地鐵列車司機(jī)離線培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

李 彬 趙訓(xùn)婷 王 偉

（1.北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，100044，北京；2.軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)國(guó)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(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全涉及多個(gè)崗位。對(duì)每個(gè)崗位的工作人員而言，特別是列車司機(jī)、調(diào)度員等關(guān)鍵崗位人員，高質(zhì)量地完成本崗位的工作要求，是保障城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵。2001年，在日本舉辦的國(guó)際鐵路列車司機(jī)培訓(xùn)研討會(huì)上，國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）成員一致認(rèn)為：列車司機(jī)、指導(dǎo)員及其他鐵路員工的知識(shí)、技能和素質(zhì)培訓(xùn)教育在軌道交通發(fā)展中必須具有最高的優(yōu)先性［1］。

在目前的地鐵運(yùn)營(yíng)中，地鐵列車司機(jī)長(zhǎng)期處于智能系統(tǒng)工作環(huán)境下，面對(duì)突發(fā)狀況時(shí)便容易曝露出實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)缺乏的問(wèn)題。地鐵列車司機(jī)離線培訓(xùn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)在崗及上崗前司機(jī)的理論基礎(chǔ)的鞏固和考核，讓司機(jī)在實(shí)際上崗前或者在崗中逐步掌握故障發(fā)生時(shí)需盡快采取的應(yīng)急行動(dòng)，彌補(bǔ)了地鐵大型應(yīng)急演練中無(wú)法完全涉及的每一個(gè)細(xì)小層面的故障，并可降低培訓(xùn)成本、提高培訓(xùn)質(zhì)量。

1 地鐵列車司機(jī)離線培訓(xùn)系統(tǒng)的技術(shù)方案

HAZOP（危險(xiǎn)與可操作性分析）方法能對(duì)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)和建模。HAZOP是一種用于辨識(shí)設(shè)計(jì)缺陷、工藝過(guò)程危害及操作性問(wèn)題的結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化分析方法。它能按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及需求對(duì)每一步驟進(jìn)行分析，識(shí)別出潛在偏差的原因、結(jié)果和處理方法，現(xiàn)采用HAZOP方法進(jìn)行分析，其分析模型建立的流程如圖1所示。

根據(jù)列車司機(jī)離線培訓(xùn)系統(tǒng)模型的建立流程，結(jié)合現(xiàn)有的地鐵列車司機(jī)考核標(biāo)準(zhǔn)，精煉地統(tǒng)計(jì)出5種培訓(xùn)重點(diǎn)（如表1所示）。

在地鐵列車司機(jī)離線培訓(xùn)系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)中，使用Power Designer工具集進(jìn)行模型的建立，用ADO數(shù)據(jù)源和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)相連，建立了數(shù)據(jù)庫(kù)，用VC工具進(jìn)行主界面的設(shè)計(jì)和代碼的實(shí)現(xiàn)。

圖1 地鐵列車司機(jī)離線培訓(xùn)系統(tǒng)的模型建立流程

采用課堂講授的方式對(duì)學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)。培訓(xùn)的內(nèi)容主要包括列車司機(jī)操作規(guī)范、技術(shù)規(guī)范，鐵路信號(hào)基礎(chǔ)等。其中，培訓(xùn)的重點(diǎn)內(nèi)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(yù)期的意外事件的應(yīng)對(duì)方式。

離線培訓(xùn)考試子系統(tǒng)是對(duì)培訓(xùn)效果的檢驗(yàn)，是培訓(xùn)系統(tǒng)中非常重要的組成部分。

2 題庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)建立的列車司機(jī)離線培訓(xùn)系統(tǒng)模型，明確了列車司機(jī)的職責(zé)和所需技能。這樣就可以通過(guò)對(duì)培訓(xùn)要點(diǎn)的深入挖掘，進(jìn)入出題環(huán)節(jié)進(jìn)而形成數(shù)據(jù)庫(kù)。

表1 離線培訓(xùn)系統(tǒng)的培訓(xùn)重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表格

