面向电力系统调度运行人员的智能培训考核管理系统设计与实现

王雄伟，刘志成，熊 玮，李群山，徐 浩

（国家电网有限公司华中分部，湖北武汉 430075）

随着特高压互联电网规模持续扩大，大电网运行一体化特征日益凸显，交直流、送受端、高低压、断面间高度耦合，电网运行复杂程度和控制难度不断加大，同时全国统一电力市场和新型电力系统构建加快推进，各类新型技术应用和新型值班业务层出不穷，均对电力系统调度运行人员的知识结构、业务能力和职业素养提出了更高要求[1]。因此，在电力技术加快发展和电网安全形势日益严峻的大背景下，加强电力系统调度运行人员培训管理工作势在必行，既是适应新形势发展的客观需要，也是提高运行值班工作能力的重要抓手，更是保障大电网安全运行的内在要求。

在当前的电力管理模式下，电网调度机构负责调管范围内的电力系统调度运行人员的规程规定学习、持证上岗考试、违章考核和证书审核、资料管理等系列培训与考核管理工作。目前，电网调度机构在开展电力系统调度运行人员培训管理工作时存在以下难题：①培训管理工作量大，培训对象包括调度机构、水力发电厂、火力发电厂、水电流域梯级集控、抽蓄电站、超高压公司集控中心、超高压变电站、特高压变电站、直流换流站、送变电公司、输电运检公司等百余家单位的数千个运行值班人员，每年需要组织多次培训考试，日常培训管理工作任务繁重，急需要技术手段实现自动化支撑。②线下管理模式不适应工作需求，当前调度机构主要以人工、线下、纸质方式开展运行值班人员培训管理，存在考试请求无法自动发起、学习资料无法全网共享、考试题目需人工制作、考试需人工监考、试卷需人工评阅、成绩需人工整理、证书需人工制作、证书发放需邮寄、证书丢失需补办、违章无电子化管理、证书过期无自动提醒、抽考名单需人工选取、人员评价需线下开展等系列问题。另外受调度运行生产人员倒班制工作特性制约，人工线下培训管理存在生产运行人员时间安排困难、培训规模受限、训练效果一般等问题[2]。③新冠疫情影响组织线下上岗考试，部分单位由于取证员工数量不足，按规定不能安排无证人员上岗值班，取证又受疫情制约，电网调度机构无法赴取证需求单位开展调度运行人员持证上岗培训工作，同时线下考试存在人员集聚风险，产生了运行值班力量不足的现实困难，严重影响了电网安全生产和电力调度业务的有序开展。

为系统化解决电网调度机构在电力系统调度运行人员培训管理工作存在的现实难题，切实提高电力系统调度运行值班人员的业务水平，文章提出一种面向电力系统调度运行人员的智能培训考核管理系统设计，实现人员信息全景式管理、题库标签化批量管理、多样化自动组卷、远程登录考试、后台智能监考、自动阅卷、自动分析成绩、自动生成证书、自主定制学习套餐、智能评价人员表现等培训全过程自动化管理，全面支撑电力系统调度运行人员培训考核管理工作由“人工、线下、纸质”模式向“智能、网络、电子”方向升级。

1 基于Web的电力系统调度运行人员培训考核管理系统设计

1.1 系统的框架设计

电力系统调度运行人员的管理与考核工作涉及多个生产单位大量运行人员[3-4]，需要结合岗位设置与任职要求提供个性化的学习与考核标准[5]，需要结构化储存调度运行工作需要的大量规程、规定[6]。系统以电力系统调度运行人员服务为核心，设计了多个子系统，每个子系统由多个功能模块构成，各模块间通过内部接口进行信息交互。它们共同实现完成电网调度员在线考核、持证上岗等需求。

（1）在线考核全流程在线化处理系统，用于电力系统调度运行人员外网远程上机考试，实现根据调度运行人员岗位类型和要求智能出题、在线身份认证、防作弊界面、考试过程远程视频监控、智能阅卷和考试结果多维度分析的全流程在线化处理。

（2）海量题目与资料的结构化存储管理，用于建设和管理电力专业资料库和考试题库，实现结构化的存储专业资料与海量题目，并智能生成试卷放入试卷库，满足电力调度对象持证上岗在线管理与考核需要。

