機車乘務員電子輔助值乘系統設計與實現

王崇華

新疆烏魯木齊鐵路局，中國·新疆 庫爾勒 841001

1 問題的提出

隨著當前鐵路安全生產組織形式和作業方式的不斷變化，對機務運用系統行車安全提出了更高的要求。反觀機務系統運用管理過程中，仍然存在行車安全人控局面無法有效改變，大量列車行車安全控制因為缺乏有效的控制手段經常出現安全問題年年控、年年犯的現象。具體到機車乘務員崗位，由于其單兵作業的崗位特殊性、求助手段單一，使機車乘務員單獨。作業自控互控難、途中應急處置難、行車安全要求高、隊伍管理難度大等問題日益凸顯，雖然近年來全路機務系統針對此問題通過配備電子書、MP5 等電子化規章來試圖解決該問題。但從實際運行效果來看，存在以下問題：

（1）大多只能識別單純TXT 文件，大量既有的規章資料如Word,PDF,CAD,圖片、視頻等資料無法有效利用和整合集成。

（2）只是單純地簡單存儲、單純羅列，缺乏對于規章數據的挖掘、索引、分類；在應急處置時，查找困難、時效性差，無法及時精確的調用，對應急處置缺乏幫助。

（3）對長交路、輪乘制的機車乘務員現今普遍存在的運行過程大量關鍵作業環節記憶困難以及突發情況應急處置不當等慣性問題沒有深層次研究，缺乏操縱導航及應急處置的急需功能，不能解決機車乘務員單兵作業，難于求助的安全管理難題。

針對此烏魯木齊鐵路局庫爾勒機務段通過與鄭州暢想自動化設備有限公司聯合研制開發了機車乘務員電子輔助值乘系統，通過配備乘務員作業手持終端，運用了前沿的移動互聯技術、嵌入式開發技術、人工智能搜索技術等技術在機車乘務員和機務運用管理人員之間搭建一個信息交互平臺，針對性地解決將運用管理信息化延伸至機車乘務作業一線，解決了長交路、輪乘制機車乘務員因作業環境不熟導致的關鍵作業環節遺漏、應急處置不當的慣性安全問題，進一步提升了機務行車安全的控制質量、提高了運輸安全保障能力和運輸效率。

2 機車乘務員電子輔助值乘系統研制目標及技術方案

2.1 系統設計思路

通過以機車乘務員手持終端為核心，輔以無線互聯網絡、地面數據支持系統，構建一整套機車乘務員電子輔助值乘系統。其中配發手持終端采用嵌入式開發技術，將行車文電資料、作業標準、業務學習題庫、應急處置方法、行車導航數據等數據資料通過無線更新、集中儲存在終端中。在手持終端開發管理系統軟件，針對機車乘務員在機車故障或非正常行車狀況下應急處理的需要，開發關鍵字快速檢索、關鍵字模糊搜索、多關鍵字組合智能搜索功能，乘務員通過輸入常見故障部位或非正常行車狀態描述，快速搜索出該現象對應的站場圖、站細、應急處置辦法、機車有關技術資料、行車資料等信息；列車運行中手持終端依靠GPS 定位功能精準確定機車位置，從而在行車過程中能夠對機車乘務員關鍵環節作業進行自動提示預警信息，手持終端通過位置信息，可以對操縱示意圖、施工明示圖、站場示意圖進行快速查詢；可對機車設備故障進行拍照取證，提高機車乘務員應急處置能力。

2.2 系統研制的目標與功能

（1）具備電子規章即時存儲、更新、模糊調閱功能。

（2）運行途中機車故障處理信息支持功能：通過對機車技術資料、故障辭典、應急處置流程和處置辦法等資料進行數據挖掘，建立機車故障應急處理信息系統，為快速、準確的進行處理機車故障提供技術支撐。

（3）運行途中非正常行車狀況應急處置信息支持功能：通過對行車文電資料、非正常行車操縱辦法等資料進行數據挖掘，建立非正常行車應急處理信息系統，為快速、準確的處理非正常行車狀況提供技術支撐。

