動(dòng)車組模擬駕駛考試標(biāo)準(zhǔn)化研究

張軍虎

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 天津 300142)

1 技術(shù)背景

依據(jù)原《鐵路運(yùn)輸安全保護(hù)條例》，從2005年秋季開始，鐵路機(jī)車車輛駕駛?cè)藛T資格考試由原鐵道部統(tǒng)一組織，考試合格后經(jīng)原鐵道部審批才能取得駕駛證。理論考試采用統(tǒng)一管理的方式進(jìn)行，已經(jīng)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的要求，下文主要對(duì)實(shí)際操作(以下簡(jiǎn)稱“實(shí)作”)考試的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行分析。對(duì)于動(dòng)車組實(shí)作考試而言，其考核方式一般采用真實(shí)車輛進(jìn)行，甚至部分考試科目在實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路上進(jìn)行。由考核學(xué)員實(shí)際操作，考核教員在一旁觀察記錄并進(jìn)行評(píng)分，同時(shí)當(dāng)學(xué)員操作不當(dāng)影響正常行車時(shí)由考核教員進(jìn)行處理并恢復(fù)正常行車[1]。目前實(shí)作考核方式存在以下的問題：

(1)不能完全考核所有科目。對(duì)于影響正常行車的動(dòng)車組故障、線路故障、惡劣自然環(huán)境的影響等等意外情況，在實(shí)作考核的過程均不能進(jìn)行，因此無法考核學(xué)員對(duì)于這些嚴(yán)重意外事件的處理能力。而面對(duì)緊急意外情況的正確處置能力卻是動(dòng)車組駕駛員最重要的職業(yè)素質(zhì)，因此這是目前動(dòng)車組駕駛員實(shí)作考試面臨的最大問題[2]。

(2)部分考核科目無法達(dá)到考核標(biāo)準(zhǔn)。由于采用實(shí)車進(jìn)行考試，動(dòng)車組假設(shè)的故障均為示意性，不能夠還原現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)表現(xiàn)，而且能夠設(shè)置的項(xiàng)點(diǎn)比較有限，不能全面考察動(dòng)車組司機(jī)的問題分析能力和技能熟練程度。

(3)實(shí)作考核存在風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于駕駛形式而言，由未取得駕駛資格的人員以擔(dān)當(dāng)高鐵列車牽引任務(wù)的方式進(jìn)行實(shí)作考試，存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)，極有可能干擾正常運(yùn)營(yíng)秩序。

2 技術(shù)方案

2.1 考試裝備標(biāo)準(zhǔn)化

2.1.1模擬駕駛考試系統(tǒng)

(1)為保證與實(shí)車考試效果的一致性，模擬駕駛系統(tǒng)是非常不錯(cuò)的選擇。模擬駕駛臺(tái)能夠提供逼真的視覺、聽覺、動(dòng)感、觸感等全方位感觀模擬。一般配備寬視角高分辨率計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)成像視景仿真系統(tǒng)、5.1聲道環(huán)繞立體聲仿真系統(tǒng)、六自由度電動(dòng)動(dòng)感仿真系統(tǒng)及1∶1仿真駕駛艙等設(shè)備，能夠從視覺、聽覺、操縱真實(shí)感等方面逼真地再現(xiàn)列車在不同情況下的運(yùn)行環(huán)境，真實(shí)模擬列車在各種工況下的設(shè)備狀態(tài)、操縱特性、牽引/制動(dòng)特性以及其他特性。

(2)為保證考試公正性和實(shí)作題庫(kù)的一致性，除了模擬駕駛系統(tǒng)本身必須達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)外，所有與外界交互的數(shù)據(jù)必須采用標(biāo)準(zhǔn)化通用數(shù)據(jù)接口。例如：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)接口、科目數(shù)據(jù)接口、記錄數(shù)據(jù)接口等，以保證相同的試題能夠在不同設(shè)備上運(yùn)行，并保證所有的記錄數(shù)據(jù)能夠以統(tǒng)一的方式打開。同時(shí)考試場(chǎng)景采用具有代表性的100 km長(zhǎng)度通用線路視景。線路典型要素應(yīng)包括平原、山區(qū)、亞熱帶、熱帶、高寒地帶等典型地形地貌，鐵路設(shè)施包括隧道、橋梁、車站、無砟軌道、有砟軌道、標(biāo)識(shí)標(biāo)牌等相關(guān)典型設(shè)施。

