指纹识别安全管理系统在泰山抽水蓄能电站的应用

周 坤，李光辉

（国网新源泰山抽水蓄能电站有限责任公司，山东 泰安 271000）

0 引言

抽水蓄能电站作为目前电力系统最优的调峰、调相和事故备用电源之一，电网对于抽水蓄能电站的安全管理要求越来越高。泰山抽水蓄能电站安装4台250 MW立轴单级混流式水泵水轮机机组，通过两回高压电缆与泰安500 kV变电站连接，2007年6月全部建成投运，在山东电网承担调频、调相和事故备用的作用，是山东电网最佳“黑启动”应急电源。

针对泰山抽水蓄能电站分布区域广、作业面分散、人员高空作业、高压设备操作等危险点多的现状，在FIT指纹识别理论的研究基础之上，泰山抽水蓄能电站根据实际情况和业务需求开发了一套FIT指纹识别安全管理系统，通过上线应用取得了很好的效果。

1 FIT指纹识别技术

FIT指纹识别技术是利用人体指纹是人体独一无二的特征，通过射频传感器发射微量射频信号，穿透手指表皮层控测里层的纹路，来获得最佳指纹图像，结合不同的匹配识别算法得到识别结果，以确定该指纹所有人身份的生物特征识别技术。

FIT指纹识别技术只对人的真皮皮肤有反应，具备防伪能力好、图像质量高、扫描速度快、价格低廉和可靠性强的特点。在语音识别、面部识别、虹膜识别、签名识别、指纹识别等多种生物识别技术中，是众多生物特征中综合性能最高的，毫无疑问也是生物识别技术的首选。

FIT指纹识别技术也是目前应用的最为广泛的生物识别技术，利用每个人独特的指纹特征构成口令，提高系统安全性。随着科技进步，个人电脑和光学扫描仪两项技术不断革新，指纹识别技术不断发展，为指纹识别技术的应用提供了更广阔空间［1］。现在利用指纹来完成身份验证和识别任务的系统己经大规模使用。比如：政府机要部门、国家重点实验室、军事要地等重要入口的身份验证，关键设备的启动控制，银行金库、金融系统等，公司、学校等单位的考勤，甚至部分家庭已经使用指纹锁。

2 系统结构

2.1 技术原理

FIT指纹识别技术主要涉及4个功能：读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。 相对应的基本框架通常由指纹采集、预处理、特征提取和分类识别4个部分组成。通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像，然后要对原始图像进行初步的处理，使之更清晰，再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据。 软件从指纹上找到被称为“节点”的数据点，即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有7种以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70个节点，所以这种方法会产生大约490个数据。 这些数据，通常称为模板。通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。 采集设备（即取像设备）分成几类：光学、半导体传感器和其他。

指纹图像模式识别包含5条主要的研究内容：指纹图像的几何、拓扑性质；指纹图像的增强、消噪声、平滑、二值化、细化算法；指纹图像的特征提取方法及特征空间的构成；指纹图像的拓扑分类方法；面向实际应用的指纹自动识别系统等。其需要解决的重点问题是：寻求相对尺度、平移、旋转、仿射不便的特征量及特征量的提取方法；指纹图像特征的拓扑结构识别与匹配方法。

2.2 系统结构

FIT指纹识别系统以指纹识别服务器为核心，它直接为FIT-300终端提供服务。指纹识别服务器控制器能够本地或远程直接控制核心指纹识别服务器的启动和停止。指纹识别服务器管理模块为系统管理员提供终端监视、用户管理、查询访问记录、进行系统设置、修改核心数据库数据等管理界面。数据库采用SQL Server 2008提供数据集中管理以联系指纹识别服务器和服务器管理控制，以及存储服务器设置选项和用户、访客的档案［2］。图1显示了整个系统的总体结构图，其中，FIT-300终端和指纹识别服务器管理器都属于客户端范畴；核心指纹识别服务器、核心数据库、日志数据库以及指纹识别服务器控制器属于服务器端的范畴。指纹识别服务器控制器和指纹识别服务器管理器都可以对核心指纹识别服务器进行远程访问。系统中各组件之间使用TCP协议进行通信［3］。

FIT指纹识别系统中最为核心的部分是指纹识别算法，算法的优劣直接带来的影响将是识别的可靠性和精确度。FIT指纹识别算法主要包含3个部分，分别为指纹图像预处理、特征点提取和特征匹配，算法流程如图2所示。其中，指纹图像预处理又包含图像场的计算、分割、均衡化、平滑、细化等部分。

