谢小松，何 冰，顾俊杰

(国网上海市电力公司检修公司，上海 200063)

输电线路因为异物挂线、自然灾害、人为损害、设备故障以及不明原因的状况[1]导致停电事故发生的概率上升，应该研究电力基础设置的反外损对策，确保电网安全运行。目前的反外损研究，主要集中在重大电力突发事件的预警系统上。近期研究表明，基于气象条件与环境的影响，已经能通过气象数据引入特高压输电线路电气可靠性实时评估与预警中。通过物理与逻辑电网的异常观测，固然能够起到实时预警的作用，然而在现实情况下，很多外损的隐患，并不能通过后台电量变化的监测获得。而无人机与机器人技术的发展，弥补了对外部损坏的监察。由于人为损害造成的外损存在突发性，如违法施工人员有意避开电网人员巡检，依然存在监督上的漏洞。对应突发的外损问题，在于无法获得社会力量的积极支持，虽然有一定的技术方法能够检测到常规问题，但是仍然在突发问题应对上，无法及时有效地得到反馈。

1 已有的电网外损巡检方案与问题

目前的巡检方案，按技术水平，可以分为三类：基于外部环境变量的预警模型、基于机器人终端视觉巡检和人工巡检(见表1)。

表1 不同类型的外损巡检方案的比较

基于外部环境变量的预警模型，涉及到电流异常检测和气象环境预测。电流异常检测通过时间序列分析和无监督学习等大数据分析的异常检测方法，根据实时监测体系保证电力的稳定运行，并在异常发生时提出预警。电流异常检测非常适合日常电网运维管理，但是对外损的预防和提前预警没有很好的效果。气象环境预测的方法，重点关注恶劣天气下的电力异常，如台风、暴雨、冰灾、闪电等外部因素的预测，能够较好地识别恶劣的天气因素，但是无法预测人为的外损。

基于机器人终端视觉巡检方法，涉及到无人机勘察和巡检机器人。无人机巡检作为一种使用可见光及红外热像技术的巡检方式，其优势在于速度快、覆盖地域广，工作地域广、而且巡检的质量高，适合沿海、山区等环境较为复杂，人力巡检较为困难的区域。无人机巡检有固定的周期和路线，仍然无法应对人为突发因素造成的外损。巡检机器人与无人机勘察类似，能够提供高精度的巡检反馈结果，但是也同样面临人为突发因素导致的无法及时反馈问题。

人工巡检是目前最常用的反外损方式，包括定期巡检、业务外包和扫描二维码上传照片。人工巡检能够弥补对人为突发因素导致的反映速度不足，如风筝线悬挂、输电线破损、违章施工等安全隐患。虽然可以通过无人机发现，但是如果在无人机巡查的周期以外发生，就无法及时地发现问题。因此，面对安全隐患的反外损排查，人力干预依然是重要的方法。在实践中，已经通过适合野外环境条件下的二维码标志嵌入式铭牌来提高获得反馈信息的效率。但是该方法在野外环境下能够得到的用户反馈极其有限，无法调动用户参与的积极性。

但是人工巡检反外损存在以下问题。

(1)反外损人力成本投入巨大。1万多基站仅有100多检修员巡查，只能通过雇佣基站附近的非专业居民巡查，雇佣人员成本以及检修员巡查的时间成本巨大。

(2)企业监督管理成本较高。主要表现在：巡检员收到大量无效报修，浪费巡查时间；社会雇佣力量，在遇到突发问题情况下，漏报或不报；对雇佣人员的监督效率低下。

(3)缺乏长效的奖励机制。社会力量以雇佣形式参与放外损，只能短期内提供输电网络停电的外部破坏信息，无法形成长效、可持续、高质量的信息反馈机制，没用充分利用社会人员的积极性。

电力物联网的治理思路，是将所有电塔、电网周边居民的手机设备与信息上报结合，借助社会网络的力量，消灭反外损的隐患。具体地，本文提出了3种机制。

(1)社交网络激励。通过社交网络动员，激励基站附近社会人员主动上传照片，发现故障。

(2)社会设备主人激励。分管员认领基站，作为对设备社会主人，负责地区网格化管理范围内的基站检修，对设备主人进行KPI考核。

(3)抢单激励机制。通过APP端发布抢单通知，调动巡检员和社会力量参与反外损的积极性，提供高质量的巡检反馈信息，提高检修出动效率。

基于这3种机制，在具体实施上通过区块链底层的智能协议，设计开发出一套反外损信息上报系统，可以有效地提高用户上报隐患的数量，减少检修员的无效检修巡查。

2 反外损激励的理论支撑

2.1 社交网络动员

2009年，美国政府为了庆祝互联网诞生40周年，邀请全国的研究人员参加一个Red Ballon寻找比赛：10个红色气象气球被分别藏在全美国的10个地点，如果哪个队伍能够在最短的时间内准确报告全部10个气球的经纬度，并且误差在1 km内，便可以赢得4万美元的奖金。彭特兰带领的MIT小组制定了一个通过好友发现共享奖金的策略，短短8 h就找到了所有的气球，赢得了比赛。通过社交网络动员社会力量，寻找电塔与输电线路的外损隐患，同样可以借鉴寻找气球比赛的思路，通过激励机制，引导公众主动上报外损信息。但是，寻找气球比赛的社交动员，仍有不足之处：搜索成功依赖于高度关联的个体，他们愿意动员远方人员，克服高密度地区的局部扩散陷阱。然而即使在非常有利的条件下，搜索失败的风险仍然很大。因此，依然需要根据具体应用情境设计更合理的激励机制。

除了动员激励的设计，社交网络动员另一个必要条件，是社交影响(Social Influence)。Robert M. Bond等人在Facebook上做了一项涉及到超过6 000万用户的关于社会影响和政治动员的实验研究。在2010年的美国大选期间，研究人员发现，如果告知一个Facebook用户他(她)的朋友已经投票的信息(或看到投过票朋友的头像)，那么能够显著提高该用户投票的可能性。从心理学角度，当行为可以被他人观察到时，人们更有可能执行声誉增强行为并避免损害声誉的行为。当行为的直接受益者是观察者本身时，这种动机可能特别强大，尽管当观察者不是直接受益者时，这也会影响行为。可观察性对行为的影响取决于人们对他人偏好和期望的看法。如果将社交影响应用到反外损的社交激励设计中，则可以考虑用户的好友对反外损的贡献。在好友发布隐患消息后，为了让用户的朋友圈能够及时看到消息，需要设计社交影响的传播机制，鼓励用户关注、评论、验证，并传播这一隐患消息，通过用户社群的力量来发现问题，让检修公司可以及早发现提前抢修。

2.2 人员激励

项目管理学者将合同类型区分为传统合同(如一次性和可偿还的合同)和关系合同(如合作或联盟)。在一次性合同中，所有者在功能和性能方面假定项目范围的确定性。承包者应实施最佳解决方案和交付方法，以满足指定的功能和性能规范。由于预计所有项目活动和相关风险都由承包者管理，因此假设项目按照规定的范围进行，所有者对项目进度的跟进需求较少。这导致所有者参与项目的减少导致有限的信息交换和协调。可偿还合同包括成本加固定费用或百分比费用等变量，假定项目定义更不确定。根据可偿还的合同，承包者为所有者承担的所有风险付出了代价。所有者会认为承包者过度供应以期获得更多利润。于是所有者需要另派团队来对承包者工作的进度和质量进行控制和监控。然而，所有者和承包商团队在项目过程中的密切互动并不一定意味着更好的合作。合作/联盟合同是一种特殊形式的可偿还合同，其中承包者的目标通过目标成本与业主的目标保持一致并再次分享(在联盟合同中包括疼痛共享)机制。合作/联盟合同建立在关系合同的基础上，旨在促进所有者-承包商者一套共同的目标，信任和尊重的规范以及明确的联合风险管理和争议解决程序的合作。

