有部分外委人員協(xié)助進(jìn)行輔助性日常維護(hù)工作，通過FIT指紋識別系統(tǒng)具備設(shè)定多種不同權(quán)限（區(qū)域、時間、人員）的功能，既提高了對外委人員在生產(chǎn)區(qū)域維護(hù)作業(yè)行為的管控水平，也加強(qiáng)了外委單位人員的資質(zhì)審查的力度。

電站可逆式蓄能機(jī)組安裝在地下廠房，需要時刻防范水淹廠房、設(shè)備火災(zāi)等重大危險的發(fā)生，一旦這些緊急情況出現(xiàn)，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(tǒng)與消防監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)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(wǎng)公司系統(tǒng)第一家獲得“魯班獎”的抽水蓄能電站和國家級“AAA”級工業(yè)旅游風(fēng)景區(qū)，每年都有大量的外來人員前來參觀學(xué)習(xí)，如何防止外來人員進(jìn)入如高電壓、高噪聲、高氣壓等危險區(qū)域造成人身傷害甚至設(shè)備事故的發(fā)生，F(xiàn)IT指紋識別系統(tǒng)的報警和圖像推顯（與工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動）功能發(fā)揮了重要的作用。

另外，F(xiàn)IT指紋識別系統(tǒng)靈活的組網(wǎng)方式、開放的通信協(xié)議以及強(qiáng)大的拓展功能，通過與現(xiàn)用其他系統(tǒng)的有機(jī)融合，在泰山抽水蓄能電站人員考勤、食堂超市費(fèi)用結(jié)算等方面也起到了一定的作用，促進(jìn)了泰山抽水蓄能電站企業(yè)管理水平的提升。

4 結(jié)語

FIT指紋識別系統(tǒng)在泰山抽水蓄能電站投運(yùn)以來，可靠靈活，運(yùn)行穩(wěn)定，不但使電站安全管理部門通過系統(tǒng)在線監(jiān)控進(jìn)出電站生產(chǎn)區(qū)域人員，而且通過FIT指紋識別系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，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(jiān)控的手段和方法，提升了抽水蓄能電站安全管理水平。同時，F(xiàn)IT指紋識別系統(tǒng)的成功應(yīng)用為其它抽水蓄能電站安全管理工作提供了設(shè)計思路，具有推廣應(yīng)用價值。

［1］蔣服生，程建新.指紋識別技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計［J］.商場現(xiàn)代化，2010（29）：11-14.

［2］李昊，傅曦.物聯(lián)網(wǎng)：指紋識別系統(tǒng)算法及實(shí)現(xiàn)（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(shè)計與開發(fā)［J］.計算機(jī)工程與設(shè)計，2008，29（14）：3802-3806.