图1 系统总体架构图

图2 FIT指纹识别算法流程图

3 技术应用

FIT指纹识别系统覆盖泰山抽水蓄能电站所有的生产及控制核心区域，以控制楼监控中心为中心，包括地下主厂房（主厂房、安装场副厂房、端部副厂房、主变洞、尾闸洞）、开关站、上水库、下水库、控制楼等区域，整个系统采用光纤、网线和RS-485总线的混合组网方式，实现远距离高速数据通信传输，网络拓扑结构如图3所示。

现以开关站区域系统设计为例，介绍FIT指纹识别系统的具体实施过程。

开关站主要有：220 kV GIS、高压电缆、线路通信保护、柴油发电机以及低压配电设备，FIT指纹识别系统在此区域共设计有16个节点，分别布置在柴油机房、GIS电缆室、电缆竖井风机房、线路继电保护及配电楼等处，该区域信号连接采用双工485/422通信方式，所有设备连接到LK-08，由LK-08连接到带RS-485接口的光端机通过光纤传输到控制楼监控中心。

图3 FIT指纹识别系统网络拓扑结构图

电站主厂房、开关站和上水库等区域作为安全生产一级重点保卫防护区域，安全责任重大，通过FIT指纹识别系统的应用，泰山抽水蓄能电站管理人员可随时方便地通过FIT-300管理终端设备对进出电站各区域的人员进行授权或取消授权，并与电站围墙光幕系统结合，有效加强了电站的安全保卫管理，特别是在2008年“奥运保电”期间发挥了无可替代的作用。

电站机电设备大部分均布置在地下厂房中，设备布置密度大，运行人员在日常巡检过程中往往有走错间隔造成设备误操作的危险，泰山抽水蓄能电站通过将FIT指纹识别系统与地下厂房防误入间隔智能语音系统相结合，在现场随时提醒运行人员所处的位置，使生产人员在进入该区域时及时获得有效提醒，避免误入设备间隔，从而降低设备事故或人身伤亡事故发生的风险。

电站主机设备均为国外进口，自动化程度高，人员配置较少，在日常设备运维过程中有部分外委人员协助进行辅助性日常维护工作，通过FIT指纹识别系统具备设定多种不同权限（区域、时间、人员）的功能，既提高了对外委人员在生产区域维护作业行为的管控水平，也加强了外委单位人员的资质审查的力度。

电站可逆式蓄能机组安装在地下厂房，需要时刻防范水淹厂房、设备火灾等重大危险的发生，一旦这些紧急情况出现，地下厂房值班人员的人身安全显得尤为重要，通过FIT指纹识别系统与消防监控系统的联动功能，既提高了事故紧急处理的效率，对于人员逃生疏散也有很大帮助。

泰山抽水蓄能电站作为国网公司系统第一家获得“鲁班奖”的抽水蓄能电站和国家级“AAA”级工业旅游风景区，每年都有大量的外来人员前来参观学习，如何防止外来人员进入如高电压、高噪声、高气压等危险区域造成人身伤害甚至设备事故的发生，FIT指纹识别系统的报警和图像推显（与工业电视监控系统联动）功能发挥了重要的作用。

另外，FIT指纹识别系统灵活的组网方式、开放的通信协议以及强大的拓展功能，通过与现用其他系统的有机融合，在泰山抽水蓄能电站人员考勤、食堂超市费用结算等方面也起到了一定的作用，促进了泰山抽水蓄能电站企业管理水平的提升。

4 结语

FIT指纹识别系统在泰山抽水蓄能电站投运以来，可靠灵活，运行稳定，不但使电站安全管理部门通过系统在线监控进出电站生产区域人员，而且通过FIT指纹识别系统采集到的数据，提高了电站安全管理分析的效率，丰富了抽水蓄能电站安全在线监控的手段和方法，提升了抽水蓄能电站安全管理水平。同时，FIT指纹识别系统的成功应用为其它抽水蓄能电站安全管理工作提供了设计思路，具有推广应用价值。

［1］蒋服生，程建新.指纹识别技术与产品创新设计［J］.商场现代化，2010（29）：11-14.

［2］李昊，傅曦.物联网：指纹识别系统算法及实现（Visual C++）［M］.北京：人民邮电出版社，2011.

［3］张晓梅，陈旭，任春晓，等.指纹识别算法研究平台的设计与开发［J］.计算机工程与设计，2008，29（14）：3802-3806.