基于AI的呼叫電力報(bào)修系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汪李忠， 董志會(huì)， 馬利東

(國網(wǎng)浙江杭州市余杭區(qū)供電有限公司，浙江 杭州 311100)

0 引言

人工智能(Artificial Intelligence，AI)技術(shù)是一門新的技術(shù)科學(xué)，主要用于對(duì)人的智能理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)的模擬、延伸和擴(kuò)展研究[1]。AI屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)的一部分，主要是通過對(duì)智能本質(zhì)的了解后，創(chuàng)造出一種智能機(jī)器，該機(jī)器可模擬人類的行為以及受到外界刺激所做出的反應(yīng)，因而人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域隨著理論技術(shù)的日益成熟而不斷擴(kuò)大。

電力作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱型產(chǎn)業(yè)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中占據(jù)著重要的位置，所以在當(dāng)下保障電力設(shè)施安全，改進(jìn)電力系統(tǒng)非常重要[2]。雖然近幾年電力設(shè)施不斷完善，電力系統(tǒng)不斷升級(jí)，但是不能夠及時(shí)解決電力的問題仍然存在。傳統(tǒng)的電力設(shè)備報(bào)修過程需要由電力中心集中分配處理，工作人員會(huì)根據(jù)故障發(fā)生地點(diǎn)，致電距離較近的維修中心請(qǐng)求協(xié)助，而不會(huì)擇優(yōu)選擇最適合的維修團(tuán)隊(duì)進(jìn)行電力故障搶修[3]，這樣的工作模式極大地浪費(fèi)搶修時(shí)間，對(duì)正常生產(chǎn)、生活造成了阻礙。因此，需要對(duì)電力運(yùn)營管理系統(tǒng)展開研究，文獻(xiàn)[4]提出了一種基于移動(dòng)Agent的電力調(diào)度管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將移動(dòng)Agent技術(shù)與調(diào)度管理進(jìn)行結(jié)合，建立模型，實(shí)現(xiàn)流程、模塊功能等進(jìn)行詳細(xì)描述，為實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度過程中的復(fù)雜控制和信息交互提供便捷途徑。文獻(xiàn)[5]提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力運(yùn)維系統(tǒng)，通過搭建移動(dòng)運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維信息化,并運(yùn)用優(yōu)劣解距離法對(duì)工單進(jìn)行自動(dòng)分配,提高了故障處理的效率,通過運(yùn)維系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)了電力通信接入網(wǎng)的智能化管理。上述系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，容易受到并發(fā)用戶或者故障數(shù)量龐大的影響，降低電力報(bào)修及時(shí)性。為解決當(dāng)前智能呼叫電力報(bào)修系統(tǒng)存在的問題，本文引入了人工智能技術(shù)，利用該技術(shù)具有的效率高、精準(zhǔn)高、節(jié)約人力成本的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，以期提升電力報(bào)修的成功率和效率，降低電力公司客戶管理成本和客訴率。

1 基于AI的呼叫電力報(bào)修系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

與傳統(tǒng)的電力報(bào)修系統(tǒng)不同，智能呼叫電力報(bào)修系統(tǒng)所有的外呼操作都是由AI自動(dòng)完成，因此電力報(bào)修系統(tǒng)的高度智能化是利用人工智能技術(shù)解決電力報(bào)修的主要難點(diǎn)問題。

由于AI的參與，系統(tǒng)需包含AI的關(guān)鍵能力和訓(xùn)練能力，例如ASR、TTS、NLP等?；贏I的呼叫電力報(bào)修系統(tǒng)總體架構(gòu)由用戶層、展現(xiàn)層、應(yīng)用層、適配層和資源層組成，具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

(1)在該系統(tǒng)中，用戶通過瀏覽器訪問展現(xiàn)層來實(shí)現(xiàn)信息資源獲取和信息交互，這一操作是以用戶層為基礎(chǔ)的，用戶層包含業(yè)務(wù)運(yùn)營人員、管理人員和維修人員模塊，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)不同的賬號(hào)和權(quán)限[6]。

