未来智讯 > 人脸语音识别论文 > 指纹识别技术在电力监控系统中的应用

指纹识别技术在电力监控系统中的应用

发布时间:2018-07-02 01:07:00 文章来源:未来智讯    
    关键词:指纹识别;监控系统;身份识别;识别算法
    中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)16-0038-02
    
    一、技术应用背景
    
    目前国内大部分地区220KV和110KV变电站都已实现无人值班技术,进入了由集控中心统一监控阶段。一个集控中心一般监控7~10个变电站,变电站站内开关和刀闸操作都通过集控中心遥控操作。在运行监控特别是拉闸限电期间,集控中心的遥控操作非常频繁,夏季期间平均每天要通过遥控操作拉限电100多条次。在这些频繁操作中,目前集控中心监控系统采用“用户ID+密码”的方式进行用户身份认证和权限控制。每一步操作都需要输入操作人用户名、监护人用户名及相应密码,一方面这些步骤需要花费较多时间,使得调度指令执行不及时,且容易分散操作注意力;另一方面由于经常操作,密码比较简单,操作人员相互之间都知道,密码失去保密作用,容易发生操作人冒名监护人进行单人操作。这不但使集控中心监控系统存在安全隐患,更主要的是将对供电安全产生严重的安全威胁。为解决“用户ID+密码”认证方式所出现的弊端,故提出将指纹识别技术应用于集控中心监控系统,以实现用户对变电站设备进行控制前的身份认证。
    
    二、指纹识别技术研究
    
    每个人的指纹图案、断点和交叉点各不相同,呈现唯一性且终生不变。据此,我们就可以把一个人同他的指纹对应起来,通过他的指纹和预先保存的指纹数据进行比较,就可以验证他的真实身份,这就是指纹识别技术。指纹识别技术可称为人体密码,是模式识别领域中使用最早的,也是最为成熟的生物鉴定技术,它是集传感器技术、生物技术、电子技术、数字图像处理、模式识别于一体的高新技术。
    
    (一)指纹识别方案设计
    在用户登入电力监控系统前,首先集取集控中心操作人员指纹,本系统采用光电传感器作为指纹取像设备,并通过USB接口与监控系统服务器连接。指纹的图形及其他相关特征集取下来后传送至指纹采集程序中,经过运算及统计,在所采集图形中找出该指纹具有所谓“人人不同且终身不变的特性”的相关特征点,并将之数位化。其次在进行遥控操作时,当系统需要认证操作人用户身份时,可调用该指纹的数位化数据,并经运算、验证其与指纹数据库中的比对资料的相似程度,达到一定程度以上的统计相似度,即认为通过验证。然后通过同样的方法再验证监护人的指纹信息。只有操作用户和其监护人的指纹验证均通过,且不为同一人时,遥控操作程序才能继续执行。
    
    (二)识别算法设计
    在指纹识别过程中,我们把识别算法设计为3个步骤:图像预处、指纹特征提取和指纹比对。采集的指纹图像容易受到各种因素的影响而使图像质量变差,比如手指按压的方向和力度、皮肤的干湿程度、传感器的特征差异等。因此,指纹识别算法首先要对指纹图象进行预处理,以把有用的前景信息和背景区分开。在区分指纹的指纹区域和非指纹区域的指纹图像分割方法中,采用了基于块的指纹图像分割方法,这个算法将指纹图像分割成大小固定的小块,根据每一小块的特性确定该块是前景(指纹区)还是背景(非指纹区)。
    经过研究分析,我们采用的识别算法为方差法进行图像分割。指纹图像的前景区域由指纹脊线和谷线组成,指纹脊线和谷线是黑白相间的纹理,因此方差比较大,而背景区域的灰度变化不大,因此方差比较小。基于这一特征,利用图像的局部方差对指纹图像进行分割,首先将指纹图像分成w*w的小块,计算每一块图像的平均灰度值,
    对于每一块图像,当var(k,l)大于阂值T1时,将其设为前景,否则设为背景;最后用3*3邻域进行平滑,去除孤立图像块。然后采用基于块方向图计算的方向滤波;接着利用动态阀值法进行二值化处理,以把指纹灰度图像转化为仅用0、1表示的二值图像。对二值化后的二值图像进行细化可得到骨架图象。接下来的特征提取阶段采用模板匹配的方法获取细节特征点(端点、分叉点)的位置、方向和类型信息。最后特征匹配则采用基于细节特征点匹配的算法。其识别算法流程图如图1所示:
    
