一種變電站圖紙智能管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用

佘佳林，馬永春，林捷

（廣東電網(wǎng)有限責任公司汕頭供電局，廣東汕頭，515041）

0 引言

圖紙是電力行業(yè)技術(shù)工作中不可或缺的工具。一般使用的圖紙有紙質(zhì)和電子化兩種形式。紙質(zhì)圖紙不便于存放、管理和使用。電子圖紙數(shù)量繁多、批次不一、新舊混雜、格式不統(tǒng)一、不能攜帶重要附加信息，給后續(xù)圖紙的使用增添了不必要的麻煩。為解決目前圖紙管理的上述缺陷，設(shè)計開發(fā)一套圖紙智能管理系統(tǒng)成為必要。

1 變電站圖紙智能管理系統(tǒng)

通過計算機編程，主要包括端技術(shù)（Vue 3+elementplus），后端技術(shù)（Java、spring、springMvc、mybatis以及MySQL）、OCR 文字識別技術(shù)（Tesseract OCR），使用B/S 架構(gòu)構(gòu)筑一個變電站圖紙智能管理系統(tǒng)，將圖紙文件存放于服務(wù)器端，用戶可隨時隨地通過網(wǎng)頁端，對圖紙進行管理、查閱及維護。該系統(tǒng)一方面可實現(xiàn)智能導入處理圖紙庫，以替代大量人工維護工作，另一方面可通過優(yōu)化的搜索技術(shù)，提高圖紙的查找、使用效率。系統(tǒng)的整體設(shè)計框圖如圖1 所示，變電站圖紙智能管理系統(tǒng)主界面如圖2 所示。下面對系統(tǒng)的核心功能及開發(fā)技術(shù)進行介紹。

圖1 變電站圖紙智能管理系統(tǒng)整體設(shè)計框圖

圖2 變電站圖紙智能管理系統(tǒng)主界面

■1.1 導入功能

管理用戶可按需自行新增文件夾，也可以在系統(tǒng)引導下進行圖紙導入操作。在引導模式下（如圖3 所示），系統(tǒng)提示指引用戶按照建設(shè)工程名稱、所屬巡維中心、變電站名、圖紙類別等格式要求，逐步創(chuàng)建、命名各級文件夾、導入圖紙文件，從而保障了圖紙文件命名存放的正確性和規(guī)范性。

圖3 引導模式示例圖

前端使用Vue 3+element-plus 技術(shù)實現(xiàn)。Vue 3 作為一個漸進式JavaScript 框架，避免了直接使用JavaScript操作DOM 以及由此產(chǎn)生的瀏覽器兼容問題。element-plus則是由餓了么前端團隊開發(fā)的UI 庫，封裝了大量的UI 組件，少量開發(fā)即可使用，且樣式可隨意調(diào)整，可大大提高開發(fā)效率、和美觀程度。后端使用Java 技術(shù)，進行上傳文件請求的處理，接收文件和解析存入數(shù)據(jù)庫等后續(xù)操作。

■1.2 智能處理功能

導入完成后圖紙被上傳至服務(wù)器端后，系統(tǒng)將通過OCR 文字識別技術(shù)對圖紙中的文字內(nèi)容進行識別和提取，并建立索引，以供檢索使用，從而實現(xiàn)對圖紙的智能化存儲和管理，提高圖紙的管理效率[1]。

比如，圖紙的標題欄（圖4）中包括有工程名稱、圖紙名稱、圖號、日期、設(shè)計單位等信息，在進行OCR文字識別時，這些信息將被識別為關(guān)鍵信息[1]。

圖4 圖紙標題欄

其中OCR 文字識別功能是通過Google 提供的開源類庫Tesseract OCR 來實現(xiàn)。該類庫包含OCR 引擎（libtesseract）和命令行程序（tesseract）。它支持多種輸出格式，比如純文本，hOCR（HTML），PDF，TSV 等等。Tesseract 4 新增基于OCR 引擎的新神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（LSTM），可通過訓練提高對特定類型圖片的識別效率，因此除了安裝和少量的開發(fā)工作外，還需通過一定量的樣本圖片對其進行訓練。