(2)面向用戶的入口稱為展現(xiàn)層，智能呼叫平臺(tái)是一種網(wǎng)頁群體系，包含主頁和各級(jí)功能頁面，用戶的相關(guān)操作結(jié)果可通過其展現(xiàn)。

(3)應(yīng)用層是系統(tǒng)的重要組成部分，該層可實(shí)現(xiàn)信息的處理、管理以及呈現(xiàn)。根據(jù)不同功能可將應(yīng)用層分為系統(tǒng)管理模塊和智能呼叫模塊，這2個(gè)模塊之間相互獨(dú)立又相互影響，能夠?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程正常進(jìn)行提供保障[7]。

其中，管理模塊主要包含參數(shù)設(shè)置、用戶管理、權(quán)限設(shè)置、數(shù)據(jù)庫管理、公告管理和數(shù)據(jù)報(bào)表，系統(tǒng)管理模塊圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)管理模塊圖

參數(shù)設(shè)置：系統(tǒng)參數(shù)分為故障類別和報(bào)修地點(diǎn)2部分，如果需要對(duì)故障類別和報(bào)修地點(diǎn)進(jìn)行增加、刪除、修改等操作，可通過參數(shù)設(shè)置來完成[8]。故障類別主要包括網(wǎng)絡(luò)故障、電腦主機(jī)、顯示器、系統(tǒng)應(yīng)用等方面；報(bào)修地點(diǎn)包含辦公室、生技部、財(cái)資部、營銷部、安監(jiān)部等方面。

用戶管理：當(dāng)需要對(duì)各權(quán)限用戶進(jìn)行增加、刪除、修改等操作，包含登錄賬號(hào)、密碼、用戶身份、所屬部門等。

權(quán)限設(shè)置：主要設(shè)置報(bào)修單搜索、故障報(bào)修、報(bào)修單管理、工程師派單、維修登記和客戶評(píng)價(jià)6個(gè)功能，以及數(shù)據(jù)報(bào)表的客戶評(píng)價(jià)匯總、單位報(bào)修匯總和故障類型匯總3方面的設(shè)置。

數(shù)據(jù)庫管理：包括修改數(shù)據(jù)庫文件名、數(shù)據(jù)庫備份，有手動(dòng)、自動(dòng)備份兩種[9]。

公告管理：主要用于處理公告信息的增加、刪除和修改。

數(shù)據(jù)報(bào)表模塊主要分為3方面。

① 故障類型匯總：如果要查詢不同時(shí)間段電力報(bào)修故障類型匯總情況[10]，可通過選擇起始日期和截止日期來查詢。主要包含常見故障類型的總單數(shù)、已處理單數(shù)、處理中單數(shù)、未處理單數(shù)、完成率等。

② 單位報(bào)修匯總：如果要查詢不同時(shí)間段電力報(bào)修匯總情況，可通過選擇起始日期和截止日期來查詢。主要包含總報(bào)修單數(shù)、總維修費(fèi)用、已處理總單數(shù)、處理中總單數(shù)、未處理總單數(shù)、完成率等。

③ 客戶評(píng)價(jià)匯總：如果要查詢不同時(shí)間段客戶評(píng)價(jià)匯總情況，可通過選擇起始日期和截止日期來查詢。包括未處理的總單數(shù)、處理中的總單數(shù)、客戶滿意次數(shù)、客戶不滿意次數(shù)、客戶未評(píng)價(jià)次數(shù)、客戶滿意率等內(nèi)容。

(4)承擔(dān)與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)及能力對(duì)接的功能層稱為適配層。因電力設(shè)備較多且故障類型復(fù)雜多樣，所以智能呼叫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源不同，不同數(shù)據(jù)需要應(yīng)用不同的對(duì)接口，所以適配層主要起到過渡作用，對(duì)上匯總數(shù)據(jù)，對(duì)下合理分配數(shù)據(jù)。所以適配層可分為數(shù)據(jù)適配和功能適配兩部分。數(shù)據(jù)適配包含報(bào)表接口和數(shù)據(jù)庫接口；能力適配包含呼叫接口和錄音接口。

