人工智能語(yǔ)音交互技術(shù)在電力調(diào)控領(lǐng)域的應(yīng)用

劉宏 郝乾嘯 蕭嘉榮

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局 廣東省東莞市 523000）

隨著智慧經(jīng)濟(jì)時(shí)代全面來(lái)臨，《2020年國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告》正式提出重點(diǎn)支持“兩新一重”，發(fā)展新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，進(jìn)行5G 基站、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車(chē)充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)七大領(lǐng)域建設(shè)，而新基建離不開(kāi)電力作為支撐保障。當(dāng)下，隨著用電規(guī)模的增長(zhǎng)，面對(duì)發(fā)輸變配調(diào)各環(huán)節(jié)信息和數(shù)據(jù)量的不斷增長(zhǎng)，電力調(diào)度系統(tǒng)對(duì)信息數(shù)據(jù)的傳輸和分析處理速度要求也在不斷增加，而電力調(diào)度的穩(wěn)定運(yùn)行的重要性對(duì)電力系統(tǒng)不言而喻。人工智能技術(shù)廣泛涉及到人機(jī)模式交互、程序自動(dòng)化執(zhí)行等多個(gè)領(lǐng)域，具有極強(qiáng)的信息處理能力，借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)電力調(diào)控工作模式的自動(dòng)化、程序化、智能化，其中語(yǔ)音交互技術(shù)同傳統(tǒng)調(diào)控工作的結(jié)合也成為當(dāng)下提高調(diào)控操作業(yè)務(wù)效率、進(jìn)一步保障全體國(guó)民安全穩(wěn)定用電的重要研究課題。

1 基于語(yǔ)音交互的調(diào)控程序化操作技術(shù)革新構(gòu)想

1.1 傳統(tǒng)調(diào)度工作局限性分析

調(diào)控中心作為電網(wǎng)的生產(chǎn)指揮中心，是堅(jiān)強(qiáng)智能輸電網(wǎng)的神經(jīng)中樞，是保障智能電網(wǎng)運(yùn)行和發(fā)展的核心機(jī)構(gòu)，是一個(gè)集合大量規(guī)則、專家經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)密集型“大腦”，擁有各種電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、規(guī)程規(guī)范、處置方案，但調(diào)度員每天需撥打100 多個(gè)電話，實(shí)時(shí)監(jiān)控上千條電力信息，早晚高峰時(shí)期，數(shù)十通電話一齊涌入，調(diào)度員需同時(shí)協(xié)調(diào)4-6 個(gè)執(zhí)行單位，故障現(xiàn)場(chǎng)也要長(zhǎng)時(shí)間等待，工作需要運(yùn)行人員進(jìn)行大量的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)關(guān)聯(lián)，在進(jìn)行調(diào)控操作指令生成、命令交互下發(fā)等常規(guī)工作場(chǎng)景下存在大量重復(fù)性“人腦勞動(dòng)”，同時(shí)在指令發(fā)布、回簽確認(rèn)時(shí)通過(guò)在線電話形式，在工作繁忙期對(duì)個(gè)人精力、體力要求均較大。

1.2 基于語(yǔ)音交互的程序化操作

針對(duì)上述情況，有必要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，采用人工智能技術(shù)協(xié)助運(yùn)行人員對(duì)電網(wǎng)日常操作和故障處理進(jìn)行輔助決策和判斷。近年來(lái)，智能機(jī)器人、專家系統(tǒng)、自然語(yǔ)言處理和深度學(xué)習(xí)等人工智能理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展也為電網(wǎng)運(yùn)行海量數(shù)據(jù)的感知分析提供了技術(shù)支撐，為建設(shè)“智能調(diào)度、智慧調(diào)度”提供了技術(shù)可行性。

基于人工智能的程序化操作，可以通過(guò)建立人機(jī)語(yǔ)音交互模塊，利用語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言解析技術(shù)識(shí)別解析操作人員的語(yǔ)音數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)功能，具有智能化程度高、人機(jī)交互人性化的特點(diǎn)，提高人員操作的響應(yīng)速度，節(jié)省調(diào)度員信息處理及操作時(shí)間，減輕運(yùn)行人員的工作量和工作壓力。