（4）運行途中操縱導航與提示功能：通過對機車位置的實時跟蹤，實現對當前車站及區段操縱提示卡、站場示意圖、非正常行車示意圖、操縱示意圖及行車注意事項的動態提醒和輔助指導。

（5）乘務員乘前考試及專項培訓功能：通過手持終端完成對出勤機車乘務員乘前考試。同時系統通過對乘務員考試學習和考試成績進行數據挖掘，自動分析乘務員業務薄弱點，開展針對性地培訓教學，從而有效提高乘務員提高業務水平，保證行車安全。

（6）乘務員乘前重點注意事項傳達功能。通過即時更新的方式，對出勤機車乘務員完成事故通報及乘前重點注意事項的記名傳達、安全通報、通知通告的信息管理。

3 系統硬件設計方案

（1）系統主要由機務段數據服務器、派班室PC 管理端工作站、乘務員手持終端和無線AP（ACCESS POINT 無線訪問節點）組成[1]。

（2）機務段內部署數據服務器和文件服務器。數據庫服務器為各工作站提供數據庫存儲服務，存儲人員、設備等基本信息、各種作業記錄和臺帳等信息。文件服務器為各工作站提供文件共享和訪問服務，存儲圖書資料文件、通知通告文件以及錄音、乘務員上傳錄像、語音照片等信息。段內服務器可以長時間運作，為各種數據的存儲與傳輸提供了穩定的系統環境。

（3）各個派班室工作站安裝地面信息處理PC 管理端，可以方便地安裝在Windows XP/2003 操作系統上，具有運用安全類功能、教育類功能、查詢類功能。運用安全類功能完成乘務員人力資源管理，移動設備登記管理，運行時刻表、各類型圖書資料文件的發布管理，通知通告、安全通報、記名式傳達文件的發布管理。教育類功能完成學習和考試題庫的管理，考試記錄的查詢和統計分析。查詢類功能完成查詢系統的基礎數據管理，查詢乘務員相關作業記錄和臺賬。

（4）乘務員配發手持終端，采用安卓系統的平板電腦作為操作平臺，乘務員在終端設備上可以進行圖書資料閱讀，行車指導，理論考試以及圖像、文字、語音和視頻的記錄等等。

（5）在通信方式上，段內服務器與PC 管理端采用段內局域網的形式進行連接，保證了信息傳遞的通暢性與及時性。PC 管理端與乘務員手持終端采用無線網絡（Wi-Fi）傳輸的連接方式，方便簡單地進行各種資料信息和各種作業數據資料的自動更新和下載。

（6）系統基本結構見圖1。

圖1 系統組成結構圖

①數據服務器（SQL Server 數據庫服務器）。負責存儲、備份數據。為手持終端和桌面應用程序提供數據存儲服務。長時間運行，接收手持終端的數據提交和數據獲取請求。

②文件服務器（FTP 服務器）。提供文件存儲服務。手持終端和應用程序上傳和下載相應的資料文件。

③PC 端管理工作站。供值班員發布試題和編輯圖書資料、公告等信息，通過FTP服務協議將資料上傳至文件服務器。通過Sql Server 提交數據請求，查詢乘務員在手持終端上的作業記錄信息。

④無線AP（無線訪問節點）。無線AP 安裝在各派班室、公寓內，為各個派班室、公寓提供150Mbps 帶寬的無線WI-FI 信號覆蓋，確保位于派班室、公寓這一區域的機車乘務員能通過無線網絡實現乘務員手持終端網絡的連接和數據的更新的需求。

⑤乘務員手持終端。采用安卓系統的平板電腦系統集成的攝像頭、觸摸屏和Wi-Fi 功能模塊，乘務員可通過該平板進行各種資料的快速閱讀和檢索，現場作業錄像和錄音，無線數據更新等功能。

