國網(wǎng)安徽省電力有限公司蚌埠供電公司 錢雅云 張 浩 邢 開 姚釗齊 王針針

1 系統(tǒng)整體方案

在系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要研究的內(nèi)容涉及分析系統(tǒng)總體架構(gòu)、操作票識(shí)別的具體工作流程、目標(biāo)相似性算法，以及基于AI 技術(shù)的操作票識(shí)別系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)分析等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，主要涉及五個(gè)層級(jí)，分別為頁面表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層，以及基礎(chǔ)層。在操作票識(shí)別的具體工作流程方面，需要基于目標(biāo)相似性算法來實(shí)現(xiàn)，并借助高清拍攝儀將紙質(zhì)單據(jù)轉(zhuǎn)化為Excel 文檔，進(jìn)而滿足關(guān)鍵字對比和替換需求，最終形成操作票。目標(biāo)相似性算法是AI 技術(shù)的應(yīng)用核心，在應(yīng)用目標(biāo)相似性算法時(shí)，需要構(gòu)建目標(biāo)相似性算法模型。此外，在傳統(tǒng)變電站運(yùn)維的過程中，主要采用人工填寫的方式來完成操作票，無法達(dá)到智能化、自動(dòng)化效果，不能自動(dòng)生成操作，很難精準(zhǔn)獲取所需信息。為達(dá)到自動(dòng)處理繁冗的數(shù)據(jù)的效果，降低因人工操作而產(chǎn)生的錯(cuò)誤率，提升工作精準(zhǔn)度，在系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性，同時(shí)還需開展多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，通過這種方法來提高操作票的準(zhǔn)確率。

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

該系統(tǒng)是采用目標(biāo)相似相算法對所開出的任務(wù)單進(jìn)行掃描，后臺(tái)則基于Java 技術(shù)對掃描的信息進(jìn)行關(guān)鍵字符串提取，并將操作票中對應(yīng)位置的內(nèi)容進(jìn)行替換。前臺(tái)還需要為工作人員提供可視化的管理視窗，具體包括向用戶展示指定的圖片內(nèi)容，同時(shí)為工作人員提供操作票的選擇功能[1]。此外，該系統(tǒng)還應(yīng)具備登錄頁面與功能，能夠?qū)Ρ容斎胂到y(tǒng)的用戶信息，符合數(shù)據(jù)庫條件的用戶才允許登錄，從而有效保障系統(tǒng)的安全性，該系統(tǒng)的具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于AI 技術(shù)的變電運(yùn)維操作票系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 操作票識(shí)別的具體工作流程

在該系統(tǒng)中操作票識(shí)別的具體工作流程主要是基于目標(biāo)相似性算法來實(shí)現(xiàn)的，將用戶提交的紙質(zhì)單據(jù)通過高清拍攝儀拍攝圖片并將其轉(zhuǎn)化為Excel 文檔以便進(jìn)行關(guān)鍵字的對比與替換，從而形成操作票，具體流程如下。

將紙質(zhì)單據(jù)放在高清拍攝儀的指定位置，通過儀器拍攝紙質(zhì)單據(jù)的電子圖片并保存到設(shè)備中的指定位置，用戶登錄系統(tǒng)后，可以在系統(tǒng)中上傳圖片，系統(tǒng)后臺(tái)獲得圖片后則將圖片轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流。通過對數(shù)據(jù)流的處理分析得到總行數(shù)、總列數(shù)、單元格內(nèi)容和Sheet 的總數(shù)量。若識(shí)別驗(yàn)證是精準(zhǔn)的，則Sheet 賦值為1，再比對關(guān)鍵字，找到地點(diǎn)關(guān)鍵字的名稱。獲得項(xiàng)目數(shù)據(jù)之后再進(jìn)行關(guān)鍵字的匹配，獲得關(guān)鍵字與分類信息后則進(jìn)行數(shù)據(jù)庫比對，使用poitl 技術(shù)來替換數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)目錄下的文件，并使用{{title}}進(jìn)行編碼，編碼采用6位數(shù)，前面兩位數(shù)代表月份，后四位則采用自然數(shù)序列編號(hào)，從0001依次遞增。若出現(xiàn)多業(yè)務(wù)情況，則每頁增加變電站名稱。

通過客戶端導(dǎo)入任務(wù)單，并將信息導(dǎo)入OCR 軟件之中，生成Excel 表格，再利用poi-tl 技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成的Word 表格，就是對應(yīng)的操作票。