圖1

2 基于語(yǔ)音的人機(jī)智能交互技術(shù)研究

2.1 調(diào)度人機(jī)語(yǔ)音交互技術(shù)研究

現(xiàn)有調(diào)度工作的一大重難點(diǎn)在于，隨著用電規(guī)模以年7%的速度增長(zhǎng)，各級(jí)調(diào)度尤其是低電壓等級(jí)調(diào)度工作量高速增長(zhǎng)，同一時(shí)間要執(zhí)行下達(dá)的工作指令繁多，電話下令一天達(dá)百余通，同時(shí)還需要調(diào)度員兼顧調(diào)度主站中反饋的設(shè)備狀態(tài)、考慮電網(wǎng)設(shè)備操作對(duì)電網(wǎng)供電的影響，兼顧五防操作等等，而傳統(tǒng)工作模式下，有經(jīng)驗(yàn)的調(diào)度員通常需要長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)，因此導(dǎo)致調(diào)度工作有極大壓力。而語(yǔ)音交互技術(shù)可以進(jìn)行調(diào)度協(xié)同，通過(guò)語(yǔ)音調(diào)取操作管理信息，與現(xiàn)有調(diào)度操作票結(jié)合，通過(guò)語(yǔ)義解析，自動(dòng)將設(shè)備三重編號(hào)名稱、操作類(lèi)型、備注信息等信息識(shí)別，實(shí)現(xiàn)操作命令的智能生成、智能搜索，并結(jié)合語(yǔ)音合成實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令語(yǔ)音下令，大幅提高工作效率。

2.2 調(diào)控語(yǔ)音識(shí)別

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，即將自然語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的文本文件或可執(zhí)行的命令的一種技術(shù)，其功能的實(shí)現(xiàn)主要由語(yǔ)音特征提取、模式匹配、參考模式庫(kù)三個(gè)組成部分共同完成。語(yǔ)音識(shí)別程序在接收到語(yǔ)音信號(hào)后，首先進(jìn)行預(yù)處理，然后通過(guò)語(yǔ)音域分析來(lái)提取各類(lèi)語(yǔ)音參數(shù)，并將其與參考模式庫(kù)中的語(yǔ)音模式信息進(jìn)行匹配，最終選擇最優(yōu)的匹配結(jié)果，得出語(yǔ)音識(shí)別結(jié)果。電力調(diào)控領(lǐng)域相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中，含有特定的廠站、線路名稱等大量的專有名稱，同時(shí)也含有大量的監(jiān)控信號(hào)、倒閘操作等方面的行業(yè)術(shù)語(yǔ)，通過(guò)使用常規(guī)的語(yǔ)音語(yǔ)料庫(kù)基本不可能實(shí)現(xiàn)調(diào)度工作的語(yǔ)音交互轉(zhuǎn)型，因此搭建針對(duì)特定電網(wǎng)的電力語(yǔ)料規(guī)則庫(kù)，是對(duì)調(diào)控業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

針對(duì)調(diào)控專業(yè)語(yǔ)料庫(kù)的構(gòu)建，本研究通過(guò)使用大量調(diào)度規(guī)程、設(shè)備操作規(guī)范、電網(wǎng)模型庫(kù)、歷史操作票在常用語(yǔ)音語(yǔ)料庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行訓(xùn)練，建立調(diào)控專業(yè)語(yǔ)料庫(kù)，用以支撐將調(diào)度語(yǔ)音、工作對(duì)話、說(shuō)話信息精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為文字，提供給人機(jī)之間智能交互、對(duì)話使用，構(gòu)建語(yǔ)音識(shí)別模型在解析過(guò)程中精確分詞，自動(dòng)識(shí)別電網(wǎng)信息關(guān)鍵字、關(guān)鍵詞，如設(shè)備參數(shù)信息、操作術(shù)語(yǔ)信息、工作內(nèi)容信息，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化信息進(jìn)行存儲(chǔ)及查詢。

表1：設(shè)備類(lèi)型規(guī)范表

表2：操作相關(guān)術(shù)語(yǔ)

