基于社交網絡激勵的線路反外損運營模式研究
——以區塊鏈技術為實現框架

謝小松，何 冰，顧俊杰

(國網上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

輸電線路因為異物掛線、自然災害、人為損害、設備故障以及不明原因的狀況[1]導致停電事故發生的概率上升，應該研究電力基礎設置的反外損對策，確保電網安全運行。目前的反外損研究，主要集中在重大電力突發事件的預警系統上。近期研究表明，基于氣象條件與環境的影響，已經能通過氣象數據引入特高壓輸電線路電氣可靠性實時評估與預警中。通過物理與邏輯電網的異常觀測，固然能夠起到實時預警的作用，然而在現實情況下，很多外損的隱患，并不能通過后臺電量變化的監測獲得。而無人機與機器人技術的發展，彌補了對外部損壞的監察。由于人為損害造成的外損存在突發性，如違法施工人員有意避開電網人員巡檢，依然存在監督上的漏洞。對應突發的外損問題，在于無法獲得社會力量的積極支持，雖然有一定的技術方法能夠檢測到常規問題，但是仍然在突發問題應對上，無法及時有效地得到反饋。

1 已有的電網外損巡檢方案與問題

目前的巡檢方案，按技術水平，可以分為三類：基于外部環境變量的預警模型、基于機器人終端視覺巡檢和人工巡檢(見表1)。

表1 不同類型的外損巡檢方案的比較

基于外部環境變量的預警模型，涉及到電流異常檢測和氣象環境預測。電流異常檢測通過時間序列分析和無監督學習等大數據分析的異常檢測方法，根據實時監測體系保證電力的穩定運行，并在異常發生時提出預警。電流異常檢測非常適合日常電網運維管理，但是對外損的預防和提前預警沒有很好的效果。氣象環境預測的方法，重點關注惡劣天氣下的電力異常，如臺風、暴雨、冰災、閃電等外部因素的預測，能夠較好地識別惡劣的天氣因素，但是無法預測人為的外損。

基于機器人終端視覺巡檢方法，涉及到無人機勘察和巡檢機器人。無人機巡檢作為一種使用可見光及紅外熱像技術的巡檢方式，其優勢在于速度快、覆蓋地域廣，工作地域廣、而且巡檢的質量高，適合沿海、山區等環境較為復雜，人力巡檢較為困難的區域。無人機巡檢有固定的周期和路線，仍然無法應對人為突發因素造成的外損。巡檢機器人與無人機勘察類似，能夠提供高精度的巡檢反饋結果，但是也同樣面臨人為突發因素導致的無法及時反饋問題。

人工巡檢是目前最常用的反外損方式，包括定期巡檢、業務外包和掃描二維碼上傳照片。人工巡檢能夠彌補對人為突發因素導致的反映速度不足，如風箏線懸掛、輸電線破損、違章施工等安全隱患。雖然可以通過無人機發現，但是如果在無人機巡查的周期以外發生，就無法及時地發現問題。因此，面對安全隱患的反外損排查，人力干預依然是重要的方法。在實踐中，已經通過適合野外環境條件下的二維碼標志嵌入式銘牌來提高獲得反饋信息的效率。但是該方法在野外環境下能夠得到的用戶反饋極其有限，無法調動用戶參與的積極性。

但是人工巡檢反外損存在以下問題。

(1)反外損人力成本投入巨大。1萬多基站僅有100多檢修員巡查，只能通過雇傭基站附近的非專業居民巡查，雇傭人員成本以及檢修員巡查的時間成本巨大。

(2)企業監督管理成本較高。主要表現在：巡檢員收到大量無效報修，浪費巡查時間；社會雇傭力量，在遇到突發問題情況下，漏報或不報；對雇傭人員的監督效率低下。

(3)缺乏長效的獎勵機制。社會力量以雇傭形式參與放外損，只能短期內提供輸電網絡停電的外部破壞信息，無法形成長效、可持續、高質量的信息反饋機制，沒用充分利用社會人員的積極性。