■1.3 自動命名功能

利用智能處理功能識別提取出來的圖紙名稱、圖號等信息，可對圖紙文件進行自動命名，并即時更新目錄，從而構(gòu)建一個實時更新的圖紙庫。

具體實現(xiàn)方式是通過編寫Java 程序，根據(jù)人工規(guī)定的自動命名邏輯，利用圖紙名稱、圖號等信息對圖片進行重新命名。其中自動命名邏輯通過XML 配置文件進行配置，管理人員可直接通過修改配置文件來規(guī)定自動重命名規(guī)則，從而避免寫死在程序中所導致的規(guī)則更改困難。

■1.4 關(guān)鍵詞功能

關(guān)鍵詞功能，包括關(guān)鍵詞提取模塊和關(guān)鍵詞設(shè)置模塊。關(guān)鍵詞提取為程序自動處理，關(guān)鍵詞設(shè)置為人工通過系統(tǒng)進行設(shè)置。系統(tǒng)可以自動將工程名稱、日期、設(shè)計單位設(shè)置為關(guān)鍵詞并關(guān)聯(lián)到圖紙文件，維護人員可以根據(jù)需要手動將定置信息、設(shè)備間隔、設(shè)備雙編、屏柜編號等關(guān)鍵信息設(shè)置為關(guān)鍵詞。關(guān)鍵詞將被用作索引，供檢索使用。

關(guān)鍵詞自動提取是通過Tesseract OCR 類庫來實現(xiàn)。關(guān)鍵詞設(shè)置功能則通過前文所述Vue 3+element-plus 技術(shù)進行前端開發(fā)，構(gòu)建維護人員操作界面，以及使用Java編寫對應(yīng)的后端處理程序，對維護人員提交的關(guān)鍵詞進行存入索引庫的操作。

■1.5 注釋功能

當現(xiàn)場設(shè)備發(fā)生變動，圖紙未能及時變更時，或者發(fā)現(xiàn)圖紙內(nèi)容不全時，可以增加額外的注釋信息。新增的注釋僅本人及管理員可見，角色權(quán)限管理進行可見授權(quán)。注釋內(nèi)容可以是文字、圖形、照片、附件等多種類型。新建注釋時，將自動添加時間、編輯人等必要信息，并將注釋標題自動生成為關(guān)鍵詞。

注釋功能的實現(xiàn)同時需要前端程序和后端程序。前端程序通過Vue 3+element-plus 技術(shù)進行開發(fā)，管理員可通過前端界面進行圖片注釋的增、刪、改、查。后端程序即接收處理請求，對數(shù)據(jù)庫進行對應(yīng)的增、刪、改、查操作，代碼可完全復用Java 編寫的后端處理程序。

■1.6 檢索功能

基于文字識別功能、自動命名功能、關(guān)鍵詞功能、注釋功能，系統(tǒng)的用戶可通過輸入檢索詞可獲得如圖紙內(nèi)容信息、存放路徑、卷冊名稱、文件名稱、自定義關(guān)鍵詞、注釋信息等大量與圖紙高度相關(guān)的信息。

檢索功能同樣需要前后端配合實現(xiàn)。前端采用Vue 3 +element-plus 技術(shù)進行前端檢索程序和界面以及前端展示程序和界面的開發(fā)。前端開發(fā)時主要需要注意對檢索詞的校驗，從前端避免用戶輸入非法檢索詞。后端程序使用原生Java 進行開發(fā)，進行檢索請求的接收，數(shù)據(jù)庫查詢，最后返回檢索結(jié)果給前端程序。

■1.7 權(quán)限管理

圖紙資料有數(shù)據(jù)保密的需求，并涉及審批流程，故本系統(tǒng)設(shè)置有完整的權(quán)限管理功能，將賬戶分為三種類型：普通用戶，管理用戶，高級管理用戶。普通用戶有瀏覽圖紙、新增注釋的權(quán)限；管理用戶有普通用戶的全部權(quán)限，還可以錄入、作廢圖紙文件；高級管理用戶可以對新增注釋、作廢圖紙等申請進行審批[2]。

權(quán)限管理功能的開發(fā)，包括前端和后端。前端程序使用Vue 3+element-plus 技術(shù)開發(fā)。后端程序使用Java 和Apache Shiro 進行開發(fā)。Apache Shiro 是一個強大且易用的Java 安全框架，用它進行身份驗證、授權(quán)、密碼等的管理。Apache Shiro 內(nèi)置的Realm 可連接海量的安全數(shù)據(jù)源（又名目錄），如LDAP、關(guān)系數(shù)據(jù)庫（JDBC）、類似INI的文本配置資源以及屬性文件等。