人员激励就是合同的一种形式。在电网反外损中，一次性合同的代表形式，就是电网与公司员工的合约；可偿还的合同，往往是电网员工在无法承担风险和工作量时，将巡检的任务交付给社会巡检的合约。在这种机制下，电网员工既要承担维护任务、又要作为社会巡检人员的监督。这两种形式的合约，在对于员工的激励上都存在不足。前者公司员工独立承担的工作量过大，可能无法覆盖到所有巡检路线；后者由于员工与社会人员的利益不一致导致的信息不对称同样可能导致巡检的遗漏。合作/联盟合同的设计，就需要考虑将电网—员工—社会人员的利益和目标统一，提出有益于共赢的合同机制。

2.3 区块链技术

区块链技术涉及的主流研究方向包括了去中心化、分布式的构架体系[2]；区块链治理，即提供无需依赖国家或政府官僚机构的分散式服务方式[3]；区块链安全系统[4]；数字货币[5]；智能合约[6]。区块链代表着记录(交易记录、文档记录等)，不再是由个人、计算机或公司进行这一类工作，而是通过网络代替进行。对这些记录的更改必须经过网络的同意和验证，从而可以避免任意篡改：分布式存储，不可篡改；共享数据[7]，每个人都有能力运用；彼此监督，每个人都有能力维护。这几点特性保证了管理过程不再过度依赖人性，而是靠互相的信誉背书，当这种背书形成规模之后，便有了信任共识，这种共识会赋能每一个人，让每一个人都会受益，破坏者自动出局。此外，区块链创造了激励，能够让参与者诚实地工作，其规则将一视同仁。在智能合约的约束下，通过参与记录区块链，参与者可以有机会获得一定代币的奖励，作为这种行为的报酬。通过这种激励，大量分布式的、非中心化的参与者竞争区块链记录权，这种竞争在公平、公开的环境下进行，保证了激励机制的公正有效。区块链技术的这种特性在金融、版权，供应链金融、数据交易等领域已有落地应用，然而在用户行为的激励上，仍有广阔的应用空间。

区块链技术本质上就是一个分布式的账簿，在反外损中，主要用于基塔维护记录与业务积分激励。考虑到社会人员对反外损信息提供的奖励，电力公司可以通过积分兑换的方式，抵扣电费或提现等方式来实现激励。而区块链不可修改和可追溯性质，提供了公开、透明、公平的系统，社会人员获得的积分奖励受智能合约的约束，可查询的记录可以通过社交网络影响到其他未参与或可能参与到反外损的受众群体中，具有一定的示范效应。同时，电网可以通过可追溯的记录，清晰地了解各个基塔和线路的维护保养情况，有利于精准运营管理。

3 基于社交网络用户激励的系统运营模式

根据社交动员与人员激励的前期研究基础，提出了一种激励系统框架(见图1)。

图1 区块链社会化巡检业务处理流程图

其中，设计了3种反外损的运营机制：① 社交网络激励。通过激励基站附近社会人员主动上传照片，发现隐患，并通过APP提示附近的居民。如可提供有效信息的居民和确认信息的人员，都将获得积分奖励；② 社会设备主人激励。巡检责任落实到分管员。分管员认领基站，作为对设备社会主人，负责地区网格化管理范围内的基站检修，设立分管员的积分制度，用于年终考核；③ 抢单激励机制。通过APP端发布抢单通知，调动巡检员和社会力量参与反外损的积极性。

3.1 社交网络激励

该激励的目的，在于让基塔和线路附近的社会普通人员，主动发现故障隐患，上传照片。为此，需要一个在系统中嵌入一个社交网络平台。用户可以主动发起一个事件，事件以图片+文字描述的形式，提供隐患信息，并在社交网络上全网可见(图2阶段：发起事件)。