2.3 調(diào)控語(yǔ)義解析

與常規(guī)交流過(guò)程相比，調(diào)控專業(yè)的語(yǔ)義解析更偏向于提取語(yǔ)音、文字信息內(nèi)的有效關(guān)鍵信息，并同電力模型進(jìn)行匹配，精準(zhǔn)識(shí)別表述對(duì)象，因此要針對(duì)數(shù)據(jù)不標(biāo)準(zhǔn)、不規(guī)范的情況進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處置，包括：設(shè)備類(lèi)型信息處置、序號(hào)類(lèi)信息處置、數(shù)字類(lèi)信息處置、廠站設(shè)備命名習(xí)慣等。

設(shè)備類(lèi)型信息處置：同一個(gè)設(shè)備類(lèi)型，可能有不同的名稱描述，需要在分析之前對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處置，方便后續(xù)對(duì)設(shè)備的定位與辨識(shí)。表1 為主要設(shè)備的類(lèi)型名稱規(guī)范表。

序號(hào)類(lèi)信息處置：對(duì)于變壓器、電容器、電抗器、站用變等，有“1#變壓器、#1 變壓器、1 號(hào)變壓器、變壓器1”等多種不同的寫(xiě)法，需要進(jìn)行規(guī)范化處置。在處置的過(guò)程中，注意信息之間的分割。比如針對(duì)1#電容器間隔，對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)編號(hào)為231，有些不規(guī)范的文本描述中，會(huì)把開(kāi)關(guān)編號(hào)、電容器序號(hào)混寫(xiě)在一起，寫(xiě)成“2311#電容器”；在分析的過(guò)程中，需要根據(jù)變電站信息查找包含的電容器列表，根據(jù)拓?fù)渑袛嚯娙萜靼拈_(kāi)關(guān)編號(hào)信息，根據(jù)電容器、開(kāi)關(guān)編號(hào)的組合，將文本分割為231、1#電容器這樣的信息組合。

數(shù)字類(lèi)信息處置：針對(duì)數(shù)字（比如XX 三線中的“三”），可能有漢字、阿拉伯?dāng)?shù)字、羅馬數(shù)字、不規(guī)范的羅馬數(shù)字（比如Ⅲ可能會(huì)用英文字母組合III 代替），需要對(duì)多種寫(xiě)法的數(shù)字進(jìn)行統(tǒng)一。在此過(guò)程中，處理的目標(biāo)信息是單獨(dú)的數(shù)字，注意不要對(duì)設(shè)備編號(hào)、保護(hù)型號(hào)等信息中的數(shù)字信息造成干擾。

廠站設(shè)備命名習(xí)慣：廠站名稱，可能叫XX 站或者XX 變電站，XX 廠或者XX 電廠、XX 火電廠等，需要對(duì)廠站名稱進(jìn)行規(guī)范化處理。線路名稱，有些地方根據(jù)不同廠站有不同的書(shū)寫(xiě)習(xí)慣（比如A 站和B 站之間的線路，在A 站叫做AB 線，在B 站叫做BA 線），需要進(jìn)行規(guī)范性處理。如圖1 所示。

3 調(diào)控專業(yè)語(yǔ)料庫(kù)訓(xùn)練

3.1 電力領(lǐng)域通用信息生成基礎(chǔ)語(yǔ)料庫(kù)

電力調(diào)控業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中，包含電壓等級(jí)、設(shè)備類(lèi)型等基礎(chǔ)的配置信息，這類(lèi)信息為各級(jí)調(diào)度通用結(jié)構(gòu)化信息，是通過(guò)分詞進(jìn)行文本分割、設(shè)備定位的基礎(chǔ)元素，建設(shè)調(diào)控專業(yè)語(yǔ)料庫(kù)第一步即根據(jù)這類(lèi)數(shù)據(jù)各種可能的寫(xiě)法，生成基礎(chǔ)語(yǔ)料庫(kù)。

電壓等級(jí)：目前我國(guó)電網(wǎng)中包含1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、380V 等不同的電壓等級(jí)。在處理的過(guò)程中，還要考慮各種不規(guī)范寫(xiě)法的問(wèn)題，例如字母大小寫(xiě)識(shí)別應(yīng)為kV、或采用漢字“千伏”。

