面向電力系統(tǒng)調度運行人員的智能培訓考核管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

王雄偉，劉志成，熊 瑋，李群山，徐 浩

（國家電網(wǎng)有限公司華中分部，湖北武漢 430075）

隨著特高壓互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴大，大電網(wǎng)運行一體化特征日益凸顯，交直流、送受端、高低壓、斷面間高度耦合，電網(wǎng)運行復雜程度和控制難度不斷加大，同時全國統(tǒng)一電力市場和新型電力系統(tǒng)構建加快推進，各類新型技術應用和新型值班業(yè)務層出不窮，均對電力系統(tǒng)調度運行人員的知識結構、業(yè)務能力和職業(yè)素養(yǎng)提出了更高要求[1]。因此，在電力技術加快發(fā)展和電網(wǎng)安全形勢日益嚴峻的大背景下，加強電力系統(tǒng)調度運行人員培訓管理工作勢在必行，既是適應新形勢發(fā)展的客觀需要，也是提高運行值班工作能力的重要抓手，更是保障大電網(wǎng)安全運行的內在要求。

在當前的電力管理模式下，電網(wǎng)調度機構負責調管范圍內的電力系統(tǒng)調度運行人員的規(guī)程規(guī)定學習、持證上崗考試、違章考核和證書審核、資料管理等系列培訓與考核管理工作。目前，電網(wǎng)調度機構在開展電力系統(tǒng)調度運行人員培訓管理工作時存在以下難題：①培訓管理工作量大，培訓對象包括調度機構、水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠、水電流域梯級集控、抽蓄電站、超高壓公司集控中心、超高壓變電站、特高壓變電站、直流換流站、送變電公司、輸電運檢公司等百余家單位的數(shù)千個運行值班人員，每年需要組織多次培訓考試，日常培訓管理工作任務繁重，急需要技術手段實現(xiàn)自動化支撐。②線下管理模式不適應工作需求，當前調度機構主要以人工、線下、紙質方式開展運行值班人員培訓管理，存在考試請求無法自動發(fā)起、學習資料無法全網(wǎng)共享、考試題目需人工制作、考試需人工監(jiān)考、試卷需人工評閱、成績需人工整理、證書需人工制作、證書發(fā)放需郵寄、證書丟失需補辦、違章無電子化管理、證書過期無自動提醒、抽考名單需人工選取、人員評價需線下開展等系列問題。另外受調度運行生產人員倒班制工作特性制約，人工線下培訓管理存在生產運行人員時間安排困難、培訓規(guī)模受限、訓練效果一般等問題[2]。③新冠疫情影響組織線下上崗考試，部分單位由于取證員工數(shù)量不足，按規(guī)定不能安排無證人員上崗值班，取證又受疫情制約，電網(wǎng)調度機構無法赴取證需求單位開展調度運行人員持證上崗培訓工作，同時線下考試存在人員集聚風險，產生了運行值班力量不足的現(xiàn)實困難，嚴重影響了電網(wǎng)安全生產和電力調度業(yè)務的有序開展。

為系統(tǒng)化解決電網(wǎng)調度機構在電力系統(tǒng)調度運行人員培訓管理工作存在的現(xiàn)實難題，切實提高電力系統(tǒng)調度運行值班人員的業(yè)務水平，文章提出一種面向電力系統(tǒng)調度運行人員的智能培訓考核管理系統(tǒng)設計，實現(xiàn)人員信息全景式管理、題庫標簽化批量管理、多樣化自動組卷、遠程登錄考試、后臺智能監(jiān)考、自動閱卷、自動分析成績、自動生成證書、自主定制學習套餐、智能評價人員表現(xiàn)等培訓全過程自動化管理，全面支撐電力系統(tǒng)調度運行人員培訓考核管理工作由“人工、線下、紙質”模式向“智能、網(wǎng)絡、電子”方向升級。

1 基于Web的電力系統(tǒng)調度運行人員培訓考核管理系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)的框架設計