    三、监控系统身份认证设计与实现
    
    (一)数据库安全设计
    通过两个方面实现数据库系统信息安全:一是数据库管理系统本身提供的用户名/口令识别、使用权限控制、审计等管理措施;另一个就是靠应用程序设置的控制管理。作为数据库用户,最关心数据资料的安全,特别是用户权限问题。监控系统数据库安全管理主要分为以下几种:
    1.用户权限。不同类型的用户授予不同的数据管理权限。一般将权限分为3类:数据库登陆权限、资源管理权限和数据库管理权限。
    2.数据分类。同一类权限的用户,对数据库中数据管理和使用的范围是不同的。DBMS提供了将数据分类的功能,即建立视图,管理员把用户可查询的数据逻辑上归并起来,简称一个或多个视图,并赋予名称,再把该视图的查询权限授予该用户,也可以授予多个用户。这种数据分类可以进行得很细,其最小粒度是数据库二维表中一个交叉的元素。
    3.审计功能。有两种方式,即用户审计和系统审计。用户审计时,DBMS的审计系统记下所有对自己表或视图进行访问的企图,包括成功的和不成功的,以及每次操作的用户名、时间、操作代码等信息。这些信息一般都被记录在数据字典(或叫系统表)里,利用这些信息用户可以进行审计分析。系统审计由系统管理员进行,其审计内容主要是系统一级命令和数据库客体的使用情况。
    
    (二)身份认证方式设计
    身份认证方式可设计为以下两类,认证方式可以是下面的任意一种,默认首选为指纹认证。
    1.基于知识的方法来确定身份,如口令或PIN,这种身份认证方法的安全性仅仅基于用户口令或PIN 的保密性。
    2.基于他或她的独一无二的生理学的行为特征来确定身份即生物认证,如指纹认证。
    
    (三)指纹识别身份认证的功能实现
    1.需实现的功能。指纹识别功能与监控系统功能充分结合,利用监控系统数据库统一管理指纹信息,以实现以下功能:(1)能通过指纹识别出用户,并根据该用户所属的用户权限分配数据库操作权限;(2)指纹登记记录直接写入监控系统数据库,维护监控系统数据库时即可同时维护指纹库,不再需要单独维护指纹库;(3)所有监控系统的操作身份认证均可通过指纹认证,并详细记录操作日志;(4)读取操作人员指纹信息后与数据库中的建档信息进行比对,比对正确后再次读取监护人指纹信息,只有操作用户和其监护人的指纹验证均通过,且不为同一人时,遥控操作才能继续,从而确保控制操作安全。
    2.指纹识别功能实现。基于集控中心ON2000系统开发的指纹采集接口程序利用C++语言在SDK集成开发境下开发。SDK软件包为软件开发提供了一个集成的设计开发环境,它有一个包括工程管理、源代码开发和基于JTAG调试功能的图形界面(GUI)。本数据库指纹身份认证系统实现以下功能:
    (1)指纹图像获取。通过USB接口的指纹采集仪采集活体指纹图像。根据上面对指纹图像采集的分析,采用平面捺印指纹,以提高设别速度。采集的界面如图2所示:
    (2)指纹保存。采集的指纹信息保存在监控系统的应用数据库中,做到了监控系统数据库统一管理和维护。同时将指纹图像进行了压缩,大容量的指纹数据库经过JPEG压缩后存储,以减少存储空间。数据库中的用户权限分配数据见表1:
    (3)记录操作日志。集控中心监控系统数据库操作自动调用指纹身份认证程序,同时保留密码输入窗口,只有在指纹身份认证失败时,才可进入密码输入窗口。通过指纹身份认证进行的所有操作等同与通过密码身份认证的操作,并在监控系统应用数据库中记录详细的操作日志。操作日志记录所有用户的操作信息,对数据进行自动分类和自动检索。审计跟踪用户的活动,给管理员提供分析的依据。
    (4)用户权限验证。根据指纹识别系统获取的用户信息,完成对运行人员的身份认证,确保在集控中心监控系统中操作人员为合法的运行值班人员,通过权限验证判断值班人员是否具备需要的权限,以及确保值班人员只能具备已经分配的功能权限。
    
    四、结语
    
    文章将指纹识别技术应用于集控中心监控系统,以实现用户对变电站设备进行控制前的身份认证。该系统的实施,大大提高集控中心变电运行值班人员的工作效率,缩短遥控操作时间,特别在紧急限电时发挥了积极作用;同时还有效防止单人违规操作、防止非授权人员进行恶意破坏操作,对电网安全运行提供技术保障,受到了用户的一致好评。
    
    参考文献
    [1]戴平阳.指纹识别技术研究进展[J].厦门大学学报(自然科学版),2002,41(6).
    [2]卢朝阳,张岗山,刘琳.指纹识别系统性能评价方法[J].西安电子科技大学学报(自然科学版),2002,29(6).
    [3]景小峰.生物识别技术在国内的发展和应用[J].技术平台,2005,(1).
    
    作者简介:洪蕾(1975-),女,浙江临海人,浙江省电力公司台州电业局工程师,研究方向:电力系统自动化。

转载请注明来源。原文地址:https://www.7428.cn/page/2018/0702/20824/
 与本篇相关的热门内容: