基于Python的地鐵TETRA設(shè)備培訓(xùn)模擬器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

潘 振，房耀華

（鄭州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，鄭州 450000）

1 概述

目前，地鐵專用無(wú)線系統(tǒng)廠家有空中客車(chē)、摩托羅拉、河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，其中空中客車(chē)陸上集群無(wú)線電（TETRA）設(shè)備配置的原裝網(wǎng)管界面為非圖形化界面，是命令行界面。命令行操作對(duì)操作人員的記憶力、操作熟練程度及對(duì)命令語(yǔ)法和功能的理解都有很高的要求。如操作出現(xiàn)失誤，一是語(yǔ)法錯(cuò)誤的操作命令，系統(tǒng)將拒絕執(zhí)行，如輸入多條命令均不能成功執(zhí)行，可能造成故障處理用時(shí)延長(zhǎng)。二是雖然操作命令語(yǔ)法正確，但輸入的命令非對(duì)應(yīng)操作項(xiàng)目的正確命令，系統(tǒng)將按照錯(cuò)誤命令執(zhí)行，導(dǎo)致誤操作，從而造成故障擴(kuò)大化。

2 空中客車(chē)TETRA操作培訓(xùn)現(xiàn)狀分析

空中客車(chē)TETRA設(shè)備的網(wǎng)管操作為人機(jī)交互命令式，操作命令有特定的語(yǔ)法要求，數(shù)量有幾百條之多，而且由于空中客車(chē)為歐洲廠商，所提供的技術(shù)資料均為英文，進(jìn)一步增加了一線員工理解空中客車(chē)TETRA設(shè)備操作命令的難度。日常生產(chǎn)班組需按照培訓(xùn)計(jì)劃定期組織員工開(kāi)展技能提升培訓(xùn)。在專用無(wú)線核心交換機(jī)培訓(xùn)過(guò)程中，由于培訓(xùn)中心無(wú)TETRA核心交換機(jī)硬件設(shè)備，員工在操作培訓(xùn)時(shí)無(wú)法在現(xiàn)網(wǎng)真實(shí)設(shè)備上進(jìn)行命令操作，只能通過(guò)紙質(zhì)手寫(xiě)的方式進(jìn)行練習(xí)和考核，不利于以練代培的實(shí)施，培訓(xùn)效果差。

3 培訓(xùn)模擬器設(shè)計(jì)

培訓(xùn)模擬器計(jì)劃運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)、交互仿真，構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放的模擬場(chǎng)景，最大限度地為培訓(xùn)學(xué)員在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上建立一套與真實(shí)作業(yè)環(huán)境一致的操作環(huán)境。

通過(guò)廣泛收集各生產(chǎn)班組反饋的建議和問(wèn)題，以實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn)，轉(zhuǎn)變思路，積極探索，從計(jì)算機(jī)編程、軟件使用、工具改造等方面開(kāi)展創(chuàng)新，提出開(kāi)發(fā)一款TETRA設(shè)備培訓(xùn)模擬器的想法。

3.1 培訓(xùn)模擬器開(kāi)發(fā)編程語(yǔ)言選擇

目前能用于軟件開(kāi)發(fā)的語(yǔ)言有很多種，例如C++、Java、Python等。其中Python是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝汀⒔换ナ秸Z(yǔ)言。Python不僅具有語(yǔ)法簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)同樣功能所需代碼量少、開(kāi)發(fā)效率高等特點(diǎn)，而且是開(kāi)源編程語(yǔ)言，易獲取標(biāo)注庫(kù)和常用的第三方庫(kù)。因此TETRA設(shè)備操作培訓(xùn)模擬器選擇使用Python作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。

3.2 培訓(xùn)模擬器的產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)

根據(jù)員工對(duì)于TETRA核心交換機(jī)操作命令培訓(xùn)需求的系統(tǒng)分析，結(jié)合目前硬件和軟件實(shí)際配置情況，最終確定培訓(xùn)模擬器的產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)，如圖1所示。培訓(xùn)模擬器界面采用通過(guò)輸入交互命令語(yǔ)言的方式，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，應(yīng)具有授權(quán)驗(yàn)證、標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取、操作結(jié)果反饋、可重復(fù)執(zhí)行命令、導(dǎo)出操作記錄等功能，其中交互命令語(yǔ)言由一組命令集合組成，每條命令由固定的命令名和命令附加參數(shù)按空中客車(chē)TETRA設(shè)備的操作語(yǔ)法規(guī)則構(gòu)成，可以通過(guò)鍵入“HELP”來(lái)了解相關(guān)語(yǔ)法規(guī)則、培訓(xùn)模擬器使用方法和注意事項(xiàng)等幫助信息，進(jìn)一步提高用戶的使用體驗(yàn)。導(dǎo)出的操作記錄可以作為上機(jī)考試的試卷進(jìn)行備份保存，當(dāng)考生對(duì)考試成績(jī)有異議時(shí)作為復(fù)核憑證。培訓(xùn)模擬器未來(lái)計(jì)劃應(yīng)用于實(shí)操培訓(xùn)、技能考核以及晉級(jí)考試等場(chǎng)景，模擬器可以自定義所支持的操作命令條數(shù)和命令附加參數(shù)，從而滿足不同場(chǎng)景的使用需求。

圖1 培訓(xùn)模擬器產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)Fig.1 Training simulator product prototype design

4 培訓(xùn)模擬器開(kāi)發(fā)