設(shè)備類(lèi)型：電力數(shù)據(jù)文本中的設(shè)備類(lèi)型信息，是定位、識(shí)別設(shè)備信息的關(guān)鍵。電網(wǎng)輸變電設(shè)備中，包含變壓器、母線、線路、開(kāi)關(guān)、刀閘、電容器、電抗器、站用變、PT、CT、避雷器等多種類(lèi)型一次設(shè)備，每類(lèi)設(shè)備又有不同的命名規(guī)則，需要將設(shè)備類(lèi)型信息加入基礎(chǔ)語(yǔ)料庫(kù)，并增補(bǔ)。

3.2 電網(wǎng)模型信息專項(xiàng)預(yù)料訓(xùn)練

電網(wǎng)模型中，包含廠站、線路名稱、設(shè)備（開(kāi)關(guān)刀閘等）編號(hào)等信息，需要根據(jù)特定電網(wǎng)模型，自動(dòng)生成當(dāng)?shù)靥赜械哪Ｐ驼Z(yǔ)料庫(kù)。隨著電網(wǎng)模型的變化，模型語(yǔ)料庫(kù)是需要持續(xù)更新的。

對(duì)于廠站名稱、線路名稱來(lái)說(shuō)，這些信息對(duì)于某個(gè)特定的調(diào)控中心來(lái)說(shuō)是唯一的，可以直接加入到模型語(yǔ)料庫(kù)。

對(duì)于開(kāi)關(guān)、刀閘、地刀、變壓器、母線、電容器、電抗器等設(shè)備的編號(hào)方式、廠家、設(shè)備型號(hào)信息進(jìn)行專項(xiàng)學(xué)習(xí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的五段式命名方法，生成基于廠站、電壓等級(jí)、設(shè)備類(lèi)型等限定條件的電氣設(shè)備模型語(yǔ)料庫(kù)，其中設(shè)備生產(chǎn)廠家、型號(hào)，可以從設(shè)備部側(cè)的設(shè)備臺(tái)帳信息中獲取。

3.3 調(diào)控業(yè)務(wù)專業(yè)術(shù)語(yǔ)語(yǔ)料訓(xùn)練

根據(jù)操作、檢修、遙信等業(yè)務(wù)的分類(lèi)及業(yè)務(wù)特點(diǎn)，生成不同專題特定的語(yǔ)料庫(kù)。

表3

操作術(shù)語(yǔ)：電網(wǎng)倒閘操作過(guò)程中，必須編寫(xiě)操作票。操作術(shù)語(yǔ)有著相對(duì)規(guī)范的命名要求，通過(guò)對(duì)調(diào)度規(guī)程中操作術(shù)語(yǔ)部分進(jìn)行自學(xué)習(xí)，結(jié)合歷史操作票中的操作命令，生成、完善操作術(shù)語(yǔ)語(yǔ)料庫(kù)。

操作術(shù)語(yǔ)語(yǔ)料庫(kù)中，包含設(shè)備狀態(tài)的命名，也包括各逐項(xiàng)令、綜合令的術(shù)語(yǔ)描述。針對(duì)逐項(xiàng)令、綜合令各類(lèi)操作命令的語(yǔ)料規(guī)則中，不僅僅包含命令的關(guān)鍵字，還包含不規(guī)范關(guān)鍵字的變體、命令的解析規(guī)則等。

操作相關(guān)的術(shù)語(yǔ)如表2 所示。

檢修：根據(jù)檢修的設(shè)備、工作內(nèi)容，對(duì)檢修工作的特征點(diǎn)進(jìn)行提取，將各類(lèi)工作的關(guān)鍵詞匯加入到檢修語(yǔ)料庫(kù)中。在提取關(guān)鍵詞匯的時(shí)候，要考慮各項(xiàng)工作是否需要停電、是否需要退出保護(hù)、是否需要核定相、保護(hù)是否需要測(cè)相量等信息。

遙信：根據(jù)不同電壓等級(jí)、不同類(lèi)型、不同原理的設(shè)備可能發(fā)出的信號(hào)，以及針對(duì)設(shè)備信號(hào)合并之后的信號(hào)描述，提取信號(hào)特征點(diǎn)，形成遙信語(yǔ)料庫(kù)中。在語(yǔ)料庫(kù)中，要考慮針對(duì)同一信號(hào)的不同描述（比如某開(kāi)關(guān)的“三相不一致出口”，有些地方可能叫做“非全相出口”）。