1.3 目標(biāo)相似性算法

在本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)之中目標(biāo)相似性算法是AI技術(shù)的應(yīng)用核心，也是該系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，目標(biāo)相似性算法的實(shí)現(xiàn)具有至關(guān)重要的意義。首先，通過對指令票上所提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字流算法向量處理，作為輸入目標(biāo)相似性算法中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。對所提取數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字字符串展開向量化處理。為增強(qiáng)算法的分詞泛化處理能力，還應(yīng)對語句進(jìn)行預(yù)處理，挖掘出更多的共現(xiàn)字符。在完成以上操作后，還應(yīng)經(jīng)過DNN 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將字符串轉(zhuǎn)化為有效的語義向量，再輸入目標(biāo)相似性算法模型之中展開分析。

在該系統(tǒng)中的目標(biāo)相似性算法模型為：

在上式當(dāng)中A 為指令票上的關(guān)鍵字向量值，B為庫中的標(biāo)準(zhǔn)向量值，當(dāng)A、B 的level 值居中時(shí)，則說明所對比的兩個(gè)字段是完全相同的。

1.4 基于AI 技術(shù)的操作票識(shí)別系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)分析

在傳統(tǒng)的變電站運(yùn)維中，操作票的填寫是人工實(shí)現(xiàn)的，在本文當(dāng)中所設(shè)計(jì)的操作票系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)操作票的自動(dòng)生成。變電運(yùn)維人員只需要將指令票放在高清拍攝儀下，并登錄到系統(tǒng)之中，單擊開始，系統(tǒng)就能自動(dòng)對指令票的內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別，生成操作票記錄。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性，技術(shù)人員進(jìn)行了多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的指令票識(shí)別率高達(dá)90%以上；而針對不同電指令票系統(tǒng)“地點(diǎn)”的識(shí)別有效率則高達(dá)95%以上，而目標(biāo)相似性算法中的操作票記錄與實(shí)際操作項(xiàng)目額數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，相似性系數(shù)位于0.5左右的有效率則高達(dá)98%。通過上述實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)所生成的操作票正確率在90%以上。

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)際上是基于對傳統(tǒng)人工書寫操作票的模式進(jìn)行自動(dòng)化、智能化處理，這能夠?qū)⒐ぷ魅藛T從復(fù)雜的文字書寫中解放處理，提升工作效率。而且相較于傳統(tǒng)人工書寫，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過數(shù)字化、智能化處理能夠精準(zhǔn)地獲得所需要的信息，并自動(dòng)完成繁冗的數(shù)據(jù)處理和書寫過程，有效降低因?yàn)楣ぷ魅藛T疏忽或者書寫錯(cuò)誤而造成的錯(cuò)誤，大幅度提升了工作的精準(zhǔn)性。

2 硬件設(shè)計(jì)

在該系統(tǒng)之中，最關(guān)鍵的硬件為高清拍攝儀，為了滿足系統(tǒng)拍攝、OCR 識(shí)別，以及文字識(shí)別等多重復(fù)雜功能，應(yīng)盡量選擇市場上較為先進(jìn)的高清拍攝儀。在本次設(shè)計(jì)之中所選擇的高清拍攝儀采用了維山S1，此高拍儀所使用的CPU 為MIPS，具備三束激光，屏幕尺寸為2.7英寸，分辨率為320×240，配備通用電源適配器。該設(shè)備的照片如圖2所示。在使用時(shí)只需要將文件放置在攝像頭的指定位置就可以識(shí)別出照片并將照片中的信息自動(dòng)轉(zhuǎn)化。

圖2 高清拍攝儀

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊，主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容包含用戶操作軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、用戶軟件操作，以及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)等。其中，用戶操作軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要涉及Java 語言開發(fā)和Vue 技術(shù)開發(fā)；在用戶軟件操作方面，主要研究的是登錄頁面、項(xiàng)目首頁，以及數(shù)據(jù)列表展示頁面，而數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)主要分析數(shù)據(jù)庫的具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

3.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

從上文中對該系統(tǒng)的功能描述中可以發(fā)現(xiàn)，軟件系統(tǒng)大致可以分為兩個(gè)不同的模塊，用戶登錄模塊與圖像識(shí)別模塊。在該系統(tǒng)中，用戶登錄模塊為自行設(shè)計(jì)，具體包含了登錄與監(jiān)控兩個(gè)不同的模塊。圖像識(shí)別模塊則直接調(diào)用OCR 圖像識(shí)別軟件。