(3)設(shè)置考評(píng)員系統(tǒng)。提供參數(shù)設(shè)置界面，使考評(píng)員可以在考試過程中根據(jù)需要方便地進(jìn)行時(shí)間、地點(diǎn)、操縱條件、列車狀態(tài)、信號(hào)狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境、突發(fā)事件等設(shè)置；提供主觀評(píng)價(jià)接口，對(duì)手比眼認(rèn)、呼和應(yīng)答等難以客觀評(píng)價(jià)的項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)判。

(4)配備評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)考核項(xiàng)點(diǎn)盡量采用客觀評(píng)價(jià)。提供數(shù)據(jù)記錄及回放系統(tǒng)，對(duì)所有考試過程數(shù)據(jù)包括視頻記錄妥善保存，并能方便地調(diào)閱分析。

(5)提供與駕駛適應(yīng)性測(cè)評(píng)系統(tǒng)的接口。提供駕駛?cè)藛T操作過程記錄及特征點(diǎn)環(huán)境參數(shù)；提供友好的駕駛適應(yīng)性動(dòng)態(tài)測(cè)試環(huán)境，保障相關(guān)測(cè)試設(shè)備不受干擾。

(6)提供與實(shí)作考試考務(wù)系統(tǒng)接口。提供人員信息接口，接收考生身份信息并與考試記錄關(guān)聯(lián)；提供訓(xùn)練結(jié)果數(shù)據(jù)給成績(jī)管理接口以便統(tǒng)計(jì)分析，提供駕駛艙實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)給網(wǎng)上巡查系統(tǒng)。

綜上，模擬駕駛考試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化主要從基本功能的界定和預(yù)留接口的標(biāo)準(zhǔn)定義上，模擬駕駛考試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 模擬駕駛考試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)框圖

2.1.2實(shí)作考試考務(wù)系統(tǒng)

(1)考生身份驗(yàn)證系統(tǒng)

配備相應(yīng)軟件和配套設(shè)備，將讀取的照片、姓名、身份證號(hào)等信息存儲(chǔ)到系統(tǒng)中，通過與正在建設(shè)的理論考試信息系統(tǒng)接口通訊，進(jìn)行“人證同一性”信息認(rèn)定，鑒別被認(rèn)證人員的身份真實(shí)性。

(2)網(wǎng)絡(luò)視頻指揮系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)視頻指揮系統(tǒng)是利用監(jiān)控技術(shù)、通訊技術(shù)、音視頻技術(shù)與考試管理綜合業(yè)務(wù)相結(jié)合的應(yīng)用系統(tǒng)。通過圖像和聲音采集設(shè)備，利用廣域網(wǎng)傳播音視頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)異地人員的視頻會(huì)議、網(wǎng)上巡查、應(yīng)急處置、考務(wù)指揮等功能，同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具備音視頻資料存儲(chǔ)功能，為以后查閱考試現(xiàn)場(chǎng)資料提供依據(jù)。

2.2 考試科目標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)《國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》和《鐵路職業(yè)技能培訓(xùn)規(guī)范》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，鐵路動(dòng)車組駕駛員上崗前須通過鐵路總公司動(dòng)車組司機(jī)選拔機(jī)構(gòu)資格審查、職業(yè)復(fù)試。參加鐵路總公司指定的考試培訓(xùn)機(jī)構(gòu)組織的培訓(xùn)，考試考核合格。理論培訓(xùn)合格人員須進(jìn)行動(dòng)車組性能、檢查試驗(yàn)、行車安全裝備操作等靜態(tài)實(shí)作技能培訓(xùn)。

2.2.1動(dòng)車組駕駛適應(yīng)性測(cè)試

動(dòng)車組駕駛適應(yīng)性測(cè)試分為靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試兩大部分。靜態(tài)測(cè)試如下：