4 基于語(yǔ)音識(shí)別的程序化操作應(yīng)用

4.1 語(yǔ)音生成操作指令

語(yǔ)音生成操作票指令，主要可提供給調(diào)控人員通過(guò)語(yǔ)音描述操作任務(wù)進(jìn)行操作票的自動(dòng)生成，通過(guò)語(yǔ)音交互自動(dòng)將調(diào)度語(yǔ)音、工作電話、對(duì)話信息轉(zhuǎn)化成文字，再經(jīng)由自然語(yǔ)言解析、分詞識(shí)別、語(yǔ)義解析等技術(shù)對(duì)文字信息進(jìn)行解析，在解析過(guò)程中自動(dòng)識(shí)別電網(wǎng)信息關(guān)鍵字、關(guān)鍵詞，比如操作術(shù)語(yǔ)信息、工作內(nèi)容信息、操作設(shè)備信息等。同時(shí)根據(jù)提取的關(guān)鍵信息通過(guò)專家系統(tǒng)與操作票智能推理機(jī)生成標(biāo)準(zhǔn)操作票?；谡Z(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的寫(xiě)票過(guò)程可以使調(diào)度人員通過(guò)自然的說(shuō)話方式實(shí)現(xiàn)操作票的自動(dòng)生成，因此能夠大大提高調(diào)度員的工作效率，減輕其工作量，使調(diào)控人員在遇到電網(wǎng)突發(fā)事故時(shí)可快速完成操作指令編寫(xiě)，提高事故處理速度。

4.2 語(yǔ)音下令語(yǔ)音回令

通過(guò)同調(diào)度電話系統(tǒng)對(duì)接，將實(shí)時(shí)通話改為語(yǔ)音下令回令，自動(dòng)識(shí)別語(yǔ)音采集的數(shù)據(jù)語(yǔ)義，進(jìn)行程序化操作。調(diào)度員電話下令時(shí)，通過(guò)智能語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，與調(diào)度操作命令內(nèi)容進(jìn)行比對(duì)，利用文本內(nèi)容與語(yǔ)音信息在關(guān)鍵字上的校核，實(shí)現(xiàn)對(duì)下令、現(xiàn)場(chǎng)復(fù)誦、回令內(nèi)容進(jìn)行安全防誤判斷和有效監(jiān)護(hù)。如表3 所示。

4.3 多倫交互式語(yǔ)音問(wèn)答檢索

采取語(yǔ)音問(wèn)答形式進(jìn)行人機(jī)交互，可應(yīng)用于調(diào)控人員工作操控，將現(xiàn)在鼠標(biāo)+人腦的操作模式改變?yōu)檎Z(yǔ)音+鼠標(biāo)+人腦的操作模式，實(shí)現(xiàn)程序和信息數(shù)據(jù)的精確制導(dǎo)，調(diào)度員可以在各個(gè)界面間頻繁切換，不必記錄程序路徑和程序中繁雜的按鈕位置，解放思想，解放雙手，讓調(diào)度員工作更加輕松和高效。

語(yǔ)音檢索問(wèn)答模塊通過(guò)采集調(diào)控人員的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，并根據(jù)解析結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)調(diào)度日志信息查詢、操作票查詢、檢修單信息查詢等。

5 結(jié)語(yǔ)

基于語(yǔ)音交互技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心現(xiàn)有調(diào)控管理工作的智能化升級(jí)，通過(guò)電力領(lǐng)域的專有模型、歷史數(shù)據(jù)、規(guī)程文檔構(gòu)建調(diào)控專業(yè)語(yǔ)料庫(kù)和調(diào)控語(yǔ)義識(shí)別模型，并依此進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能人機(jī)交互，對(duì)口述內(nèi)容予以信息識(shí)別，并采用NLP、分詞等技術(shù)進(jìn)行語(yǔ)義的解析識(shí)別，通過(guò)與其他系統(tǒng)建立交互接口的方式，形成聯(lián)合控制通道，最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)語(yǔ)音的程序化成票、下令、回簽、統(tǒng)計(jì)、查找等全部工作任務(wù)，可以大幅有效減輕人工壓力，提升調(diào)控工作的執(zhí)行效率。