電力物聯網的治理思路，是將所有電塔、電網周邊居民的手機設備與信息上報結合，借助社會網絡的力量，消滅反外損的隱患。具體地，本文提出了3種機制。

(1)社交網絡激勵。通過社交網絡動員，激勵基站附近社會人員主動上傳照片，發現故障。

(2)社會設備主人激勵。分管員認領基站，作為對設備社會主人，負責地區網格化管理范圍內的基站檢修，對設備主人進行KPI考核。

(3)搶單激勵機制。通過APP端發布搶單通知，調動巡檢員和社會力量參與反外損的積極性，提供高質量的巡檢反饋信息，提高檢修出動效率。

基于這3種機制，在具體實施上通過區塊鏈底層的智能協議，設計開發出一套反外損信息上報系統，可以有效地提高用戶上報隱患的數量，減少檢修員的無效檢修巡查。

2 反外損激勵的理論支撐

2.1 社交網絡動員

2009年，美國政府為了慶祝互聯網誕生40周年，邀請全國的研究人員參加一個Red Ballon尋找比賽：10個紅色氣象氣球被分別藏在全美國的10個地點，如果哪個隊伍能夠在最短的時間內準確報告全部10個氣球的經緯度，并且誤差在1 km內，便可以贏得4萬美元的獎金。彭特蘭帶領的MIT小組制定了一個通過好友發現共享獎金的策略，短短8 h就找到了所有的氣球，贏得了比賽。通過社交網絡動員社會力量，尋找電塔與輸電線路的外損隱患，同樣可以借鑒尋找氣球比賽的思路，通過激勵機制，引導公眾主動上報外損信息。但是，尋找氣球比賽的社交動員，仍有不足之處：搜索成功依賴于高度關聯的個體，他們愿意動員遠方人員，克服高密度地區的局部擴散陷阱。然而即使在非常有利的條件下，搜索失敗的風險仍然很大。因此，依然需要根據具體應用情境設計更合理的激勵機制。

除了動員激勵的設計，社交網絡動員另一個必要條件，是社交影響(Social Influence)。Robert M. Bond等人在Facebook上做了一項涉及到超過6 000萬用戶的關于社會影響和政治動員的實驗研究。在2010年的美國大選期間，研究人員發現，如果告知一個Facebook用戶他(她)的朋友已經投票的信息(或看到投過票朋友的頭像)，那么能夠顯著提高該用戶投票的可能性。從心理學角度，當行為可以被他人觀察到時，人們更有可能執行聲譽增強行為并避免損害聲譽的行為。當行為的直接受益者是觀察者本身時，這種動機可能特別強大，盡管當觀察者不是直接受益者時，這也會影響行為。可觀察性對行為的影響取決于人們對他人偏好和期望的看法。如果將社交影響應用到反外損的社交激勵設計中，則可以考慮用戶的好友對反外損的貢獻。在好友發布隱患消息后，為了讓用戶的朋友圈能夠及時看到消息，需要設計社交影響的傳播機制，鼓勵用戶關注、評論、驗證，并傳播這一隱患消息，通過用戶社群的力量來發現問題，讓檢修公司可以及早發現提前搶修。

2.2 人員激勵

項目管理學者將合同類型區分為傳統合同(如一次性和可償還的合同)和關系合同(如合作或聯盟)。在一次性合同中，所有者在功能和性能方面假定項目范圍的確定性。承包者應實施最佳解決方案和交付方法，以滿足指定的功能和性能規范。由于預計所有項目活動和相關風險都由承包者管理，因此假設項目按照規定的范圍進行，所有者對項目進度的跟進需求較少。這導致所有者參與項目的減少導致有限的信息交換和協調。可償還合同包括成本加固定費用或百分比費用等變量，假定項目定義更不確定。根據可償還的合同，承包者為所有者承擔的所有風險付出了代價。所有者會認為承包者過度供應以期獲得更多利潤。于是所有者需要另派團隊來對承包者工作的進度和質量進行控制和監控。然而，所有者和承包商團隊在項目過程中的密切互動并不一定意味著更好的合作。合作/聯盟合同是一種特殊形式的可償還合同，其中承包者的目標通過目標成本與業主的目標保持一致并再次分享(在聯盟合同中包括疼痛共享)機制。合作/聯盟合同建立在關系合同的基礎上，旨在促進所有者-承包商者一套共同的目標，信任和尊重的規范以及明確的聯合風險管理和爭議解決程序的合作。