4 系統軟件設計方案

4.1 軟件組成

軟件系統主要有地面管理軟件、手持終端軟件和服務器、WEB Service 服務接口組成。系統組成見圖2。

圖2 系統組成圖

4.1.1 地面管理軟件

值班員使用用于發布試題和圖書資料信息、公告等信息，查詢乘務員在手持終端上的作業記錄信息。

4.1.2 手持終端軟件

安裝在手持終端平板電腦上基于Android 平臺采用java開發實現乘務員行車資料的閱讀查詢檢索，和乘務員運行數據的記錄和存儲功能。

4.1.3 WEB Service 服務接口

接收手持終端的數據提交和數據獲取請求，將手持終端提交的數據存儲至SQLServer 數據庫中。

4.2 軟件功能模塊設計

4.2.1 行車資料的集中化管理模塊

系統管理員可通過管理端軟件集中進行圖書文檔的發布，包括故障處理方法、規章制度、通知公告、施工明細圖、站場示意等資料信息的發布，也可以進行重要公告的通知發布。乘務員手持終端軟件可以通過無線Wi-Fi 方式在值班室范圍內自動進行內容資料的更新。

4.2.2 站場信息地圖化管理功能模塊

能夠按照行車區段對車站信息進行分類顯示，以地圖化的方式顯示行車線路，并顯示該車站在行車地圖中所在的位置，乘務員選擇某個車站時可以直接顯示該車站相關站場示意圖和操作注意事項等內容，方便乘務員隨時調看途徑車站站場示意圖，了解前方站場情況。

4.2.3 圖書資料的閱讀和快速檢索功能模塊

對圖書資料按分類進行存儲，支持多種文檔格式的資料（doc、xsl、ppt），乘務員可以按照分類查看，按章節對圖書進行閱讀瀏覽。乘務員通過檢索功能輸入相應的關鍵字信息，系統支持模糊查詢的方式，自動檢索所有圖書資料中含有該關鍵字信息的文件，乘務員能夠直接進行定位閱讀，便于乘務員遇到機車故障，操作作業時進行快速定位檢索。

4.2.4 培訓考試、業務水平分析功能模塊

可對乘務員的業務知識進行培訓考試，支持多種試題類型（單選、多選、判斷題）的考試，乘務員答錯時能夠自動顯示正確答案，便于乘務員隨時隨地進行業務知識的學習和評測。系統自動記錄乘務員考試成績和答題情況，可以對各個乘務員的考試結果、答題總數、答題正確率、平均正確率進行統計，自動分析其業務知識薄弱環節，為職教科制定培訓重點和培訓方向提供數據支持[2]。

4.2.5 權限管理模塊

能夠設定不同值班員的管理權限，以達到具有相對于的執行權限。

4.2.6 設備管理模塊

完成對平板電腦的分發記錄功能，可以添加、刪除設備號并查看設備的添加、修改時間以及當前的狀態。

4.2.7 用戶管理模塊

可以完成對操作員的添加、修改、刪除操作。用戶類型包括：管理員、操作員。

4.2.8 報表統計生成模塊

根據設定的查找條件自動生成設備發放記錄臺賬、數據更新記錄臺賬等統計報表。

4.3 軟件處理流程

以資料即時更新處理功能為例，見圖3。

圖3 數據自動更新流程圖

4.4 主要數據庫表結構

圖4 通知通告表結構

圖5 通知通告閱讀記錄

圖6 車間附件表結構

圖7 線路信息表結構

5 系統實現的功能

5.1 圖書資料的集中管理、即時更新功能

系統管理員可通過管理端軟件集中進行圖書文檔的發布，包括故障處理方法、規章制度、通知公告、施工明細圖、站場示意等資料信息的發布，也可以進行重要公告的通知發布。出勤時乘務員手持終端可以通過無線Wi-Fi 方式在調度室、派班室范圍內進行內容資料的更新。

5.2 機車操縱導航及關鍵作業提示功能

能夠按照行車區段對車站信息進行分類顯示，以地圖化的方式顯示行車線路，并顯示該車站在行車地圖中所在的位置，對關鍵區段、關鍵時段的作業方式予以提醒，依據作業需要，乘務員選擇某個車站時可以直接顯示該車站相關站場示意圖和操作注意事項等內容，方便乘務員隨時調看途徑車站站場示意圖，了解前方站場情況[3]。