(5)底層的支撐設(shè)備稱為資源層，主要作用是為整個(gè)系統(tǒng)提供基本支撐，包含服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、安全設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

1.2 基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能呼叫

智能呼叫模塊處于系統(tǒng)應(yīng)用層，采用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障的智能報(bào)修呼叫。循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由3部分組成，分別為輸入層、隱藏層和輸出層。循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

從圖3中可以看出循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅層與層之間有連接，層內(nèi)也可增加連接，這一特點(diǎn)使循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可在時(shí)間域上累積，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)序列數(shù)據(jù)相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行處理。

循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在時(shí)間域上的展開如圖4所示。

圖4 循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在時(shí)間域上的展開

分析圖4可知，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前每一時(shí)刻的信息都含有之前若干時(shí)刻的信息，當(dāng)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)向前傳播時(shí)，按照時(shí)間的順序進(jìn)行順次計(jì)算；當(dāng)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)向后傳播時(shí)，那么要從最后一個(gè)時(shí)刻的梯度開始一層層向前積累。

循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)向前傳播的形式化表示如式(1)。

(1)

向后傳播的形式化表示如式(2)。

(2)

式中，求和計(jì)算的值用a表示；激活函數(shù)用θ表示；激活函數(shù)的激活值用b表示；損失函數(shù)用L表示；梯度用δ表示；求偏導(dǎo)用表示；隱藏層用h表示；隱藏層層數(shù)用H表示；隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)量用h表示；輸入層層數(shù)用T表示；輸入層用t表示；輸出層用k表示；輸出層層數(shù)用K表示；層間相連的2個(gè)節(jié)點(diǎn)的序號(hào)用i和j表示；權(quán)重用w表示；循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層、輸出層以及隱藏層的輸出誤差分別用wlh、wlJ、whk表示；循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交叉熵誤差用wh′h表示。

循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)允許前一刻的輸出與相應(yīng)的權(quán)重相乘，然后通過激活函數(shù)所得的輸出作為當(dāng)前時(shí)刻的輸入。所以循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)前時(shí)刻的特征會(huì)包含之前幾個(gè)時(shí)刻的特征，所以在序列數(shù)據(jù)建模方面循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能力優(yōu)于其他神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

將該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用至智能呼叫模塊設(shè)計(jì)中，當(dāng)序列數(shù)據(jù)存在異常，會(huì)將此信息迅速反饋給智能呼叫模塊，該模塊會(huì)立即執(zhí)行智能呼叫操作，并根據(jù)信息反饋結(jié)果實(shí)現(xiàn)電力報(bào)修，因此利用該模塊可以有效提升電力報(bào)修成功率和效率，降低電力公司客戶管理成本和客訴率。

2 實(shí)驗(yàn)分析

選取某省的某電力公司為研究對(duì)象，將該電力公司某段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)。其中測(cè)試環(huán)境如表1所示。

表1 測(cè)試環(huán)境

測(cè)試本文所設(shè)計(jì)的基于AI的呼叫電力報(bào)修系統(tǒng)的整體性能。其中該電力公司常見的故障類型分別有電表損壞、線路損壞、接頭氧化故障、線路漏電和線路短路5種。

2.1 可行性測(cè)試

為驗(yàn)證本文系統(tǒng)的電力報(bào)修效果，選取研究對(duì)象的5種不同類型的故障進(jìn)行測(cè)試，并采用文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)作為本文系統(tǒng)的對(duì)比系統(tǒng)，測(cè)試3種系統(tǒng)是否可準(zhǔn)確完成所有故障類型的電力報(bào)修，結(jié)果如表2所示。

表2 3種系統(tǒng)故障報(bào)修結(jié)果

分析表2可知，本文系統(tǒng)可完成所有故障類型的報(bào)修，而另2種對(duì)比系統(tǒng)均存在無法識(shí)別故障的情況，導(dǎo)致二者均存在故障漏報(bào)的問題，這說明本文系統(tǒng)具有可行性。