人員激勵就是合同的一種形式。在電網反外損中，一次性合同的代表形式，就是電網與公司員工的合約；可償還的合同，往往是電網員工在無法承擔風險和工作量時，將巡檢的任務交付給社會巡檢的合約。在這種機制下，電網員工既要承擔維護任務、又要作為社會巡檢人員的監督。這兩種形式的合約，在對于員工的激勵上都存在不足。前者公司員工獨立承擔的工作量過大，可能無法覆蓋到所有巡檢路線；后者由于員工與社會人員的利益不一致導致的信息不對稱同樣可能導致巡檢的遺漏。合作/聯盟合同的設計，就需要考慮將電網—員工—社會人員的利益和目標統一，提出有益于共贏的合同機制。

2.3 區塊鏈技術

區塊鏈技術涉及的主流研究方向包括了去中心化、分布式的構架體系[2]；區塊鏈治理，即提供無需依賴國家或政府官僚機構的分散式服務方式[3]；區塊鏈安全系統[4]；數字貨幣[5]；智能合約[6]。區塊鏈代表著記錄(交易記錄、文檔記錄等)，不再是由個人、計算機或公司進行這一類工作，而是通過網絡代替進行。對這些記錄的更改必須經過網絡的同意和驗證，從而可以避免任意篡改：分布式存儲，不可篡改；共享數據[7]，每個人都有能力運用；彼此監督，每個人都有能力維護。這幾點特性保證了管理過程不再過度依賴人性，而是靠互相的信譽背書，當這種背書形成規模之后，便有了信任共識，這種共識會賦能每一個人，讓每一個人都會受益，破壞者自動出局。此外，區塊鏈創造了激勵，能夠讓參與者誠實地工作，其規則將一視同仁。在智能合約的約束下，通過參與記錄區塊鏈，參與者可以有機會獲得一定代幣的獎勵，作為這種行為的報酬。通過這種激勵，大量分布式的、非中心化的參與者競爭區塊鏈記錄權，這種競爭在公平、公開的環境下進行，保證了激勵機制的公正有效。區塊鏈技術的這種特性在金融、版權，供應鏈金融、數據交易等領域已有落地應用，然而在用戶行為的激勵上，仍有廣闊的應用空間。

區塊鏈技術本質上就是一個分布式的賬簿，在反外損中，主要用于基塔維護記錄與業務積分激勵。考慮到社會人員對反外損信息提供的獎勵，電力公司可以通過積分兌換的方式，抵扣電費或提現等方式來實現激勵。而區塊鏈不可修改和可追溯性質，提供了公開、透明、公平的系統，社會人員獲得的積分獎勵受智能合約的約束，可查詢的記錄可以通過社交網絡影響到其他未參與或可能參與到反外損的受眾群體中，具有一定的示范效應。同時，電網可以通過可追溯的記錄，清晰地了解各個基塔和線路的維護保養情況，有利于精準運營管理。

3 基于社交網絡用戶激勵的系統運營模式

根據社交動員與人員激勵的前期研究基礎，提出了一種激勵系統框架(見圖1)。

圖1 區塊鏈社會化巡檢業務處理流程圖

其中，設計了3種反外損的運營機制：① 社交網絡激勵。通過激勵基站附近社會人員主動上傳照片，發現隱患，并通過APP提示附近的居民。如可提供有效信息的居民和確認信息的人員，都將獲得積分獎勵；② 社會設備主人激勵。巡檢責任落實到分管員。分管員認領基站，作為對設備社會主人，負責地區網格化管理范圍內的基站檢修，設立分管員的積分制度，用于年終考核；③ 搶單激勵機制。通過APP端發布搶單通知，調動巡檢員和社會力量參與反外損的積極性。

3.1 社交網絡激勵

該激勵的目的，在于讓基塔和線路附近的社會普通人員，主動發現故障隱患，上傳照片。為此，需要一個在系統中嵌入一個社交網絡平臺。用戶可以主動發起一個事件，事件以圖片+文字描述的形式，提供隱患信息，并在社交網絡上全網可見(圖2階段：發起事件)。