(1)個(gè)性特征測(cè)試。個(gè)性特征測(cè)試采用的是目前廣泛被應(yīng)用于人員選拔和評(píng)定的卡特爾人格測(cè)試問卷。其采用系統(tǒng)觀察法、科學(xué)實(shí)驗(yàn)法以及因素分析統(tǒng)計(jì)法，確定了十六種人格特質(zhì)。

(2)注意力分配與轉(zhuǎn)移測(cè)試。良好的注意力應(yīng)當(dāng)具有高度的穩(wěn)定性、集中性、廣闊性和分配性。

(3)復(fù)雜反應(yīng)測(cè)試。該測(cè)試是測(cè)定人對(duì)按一定時(shí)間間隔連續(xù)顯示的多種隨機(jī)視覺刺激信號(hào)和聽覺刺激信號(hào)，從中選擇出已決定的信號(hào)，并做出正確反應(yīng)的能力，通過測(cè)試這種反應(yīng)能力來考察人的視覺、聽覺、識(shí)別、判斷和選擇等特性。

(4)學(xué)習(xí)能力測(cè)試。在學(xué)習(xí)能力測(cè)試中，被試者將看到多個(gè)特殊符號(hào)，需要將后面隨機(jī)出現(xiàn)的符號(hào)所對(duì)應(yīng)的數(shù)字填入到所對(duì)應(yīng)的方格內(nèi)，盡可能做到又快又對(duì)。

(5)瞬間記憶力測(cè)試。被試者將在屏幕中的紅色方格中看到依次出現(xiàn)的若干個(gè)數(shù)字，同時(shí)也會(huì)有語(yǔ)音讀出這些數(shù)字，每個(gè)數(shù)字大約停留1 s。需要不借助其他手段，完全憑借記憶力記住這些數(shù)字。

(6)速度預(yù)測(cè)測(cè)試。速度預(yù)測(cè)指受試者對(duì)物體運(yùn)動(dòng)速度感知判斷的準(zhǔn)確性，即對(duì)速度快慢的估計(jì)能力。估計(jì)偏高或偏低均影響判斷的準(zhǔn)確性。該項(xiàng)測(cè)試中，需要被測(cè)試者判斷列車運(yùn)行速度。

(7)作業(yè)穩(wěn)定性測(cè)試。主要是對(duì)受試者的作業(yè)正確性、完成量以及作業(yè)過程的穩(wěn)定性等情況進(jìn)行檢查。

(8)深度知覺測(cè)試。深度知覺測(cè)試是通過被測(cè)試者對(duì)移動(dòng)物體與參照物距離的判斷，來反應(yīng)被測(cè)試者對(duì)速度、距離感的判斷，以檢測(cè)其是否可以正確判斷深度距離的差異。

(9)視野范圍能力測(cè)試。主要測(cè)試受試者對(duì)觀察區(qū)域的視感知范圍。例如：屏幕上隨機(jī)位置上會(huì)突然出現(xiàn)若干只飛鳥，出現(xiàn)的飛鳥停留1 s后會(huì)自動(dòng)消失。需要被測(cè)試者在飛鳥出現(xiàn)的時(shí)候，迅速判斷出現(xiàn)飛鳥的個(gè)數(shù)。

動(dòng)態(tài)駕駛適應(yīng)性檢測(cè)主要在模擬機(jī)上進(jìn)行測(cè)評(píng)，在模擬駕駛過程中進(jìn)行注意力分配、復(fù)雜反應(yīng)、速度預(yù)測(cè)、作業(yè)穩(wěn)定性、深度知覺和視野范圍測(cè)試，獲取機(jī)車車輛駕駛?cè)藛T在模擬駕駛過程中，尤其是行車過程和應(yīng)急狀態(tài)下的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過大樣本統(tǒng)計(jì)分析，建立科學(xué)規(guī)劃的動(dòng)車組駕駛?cè)藛T動(dòng)態(tài)駕駛適應(yīng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，用于評(píng)判動(dòng)車組駕駛?cè)藛T在駕駛過程中的事故處理和應(yīng)急反應(yīng)水平。駕駛適應(yīng)性測(cè)試結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 駕駛適應(yīng)性測(cè)試結(jié)構(gòu)框圖

