非正常接發(fā)列車自主演練自動考評實訓(xùn)系統(tǒng)研究

韋 強 中國鐵路上海局集團有限公司新長車務(wù)段

既有的接發(fā)列車仿真模擬演練系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對車站聯(lián)鎖控制臺仿真操作、故障人工設(shè)置等功能，但是在實際運用中還存在故障不能自動設(shè)置、演練過程無法自動配合、演練結(jié)果不能自動評價等問題。基于計算機聯(lián)鎖仿真模擬技術(shù)、語音識別技術(shù)、智能虛擬角色，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化的非正常接發(fā)列車應(yīng)急處置流程開發(fā)接發(fā)列車自主演練自動考評系統(tǒng)，拓展仿真模擬演練系統(tǒng)功能，是提高非正常接發(fā)列車應(yīng)急演練效果的有效手段，是接發(fā)列車仿真模擬演練系統(tǒng)下一步的發(fā)展方向。

1 既有仿真模擬演練系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)原上海鐵路局《接發(fā)列車模擬仿真系統(tǒng)管用修辦法》，自2017 年起，車務(wù)站段按照“一站場一界面”的原則，在管內(nèi)所轄車站配備了與本站聯(lián)鎖終端操作界面、操作方式及聯(lián)鎖方式一致的接發(fā)列車模擬仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)能模仿相應(yīng)設(shè)備的聯(lián)鎖、界面及按鈕操作方式等，并能通過教練機設(shè)置故障進行仿真模擬操作，主要用于接發(fā)列車人員及相關(guān)管理、技術(shù)人員的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，非正常處理的實作模擬培訓(xùn)、演練，接發(fā)列車“三新”人員實作鑒定等。但由于系統(tǒng)不具備故障自動設(shè)置、演練自動配合、結(jié)果自動評價等功能，在實際運用中還存在應(yīng)急演練效果不佳、應(yīng)急演練考務(wù)組織困難等亟待解決的問題。

1.1 應(yīng)急演練效果不佳

非正常接發(fā)列車應(yīng)急演練需要配合人員根據(jù)演練進度在各環(huán)節(jié)適時擔(dān)當(dāng)列車調(diào)度員、把關(guān)站長、鄰站車站值班員、設(shè)備管理單位等角色配合參演人員完成接發(fā)列車演練，演練結(jié)束須對參演人員的應(yīng)急處置過程進行點評、評分并作成記錄。按班組管理的中間站，車站日常演練一般僅能安排一名管理人員組織，管理人員既要擔(dān)當(dāng)配合人員又要擔(dān)當(dāng)演練評價人員，實際演練中存在顧此失彼、無暇兼顧的現(xiàn)實問題。另外部分中間站管理人員自身業(yè)務(wù)素質(zhì)不過硬，無法對應(yīng)急演練作出全面客觀的評價，演練效果欠佳，應(yīng)急演練成績無法運用。作業(yè)人員往往僅完成演練量化任務(wù)卻不能通過每次演練不斷提高自身應(yīng)急處置能力，使應(yīng)急演練陷入“形式主義”，導(dǎo)致作業(yè)人員缺乏演練積極性。

1.2 應(yīng)急演練考務(wù)組織困難

既有的非正常接發(fā)列車演練實作抽考、崗位星級評定實作考試，按照最基本的一接一發(fā)、設(shè)置一個故障的模式進行演練，演練過程正常用時約20 min，加上各項準(zhǔn)備時間，每組考生平均用時約30 min，平均一天僅能完成16 組考生的考試。考試時還需要安排1 名配合人員、不少于2 名裁判人員同時評分，保證評分合理性。因此車務(wù)站段、車間層面組織實作考試，往往花費管理人員大量的時間、精力，考試組織難度大，耗時費力。

2 系統(tǒng)設(shè)計

非正常接發(fā)列車應(yīng)急處置故障出現(xiàn)的時機不同，處置程序亦不盡相同，但對于同一類型的故障，關(guān)鍵的處置要求卻是相同的。根據(jù)集團公司公布的非正常接發(fā)列車作業(yè)手冊，將標(biāo)準(zhǔn)化的非正常應(yīng)急處置程序進行模塊化編譯，實現(xiàn)應(yīng)急演練故障自動設(shè)置、配合人員自動配合、演練過程自動評價功能，可以有效的解決既有的演練系統(tǒng)人工評價不客觀、全員性演練實施難的現(xiàn)實問題。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計總體目標(biāo)

通過語音識別技術(shù)、智能虛擬角色及計算機聯(lián)鎖仿真模擬技術(shù)，在滿足車務(wù)站段接發(fā)列車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立一套既能夠單機實訓(xùn)演練，也可通過網(wǎng)絡(luò)遠程登錄進行實訓(xùn)演練的非正常接發(fā)列車自主演練自動考評實訓(xùn)系統(tǒng)，實現(xiàn)非正常應(yīng)急演練自動配合、故障自動設(shè)置、演練程序自動評分功能。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)