（3）电力系统调度运行人员持证上岗流程可视化管理，用于对电力系统调度运行人员持证上岗信息全员管理，实现各级调度及直调对象人员信息自动录入、修改、统计、分析、自动抽考、状态提醒功能，智能提醒无证书、证书过期、暂停资格、取消资格和警告记录等信息，为调度业务提供准确的人员信息。

（4）电力系统调度运行人员个性化学习管理，用于调度运行人员学习、考核和评价，实现按照调度运行人员的学习阶段，灵活制定学习计划、考核标准、评价维度，全过程记录调度运行人员的学习情况、考核情况、考评情况，并进行综合评价，科学研判调度运行人员知识结构和业务薄弱点，为调度运行人员定制学习建议。

1.2 系统特点

整个平台应以电力系统调度运行人员服务为核心，提供管理、考核、个性化学习、持证上岗等相关服务。系统功能构架如图1所示。

图1 系统功能构架图

（1）应用层：用户的统一访问入口，即平台的界面，为用户提供各种专业知识学习与考核的功能。管理员负责整个平台的运营和维护；电网调度员进行题库学习、在线考试、查看成绩，查看持证上岗证书等。

（2）服务层：是系统的核心，提供基础服务、功能服务、个性化服务和系统扩展服务。

（3）数据层：用来存放平台相关数据，如系统的基础数据、考试数据、题库数据、日志数据等，由于这些数据之间存在着相互联系，所以数据主要釆用关系型数据库进行存储。

通过对电力系统调度运行人员考核工作的特点与需求进行分析，确定系统采用B/S 模式，系统使用便捷，维护简单。系统采用SpringBoot 框架集成JSP、Mybatis、Redis 等技术，开发与实现了针对电网调度员在线管理与考核工作的Web 管理端软件与Web 客户端软件。

2 基于Web的电力系统调度运行人员培训考核管理系统的实现

2.1 持证上岗在线考核全流程在线化处理

系统支持电网调度员的内网在线考核与直调对象的外网远程上机考核的全流程在线化处理，包含搜索、试卷获取、考试功能等模块，实现电力系统调度运行人员在线答题、管理员智能阅卷、考试分析与统计功能。此模块业务员逻辑如图2所示。

图2 持证上岗在线考核全流程在线化处理逻辑图

管理员登录管理端，对试卷库中的试卷进行筛选，将选择的试卷导入考试功能模块，在填写考试时间和考试规则等信息后发布一场考试，同时生成考试提醒，用户在登陆系统后会自动获取缓存中的提醒，实现精准通知需要考试的电网调度员。

考生提交试卷后采用系统智能阅卷与管理员主观评阅相结合的方式进行判卷，并给出该场考试的多维度分析报告，调用接口，将考试成绩等相关数据分别与持证上岗流程管理系统和电力系统调度运行人员个性化学习系统共享。

为防止用户在考试时作弊，管理员可以在创建考试时，开启防作弊功能，系统会在页面上调用摄像头，通过Canvas 来捕获摄像头中的用户画面，能够识别出非本人答题、多人一起答题、考生左顾右盼等作弊行为；当发现用户存在作弊行为时，管理员能在第一时间让用户将试卷提交，方法是：系统采用轮询（Polling）的方式获取强制提交试卷的命令，这样做不仅可以保证消息的准确性，也可以保证消息的实时性。

2.2 海量题目与资料的结构化存储管理

结构化海量题库功能支持海量题目的上传，管理员扩展更新考试题库，系统分专业、题型、难度等标签进行结构化存储，组卷管理功能支持基于题目与规则自动生成试卷，满足电网调度员考核工作的需要。此模块业务员逻辑如图3所示。

图3 海量题目与资料的结构化存储管理逻辑图

管理员给题目添加专业、知识点、题目类型、难度、知识来源以及使用对象等属性后，可通过单个手动录入、Excel 批量录入、Word 批量录入三种方式将添加相应属性后的题目导入题库进行结构化存储。系统使用POI 对Excel 表格进行处理，POI 是Apache软件基金会的开发源代码函数库，提供API 给Java程序对Microsoft office 格式文档读和写的功能，利用POI 结构中的HSSF 读取Excel 表格中的每一条数据，将数据处理后，写入数据库，实现题目录入、人员录入等功能。使用Spire.Doc 对Word 文档进行处理，Spire.Doc 能执行多种Word 文档处理任务，用来识别文本的标签，读取每个标签下的数据，再对数据进行系统化处理，完成对Word 文档的数据读取，实现Word 录题以及Word 组卷等功能。