圖2 社交網絡激勵模式

用戶發起事件后，用戶的朋友可以通過點贊、評論、轉發等行為，來對該隱患信息進行確認。但是，考慮到用戶一個人的觀察可能具有一定的主觀性，比如，施工車在輸電線附近施工，誤認為破壞到了輸電線。于是引入否認機制，如果該用戶的朋友，或附近的居民發現并沒有產生損壞，可以否認該用戶的這條信息，并上傳現場照片。于是，每一起事件都有正向與負向的評分，這里設定如果有前N個朋友提供了肯定或否定信息，是區塊鏈的智能合約自動啟動的條件一。另外，激勵設計還考慮到了用戶本身的信用，如果一個用戶經常提供無效信息(被分管員否定的信息)或虛假信息(被其他社交網絡用戶否定的信息)，那么該用戶的信用積分較低，而成功發布被采納信息的用戶信用積分較高。于是，結合用戶的信用積分和正面負面打分，合理設置權重，可以得到該事件的總得分。通過進一步設置一個總得分的閾值，當超過閾值后，該信息進入到圖2事件處置階段，是區塊鏈的智能合約自動啟動的條件二。在事件處置階段，分管員首先根據用戶上傳的圖片，以及用戶好友的評論與圖片信息，來確認是否存在隱患。如無隱患，結束該事件；如確認，則出勤巡查檢修，完成檢修后，將積分獎勵給用戶及好友。

積分獎勵，包括信用積分與兌換積分(圖2階段：積分入賬)。其中，信用積分的設置，參考3個維度：第一，用戶的日常電費繳費評分；第二，用戶的好友數評分；第三，用戶成功提交反外損信息的比例評分，3個維度構成的用戶畫像，作為信用積分，信用積分作為計算可兌換積分的權重。可兌換積分的計算，根據用戶的信用積分權重×信息發布分值。用戶發起事件的分值高于點贊、評論、轉發等行為的分值，否定的信息發布分值略高于否定的信息發布分值，積分累加得到的總分，經分管員確認、檢修、再確認后，直接轉換為相應等值積分發放到用戶及參與貢獻的好友賬戶，形成可兌換積分。得到的兌換積分可以用來抵扣電費，或公司允許范圍內的其他貨幣或實物兌換。

舉例：假設事件需要1個發起人、3個用戶好友確認、1個管理員確認，才能形成區塊鏈上的一個區塊。A用戶信用積分為0.9，拍照上傳隱患信息，得到積分5，B和C用戶確認的這條信息，B用戶信用為0.8，C用戶信用為0.6，兩人確定信息分別得到積分2，D用戶信用積分為0.5，否認了該信息，得到積分3。智能合約在計算總分時，將信用積分作為權重，進行加總0.9×5+0.8×2+0.6×2-0.5×3=5.8。假設5分為閾值，5.8>5超過閾值，分管員確認照片后，現場排除了隱患確認了該信息，那么A的可兌換積分+5，B和C兌換積分都+2，D的可兌換積分+3，并將記錄寫入區塊鏈；如果分管員否認隱患，仍然給與A，B，C，D一定的貢獻獎勵，每人獲得0.5可兌換積分，記錄僅保留在數據庫，不計入區塊鏈。如果閾值提高到了6分，那么5.8<6，沒有達到智能合約的執行條件，結束事件，沒有可兌換積分產生。

3.2 社會設備主人激勵

社會設備主人這一個概念的提出，是對分管員的權責進行邊界的劃分。在管理上，目前電網基塔的數量遠遠大于巡檢員的數量，而且基塔的分布地域廣泛，巡檢員出勤的時間成本高、巡檢效率低。對于基塔的日常檢查維護，希望能夠全面覆蓋，避免遺漏。該機制讓巡檢員認領他能力范圍內的基塔，將巡檢、維護、管理的任務交給認領設備的主人，成為分管員。首先，需要將地區網絡化，每個分管員負責一個網格中所有的電力設備，分管員在每一個設定周期內(每日、每周、每月)有對網絡中的設備進行“打卡”義務，確認該設備已經得到巡檢或檢修。由于分管員本人的巡檢覆蓋能力有限，需要有社會力量的支持，于是分管員具有“派單”的權利，將工單在社交網絡上發布，由社會普通人搶單→拍照→好友確認→分管員確認，即社交網絡的區塊鏈管理流程，但是與社交網絡激勵的區別，在于分管員派單是針對具體某個基站在特定時間內的檢查任務，而非用戶主動發現問題上報。一種是被動獲得上報信息，一種是主動獲取上報信息。兩種途徑的結合，保證了分管員能定期、定點、定量地對自己負責的基站和線路檢查覆蓋。通過“打卡”機制，還能夠設定積分獎勵，并在年終對分管員的績效進行考評(見圖3)。

