一种变电站图纸智能管理系统研究与应用

佘佳林，马永春，林捷

（广东电网有限责任公司汕头供电局，广东汕头，515041）

0 引言

图纸是电力行业技术工作中不可或缺的工具。一般使用的图纸有纸质和电子化两种形式。纸质图纸不便于存放、管理和使用。电子图纸数量繁多、批次不一、新旧混杂、格式不统一、不能携带重要附加信息，给后续图纸的使用增添了不必要的麻烦。为解决目前图纸管理的上述缺陷，设计开发一套图纸智能管理系统成为必要。

1 变电站图纸智能管理系统

通过计算机编程，主要包括端技术（Vue 3+elementplus），后端技术（Java、spring、springMvc、mybatis以及MySQL）、OCR 文字识别技术（Tesseract OCR），使用B/S 架构构筑一个变电站图纸智能管理系统，将图纸文件存放于服务器端，用户可随时随地通过网页端，对图纸进行管理、查阅及维护。该系统一方面可实现智能导入处理图纸库，以替代大量人工维护工作，另一方面可通过优化的搜索技术，提高图纸的查找、使用效率。系统的整体设计框图如图1 所示，变电站图纸智能管理系统主界面如图2 所示。下面对系统的核心功能及开发技术进行介绍。

图1 变电站图纸智能管理系统整体设计框图

图2 变电站图纸智能管理系统主界面

■1.1 导入功能

管理用户可按需自行新增文件夹，也可以在系统引导下进行图纸导入操作。在引导模式下（如图3 所示），系统提示指引用户按照建设工程名称、所属巡维中心、变电站名、图纸类别等格式要求，逐步创建、命名各级文件夹、导入图纸文件，从而保障了图纸文件命名存放的正确性和规范性。

图3 引导模式示例图

前端使用Vue 3+element-plus 技术实现。Vue 3 作为一个渐进式JavaScript 框架，避免了直接使用JavaScript操作DOM 以及由此产生的浏览器兼容问题。element-plus则是由饿了么前端团队开发的UI 库，封装了大量的UI 组件，少量开发即可使用，且样式可随意调整，可大大提高开发效率、和美观程度。后端使用Java 技术，进行上传文件请求的处理，接收文件和解析存入数据库等后续操作。

■1.2 智能处理功能

导入完成后图纸被上传至服务器端后，系统将通过OCR 文字识别技术对图纸中的文字内容进行识别和提取，并建立索引，以供检索使用，从而实现对图纸的智能化存储和管理，提高图纸的管理效率[1]。

比如，图纸的标题栏（图4）中包括有工程名称、图纸名称、图号、日期、设计单位等信息，在进行OCR文字识别时，这些信息将被识别为关键信息[1]。

图4 图纸标题栏

其中OCR 文字识别功能是通过Google 提供的开源类库Tesseract OCR 来实现。该类库包含OCR 引擎（libtesseract）和命令行程序（tesseract）。它支持多种输出格式，比如纯文本，hOCR（HTML），PDF，TSV 等等。Tesseract 4 新增基于OCR 引擎的新神经网络（LSTM），可通过训练提高对特定类型图片的识别效率，因此除了安装和少量的开发工作外，还需通过一定量的样本图片对其进行训练。

■1.3 自动命名功能

利用智能处理功能识别提取出来的图纸名称、图号等信息，可对图纸文件进行自动命名，并即时更新目录，从而构建一个实时更新的图纸库。

具体实现方式是通过编写Java 程序，根据人工规定的自动命名逻辑，利用图纸名称、图号等信息对图片进行重新命名。其中自动命名逻辑通过XML 配置文件进行配置，管理人员可直接通过修改配置文件来规定自动重命名规则，从而避免写死在程序中所导致的规则更改困难。

■1.4 关键词功能

关键词功能，包括关键词提取模块和关键词设置模块。关键词提取为程序自动处理，关键词设置为人工通过系统进行设置。系统可以自动将工程名称、日期、设计单位设置为关键词并关联到图纸文件，维护人员可以根据需要手动将定置信息、设备间隔、设备双编、屏柜编号等关键信息设置为关键词。关键词将被用作索引，供检索使用。

关键词自动提取是通过Tesseract OCR 类库来实现。关键词设置功能则通过前文所述Vue 3+element-plus 技术进行前端开发，构建维护人员操作界面，以及使用Java编写对应的后端处理程序，对维护人员提交的关键词进行存入索引库的操作。

■1.5 注释功能

当现场设备发生变动，图纸未能及时变更时，或者发现图纸内容不全时，可以增加额外的注释信息。新增的注释仅本人及管理员可见，角色权限管理进行可见授权。注释内容可以是文字、图形、照片、附件等多种类型。新建注释时，将自动添加时间、编辑人等必要信息，并将注释标题自动生成为关键词。