系統(tǒng)采用C/S 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括管理員模塊和演練模塊，由一臺服務(wù)器和若干演練機組成。管理員根據(jù)不同角色操作需求設(shè)置賬戶訪問權(quán)限。本地系統(tǒng)與服務(wù)器間利用數(shù)據(jù)庫copy 技術(shù)，保證語音識別詞庫、非正常接發(fā)車流程演練數(shù)據(jù)自動同步；網(wǎng)絡(luò)故障時，車站演練數(shù)據(jù)連接自動切換至本地，演練記錄及評分結(jié)果自動保存至本地系統(tǒng)，待網(wǎng)絡(luò)故障修復(fù)后，本地系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動更新至服務(wù)器。

2.2.1 服務(wù)器功能

演練系統(tǒng)部署在車務(wù)站段專用服務(wù)器，具備登錄日志記錄、訪問權(quán)限控制等功能，滿足網(wǎng)絡(luò)安全管理要求，車站可使用瀏覽器訪問服務(wù)器獲取演練資源并進行演練。演練題庫等資源存儲在服務(wù)器，車站無需更新本地程序。演練評分保存在專用服務(wù)器，并通過圖表形式集中展示，管理人員可對站段演練情況進行統(tǒng)計分析，掌握車站演練情況，方便日常管理。

2.2.2 管理員賬戶功能

管理員賬戶功能分為系統(tǒng)管理、站場管理、車站管理、題庫管理、字典管理等部分。系統(tǒng)管理可實現(xiàn)參演人員賬戶管理、角色分配和部門架構(gòu)管理；站場管理可導(dǎo)入更新站場信息、完成車站與聯(lián)鎖類型的匹配；車站管理可實現(xiàn)聯(lián)合演練情況下的站場故障設(shè)置、參演人員控制臺操作查看功能；題庫管理可以根據(jù)不同站場類型編制不同的演練腳本，不同站場間的演練腳本可相互復(fù)制引用；字典管理實現(xiàn)系統(tǒng)配合角色、不識別文字集合等系統(tǒng)項目的自定義功能。

2.2.3 演練賬戶功能

演練賬戶功能主要包括學(xué)習(xí)模塊、演練模塊、聯(lián)合演練和演練統(tǒng)計四個模塊，登錄界面見圖1。

圖1 演練賬戶登錄界面

學(xué)習(xí)模塊采用文字提示、語音播報的方式進行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，參演人員根據(jù)系統(tǒng)提示，按照預(yù)先設(shè)定的步驟順序執(zhí)行每一步驟的流程，熟悉不同故障情況下的接發(fā)列車處理流程。

演練模塊中參演人員根據(jù)階段計劃進行演練，演練用語系統(tǒng)使用語音識別的方式進行采集，形成文字信息，參演人員確認正確后提交。演練中助理值班員、列車調(diào)度員、鄰站車站值班員的用語、控制臺操作由系統(tǒng)采用智能虛擬角色的方式進行自動配合。臺賬簿冊、行車憑證的填記、開放信號等操作車站值班員在系統(tǒng)中同步填記或操作。演練完畢系統(tǒng)自動判定參演人員作業(yè)用語、簿冊填記、設(shè)備操作正確性。聯(lián)合演練類似既有的演練功能，演練分為教師機和演練機兩個模塊，模塊之間通過WebSocket協(xié)議進行站場信息同步、消息同步。教師機負責(zé)供配合人員設(shè)置故障、列車到開、改方、辦理閉塞等配合操作，學(xué)員機負責(zé)供演練人員模擬控制臺操作，完成應(yīng)急處置相關(guān)程序。

演練統(tǒng)計模塊中參演人員可查詢演練后的得分情況，系統(tǒng)采用圖表的方式輸出演練結(jié)果，演練成績報表打印后參演人員對各項內(nèi)容進行確認后簽字，輸出最終演練成績。

3 技術(shù)關(guān)鍵及難點

3.1 提高語音識別準(zhǔn)確率

3.1.1 識別準(zhǔn)確率問題

目前的語音識別系統(tǒng)對環(huán)境條件的依賴性強, 要求保持測試條件和訓(xùn)練條件一致,否則系統(tǒng)性能會嚴(yán)重下降，且由于鐵路接發(fā)列車用語多為專業(yè)用語、專用詞匯，各種語音識別引擎缺少鐵路行業(yè)用語詞庫，因此應(yīng)通過實際調(diào)研、現(xiàn)場信息采集，形成完整的非正常接發(fā)列車用語特有詞匯數(shù)據(jù)庫，通過模糊匹配的方式，減少環(huán)境依賴，提高不同參演人員演練時的語音識別準(zhǔn)確率，防止參演人員消耗過多精力在語音識別準(zhǔn)確性的判定上，影響正常的應(yīng)急處置。