2.2.2動(dòng)車組駕駛理論考試

動(dòng)車組駕駛理論考試科目完全依照現(xiàn)有模式進(jìn)行，此處暫不作討論。

2.2.3動(dòng)車組駕駛實(shí)作考試

通過對(duì)動(dòng)車組駕駛實(shí)作考試項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化，確保每一個(gè)通過考試的學(xué)員都能完全達(dá)到安全高效駕駛動(dòng)車組的要求。該部分內(nèi)容絕大部分可在模擬駕駛臺(tái)上完成[3]。

(1)動(dòng)車組檢查、故障查找及判斷。

針對(duì)動(dòng)車組檢查和故障定位的技能要求為：熟練掌握從庫(kù)內(nèi)接車開始到動(dòng)車組準(zhǔn)備出庫(kù)的全面檢查程序，快速準(zhǔn)確定位動(dòng)車組各類故障。考核方式為學(xué)員按照標(biāo)準(zhǔn)的程序?qū)嵤鶕?jù)現(xiàn)象定位故障。

(2)各種情況下的列車操縱。

針對(duì)動(dòng)車組列車操縱的技能要求為：確保司機(jī)熟練掌握動(dòng)車組牽引、制動(dòng)、供風(fēng)、計(jì)算機(jī)控制、通信、列控等系統(tǒng)原理及相關(guān)操作方法。熟練掌握動(dòng)車組安全、正點(diǎn)運(yùn)行和平穩(wěn)操縱的技能，能在各種控車模式和不同自然條件下安全操縱動(dòng)車組。列車操縱的考試項(xiàng)目大體可分為以下幾類：①動(dòng)車組的啟動(dòng)操縱；②途中運(yùn)行操縱；③站內(nèi)停車操縱；④動(dòng)車組重聯(lián)運(yùn)行操縱；⑤各種故障情況下的操縱處理。

2.3 考核依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

目前的實(shí)作考試考核方法是學(xué)員操作，考核教員評(píng)價(jià)打分的方式進(jìn)行，考核依據(jù)以教員的主觀意見為準(zhǔn)，這是造成各路局考核標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的最主要原因。考核依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)實(shí)際是利用聲音監(jiān)測(cè)技術(shù)、動(dòng)作捕捉技術(shù)和結(jié)果檢測(cè)共同形成學(xué)員的客觀操作過程，并以該客觀操作過程比照固定的標(biāo)準(zhǔn)完成對(duì)學(xué)員操作的考核。

(1)理論考試考核依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。理論考試以統(tǒng)一的試卷方式進(jìn)行，因此其考核依據(jù)很容易做到標(biāo)準(zhǔn)一致。

(2)駕駛適應(yīng)性測(cè)試考核依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)前面的描述，研究并形成針對(duì)動(dòng)車組駕駛員的各種駕駛適應(yīng)性指標(biāo)，如反應(yīng)的時(shí)間、記憶的準(zhǔn)確度、學(xué)習(xí)能力的大小、心理穩(wěn)定度大小等等。

(3)駕駛操縱考核依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。駕駛操縱主要表現(xiàn)在肢體動(dòng)作、眼睛注視的位置和互換用語(yǔ)。針對(duì)這些操縱動(dòng)作均有相應(yīng)的規(guī)章制度和考核標(biāo)準(zhǔn)，因此該部分標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)著手于客觀采集并記錄學(xué)員的操作動(dòng)作，包括聲音監(jiān)測(cè)、手腳動(dòng)作捕捉、眼睛注視監(jiān)測(cè)等。