注释功能的实现同时需要前端程序和后端程序。前端程序通过Vue 3+element-plus 技术进行开发，管理员可通过前端界面进行图片注释的增、删、改、查。后端程序即接收处理请求，对数据库进行对应的增、删、改、查操作，代码可完全复用Java 编写的后端处理程序。

■1.6 检索功能

基于文字识别功能、自动命名功能、关键词功能、注释功能，系统的用户可通过输入检索词可获得如图纸内容信息、存放路径、卷册名称、文件名称、自定义关键词、注释信息等大量与图纸高度相关的信息。

检索功能同样需要前后端配合实现。前端采用Vue 3 +element-plus 技术进行前端检索程序和界面以及前端展示程序和界面的开发。前端开发时主要需要注意对检索词的校验，从前端避免用户输入非法检索词。后端程序使用原生Java 进行开发，进行检索请求的接收，数据库查询，最后返回检索结果给前端程序。

■1.7 权限管理

图纸资料有数据保密的需求，并涉及审批流程，故本系统设置有完整的权限管理功能，将账户分为三种类型：普通用户，管理用户，高级管理用户。普通用户有浏览图纸、新增注释的权限；管理用户有普通用户的全部权限，还可以录入、作废图纸文件；高级管理用户可以对新增注释、作废图纸等申请进行审批[2]。

权限管理功能的开发，包括前端和后端。前端程序使用Vue 3+element-plus 技术开发。后端程序使用Java 和Apache Shiro 进行开发。Apache Shiro 是一个强大且易用的Java 安全框架，用它进行身份验证、授权、密码等的管理。Apache Shiro 内置的Realm 可连接海量的安全数据源（又名目录），如LDAP、关系数据库（JDBC）、类似INI的文本配置资源以及属性文件等。

2 变电站图纸智能管理系统的应用

基于上述各功能模块，变电站图纸智能管理系统提供了一种创新的图纸管理、使用模式。其流程图如图5 所示。

图5 图纸管理使用流程图

图纸管理员只需在系统引导下导入图纸文件，之后系统将自动完成文件处理、上传至服务器、文字识别、提取关键信息、自动命名文件、生成关键词、实时更新目录等一系列流程，既便捷高效，又可以满足规范化管理的要求。

例如，对于图4 所示的图纸，假设我们预设的命名规则是图号+图纸名称，则其文件会被自动命名为“B0616 1J-D204-15 110kV 线路间隔1G 隔离开关端子排图”。系统还将自动识别提取出关键信息：“工程名称：110kV XX变电站工程”、“日期：2015.04”、“设计单位：汕头电力设计院”，并设为3 个关键词。

当运维人员、施工人员等用户需要使用图纸时，只需登陆内网的网页端，输入检索词，利用检索功能，即可快速、准确地找到相关的图纸，较之以往手动查找、翻阅的形式，可以节省大量时间，也可以降低对使用者的技术、经验要求。

在使用图纸的过程中，发现图实不符，使用不便等情况时，可以增加关键词，或在图纸中附上注释信息，及时对相关情况进行补充说明。例如，对于图4 所示的图纸，仅从图纸名称“110kV 线路间隔1G 隔离开关端子排图”，使用者无法确认这份图纸对应的是哪个线路间隔，哪一把刀闸，通过将“间隔：110kV 新陈I 线，新陈II 线”、“设备：1741刀闸，1752 刀闸”设置为关键词，即可将图纸和现场设备对应起来，减少查找图纸的时间，避免不熟悉设备的人员使用错误的图纸。若将纸质图纸的定置信息设置为关键词，可以将电子图纸和纸质图纸的位置进行关联，从而提高纸质图纸查找的效率。关键词及注释信息相关示例如图6 所示。

图6 关键词及注释信息示例

关键词和注释信息都可随时增加、删减、修改，为了保证图纸内容的准确性，变更过的关键词和注释信息只对编辑者和审批人员可见，系统根据变更情况自动生成审批通知，设计单位、继保专业人员登陆高级管理账户，即可查看该通知并对相关变更进行审批，审批不通过的变更会被回退至编辑者账号再次修改，审批通过的变更及其审批流程信息将对所有人可见。

3 结语

本文介绍了一种变电站图纸智能管理系统，提出了一种创新的图纸管理使用模式，该系统已开始投入使用，以往电力工程图纸的录入工作效率较低，因为有拆分文件、格式转化、创建文件夹、文件命名、更新目录清册等诸多流程，每处理一份100 页的图纸文件至少需花费两个小时的时间。而使用图纸智能系统，导入图纸只需3 分钟，其后的上传、处理工作都由服务器在后台自动完成，整个流程不会超过10 分钟，不仅效率大大提高，统一处理文件还可以保证其录入的正确性和规范性。实践证明，变电站图纸智能管理系统可以有效提高图纸管理、查找、使用和维护的效率，降低相关作业的难度，为变电站的各项运维工作提供有力的支持。