2.2 系統(tǒng)報(bào)修成功率測(cè)試

測(cè)試3種系統(tǒng)在不同使用人數(shù)條件下，報(bào)修的成功率，其中，報(bào)修成功率=報(bào)修成功事件數(shù)量/電力線路故障事件總量×100%。

3種系統(tǒng)報(bào)修成功率對(duì)比結(jié)果如表3所示。

分析表3可知，隨著系統(tǒng)使用人數(shù)的增加，本文系統(tǒng)的報(bào)修成功率呈小幅度降低趨勢(shì)，但當(dāng)系統(tǒng)使用人數(shù)達(dá)到100人時(shí)，本文系統(tǒng)的報(bào)修成功率在95%以上；而另2種對(duì)比系統(tǒng)的報(bào)修成功率隨著人數(shù)的增加大幅度下降，當(dāng)使用人數(shù)為100人時(shí)，文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)的報(bào)修成功率僅為70.5%，文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)僅為60.4%，文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)在使用人數(shù)較多時(shí)，報(bào)修成功率變化波動(dòng)較為顯著，穩(wěn)定性較差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明本文系統(tǒng)的報(bào)修成功率較高，再次驗(yàn)證了該系統(tǒng)具備較好的報(bào)修效果。

表3 3種系統(tǒng)報(bào)修成功率對(duì)比結(jié)果

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行效率

為測(cè)試本文系統(tǒng)的運(yùn)行效率，測(cè)試3種系統(tǒng)在不同電力線路故障數(shù)量情況下的系統(tǒng)運(yùn)行效率。其中，在電力線路故障數(shù)量相同的情況下，報(bào)修耗時(shí)越短，系統(tǒng)運(yùn)行效率越高，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同電力線路故障數(shù)量的報(bào)修所需時(shí)間

分析圖5可知，隨著故障數(shù)量的增加，本文系統(tǒng)的報(bào)修耗時(shí)相差不大，波動(dòng)較??；另2種對(duì)比系統(tǒng)則在故障數(shù)量增加的情況下，報(bào)修耗時(shí)大幅度增加，這說明本文系統(tǒng)不受故障數(shù)量的影響，具備較好的運(yùn)行性能。

2.4 系統(tǒng)的壓力測(cè)試

系統(tǒng)壓力的優(yōu)劣決定著系統(tǒng)承受服務(wù)限度峰值。一般情況下，系統(tǒng)的理想服務(wù)限度峰值為：報(bào)修請(qǐng)求平均響應(yīng)時(shí)間<35 ms，最高響應(yīng)時(shí)間<55 ms。測(cè)試在不同數(shù)量的并發(fā)用戶的情況下，3種系統(tǒng)的壓力測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

圖6 3種系統(tǒng)的壓力測(cè)試結(jié)果

分析圖6可知，本文系統(tǒng)的報(bào)修請(qǐng)求平均響應(yīng)時(shí)間大致為33.4 ms，最高響應(yīng)值為45 ms，該結(jié)果符合系統(tǒng)的理想服務(wù)限度峰值；另2種對(duì)比系統(tǒng)的最高響應(yīng)值分別為56 ms和59 ms，高于本文系統(tǒng)，這說明本文系統(tǒng)壓力性能較好，在并發(fā)用戶數(shù)量增加情況下，均可快速響應(yīng)報(bào)修請(qǐng)求。

2.5 系統(tǒng)抗干擾性能測(cè)試

為驗(yàn)證系統(tǒng)的抗干擾性能，在100 dB噪聲情況下及沒有噪聲的情況下，統(tǒng)計(jì)3種系統(tǒng)的接頭氧化故障報(bào)修所需時(shí)間，結(jié)果如表4所示。