3 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

3.1 可穿戴式監(jiān)測(cè)設(shè)備

針對(duì)捕捉動(dòng)車組駕駛員的操作過程，開發(fā)可穿戴式監(jiān)測(cè)設(shè)備(見圖3)，包括動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)心率檢測(cè)儀、無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、外接設(shè)備接口軟件、攝像頭、數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)等內(nèi)容。設(shè)定可穿戴設(shè)備監(jiān)測(cè)的駕駛適應(yīng)性指標(biāo)，開發(fā)接口軟件，實(shí)現(xiàn)可穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)采集功能，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，積累數(shù)據(jù)，通過動(dòng)作捕捉和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，獲取機(jī)車車輛駕駛?cè)藛T在模擬駕駛過程中，尤其是事故處理過程和應(yīng)急狀態(tài)下的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，形成分析報(bào)告。

圖3 可穿戴式監(jiān)測(cè)設(shè)備

3.2 建立可穿戴式監(jiān)測(cè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

建立可穿戴式監(jiān)測(cè)測(cè)試模式和標(biāo)準(zhǔn)， 在動(dòng)車組駕駛?cè)藛T手部設(shè)置跟蹤器， 通過系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置， 再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后得到三維空間坐標(biāo)的數(shù)據(jù)， 來實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組駕駛?cè)藛T的動(dòng)作追蹤； 利用動(dòng)態(tài)

心率檢測(cè)儀， 記錄動(dòng)車組駕駛?cè)藛T模擬駕駛過程中的心率變化情況； 利用可穿戴監(jiān)測(cè)設(shè)備， 追蹤動(dòng)車組駕駛?cè)藛T的操作動(dòng)作， 并監(jiān)測(cè)動(dòng)車組駕駛?cè)藛T的心率、 反應(yīng)時(shí)間等駕駛適應(yīng)性數(shù)據(jù)。 通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備， 將采集到的動(dòng)車組駕駛?cè)藛T模擬駕駛過程中的駕駛適應(yīng)性數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，從而建立標(biāo)準(zhǔn)化的駕駛適應(yīng)性可穿戴式監(jiān)測(cè)測(cè)試模式和標(biāo)準(zhǔn)(見圖4)。

圖4 動(dòng)態(tài)駕駛測(cè)試模式

3.3 動(dòng)車組模擬駕駛考試設(shè)備

在目前技術(shù)比較成熟的動(dòng)車組培訓(xùn)用模擬駕駛設(shè)備的基礎(chǔ)上， 開發(fā)出滿足考試功能需求的模擬駕駛設(shè)備。 根據(jù)首次資格考試、轉(zhuǎn)型/增駕考試、 日常技能鑒定等考核范圍和要求， 以及不同的動(dòng)車組類型， 確定各類設(shè)備應(yīng)具備的功能。 模擬駕駛考試設(shè)備至少應(yīng)包括操縱環(huán)境、 視景系統(tǒng)、 聲音系統(tǒng)、 評(píng)價(jià)系統(tǒng)， 建立統(tǒng)一的模擬駕駛考試設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 以保證模擬駕駛設(shè)備的一致性， 確保考核結(jié)果的公正性。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上針對(duì)動(dòng)車組模擬駕駛考試標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)進(jìn)行了研究性討論，主要對(duì)考試的裝備、考試的科目和考核依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)3個(gè)方面進(jìn)行闡述，目標(biāo)是形成動(dòng)車組模擬駕駛考試標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的可行性方案。通過文中的闡述，動(dòng)車組模擬駕駛考試裝備目前并不存在嚴(yán)重的困難，培訓(xùn)用動(dòng)車組駕駛模擬器產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟且在全國(guó)各地鐵路局均有使用，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的動(dòng)車組實(shí)作考試系統(tǒng)也并沒有技術(shù)上的短板。考試科目的標(biāo)準(zhǔn)化是一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)、整理和總結(jié)性的工作，需要在既有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上結(jié)合新加入的測(cè)試科目進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的分析研究，最終形成統(tǒng)一固化的客觀標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)車組駕駛考試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究目前處于初級(jí)階段，基于現(xiàn)有研究成果的不足， 文中進(jìn)行了初步的探索性研究。針對(duì)駕駛員可穿戴設(shè)備可行性、駕駛員動(dòng)作采集設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、駕駛員動(dòng)作考核標(biāo)準(zhǔn)均需進(jìn)一步深入研究。