電力系統(tǒng)調度運行人員的管理與考核工作涉及多個生產單位大量運行人員[3-4]，需要結合崗位設置與任職要求提供個性化的學習與考核標準[5]，需要結構化儲存調度運行工作需要的大量規(guī)程、規(guī)定[6]。系統(tǒng)以電力系統(tǒng)調度運行人員服務為核心，設計了多個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)由多個功能模塊構成，各模塊間通過內部接口進行信息交互。它們共同實現(xiàn)完成電網(wǎng)調度員在線考核、持證上崗等需求。

（1）在線考核全流程在線化處理系統(tǒng)，用于電力系統(tǒng)調度運行人員外網(wǎng)遠程上機考試，實現(xiàn)根據(jù)調度運行人員崗位類型和要求智能出題、在線身份認證、防作弊界面、考試過程遠程視頻監(jiān)控、智能閱卷和考試結果多維度分析的全流程在線化處理。

（2）海量題目與資料的結構化存儲管理，用于建設和管理電力專業(yè)資料庫和考試題庫，實現(xiàn)結構化的存儲專業(yè)資料與海量題目，并智能生成試卷放入試卷庫，滿足電力調度對象持證上崗在線管理與考核需要。

（3）電力系統(tǒng)調度運行人員持證上崗流程可視化管理，用于對電力系統(tǒng)調度運行人員持證上崗信息全員管理，實現(xiàn)各級調度及直調對象人員信息自動錄入、修改、統(tǒng)計、分析、自動抽考、狀態(tài)提醒功能，智能提醒無證書、證書過期、暫停資格、取消資格和警告記錄等信息，為調度業(yè)務提供準確的人員信息。

（4）電力系統(tǒng)調度運行人員個性化學習管理，用于調度運行人員學習、考核和評價，實現(xiàn)按照調度運行人員的學習階段，靈活制定學習計劃、考核標準、評價維度，全過程記錄調度運行人員的學習情況、考核情況、考評情況，并進行綜合評價，科學研判調度運行人員知識結構和業(yè)務薄弱點，為調度運行人員定制學習建議。

1.2 系統(tǒng)特點

整個平臺應以電力系統(tǒng)調度運行人員服務為核心，提供管理、考核、個性化學習、持證上崗等相關服務。系統(tǒng)功能構架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能構架圖

（1）應用層：用戶的統(tǒng)一訪問入口，即平臺的界面，為用戶提供各種專業(yè)知識學習與考核的功能。管理員負責整個平臺的運營和維護；電網(wǎng)調度員進行題庫學習、在線考試、查看成績，查看持證上崗證書等。

（2）服務層：是系統(tǒng)的核心，提供基礎服務、功能服務、個性化服務和系統(tǒng)擴展服務。

（3）數(shù)據(jù)層：用來存放平臺相關數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)、考試數(shù)據(jù)、題庫數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等，由于這些數(shù)據(jù)之間存在著相互聯(lián)系，所以數(shù)據(jù)主要釆用關系型數(shù)據(jù)庫進行存儲。

通過對電力系統(tǒng)調度運行人員考核工作的特點與需求進行分析，確定系統(tǒng)采用B/S 模式，系統(tǒng)使用便捷，維護簡單。系統(tǒng)采用SpringBoot 框架集成JSP、Mybatis、Redis 等技術，開發(fā)與實現(xiàn)了針對電網(wǎng)調度員在線管理與考核工作的Web 管理端軟件與Web 客戶端軟件。

2 基于Web的電力系統(tǒng)調度運行人員培訓考核管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 持證上崗在線考核全流程在線化處理

系統(tǒng)支持電網(wǎng)調度員的內網(wǎng)在線考核與直調對象的外網(wǎng)遠程上機考核的全流程在線化處理，包含搜索、試卷獲取、考試功能等模塊，實現(xiàn)電力系統(tǒng)調度運行人員在線答題、管理員智能閱卷、考試分析與統(tǒng)計功能。此模塊業(yè)務員邏輯如圖2所示。

圖2 持證上崗在線考核全流程在線化處理邏輯圖

管理員登錄管理端，對試卷庫中的試卷進行篩選，將選擇的試卷導入考試功能模塊，在填寫考試時間和考試規(guī)則等信息后發(fā)布一場考試，同時生成考試提醒，用戶在登陸系統(tǒng)后會自動獲取緩存中的提醒，實現(xiàn)精準通知需要考試的電網(wǎng)調度員。

