基于Python 的高負(fù)荷用電故障預(yù)警系統(tǒng)

杜瀚霖，郭志達(dá)，李曉莉

（廣東電網(wǎng)責(zé)任有限公司惠州供電局，廣東 惠州516000）

1 概述

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，供電企業(yè)為了提高供電的效率，保障供電的安全及穩(wěn)定，需要對用電情況進(jìn)行及時檢查和數(shù)據(jù)分析[1]。由于用電電路的復(fù)雜化以及供電方式的多樣化，傳統(tǒng)人工方式的用電情況的檢查及分析已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前工作的需求，然而信息技術(shù)的發(fā)展為用戶用電情況的分析提供了條件。本文首先利用Python 編程和數(shù)據(jù)分析軟件tableau，對用戶用電量、報裝容量、故障工單等信息進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上對高負(fù)荷用電與故障之間的關(guān)系進(jìn)行判斷，然后利用Python 編程實現(xiàn)信息的自動發(fā)送，將高負(fù)荷用電的用戶信息，通過微信、企業(yè)微信、釘釘?shù)确绞桨l(fā)送至對應(yīng)的客戶經(jīng)理和設(shè)備主人。

2 系統(tǒng)分析

為實現(xiàn)對用電情況的分析，進(jìn)而對高負(fù)荷用電與故障的關(guān)系進(jìn)行判斷，并及時進(jìn)行信息反饋。系統(tǒng)的主要功能模塊如圖1 所示。

主要功能包括：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析、信息管理。

其中數(shù)據(jù)分析部分，除了Python 編程外還使用了更加專業(yè)的數(shù)據(jù)分析工具Tableau。

數(shù)據(jù)獲取主要通過從營銷系統(tǒng)導(dǎo)出，本文使用了用電量報表、用電故障單、用戶報裝容量單三個表格。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.1 數(shù)據(jù)分析

首先根據(jù)是否高負(fù)荷用電和是否出現(xiàn)故障將用戶分為四類，如表1 所示，分別統(tǒng)計數(shù)量。

表1 高負(fù)荷用電及故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

根據(jù)獨立性檢驗公式（1），計算隨機變量K2的值

并根據(jù)表2 確定“高負(fù)荷用電和出現(xiàn)故障有關(guān)系“的可信程度。

表2 高負(fù)荷用電及故障關(guān)系可信度

例如，若K2計算結(jié)果為7，6.635＜7＜7.879，則“高負(fù)荷用電和出現(xiàn)故障有關(guān)系”成立的概率為1-0.010=99%，可以認(rèn)為高負(fù)荷用電與出現(xiàn)故障有較大的關(guān)聯(lián)；若K2計算結(jié)果為0.5，0.455＜0.5＜0.708，則“高負(fù)荷用電和出現(xiàn)故障有關(guān)系”成立的概率為1-0.50=50%，可以認(rèn)為高負(fù)荷用電與出現(xiàn)故障關(guān)聯(lián)較小。

本文使用JN 營業(yè)廳的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進(jìn)行運行測試。數(shù)據(jù)包括：該營業(yè)廳所有用戶11 月的用電量、該營業(yè)廳11月的故障單、該營業(yè)廳所有用戶的報裝容量。數(shù)據(jù)分析采用以下兩種方式。

（1）近幾年，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能快速發(fā)展，Python這一跨平臺、開源的高級編程語言，發(fā)展勢頭迅猛，呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長。Python 語言是一種面向?qū)ο蟮膭討B(tài)類型編程語言，語法簡單，便于學(xué)習(xí)，功能強大，快捷高效，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。同時，Python 提供了強大的模塊支持，能極大的提高程序的開發(fā)效率[2]。

利用Python 編寫程序，分別讀取用電量報表、用電故障單、用戶報裝容量表中的數(shù)據(jù)，然后將每個用戶的戶號、電話號碼、所屬臺區(qū)、所屬線路、本月用電量、報裝容量、是否發(fā)生故障等信息整合到一個數(shù)據(jù)文件result.xls中，然后對其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，從而篩選出高負(fù)荷的用戶信息。

（2）為了提高數(shù)據(jù)分析的效率，降低錯誤率，還可以使用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如使用Tableau 軟件可直接繪制出各臺區(qū)和線路的高負(fù)荷戶數(shù)柱狀圖，橫軸代表不同的臺區(qū)、線路，縱軸代表高負(fù)荷戶數(shù)，顏色代表高負(fù)荷用戶占的比例。結(jié)果如圖2 所示。