3.1.2 解決噪聲問題

現(xiàn)有的語音識別系統(tǒng)大多數(shù)只能在安靜的環(huán)境下工作,一旦在噪聲環(huán)境下工作，講話人產(chǎn)生情緒或心理上的變化，就會導(dǎo)致發(fā)音失真、發(fā)音速度和音調(diào)改變，即產(chǎn)生Lombard效應(yīng)或Loud 效應(yīng)，應(yīng)通過譜減法、環(huán)境規(guī)整技術(shù)，不修正語音信號而是修正識別器模型使之適合噪聲、建立噪聲模型，利用特征補償、模型補償?shù)姆绞教岣哒Z音識別的準(zhǔn)確率。

3.1.3 實現(xiàn)離線語音識別

隨著語音識別技術(shù)的發(fā)展，語音識別技術(shù)有了長足的進步，但是既有的語音識別引擎大多基于互聯(lián)網(wǎng)在線識別技術(shù)，無法離線使用。基于網(wǎng)絡(luò)信息安全考慮，互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在鐵路內(nèi)網(wǎng)上線手續(xù)繁雜，系統(tǒng)安全性要求高，后期推廣成本高，故應(yīng)建立以離線識別為基礎(chǔ)的離線識別引擎，保證系統(tǒng)的可推廣性。

3.2 提高自主演練的易用性

自主演練應(yīng)盡量減少對參演人員應(yīng)急處置思路的干擾，最大程度的保證應(yīng)急處置的流暢性，防止因?qū)崿F(xiàn)自動考評額外增加過多的輔助操作。

3.2.1 保證演練流暢性

要保證演練自動配合的流暢性，聯(lián)鎖系統(tǒng)在顯示風(fēng)格、操作步驟、聯(lián)鎖關(guān)系判斷等方面應(yīng)與現(xiàn)場實際操作系統(tǒng)一致。要建立虛擬角色的行為模型、感知模型，形成一套基于決策樹算法的自治智能決策模型，自動完成配合角色行為的觸發(fā)。要基于人機交互技術(shù)，實現(xiàn)多樣化的信息輸入及展現(xiàn)方式，通過語音識別、邏輯自動觸發(fā)、命令輸入等多種方式輸入演練信息，通過文字、語音、圖像等多種方式展示系統(tǒng)反饋信息，提高不同情況下的系統(tǒng)可用性及演練的可操作性。

3.2.2 實現(xiàn)訪問便捷性

基于C/S 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，學(xué)員機通過網(wǎng)絡(luò)訪問獲取演練站場圖形、故障項目等內(nèi)容，減少本地客戶端數(shù)量，降低運維成本，演練腳本數(shù)據(jù)實時更新，省去現(xiàn)場下載更新環(huán)節(jié)。結(jié)合視頻通訊技術(shù)，進一步實現(xiàn)故障遠程設(shè)置、演練情況實時查看等功能。

3.3 提高演練評判的客觀性

實現(xiàn)對演練程序的客觀評價是系統(tǒng)的核心功能之一，是區(qū)別于既有仿真模擬演練系統(tǒng)的關(guān)鍵特征。

3.3.1 優(yōu)化題庫編制邏輯

題庫是實現(xiàn)自主評價的基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)，題庫編制結(jié)合接發(fā)列車演練流程采用圖表化、流程化的方式，編題人員可方便的實現(xiàn)接發(fā)列車程序的調(diào)整、插入、刪除、流程附分、控制臺操作、鄰站配合等操作。不同站場間可相互引用題庫，并可進行局部修改，減少不同站場同一故障類型題庫編制工作量，最大程度的簡化題庫編制，提高編題效率，見圖2。

圖2 題庫編輯界面

3.3.2 對比輸出評價結(jié)果

流程評價可對參演人員演練過程中的作業(yè)用語、控制臺操作、行車憑證填記、行車臺賬簿冊填記情況進行自動判定，自動給出演練評分。評價結(jié)果采用表格形式，將標(biāo)準(zhǔn)答案和參演人員演練情況進行對比輸出，方便參演人員、管理人員掌握演練過程中的薄弱環(huán)節(jié)。

4 結(jié)束語

目前，接發(fā)列車自主演練自動考評系統(tǒng)已在新長車務(wù)段實訓(xùn)室和泰州站試用，通過系統(tǒng)演練能夠不斷的規(guī)范車站作業(yè)人員的接發(fā)列車作業(yè)習(xí)慣、應(yīng)急處置流程，同時實現(xiàn)車站非正常應(yīng)急演練的自動演練自動考評，降低管理人員演練的組織負擔(dān)，提高車站日常應(yīng)急演練效果。