考生提交試卷后采用系統(tǒng)智能閱卷與管理員主觀評閱相結合的方式進行判卷，并給出該場考試的多維度分析報告，調用接口，將考試成績等相關數(shù)據(jù)分別與持證上崗流程管理系統(tǒng)和電力系統(tǒng)調度運行人員個性化學習系統(tǒng)共享。

為防止用戶在考試時作弊，管理員可以在創(chuàng)建考試時，開啟防作弊功能，系統(tǒng)會在頁面上調用攝像頭，通過Canvas 來捕獲攝像頭中的用戶畫面，能夠識別出非本人答題、多人一起答題、考生左顧右盼等作弊行為；當發(fā)現(xiàn)用戶存在作弊行為時，管理員能在第一時間讓用戶將試卷提交，方法是：系統(tǒng)采用輪詢（Polling）的方式獲取強制提交試卷的命令，這樣做不僅可以保證消息的準確性，也可以保證消息的實時性。

2.2 海量題目與資料的結構化存儲管理

結構化海量題庫功能支持海量題目的上傳，管理員擴展更新考試題庫，系統(tǒng)分專業(yè)、題型、難度等標簽進行結構化存儲，組卷管理功能支持基于題目與規(guī)則自動生成試卷，滿足電網(wǎng)調度員考核工作的需要。此模塊業(yè)務員邏輯如圖3所示。

圖3 海量題目與資料的結構化存儲管理邏輯圖

管理員給題目添加專業(yè)、知識點、題目類型、難度、知識來源以及使用對象等屬性后，可通過單個手動錄入、Excel 批量錄入、Word 批量錄入三種方式將添加相應屬性后的題目導入題庫進行結構化存儲。系統(tǒng)使用POI 對Excel 表格進行處理，POI 是Apache軟件基金會的開發(fā)源代碼函數(shù)庫，提供API 給Java程序對Microsoft office 格式文檔讀和寫的功能，利用POI 結構中的HSSF 讀取Excel 表格中的每一條數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后，寫入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)題目錄入、人員錄入等功能。使用Spire.Doc 對Word 文檔進行處理，Spire.Doc 能執(zhí)行多種Word 文檔處理任務，用來識別文本的標簽，讀取每個標簽下的數(shù)據(jù)，再對數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化處理，完成對Word 文檔的數(shù)據(jù)讀取，實現(xiàn)Word 錄題以及Word 組卷等功能。

資料庫支持大量資料的上傳、分專業(yè)等結構化存儲資料，方便調度人員查看及學習。管理員將資料分類成穩(wěn)定導則、保護課件、穩(wěn)定規(guī)定、工作內容、工作流程，標準化作業(yè)卡、現(xiàn)場實習資料、反事故演習信息等資料，分類進行上傳，系統(tǒng)分類存入資料庫，形成樹形分類目錄。

結構化海量題庫與試卷考試功能相連，基于題庫題目，管理員可以進行組卷，系統(tǒng)為了方便管理員創(chuàng)建試卷，使用Math.random（）函數(shù)生成一個隨機數(shù)，一次抽取一道題，先將數(shù)據(jù)庫中滿足試卷的抽題規(guī)則的題目找出，然后根據(jù)每次生成的隨機數(shù)，在滿足的題目中進行抽取，為了防止抽取到重復的題目，使用Set 集合對題目進行去重，直到組卷完成。

2.3 電力系統(tǒng)調度運行人員持證上崗流程可視化管理

基于某調度中心持證上崗流程步驟，本系統(tǒng)實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)調度運行人員執(zhí)證上崗信息的全員管理，支持各級調度及直調對象人員信息自動錄入、修改、統(tǒng)計、分析，可批量下載人員信息與證書信息，與其他調度信息交互，實現(xiàn)生產人員信息共享。對持證上崗流程進行可視化的在線管理，并與遠程在線考試功能與題庫試卷功能相交互，實現(xiàn)直調對象考試申請的審批、在線組織考試、自動判分、審核成績、基于考試結果與預設的證書模板自動生成電子證書、結果歸檔留存等功能。此模塊業(yè)務員邏輯如圖4所示。