統(tǒng)計有無高負(fù)荷用電和有無故障的用戶數(shù)量，填入表3 中。

將數(shù)據(jù)代入式（1）中進(jìn)行計算，得到結(jié)果

根據(jù)計算結(jié)果對比表2 可以得知，“高負(fù)荷用電和出現(xiàn)故障有關(guān)系”成立的概率在97.5%與99%之間。因此，可以認(rèn)為用戶高負(fù)荷用電和出現(xiàn)故障之間是存在相關(guān)關(guān)系的。

圖2 各臺區(qū)、線路高負(fù)荷用戶數(shù)量柱狀圖

根據(jù)以上結(jié)論，在發(fā)現(xiàn)用戶存在高負(fù)荷用電行為后，如果及時將高負(fù)荷用電用戶的信息發(fā)送給對應(yīng)的客戶經(jīng)理和設(shè)備主人進(jìn)行預(yù)警，可以達(dá)到減少故障的發(fā)生次數(shù)和減小故障帶來的負(fù)面影響的目的。

表3 高負(fù)荷用電及故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

2.2 信息發(fā)送

及時將用電信息發(fā)送給客戶經(jīng)理和設(shè)備主人有利于降低故障的發(fā)生率，但是完全依靠人工發(fā)送信息，會大量增加管理人員的工作負(fù)荷，同時也容易出現(xiàn)差錯。利用微信、釘釘?shù)绕脚_實現(xiàn)信息的自動發(fā)送可以有效解決這一問題。

目前利用Python 編程實現(xiàn)微信自動發(fā)消息的方式，幾乎都是通過itchat 或wxpy 模塊自動登陸網(wǎng)頁版微信，實現(xiàn)的微信在線助理功能。但隨著微信管理越來越嚴(yán)格，為了避免平臺充斥大量垃圾信息，騰訊公司對網(wǎng)頁版微信進(jìn)行了動態(tài)安全策略調(diào)整，對自動發(fā)消息的限制越來越多，基于web API 的方案都失效了。本文巧妙運用Python 的PyAutoGUI 模塊，模擬用戶控制鼠標(biāo)、鍵盤在電腦屏幕上進(jìn)行的各種操作，實現(xiàn)自動發(fā)送信息的功能。

“高負(fù)荷用電故障預(yù)警系統(tǒng)”可以自動從excel 數(shù)據(jù)表中根據(jù)需要篩選數(shù)據(jù)，自動查找相關(guān)的微信、企業(yè)微信或釘釘聯(lián)系人，并點對點發(fā)送信息，從而能實現(xiàn)有針對性的及時報告，向客戶經(jīng)理和設(shè)備主人反饋用戶高負(fù)荷用電情況。

2.2.1 PyAutoGUI

PyAutoGUI 是一個純Python 的自動化工具，能實現(xiàn)用程序自動控制鼠標(biāo)和鍵盤操作。它不僅可以模擬鼠標(biāo)的移動、點擊、拖拽，鍵盤按鍵輸入操作，以及鼠標(biāo)和鍵盤熱鍵的同時操作，還可以實現(xiàn)控制消息框、截圖、定位等功能。利用它可以通過自動化的模擬鼠標(biāo)、鍵盤操作，將大量重復(fù)性的電腦手動操作轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣舆\行。

“高負(fù)荷用電故障預(yù)警系統(tǒng)”巧妙靈活地運用PyAutoGUI 模塊中的各種函數(shù)，自動代替需操作者手動完成的相應(yīng)操作。例如：自動在屏幕上查找微信等應(yīng)用程序快捷方式圖標(biāo)的位置坐標(biāo)，并移動鼠標(biāo)到該圖標(biāo)上；模擬鼠標(biāo)雙擊，自動運行該程序；模擬移動鼠標(biāo)到需要的位置；模擬鼠標(biāo)單擊，定位光標(biāo)在屏幕上的位置；模擬“Ctrl+v”操作，粘貼剪貼板中的內(nèi)容到光標(biāo)當(dāng)前位置；模擬點擊回車按鍵，確認(rèn)消息發(fā)送。在“高負(fù)荷用電故障預(yù)警系統(tǒng)”的實現(xiàn)過程中，主要用到的該模塊的如下幾個函數(shù)：