表4 3種系統(tǒng)的報(bào)修所需時(shí)間對(duì)比結(jié)果

分析表4可以看出，本文系統(tǒng)在沒有噪聲干擾和100 dB噪聲情況下，接頭氧化故障報(bào)修所需時(shí)間相差極小，另外2種對(duì)比系統(tǒng)在有無噪聲干擾情況下的報(bào)修所需時(shí)間變化較大，且均高于本文系統(tǒng)，說明本文系統(tǒng)故障報(bào)修時(shí)間較少，同時(shí)噪聲對(duì)于本文系統(tǒng)的報(bào)修性能影響可忽略不計(jì)，證明本文系統(tǒng)抗干擾性能較好。

2.6 應(yīng)用性測(cè)試

測(cè)試3種系統(tǒng)應(yīng)用前后，電力公司對(duì)不同用戶的管理成本，結(jié)果如表5所示。

表5 管理成本統(tǒng)計(jì)結(jié)果

分析表5可知，電力公司使用本文系統(tǒng)后，客戶管理成本比使用本文系統(tǒng)前大幅度降低；另2種對(duì)比方法的用戶管理成本也有一定幅度的降低，但是降低幅度小于本文系統(tǒng)，這說明本文系統(tǒng)可有效降低電力公司客戶關(guān)系的管理成本。

客戶投訴率是衡量電力公司運(yùn)營質(zhì)量的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試電力公司應(yīng)用本文系統(tǒng)后6個(gè)月內(nèi)的客訴率。并對(duì)比之前同月份應(yīng)用本文系統(tǒng)前的客訴率變化，結(jié)果如表6所示。

表6 客訴率變化

分析表6可知，使用本文系統(tǒng)后，客訴率大幅度降低，由于本文系統(tǒng)可快速完成電力故障報(bào)修，避免傳統(tǒng)人工故障報(bào)修的弊端。本文系統(tǒng)在電力故障產(chǎn)生后，采用智能呼叫可直接呼叫故障處理等相關(guān)部門，無須人員現(xiàn)場(chǎng)記錄、申請(qǐng)、報(bào)修，可極大縮短報(bào)修時(shí)間，提高故障處理效率，因此客訴率降低。

2.7 用戶使用滿意度調(diào)查

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，統(tǒng)計(jì)200名用戶使用3種系統(tǒng)后的整體反饋情況，其結(jié)果如表7所示。

表7 3種系統(tǒng)滿意率對(duì)比

分析表7可知，用戶使用本文系統(tǒng)后的各項(xiàng)滿意度較高，在使用性好評(píng)率、系統(tǒng)響應(yīng)速率以及用戶對(duì)系統(tǒng)的滿意程度方面均達(dá)到98%以上；文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)各評(píng)價(jià)結(jié)果均未超過90%；文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)好評(píng)率適中，這主要是由于將這2種對(duì)比系統(tǒng)用于電力報(bào)修過程中，無法實(shí)現(xiàn)智能呼叫，雖在一定程度上可以提升報(bào)修效率，但是相對(duì)于本文系統(tǒng)來說，仍是存在性能欠缺，因此這2種系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)不佳。

3 總結(jié)

本文研究基于AI的呼叫電力報(bào)修系統(tǒng)，用于提升電力故障報(bào)修效率，經(jīng)試驗(yàn)表明結(jié)果如下。

(1)本文系統(tǒng)的報(bào)修成功率較高，具備較好的報(bào)修效果，并且不受故障數(shù)量的影響，具備較好的運(yùn)行性能。

(2)本文系統(tǒng)的壓力性能較好，且能夠?qū)崿F(xiàn)存在大量并發(fā)用戶使用情況下，可快速響應(yīng)報(bào)修請(qǐng)求。

(3)本文系統(tǒng)的抗干擾性能較好，不受噪聲影響。

(4)本文系統(tǒng)具備良好的應(yīng)用性能，在電力公司應(yīng)用后，可降低電力公司的客戶管理成本以及客訴率，并且用戶使用滿意度較高。

(5)在以后的研究中，將進(jìn)一步根據(jù)客戶的建議反饋進(jìn)行換代升級(jí)。