地鐵列車司機離線培訓系統的設計和實現

李 彬 趙訓婷 王 偉

（1.北京交通大學電子信息工程學院，100044，北京；2.軌道交通運行控制系統國家工程研究中心，100044，北京∥第一作者，碩士研究生）

城市軌道交通系統的運營安全涉及多個崗位。對每個崗位的工作人員而言，特別是列車司機、調度員等關鍵崗位人員，高質量地完成本崗位的工作要求，是保障城市軌道交通運營安全的關鍵。2001年，在日本舉辦的國際鐵路列車司機培訓研討會上，國際鐵路聯盟（UIC）成員一致認為：列車司機、指導員及其他鐵路員工的知識、技能和素質培訓教育在軌道交通發展中必須具有最高的優先性［1］。

在目前的地鐵運營中，地鐵列車司機長期處于智能系統工作環境下，面對突發狀況時便容易曝露出實戰經驗缺乏的問題。地鐵列車司機離線培訓系統可以實現對在崗及上崗前司機的理論基礎的鞏固和考核，讓司機在實際上崗前或者在崗中逐步掌握故障發生時需盡快采取的應急行動，彌補了地鐵大型應急演練中無法完全涉及的每一個細小層面的故障，并可降低培訓成本、提高培訓質量。

1 地鐵列車司機離線培訓系統的技術方案

HAZOP（危險與可操作性分析）方法能對系統性風險進行辨識和建模。HAZOP是一種用于辨識設計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結構化、系統化分析方法。它能按照系統設計原則及需求對每一步驟進行分析，識別出潛在偏差的原因、結果和處理方法，現采用HAZOP方法進行分析，其分析模型建立的流程如圖1所示。

根據列車司機離線培訓系統模型的建立流程，結合現有的地鐵列車司機考核標準，精煉地統計出5種培訓重點（如表1所示）。

在地鐵列車司機離線培訓系統的技術設計中，使用Power Designer工具集進行模型的建立，用ADO數據源和SQL數據庫相連，建立了數據庫，用VC工具進行主界面的設計和代碼的實現。

圖1 地鐵列車司機離線培訓系統的模型建立流程

采用課堂講授的方式對學員進行培訓。培訓的內容主要包括列車司機操作規范、技術規范，鐵路信號基礎等。其中，培訓的重點內容除了表2所列外，還有各種故障的處理方式和各種可以預期的意外事件的應對方式。

離線培訓考試子系統是對培訓效果的檢驗，是培訓系統中非常重要的組成部分。

2 題庫的設計與實現

根據建立的列車司機離線培訓系統模型，明確了列車司機的職責和所需技能。這樣就可以通過對培訓要點的深入挖掘，進入出題環節進而形成數據庫。

表1 離線培訓系統的培訓重點統計表格

2.1 試題設計

2.1.1 試題編寫

試題的選擇應針對培訓要點。出題的內容來自地鐵列車司機有關的操作規范、技術規范、安全規范，以及列車信號設備的基礎理論和國內外城市軌道交通事故案例評析。現以司機操作規范為例：北京地鐵亦莊線的司機操作規范共分6章135條，每條都包含至少5個操作內容。每1個操作內容都是培訓題目的來源，每1個操作內容要根據所闡述的要點選擇適宜出題的方式，針對每1個操作內容至少出1題。本培訓系統共包含5種題型：單項選擇題、多項選擇題、判斷題、填空題、簡答題。這樣，該司機操作規范就可以形成至少5×135＝675道題目。

2.1.2 試題的檢驗

組織列車司機進行試題測驗，以便對試題進行檢驗。通過對從列車司機測驗中得到的反饋信息進行綜合分析，從中篩選出合適的考試題目，并對試題的難度等參數進行指定。這些參數指定后并非一成不變，而應進行實時更新。

2.1.3 試題的規模

對篩選出來的試題，根據其難度等參數進行整理編排，按事先設定的 WORD文檔形式暫時存儲起來。為保證抽取的試題重復率不超過10%，題量應該達到足夠的量，否則就會失去題庫的價值。根據題型、知識點、難度等參數的特點，同時為了保證題庫對培訓內容的完整覆蓋，體現培訓目的，反映培訓要點，目前題庫中的總題目數已達2 000題，難度共分4類：簡單題占20%，中等題占40%，難題占30%，超難題占10%。當抽取題目時，會按照相應比例抽取。

2.2 題庫建設

培訓系統的題庫建設是個艱巨的工程。利用計算機可以十分方便地對試題進行貯存補充和修改，為司機的培訓工作打下了堅實的基礎。

2.2.1 數據庫的建立

培訓系統提供了2種數據庫的建立方式：

1）通過系統提供的用戶接口，手動輸入試題的內容。這種方式簡單方便，適用于添加少量的試題。

2）通過EXCEL文件導入。為了能夠大量地導入試題，根據系統數據庫的數據存儲格式分別對幾種題型設計了EXCEL題庫模版，管理員或者教師可以在EXCEL模版中編輯試題，然后將其導入系統數據庫。從EXCEL導入系統數據庫有2種方式：一種是由管理員通過ACCESS工具本身提供的導入功能導入；另一種是由管理員通過系統提供的題庫導入功能導入。