5.3 圖書資料的閱讀、快速檢索以及添加書簽和收藏夾功能

對圖書資料按分類進行存儲，支持多種文檔格式的資料（txt、doc、xsl、ppt 等文本資料以及avi、3gp、mp4、wmv、rmvb 格式的視頻資料）及音視頻資料的按需整合，乘務員可以按照分類查看，按章節對圖書、綜合音視頻資料進行閱讀瀏覽。

5.4 機車故障、非正常處置信息支持功能

乘務員通過檢索功能輸入相應的關鍵字信息，系統支持模糊查詢的方式，自動檢索所有圖書資料中含有該關鍵字信息的文件，乘務員能夠直接進行定位閱讀，便于乘務員遇到機車故障，操作作業時進行快速定位檢索。

5.5 電子手帳功能

乘務員通過自動獲取段上通知通告進行記名式閱讀；自動獲取當前最新交付揭示信息，選擇值乘區段后，生成本區段交付揭示，乘務員可逐條進行勾畫和確認；值乘過程中，可在行車區段示意圖上選擇當前車站進行自動簽點（記錄時間和GPS 信息）；本趟值乘結束后，可自動生成電子化司機手帳、臺帳記錄。

5.6 行車業務、業務水平分析功能

可對乘務員的業務知識進行培訓考試，支持多種試題類型（單選、多選、判斷題）的考試，乘務員答錯時能夠自動顯示正確答案，便于乘務員隨時隨地進行業務知識的學習和評測。

系統自動記錄乘務員考試成績和答題情況，可以對各個乘務員的考試結果、答題總數、答題正確率、平均正確率進行統計，自動分析其業務知識薄弱環節，為職教科制定培訓重點和培訓方向提供數據支持。

5.7 現場情況錄音、錄像和拍照功能

乘務員通過電子手持終端對現場情況進行拍照和錄音，便于機務安全分析部門對現場情況進行分析掌握。

5.8 數據無線更新功能

乘務員手持終端可以通過無線網絡（Wi-Fi）的方式，進行各種資料信息和各種作業數據資料的自動更新和下載上傳。

6 系統現場運用

2014年—2015年，烏魯木齊鐵路局組織庫爾勒機務段在庫爾勒運用車間開始現場試運行，運行至今，服務器運行良好，行車資料存儲和發放、即時更新功能正常。乘務員運用手持終端能夠實現對各種行車資料的快速查詢顯示，實現途中操縱提示卡的動態提醒和操縱示意圖、施工明示圖、站場示意圖的快速查詢顯示，實現了業務知識學習和考試功能。現場無異常信息反饋，運用效果良好。

7 研制結論及應用前景

機車乘務員電子輔助值乘系統采用中國先進的嵌入式開發技術、智能搜索技術，將司機手冊、規章制度和行車資料等儲存在便于攜帶的掌上手持終端中，實現了各種資料的快速查詢顯示。同時，從行車安全導航、指導方面出發，實現了途中操縱提示卡的動態提醒和操縱示意圖、施工明示圖、站場示意圖的快速查詢顯示；從途中應急處理方面出發，實現了非正常行車辦法和機車故障應急處理辦法的快速搜索查詢、調用和現場的音視頻錄制功能；從業務學習方面出發，實現了業務知識學習和考試功能，不僅有利于乘務員隨時隨地進行知識的學習，而且能夠進行及時的考核評定，隨時了解乘務員的業務水平和技術弱項。該設備的應用規范了機車乘務員標準作業，有效地提升了乘務員應對機車故障、非正常情況下行車等突發事件的處理能力，對乘務員優化列車操縱、保障列車運行安全起到了積極的作用。該系統作為機務運用系統“科技保安全”的重要載體，具備全路機務系統推廣應用的價值，其廣泛使用可以極大地減輕乘務員負擔，即時提示行車關鍵作業環節、對機車乘務員故障處理、非正常處置予以有效支持，不但提高了工作效率，而且為解決機車乘務員單兵作業慣性問題提供了一個有效手段。作為保障機務系統行車安全的技術裝備，必將會推進機務行車安全工作的深入開展。