图2 社交网络激励模式

用户发起事件后，用户的朋友可以通过点赞、评论、转发等行为，来对该隐患信息进行确认。但是，考虑到用户一个人的观察可能具有一定的主观性，比如，施工车在输电线附近施工，误认为破坏到了输电线。于是引入否认机制，如果该用户的朋友，或附近的居民发现并没有产生损坏，可以否认该用户的这条信息，并上传现场照片。于是，每一起事件都有正向与负向的评分，这里设定如果有前N个朋友提供了肯定或否定信息，是区块链的智能合约自动启动的条件一。另外，激励设计还考虑到了用户本身的信用，如果一个用户经常提供无效信息(被分管员否定的信息)或虚假信息(被其他社交网络用户否定的信息)，那么该用户的信用积分较低，而成功发布被采纳信息的用户信用积分较高。于是，结合用户的信用积分和正面负面打分，合理设置权重，可以得到该事件的总得分。通过进一步设置一个总得分的阈值，当超过阈值后，该信息进入到图2事件处置阶段，是区块链的智能合约自动启动的条件二。在事件处置阶段，分管员首先根据用户上传的图片，以及用户好友的评论与图片信息，来确认是否存在隐患。如无隐患，结束该事件；如确认，则出勤巡查检修，完成检修后，将积分奖励给用户及好友。

积分奖励，包括信用积分与兑换积分(图2阶段：积分入账)。其中，信用积分的设置，参考3个维度：第一，用户的日常电费缴费评分；第二，用户的好友数评分；第三，用户成功提交反外损信息的比例评分，3个维度构成的用户画像，作为信用积分，信用积分作为计算可兑换积分的权重。可兑换积分的计算，根据用户的信用积分权重×信息发布分值。用户发起事件的分值高于点赞、评论、转发等行为的分值，否定的信息发布分值略高于否定的信息发布分值，积分累加得到的总分，经分管员确认、检修、再确认后，直接转换为相应等值积分发放到用户及参与贡献的好友账户，形成可兑换积分。得到的兑换积分可以用来抵扣电费，或公司允许范围内的其他货币或实物兑换。

举例：假设事件需要1个发起人、3个用户好友确认、1个管理员确认，才能形成区块链上的一个区块。A用户信用积分为0.9，拍照上传隐患信息，得到积分5，B和C用户确认的这条信息，B用户信用为0.8，C用户信用为0.6，两人确定信息分别得到积分2，D用户信用积分为0.5，否认了该信息，得到积分3。智能合约在计算总分时，将信用积分作为权重，进行加总0.9×5+0.8×2+0.6×2-0.5×3=5.8。假设5分为阈值，5.8>5超过阈值，分管员确认照片后，现场排除了隐患确认了该信息，那么A的可兑换积分+5，B和C兑换积分都+2，D的可兑换积分+3，并将记录写入区块链；如果分管员否认隐患，仍然给与A，B，C，D一定的贡献奖励，每人获得0.5可兑换积分，记录仅保留在数据库，不计入区块链。如果阈值提高到了6分，那么5.8<6，没有达到智能合约的执行条件，结束事件，没有可兑换积分产生。

3.2 社会设备主人激励

社会设备主人这一个概念的提出，是对分管员的权责进行边界的划分。在管理上，目前电网基塔的数量远远大于巡检员的数量，而且基塔的分布地域广泛，巡检员出勤的时间成本高、巡检效率低。对于基塔的日常检查维护，希望能够全面覆盖，避免遗漏。该机制让巡检员认领他能力范围内的基塔，将巡检、维护、管理的任务交给认领设备的主人，成为分管员。首先，需要将地区网络化，每个分管员负责一个网格中所有的电力设备，分管员在每一个设定周期内(每日、每周、每月)有对网络中的设备进行“打卡”义务，确认该设备已经得到巡检或检修。由于分管员本人的巡检覆盖能力有限，需要有社会力量的支持，于是分管员具有“派单”的权利，将工单在社交网络上发布，由社会普通人抢单→拍照→好友确认→分管员确认，即社交网络的区块链管理流程，但是与社交网络激励的区别，在于分管员派单是针对具体某个基站在特定时间内的检查任务，而非用户主动发现问题上报。一种是被动获得上报信息，一种是主动获取上报信息。两种途径的结合，保证了分管员能定期、定点、定量地对自己负责的基站和线路检查覆盖。通过“打卡”机制，还能够设定积分奖励，并在年终对分管员的绩效进行考评(见图3)。