2 變電站圖紙智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用

基于上述各功能模塊，變電站圖紙智能管理系統(tǒng)提供了一種創(chuàng)新的圖紙管理、使用模式。其流程圖如圖5 所示。

圖5 圖紙管理使用流程圖

圖紙管理員只需在系統(tǒng)引導下導入圖紙文件，之后系統(tǒng)將自動完成文件處理、上傳至服務(wù)器、文字識別、提取關(guān)鍵信息、自動命名文件、生成關(guān)鍵詞、實時更新目錄等一系列流程，既便捷高效，又可以滿足規(guī)范化管理的要求。

例如，對于圖4 所示的圖紙，假設(shè)我們預設(shè)的命名規(guī)則是圖號+圖紙名稱，則其文件會被自動命名為“B0616 1J-D204-15 110kV 線路間隔1G 隔離開關(guān)端子排圖”。系統(tǒng)還將自動識別提取出關(guān)鍵信息：“工程名稱：110kV XX變電站工程”、“日期：2015.04”、“設(shè)計單位：汕頭電力設(shè)計院”，并設(shè)為3 個關(guān)鍵詞。

當運維人員、施工人員等用戶需要使用圖紙時，只需登陸內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)頁端，輸入檢索詞，利用檢索功能，即可快速、準確地找到相關(guān)的圖紙，較之以往手動查找、翻閱的形式，可以節(jié)省大量時間，也可以降低對使用者的技術(shù)、經(jīng)驗要求。

在使用圖紙的過程中，發(fā)現(xiàn)圖實不符，使用不便等情況時，可以增加關(guān)鍵詞，或在圖紙中附上注釋信息，及時對相關(guān)情況進行補充說明。例如，對于圖4 所示的圖紙，僅從圖紙名稱“110kV 線路間隔1G 隔離開關(guān)端子排圖”，使用者無法確認這份圖紙對應(yīng)的是哪個線路間隔，哪一把刀閘，通過將“間隔：110kV 新陳I 線，新陳II 線”、“設(shè)備：1741刀閘，1752 刀閘”設(shè)置為關(guān)鍵詞，即可將圖紙和現(xiàn)場設(shè)備對應(yīng)起來，減少查找圖紙的時間，避免不熟悉設(shè)備的人員使用錯誤的圖紙。若將紙質(zhì)圖紙的定置信息設(shè)置為關(guān)鍵詞，可以將電子圖紙和紙質(zhì)圖紙的位置進行關(guān)聯(lián)，從而提高紙質(zhì)圖紙查找的效率。關(guān)鍵詞及注釋信息相關(guān)示例如圖6 所示。

圖6 關(guān)鍵詞及注釋信息示例

關(guān)鍵詞和注釋信息都可隨時增加、刪減、修改，為了保證圖紙內(nèi)容的準確性，變更過的關(guān)鍵詞和注釋信息只對編輯者和審批人員可見，系統(tǒng)根據(jù)變更情況自動生成審批通知，設(shè)計單位、繼保專業(yè)人員登陸高級管理賬戶，即可查看該通知并對相關(guān)變更進行審批，審批不通過的變更會被回退至編輯者賬號再次修改，審批通過的變更及其審批流程信息將對所有人可見。

3 結(jié)語

本文介紹了一種變電站圖紙智能管理系統(tǒng)，提出了一種創(chuàng)新的圖紙管理使用模式，該系統(tǒng)已開始投入使用，以往電力工程圖紙的錄入工作效率較低，因為有拆分文件、格式轉(zhuǎn)化、創(chuàng)建文件夾、文件命名、更新目錄清冊等諸多流程，每處理一份100 頁的圖紙文件至少需花費兩個小時的時間。而使用圖紙智能系統(tǒng)，導入圖紙只需3 分鐘，其后的上傳、處理工作都由服務(wù)器在后臺自動完成，整個流程不會超過10 分鐘，不僅效率大大提高，統(tǒng)一處理文件還可以保證其錄入的正確性和規(guī)范性。實踐證明，變電站圖紙智能管理系統(tǒng)可以有效提高圖紙管理、查找、使用和維護的效率，降低相關(guān)作業(yè)的難度，為變電站的各項運維工作提供有力的支持。