技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)，基于Python語(yǔ)言將系統(tǒng)設(shè)計(jì)翻譯成程序，編寫(xiě)代碼量超過(guò)1 000行。開(kāi)發(fā)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行版本管理，保持代碼的一致性和完整性，并采用模塊化開(kāi)發(fā)，使模擬器功能易于擴(kuò)展。在程序?qū)崿F(xiàn)之后，通過(guò)單元測(cè)試、集成測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試等多輪測(cè)試，測(cè)試過(guò)程確保編寫(xiě)的代碼滿足需求設(shè)計(jì)并且清除程序中的錯(cuò)誤，增強(qiáng)了代碼的健壯性。目前1.0版培訓(xùn)模擬器顯示界面和命令輸入輸出方式完全與空中客車(chē)TETRA原裝網(wǎng)管一致，能模擬近30種常用操作命令，命令主要集中在告警查詢、配置查詢、修改設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等方面。登陸模擬器后，首先選擇計(jì)劃練習(xí)命令的編號(hào)如圖2所示，然后在命令提示符后輸入命令內(nèi)容，模擬器將對(duì)輸入內(nèi)容的合規(guī)性進(jìn)行檢查，即可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

圖2 培訓(xùn)模擬器命令選擇界面Fig.2 Training simulator command selection interface

該模擬器為命令行交互程序，根據(jù)輸入命令的不同執(zhí)行不同的操作反饋。如果輸入命令正確，頁(yè)面將反饋該命令對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果輸出，同時(shí)提示“輸入命令正確”，如圖3所示；如果輸入命令有誤，頁(yè)面會(huì)提示“輸入命令錯(cuò)誤”，并顯示該命令的功能和詳細(xì)的語(yǔ)法要求，如圖4所示。考核人通過(guò)查詢操作日志或進(jìn)行過(guò)程觀摩，對(duì)培訓(xùn)學(xué)員進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)指導(dǎo)，不僅能加深操作印象，而且能快速提升培訓(xùn)效果。

圖3 培訓(xùn)模擬器正確輸出界面Fig.3 Training simulator correct output interface

圖4 培訓(xùn)模擬器錯(cuò)誤輸出界面Fig.4 Training simulator error output interface

5 培訓(xùn)模擬器優(yōu)點(diǎn)

由于目前鄭州地鐵已開(kāi)通線路的專用無(wú)線系統(tǒng)所采用的設(shè)備廠家均為空中客車(chē)，因此該款模擬器能滿足既有線路人員的專用無(wú)線操作命令培訓(xùn)需求。培訓(xùn)模擬器交付使用后，根據(jù)模擬器運(yùn)行和使用反饋，對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)新的要求，不斷提高程序的可靠性和用戶滿意度。目前培訓(xùn)模擬器已應(yīng)用于新員工上崗證考試、初級(jí)工和中級(jí)工年度輪訓(xùn)考核、技能競(jìng)賽和崗位晉級(jí)考試等方面，通過(guò)半年的試用，使用效果反饋良好。該培訓(xùn)模擬器能夠幫助培訓(xùn)人員快速熟悉TETRA命令操作，為后續(xù)真實(shí)上機(jī)操作提供強(qiáng)有力的保障，在故障處理過(guò)程中人員可以熟練操作命令，提高故障處理效率。另外可根據(jù)培訓(xùn)和考核需求進(jìn)行靈活內(nèi)容設(shè)置，做到培訓(xùn)時(shí)充分學(xué)習(xí)，考核時(shí)真實(shí)可靠，考核后結(jié)合操作記錄可評(píng)估可推演。具備以下優(yōu)點(diǎn)。

1）免安裝、超快捷

該工具為綠色版，無(wú)需安裝，可以在任何Windows系統(tǒng)電腦上直接打開(kāi)，程序占用資源少，運(yùn)行流暢，因此具有較強(qiáng)的適用性。

2）無(wú)需TETRA硬件設(shè)備

模擬器能模擬TETRA設(shè)備常用的命令操作，解決了培訓(xùn)中心無(wú)TETRA核心交換機(jī)實(shí)訓(xùn)操作平臺(tái)的問(wèn)題，進(jìn)一步節(jié)省培訓(xùn)成本。

3）規(guī)避人為誤操作

在培訓(xùn)模擬器上操作，可以有效規(guī)避在真實(shí)網(wǎng)管上直接進(jìn)行操作培訓(xùn)可能導(dǎo)致的誤操作問(wèn)題。

4）提升培訓(xùn)效果

淘汰以往以紙質(zhì)手寫(xiě)為主的培訓(xùn)方式，該模擬器顯示畫(huà)面與培訓(xùn)人員操作聯(lián)動(dòng)，具有較強(qiáng)的視覺(jué)動(dòng)感，加強(qiáng)了操作印象和操作記憶，顯著提升培訓(xùn)效果。

5）擴(kuò)展培訓(xùn)模式

員工可在單位或在家通過(guò)Windows終端進(jìn)行相關(guān)操作命令練習(xí)。通過(guò)利用空閑時(shí)間和零散時(shí)間自主進(jìn)行學(xué)習(xí)培訓(xùn)，不斷提高專業(yè)技術(shù)水平，取得較好的知識(shí)傳遞效果。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)自主創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出TETRA設(shè)備培訓(xùn)模擬器，該模擬器擺脫了對(duì)設(shè)備硬件的依賴，易推廣，同時(shí)作為一種新型的學(xué)習(xí)形式延伸，易于激發(fā)培訓(xùn)人員的學(xué)習(xí)興趣，最大化地發(fā)揮員工學(xué)習(xí)潛力。不僅能夠提升培訓(xùn)效果，而且能持續(xù)節(jié)約設(shè)備及人員成本，其更顯著的意義在于創(chuàng)新與生產(chǎn)的融合，后期將根據(jù)培訓(xùn)需求進(jìn)行命令集的補(bǔ)充，不斷優(yōu)化、完善模擬器的使用感知，助力地鐵維護(hù)人員專用無(wú)線系統(tǒng)操作技能提升。