（1）pyautogui.locateOnScreen（）

獲取相關(guān)圖標(biāo)在電腦屏幕上的位置。例如，先截取屏幕上的微信圖標(biāo)保存為‘login.png’，然后利用pyautogui.locateOnScreen（‘login.png’）函數(shù)來獲取電腦屏幕上微信圖標(biāo)屏幕坐標(biāo)。

（2）pyautogui.center（）

獲取一個區(qū)域的中心值，作為當(dāng)前操作的位置。例如：pyautogui.center（L，T，W，H），獲取該區(qū)域中心的X 和Y 坐標(biāo)。

（3）pyautogui.moveRel（x，y）

移動鼠標(biāo)到指定位置或相對位置，例如pyautogui.moveRel（xOffset=0，yOffset=60），自動下移鼠標(biāo)60 像素。

（4）pyautogui.click（）

模擬鼠標(biāo)在當(dāng)前位置的單個鼠標(biāo)左鍵單擊，相當(dāng)于在當(dāng)前位置按下鼠標(biāo)左鍵，然后將其釋放。

（5）pyautogui.doubleClick（）

實現(xiàn)在當(dāng)前位置，鼠標(biāo)左鍵雙擊。

（6）pyautogui.hotkey（）

模擬鍵盤上的熱鍵組合，可以接受多個按鍵字符串參數(shù)，順序按下，再按相反的順序釋放。例如用pyautogui.hotkey（‘ctrl’，‘v’）可以模擬按下Ctrl+v 鍵，實現(xiàn)粘貼功能。

（7）pyautogui.press（）

模擬點擊鍵盤上的按鍵，相當(dāng)于按下和釋放的集合。例如用pyautogui.press（‘enter’）可以模擬按下回車鍵。

2.2.2 Pyperclip

Pyperclip 模塊的主要功能是復(fù)制、粘貼字符串，該模塊中有兩個函數(shù)，分別是copy（）和paste（），copy（）用于復(fù)制文本到計算機的剪貼板，paste（）用于從計算機剪貼板粘貼文本到當(dāng)前位置?！案哓?fù)荷用電故障預(yù)警系統(tǒng)”主要運用該模塊從用戶信息文件中復(fù)制信息到剪貼板中。

2.2.3 具體實現(xiàn)方法

通過以上的函數(shù)實現(xiàn)對鼠標(biāo)和鍵盤的控制，可以代替對鼠標(biāo)和鍵盤的手動重復(fù)操作。利用編程，將這些函數(shù)根據(jù)信息發(fā)送的需要進(jìn)行調(diào)用，就可以實現(xiàn)信息的自動發(fā)送。本文以通過微信平臺自動化發(fā)送信息為例，說明利用Python 編程，實現(xiàn)“高負(fù)荷用電故障預(yù)警系統(tǒng)”的方法，數(shù)據(jù)來源于excel 文件，具體實現(xiàn)方法如下：

第一步，篩選excel 表中符合條件的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)分析的過程中，用Python 編程或Tableau 軟件讀取多個表格中的內(nèi)容，并且將高負(fù)荷用電的用戶篩選出來，將其戶號、戶主、電話號碼、客戶經(jīng)理、用電量、報裝容量、所屬臺區(qū)、所屬線路、設(shè)備主人等信息輸出到一個excel 表格中。然后我們可以根據(jù)需要，從該excel 表中篩選需要發(fā)送的數(shù)據(jù)及需要發(fā)送信息的微信名。例如：高負(fù)荷用電用戶的戶號、戶主、電話號碼、用電量、報裝容量和對應(yīng)的客戶經(jīng)理微信好友名，高負(fù)荷用電用戶的戶號、所在的臺區(qū)、線路、用電量、報裝容量和對應(yīng)的設(shè)備主人微信好友名。主要代碼如圖3 所示。

第二步，定位屏幕上的微信圖標(biāo)，并雙擊登陸。通過微信平臺自動發(fā)送信息，需要先在電腦上啟動“微信”。程序自動搜索屏幕上的微信圖標(biāo)，找到后獲取微信圖標(biāo)的屏幕坐標(biāo)中心點，在該位置處模擬鼠標(biāo)雙擊，即可自動運行微信程序，然后手機掃二維碼認(rèn)證登錄。主要代碼如圖4 所示。

圖3 篩選信息程序代碼

圖4 自動運行微信程序代碼

第三步，定位鼠標(biāo)熱點到微信搜索框，自動查找好友。啟動微信后，就要在微信中，找到需要發(fā)送信息的微信好友，好友微信名已經(jīng)在前面第一步篩選出來。