图3 社会设备主人激励

3.3 抢单激励

抢单激励由分管员发起，目的在于补充巡检无法覆盖到的区域上报信息。单纯考虑社交网络激励机制，会导致上报信息区域不平衡的问题，因为是由社会人员自发的上报信息，局域分布具有随机性和偶然性。而社会设备主人激励机制的提出，弥补了覆盖不全的问题，由分管员主动派单，社会人员抢单，完成检查的任务。派单在社交网络上发布，全网可见，并不局限于发布地点附近的居民抢单，只要有社会人员愿意上传拍照，都能够参与抢单。一旦抢单成功，激活社交网络激励机制，经过好友确认和分管员确认后，完成该单。由于抢单的地区往往比较偏僻，为了调动社会力量的积极性，在完成工单后，用户的积分奖励为交网络激励机制的2倍(见图4)。考虑到社交网络机制中否定机制的存在，一旦经好友否定，未达到智能合约执行条件一的阈值，该单流拍，并自动重新发布在社交网络上。

图4 抢单激励

4 基于区块链的技术实现

4.1 HyperLedger Fabirc介绍

区块链技术也称为分布式账本技术，其特点是去中心化、公开透明，让每个人均可参与数据库记录，同时数据不可篡改。从字面上理解：区块链就是数据打包记录在区块中，再通过一定的方法把区块连成一个链。目前比较流行的区块链项目有ETH、EOS、NEO、HyperLedger Fabric等，在本文中采用HyperLedger Fabric(简称Fabric)来完成用户积分信息和基塔维修信息上链。Fabric是应用最为广泛的联盟链，最新的版本是1.4，该版本的总体架构核心部分由成员管理(Membership services)、共识服务(Consensus services)和智能合约(Chain-code Services)三部分, 加上安全和加密服务(Security and Crypto Services)贯穿于其他各个组件，应用端通过接口(APIs、Events、SDKs)调用身份(IDENTITY)、账本(LEDGER)、交易(TRANSACTIONS)、智能合约等信息，架构图如图5所示。

图5 HyperLedger Fabirc架构图

4.2 系统结构

在本文中设定了2个Org，每个Org有2个Peer节点，另还有3个Orderer节点，最后通过4个kafka和3个zookeeper集群确保数据一致性(如图6所示)，所有服务一共分部在8台服务器上面。

图6 系统结构图

所有服务都运行在相应服务器中的docker容器中，建立端口映射后可以直接访问对应的服务，因此在一个服务器上面存在同时运行多个服务的情况。

4.3 Chaincode编写

Chaincode采用GO语言进行编写，GO语言是hyperledger fabric 的源程序开发语言，也是fabric最早支持的开发语言之一。Chaincode中实现了基本事件的提交，事件状态的修改和事件的查询。系统直接采用fabric的cli容器直接进行命令的提交。

5 结语

输电线路反外损是电力线路安全运维的重要问题之一，电力设备和输电线路分布广泛，出现的多样性问题难以有统一的定性确认方法，往往需要人员现场查看才可以准确确认。从社交网络的角度来看，在反外损的运维过程，可以有新的方法和方式来完成线路问题的发现和上报，通过发动社会人员的力量协助完成线路反外损问题的处理，通过这种方式可以大大降低维护的成本，对出现的问题可以及时发现。区块链技术可以确保反外损数据和社交网络中人员积分的真实性和可追溯，为数据的溯源、积分的兑换、数据监管等提供底层数据的支撑。目前基于社交网络和区块链的反外损研究还处于研究测试阶段，后期会进行更多的理论和流程研究，提高其推广和应用的价值。