圖4 持證上崗信息管理系統(tǒng)業(yè)務邏輯圖

參與流程各節(jié)點處理的調度員，可在流程需要處理時，收到實時全局消息。為了提高系統(tǒng)對用戶消息提醒的實時性，系統(tǒng)采用了短輪詢的方式，頁面上使用Ajax 向后臺發(fā)送請求，獲取到系統(tǒng)發(fā)送的消息，然后在頁面上顯示出來，保證系統(tǒng)發(fā)送消息的實時性。為了方便管理員在系統(tǒng)中對證書的管理，采用證書編號對證書進行統(tǒng)一的管理，系統(tǒng)會根據(jù)設置好的證書編號規(guī)則，對每次創(chuàng)建的證書生成一個證書編號，以此來方便管理員對證書的管理。系統(tǒng)采用BookBlock插件，將證書的信息以書本的樣式，展現(xiàn)在頁面上，用戶可以點擊頁面下面的按鈕來翻頁，提高了證書的閱讀性。系統(tǒng)使用FreeMarker 模板引擎，選取不同的模板，實現(xiàn)數(shù)據(jù)導出的多樣化，實現(xiàn)人員信息導出、試卷導出、證書下載等功能。

2.4 電力系統(tǒng)調度運行人員個性化學習管理

為了提高電力系統(tǒng)調度運行人員持證上崗的通過率，本系統(tǒng)融入人工智能、大數(shù)據(jù)及云計算技術，用學、練、考、評、管全流程鏈結合多元智能動態(tài)測評系統(tǒng)、知識圖譜可視化與學習路徑自適應、智能考試系統(tǒng)等多個應用系統(tǒng)，構建全生命周期數(shù)據(jù)閉環(huán)，助力個性化調度對象學習管理的數(shù)字升級，系統(tǒng)同時具備自學習功能，可不斷總結運行經驗，形成知識庫并推薦個性化學習方案。為提高用戶對文件的操作性，系統(tǒng)使用了OpenOffice 實現(xiàn)對文件的預覽，基于學習記錄，系統(tǒng)會建立新型的學習模型，該模型由課程知識庫模型、學員模型、信息采集模塊、個性化推薦引擎模塊構成?？梢詫崟r跟蹤調度運行人員學習進度及知識掌握情況并提供建議和指導，可以從很大程度上避免知識迷路和學習迷航的問題。

系統(tǒng)還支持進行多維度的評價打分，管理員可以創(chuàng)建調度運行人員反事故演習表現(xiàn)、上班表現(xiàn)等多維度的綜合考評，調度運行人員可以進行綜合評價打分，再結合系統(tǒng)統(tǒng)計的考試成績、學習記錄等數(shù)據(jù)，生成個人能力雷達圖和綜合評價報告，為工作評定、崗位晉升和轉崗資質提供一定的參考。

3 結語

本系統(tǒng)現(xiàn)已在某調度控制中心投入運行，經該機構使用后效果良好，培訓管理工作效率大幅提升：①系統(tǒng)擁有豐富生動、有針對性、有指導意義的題庫資源，并能夠對試題數(shù)字化管理。電子題庫為題目的保存、分類和檢索提供了便利，為編制試卷提供了高效率和低成本的手段。依托電子題庫與智能組卷技術，用戶制定好組卷策略后自動抽題成卷，極大地提高了出卷效率，為電力調度對象的常年性的考試，提供了海量試卷資源的有力支持。②系統(tǒng)從出題、考試到判卷、統(tǒng)計，完全實現(xiàn)了數(shù)字化，不再需要相關人員手工將員工成績、答題情況等詳細信息輸入計算機，在實際工作中能夠實現(xiàn)員工成績統(tǒng)計分析，試題參數(shù)的統(tǒng)計分析及自動調整，能夠總結出員工個體和全體的知識點薄弱環(huán)節(jié)，以利于更好地進行針對性學習。