同樣利用pyautogui.locateOnScreen 函數(shù)在屏幕上查找“微信好友搜索框”的位置，定位鼠標(biāo)到好友搜索框。再利用Pyperclip 模塊，從篩選出來的學(xué)生數(shù)據(jù)文件中，用pyperclip.copy（） 函數(shù)自動復(fù)制微信好友名，利用pyautogui.hotkey（）函數(shù)模擬“Ctrl+v”操作，將微信好友名粘貼到搜索欄；然后，模擬點擊回車，搜索好友。

第四步，定位鼠標(biāo)熱點到該好友對話框的信息發(fā)送欄。搜索到好友后，利用pyautogui.moveRel（）函數(shù)，模擬移動鼠標(biāo)到好友對話框，并模擬鼠標(biāo)單擊，激活好友對話框。

第五步，復(fù)制需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，自動發(fā)送。激活查找到的好友對話框后，利用pyperclip.copy（）函數(shù)，將數(shù)據(jù)文件中需要發(fā)送的信息（戶號、用電量、報裝容量等信息），復(fù)制到剪貼板；然后，模擬“Ctrl+v”操作，將信息粘貼到對話框；模擬點擊回車，發(fā)送信息。

程序重復(fù)以上操作步驟，直到所有篩選出來的數(shù)據(jù)自動發(fā)送完畢。以上就是利用Python 編程實現(xiàn)“高負(fù)荷用電故障預(yù)警系統(tǒng)”，在微信平臺上自動發(fā)送信息給指定好友的主要步驟。

3 運行實例

基于Python 的“高負(fù)荷用電故障預(yù)警系統(tǒng)”短小精悍，操作簡單，下面通過一個實例介紹其具體運行過程。

首先，啟動“高負(fù)荷用電故障預(yù)警系統(tǒng)”，程序會自動讀取用電量報表、用電故障單、用戶報裝容量三個表格中的內(nèi)容，從中選取需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并整合到一個高負(fù)荷用電數(shù)據(jù)表格中。接下來自動打開高負(fù)荷用戶數(shù)據(jù)文件，如圖5 所示，需要發(fā)送高負(fù)荷用電用戶的高負(fù)荷用電信息給對應(yīng)的客戶經(jīng)理和設(shè)備主人。

其次，模擬鼠標(biāo)自動操作電腦，在桌面查找并雙擊打開微信程序，讀取表格中的數(shù)據(jù)；如圖6 所示，打開“張三”的微信對話框。自動從高負(fù)荷用戶數(shù)據(jù)文件中復(fù)制趙某的高負(fù)荷用電信息到信息發(fā)送欄中，并自動發(fā)送給“張三”，從而自動完成高負(fù)荷用電用戶信息的點對點發(fā)送。

第三，依次讀取高負(fù)荷用戶數(shù)據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，并重復(fù)以上步驟，通過微信發(fā)送給對應(yīng)的客戶經(jīng)理和設(shè)備主人，直至所有信息點對點發(fā)送完畢。

圖5 excel 表中的信息截圖

圖6 利用微信對話框自動發(fā)送信息

圖7 用戶接收到故障預(yù)警系統(tǒng)發(fā)送的信息

在整個程序運行過程中，不僅能通過對用電數(shù)據(jù)的分析，篩選出高負(fù)荷用電用戶信息，還能利用Python 模塊函數(shù)模擬鼠標(biāo)和鍵盤，在電腦屏幕上自動實現(xiàn)微信程序的啟動，微信好友的查找，以及對信息的搜索、復(fù)制、粘貼，并自動發(fā)送微信信息。全過程中不需要對電腦進(jìn)行任何手動操作，既節(jié)省了人力，又保證了信息發(fā)送的準(zhǔn)確、快捷和安全，能夠讓客戶經(jīng)理和設(shè)備主人及時了解自己的管轄范圍內(nèi)有哪些用戶存在高負(fù)荷用電行為，為后續(xù)的運行維護(hù)工作提供支撐。

4 結(jié)束語

通過本系統(tǒng)可以快速對用戶的用電情況進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)合圖形顯示，直觀地對用電情況進(jìn)行了解。同時分析高負(fù)荷用電與故障間的關(guān)系，并且準(zhǔn)確地將高負(fù)荷用戶的信息自動發(fā)送至對應(yīng)的客戶經(jīng)理和設(shè)備主人。對改善用電檢查的工作效率，保障用電系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定具有積極的意義。