圖3 社會設備主人激勵

3.3 搶單激勵

搶單激勵由分管員發起，目的在于補充巡檢無法覆蓋到的區域上報信息。單純考慮社交網絡激勵機制，會導致上報信息區域不平衡的問題，因為是由社會人員自發的上報信息，局域分布具有隨機性和偶然性。而社會設備主人激勵機制的提出，彌補了覆蓋不全的問題，由分管員主動派單，社會人員搶單，完成檢查的任務。派單在社交網絡上發布，全網可見，并不局限于發布地點附近的居民搶單，只要有社會人員愿意上傳拍照，都能夠參與搶單。一旦搶單成功，激活社交網絡激勵機制，經過好友確認和分管員確認后，完成該單。由于搶單的地區往往比較偏僻，為了調動社會力量的積極性，在完成工單后，用戶的積分獎勵為交網絡激勵機制的2倍(見圖4)。考慮到社交網絡機制中否定機制的存在，一旦經好友否定，未達到智能合約執行條件一的閾值，該單流拍，并自動重新發布在社交網絡上。

圖4 搶單激勵

4 基于區塊鏈的技術實現

4.1 HyperLedger Fabirc介紹

區塊鏈技術也稱為分布式賬本技術，其特點是去中心化、公開透明，讓每個人均可參與數據庫記錄，同時數據不可篡改。從字面上理解：區塊鏈就是數據打包記錄在區塊中，再通過一定的方法把區塊連成一個鏈。目前比較流行的區塊鏈項目有ETH、EOS、NEO、HyperLedger Fabric等，在本文中采用HyperLedger Fabric(簡稱Fabric)來完成用戶積分信息和基塔維修信息上鏈。Fabric是應用最為廣泛的聯盟鏈，最新的版本是1.4，該版本的總體架構核心部分由成員管理(Membership services)、共識服務(Consensus services)和智能合約(Chain-code Services)三部分, 加上安全和加密服務(Security and Crypto Services)貫穿于其他各個組件，應用端通過接口(APIs、Events、SDKs)調用身份(IDENTITY)、賬本(LEDGER)、交易(TRANSACTIONS)、智能合約等信息，架構圖如圖5所示。

圖5 HyperLedger Fabirc架構圖

4.2 系統結構

在本文中設定了2個Org，每個Org有2個Peer節點，另還有3個Orderer節點，最后通過4個kafka和3個zookeeper集群確保數據一致性(如圖6所示)，所有服務一共分部在8臺服務器上面。

圖6 系統結構圖

所有服務都運行在相應服務器中的docker容器中，建立端口映射后可以直接訪問對應的服務，因此在一個服務器上面存在同時運行多個服務的情況。

4.3 Chaincode編寫

Chaincode采用GO語言進行編寫，GO語言是hyperledger fabric 的源程序開發語言，也是fabric最早支持的開發語言之一。Chaincode中實現了基本事件的提交，事件狀態的修改和事件的查詢。系統直接采用fabric的cli容器直接進行命令的提交。

5 結語

輸電線路反外損是電力線路安全運維的重要問題之一，電力設備和輸電線路分布廣泛，出現的多樣性問題難以有統一的定性確認方法，往往需要人員現場查看才可以準確確認。從社交網絡的角度來看，在反外損的運維過程，可以有新的方法和方式來完成線路問題的發現和上報，通過發動社會人員的力量協助完成線路反外損問題的處理，通過這種方式可以大大降低維護的成本，對出現的問題可以及時發現。區塊鏈技術可以確保反外損數據和社交網絡中人員積分的真實性和可追溯，為數據的溯源、積分的兌換、數據監管等提供底層數據的支撐。目前基于社交網絡和區塊鏈的反外損研究還處于研究測試階段，后期會進行更多的理論和流程研究，提高其推廣和應用的價值。