2.2.2 數據庫的存儲

在系統的開發過程中，為了便于調試，使用了本地ACCESS數據庫；在系統的實際運用中，使用存放在遠程服務器上的MYSQL數據庫。

2.2.3 試題庫的適時性

題庫的建立不是一勞永逸的，需要不斷充實、更新。試題庫中的試題應該隨著培訓內容和培訓要求的變化而相應變化，以適應地鐵事業發展的需要。

3 系統的設計與實現

離線培訓系統可以起到考核和自測的作用，可以隨時檢驗學員的培訓成果，發現培訓的薄弱點并加以改進。該系統一共設計了3種用戶類型，分別為管理員、教師和學員。其中管理員主要負責創建用戶和進行班級的管理；教師主要負責考試管理，即設置考試的科目、時間、各種題型所占比例及分數等考試信息，還負責批改試卷；學員可以在規定的考試時間內登陸系統，然后對由教師創建的考卷進行作答，學員也可以隨時登陸系統查看以往的考試成績信息。離線培訓系統的用例圖如圖2所示。

從功能上劃分，離線培訓系統主要分為用戶管理及考試管理2大模塊。其中，考試管理又可以分為考試的創建及考試的批改2大功能。由此，對離線培訓系統進行整體設計，得到的離線培訓系統整體框架如圖3所示。

在圖3中，數據層采用ADO技術與數據庫進行連接，實現程序與數據庫之間的通信；邏輯層實現系統的主要功能，包括用戶管理和考試管理，向下直接與數據層交互，進行數據的存取、刪除及修改等操作，向上直接與界面呈交互，向界面層發送需要顯示的信息及從界面層獲取用戶的輸入并做出相應的邏輯處理；界面層主要實現信息的顯示及用戶輸入，通過與邏輯層的交互，可以向用戶呈現豐富的信息。

圖2 離線培訓系統用例圖

圖3 離線培訓系統整體框架

根據對考試子系統的需求進行分析，對考試子系統的數據庫設計了以下實體：教師、學員、班級、管理員、單選題、多選題、判斷題、填空題、簡答題、試卷組成、試卷、科目。各實體之間的關系如圖4所示。

圖4 數據庫實體關系圖

離線培訓系統使用C＋＋程序設計語言，在VC 6.0開發環境下使用MFC庫編寫完成。對自繪部分采用了雙緩沖技術，從而避免了閃屏；系統用戶界面使用了統一的設計風格，將所有的功能集中展示在一個對話框中，使得用戶可以方便地進行功能的選擇與切換（如圖5、圖6、圖7所示）。

圖5 管理員用戶界面

圖6 教師用戶界面

圖7 學員用戶界面

對學員的考試界面（見圖8）部分，采用了全屏顯示技術，確保了考試過程中不能使用安裝在主機上的其它應用程序。另外，還用了多種考試輔助提示，以便于考生在考試過程中隨時了解自己的考試進程。

圖8 考試界面

4 結語

地鐵列車司機離線培訓系統基于加強地鐵司機駕駛安全為出發點，著重對意外事件處理和故障處理等方面進行了培訓與考核，同時也兼顧對基本技術理論知識和基本操作等的培訓與考核，既可達到培訓新司機的目的，也可作為加強司機駕駛安全性的輔助手段。

隨著城市軌道交通的發展，列車速度不斷提高，列車控制系統越來越復雜，司機的駕駛環境在不斷地改變。地鐵司機在駕駛過程中可能遇到的故障和意外事件是很難事前預料的，并且很多的意外事件和故障可能都是第一次出現的，所以需要不斷地對數據庫加以擴充和更新，保持培訓內容的實時性，將是非常重要的。

［1］蘇虎，金煒東.列車駕駛仿真器及其關鍵技術［J］.科技導報，2007（12）：12.

［2］何鴻云，周美玉.機車模擬裝置發展綜述及建議［J］.中國鐵路，1998（12）：32.

［3］Schwentke R，Hrivnak D，Dobrosi A.Multifunction simulator developed for Hamburg［J］.International Railway Journal，1999，39（4）：25.

［4］堂客雙，王亞晴，王鵬飛.汽車駕駛模擬器在交通研究中的應用［J］.城市交通，2011（9）：78.

［5］李國峰，吳振華，馮磊.虛擬實現建模技術研究及其在汽車駕駛模擬器中的應用［J］.武漢理工大學學報，2005（6）：41.

［6］王全.北京地鐵昌平線綜合監控系統探究［J］.科學之友，2011（2）：1.