3.2 用戶操作軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于AI 技術(shù)的變電運(yùn)維操作票系統(tǒng)要將識(shí)別的信息轉(zhuǎn)化為軟件代碼才能滿足系統(tǒng)深化應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)需求，并滿足系統(tǒng)的初步使用需求。結(jié)合該系統(tǒng)的技術(shù)條件，選擇采用Java 語言進(jìn)行開發(fā)，軟件配置環(huán)境選擇jdk1.8，MySQL5.6版本。

在軟件開發(fā)的初始階段，需要先對接口進(jìn)行測試，具體而言，需要導(dǎo)入依賴spring-boot-starter-test，以便實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)流、常見錯(cuò)誤，以及不正確的邏輯進(jìn)行測試分析，以確保用戶系統(tǒng)操作的流暢性。系統(tǒng)后端使用springboot 的主要原因是該工具在拓展性方面具有明顯的優(yōu)勢，能夠更有效地進(jìn)行照片的讀取，并允許OCR 軟件在后端生成數(shù)據(jù)表格。為了提升系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性，所有接口均選擇restfull風(fēng)格的接口，在前端所獲得的信息并不需要進(jìn)行任何處理，只需要渲染即可，后端的數(shù)據(jù)處理也是基于JSON 格式進(jìn)行的。在這種前后分離的數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)變得更為簡單，數(shù)據(jù)維護(hù)與更新也變得更為清晰[3]。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫還采用了MySQL，這種開放型的數(shù)據(jù)庫允許多任務(wù)協(xié)同工作，從而使系統(tǒng)能夠同時(shí)滿足多個(gè)不同變電站同時(shí)使用的需求。

根據(jù)該系統(tǒng)的功能需求，前臺(tái)與后臺(tái)開發(fā)采用了不同的工具，后臺(tái)采用Java 技術(shù)。主要是由于Java 屬于面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，由于其具有較高的可移植性，從而能夠適用于多種不同的平臺(tái)，在靈活性方面具有更大的優(yōu)勢。此外Java 屬于解釋型語言，程序翻譯與執(zhí)行相互堵路，對程序的運(yùn)行沒有直接影響。前臺(tái)則采用Vue 框架開發(fā)，這是由于Vue 框架具有雙向性，同時(shí)數(shù)據(jù)更新不需要對整個(gè)頁面進(jìn)行刷新處理，設(shè)計(jì)人員也并不需要頻繁獲取DOM 節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對簡單。

3.3 用戶軟件操作

3.3.1 登錄頁面

用戶進(jìn)入網(wǎng)頁之后，單擊登錄界面進(jìn)行登錄操作，系統(tǒng)會(huì)提示輸入用戶名與密碼。用戶必須輸入正確的用戶名與密碼才能登錄系統(tǒng)，否則會(huì)給出與之對應(yīng)的錯(cuò)誤提示，根據(jù)錯(cuò)誤提示修正登錄信息即可完成登錄。

3.3.2 項(xiàng)目首頁

項(xiàng)目首頁主要體現(xiàn)的是高清拍攝儀攝像頭實(shí)時(shí)拍攝的內(nèi)容，用戶可以通過項(xiàng)目首頁觀察任務(wù)單是否正確擺放在規(guī)定的位置，用戶單擊開始之后即可識(shí)別相關(guān)信息，之后“開始”按鈕將會(huì)變?yōu)椤發(fā)oading”。

3.3.3 數(shù)據(jù)列表展示頁面

當(dāng)完成數(shù)據(jù)識(shí)別，后端數(shù)據(jù)尚未完成處理時(shí)，頁面上就會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)操作票文件列表，并按照順序排列好。

3.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫表必須實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目與Word 模板之間的相互對應(yīng)，poi 技術(shù)允許用戶輸入信息與數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行匹配，如果數(shù)據(jù)庫中存在匹配一致的項(xiàng)目，則調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的字符串替代文檔中的關(guān)鍵字，并將信息采用數(shù)據(jù)流的方式寫入文件夾中[4]。用戶也可以在操作票生成頁面單擊生成后的操作票文檔，數(shù)據(jù)庫的具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表1。

表1 操作項(xiàng)目

4 結(jié)語

在變電站操作票管理方面，數(shù)字化水平逐漸提高，且系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，為操作票管理的圖模自動(dòng)同步提供了有力的支持，AI 技術(shù)的變電運(yùn)維操作票系統(tǒng)中的應(yīng)用在很大程度上能為智能開票和系統(tǒng)免維護(hù)打下基礎(chǔ)。因此，在變電運(yùn)維操作票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中融入AI 技術(shù)，可提高操作票調(diào)度工作的可靠性、精準(zhǔn)性和效率，助力變電運(yùn)維操作票系統(tǒng)向智能化方向轉(zhuǎn)型。