资料库支持大量资料的上传、分专业等结构化存储资料，方便调度人员查看及学习。管理员将资料分类成稳定导则、保护课件、稳定规定、工作内容、工作流程，标准化作业卡、现场实习资料、反事故演习信息等资料，分类进行上传，系统分类存入资料库，形成树形分类目录。

结构化海量题库与试卷考试功能相连，基于题库题目，管理员可以进行组卷，系统为了方便管理员创建试卷，使用Math.random（）函数生成一个随机数，一次抽取一道题，先将数据库中满足试卷的抽题规则的题目找出，然后根据每次生成的随机数，在满足的题目中进行抽取，为了防止抽取到重复的题目，使用Set 集合对题目进行去重，直到组卷完成。

2.3 电力系统调度运行人员持证上岗流程可视化管理

基于某调度中心持证上岗流程步骤，本系统实现了对电力系统调度运行人员执证上岗信息的全员管理，支持各级调度及直调对象人员信息自动录入、修改、统计、分析，可批量下载人员信息与证书信息，与其他调度信息交互，实现生产人员信息共享。对持证上岗流程进行可视化的在线管理，并与远程在线考试功能与题库试卷功能相交互，实现直调对象考试申请的审批、在线组织考试、自动判分、审核成绩、基于考试结果与预设的证书模板自动生成电子证书、结果归档留存等功能。此模块业务员逻辑如图4所示。

图4 持证上岗信息管理系统业务逻辑图

参与流程各节点处理的调度员，可在流程需要处理时，收到实时全局消息。为了提高系统对用户消息提醒的实时性，系统采用了短轮询的方式，页面上使用Ajax 向后台发送请求，获取到系统发送的消息，然后在页面上显示出来，保证系统发送消息的实时性。为了方便管理员在系统中对证书的管理，采用证书编号对证书进行统一的管理，系统会根据设置好的证书编号规则，对每次创建的证书生成一个证书编号，以此来方便管理员对证书的管理。系统采用BookBlock插件，将证书的信息以书本的样式，展现在页面上，用户可以点击页面下面的按钮来翻页，提高了证书的阅读性。系统使用FreeMarker 模板引擎，选取不同的模板，实现数据导出的多样化，实现人员信息导出、试卷导出、证书下载等功能。

2.4 电力系统调度运行人员个性化学习管理

为了提高电力系统调度运行人员持证上岗的通过率，本系统融入人工智能、大数据及云计算技术，用学、练、考、评、管全流程链结合多元智能动态测评系统、知识图谱可视化与学习路径自适应、智能考试系统等多个应用系统，构建全生命周期数据闭环，助力个性化调度对象学习管理的数字升级，系统同时具备自学习功能，可不断总结运行经验，形成知识库并推荐个性化学习方案。为提高用户对文件的操作性，系统使用了OpenOffice 实现对文件的预览，基于学习记录，系统会建立新型的学习模型，该模型由课程知识库模型、学员模型、信息采集模块、个性化推荐引擎模块构成。可以实时跟踪调度运行人员学习进度及知识掌握情况并提供建议和指导，可以从很大程度上避免知识迷路和学习迷航的问题。

系统还支持进行多维度的评价打分，管理员可以创建调度运行人员反事故演习表现、上班表现等多维度的综合考评，调度运行人员可以进行综合评价打分，再结合系统统计的考试成绩、学习记录等数据，生成个人能力雷达图和综合评价报告，为工作评定、岗位晋升和转岗资质提供一定的参考。

3 结语

本系统现已在某调度控制中心投入运行，经该机构使用后效果良好，培训管理工作效率大幅提升：①系统拥有丰富生动、有针对性、有指导意义的题库资源，并能够对试题数字化管理。电子题库为题目的保存、分类和检索提供了便利，为编制试卷提供了高效率和低成本的手段。依托电子题库与智能组卷技术，用户制定好组卷策略后自动抽题成卷，极大地提高了出卷效率，为电力调度对象的常年性的考试，提供了海量试卷资源的有力支持。②系统从出题、考试到判卷、统计，完全实现了数字化，不再需要相关人员手工将员工成绩、答题情况等详细信息输入计算机，在实际工作中能够实现员工成绩统计分析，试题参数的统计分析及自动调整，能够总结出员工个体和全体的知识点薄弱环节，以利于更好地进行针对性学习。