2.1 試題設(shè)計(jì)

2.1.1 試題編寫

試題的選擇應(yīng)針對(duì)培訓(xùn)要點(diǎn)。出題的內(nèi)容來(lái)自地鐵列車司機(jī)有關(guān)的操作規(guī)范、技術(shù)規(guī)范、安全規(guī)范，以及列車信號(hào)設(shè)備的基礎(chǔ)理論和國(guó)內(nèi)外城市軌道交通事故案例評(píng)析?，F(xiàn)以司機(jī)操作規(guī)范為例：北京地鐵亦莊線的司機(jī)操作規(guī)范共分6章135條，每條都包含至少5個(gè)操作內(nèi)容。每1個(gè)操作內(nèi)容都是培訓(xùn)題目的來(lái)源，每1個(gè)操作內(nèi)容要根據(jù)所闡述的要點(diǎn)選擇適宜出題的方式，針對(duì)每1個(gè)操作內(nèi)容至少出1題。本培訓(xùn)系統(tǒng)共包含5種題型：?jiǎn)雾?xiàng)選擇題、多項(xiàng)選擇題、判斷題、填空題、簡(jiǎn)答題。這樣，該司機(jī)操作規(guī)范就可以形成至少5×135＝675道題目。

2.1.2 試題的檢驗(yàn)

組織列車司機(jī)進(jìn)行試題測(cè)驗(yàn)，以便對(duì)試題進(jìn)行檢驗(yàn)。通過(guò)對(duì)從列車司機(jī)測(cè)驗(yàn)中得到的反饋信息進(jìn)行綜合分析，從中篩選出合適的考試題目，并對(duì)試題的難度等參數(shù)進(jìn)行指定。這些參數(shù)指定后并非一成不變，而應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

2.1.3 試題的規(guī)模

對(duì)篩選出來(lái)的試題，根據(jù)其難度等參數(shù)進(jìn)行整理編排，按事先設(shè)定的 WORD文檔形式暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)。為保證抽取的試題重復(fù)率不超過(guò)10%，題量應(yīng)該達(dá)到足夠的量，否則就會(huì)失去題庫(kù)的價(jià)值。根據(jù)題型、知識(shí)點(diǎn)、難度等參數(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)為了保證題庫(kù)對(duì)培訓(xùn)內(nèi)容的完整覆蓋，體現(xiàn)培訓(xùn)目的，反映培訓(xùn)要點(diǎn)，目前題庫(kù)中的總題目數(shù)已達(dá)2 000題，難度共分4類：簡(jiǎn)單題占20%，中等題占40%，難題占30%，超難題占10%。當(dāng)抽取題目時(shí)，會(huì)按照相應(yīng)比例抽取。

2.2 題庫(kù)建設(shè)

培訓(xùn)系統(tǒng)的題庫(kù)建設(shè)是個(gè)艱巨的工程。利用計(jì)算機(jī)可以十分方便地對(duì)試題進(jìn)行貯存補(bǔ)充和修改，為司機(jī)的培訓(xùn)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

培訓(xùn)系統(tǒng)提供了2種數(shù)據(jù)庫(kù)的建立方式：

1）通過(guò)系統(tǒng)提供的用戶接口，手動(dòng)輸入試題的內(nèi)容。這種方式簡(jiǎn)單方便，適用于添加少量的試題。

2）通過(guò)EXCEL文件導(dǎo)入。為了能夠大量地導(dǎo)入試題，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式分別對(duì)幾種題型設(shè)計(jì)了EXCEL題庫(kù)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(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。從EXCEL導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)有2種方式：一種是由管理員通過(guò)ACCESS工具本身提供的導(dǎo)入功能導(dǎo)入；另一種是由管理員通過(guò)系統(tǒng)提供的題庫(kù)導(dǎo)入功能導(dǎo)入。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)

在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了便于調(diào)試，使用了本地ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)；在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用中，使用存放在遠(yuǎn)程服務(wù)器上的MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2.3 試題庫(kù)的適時(shí)性

題庫(kù)的建立不是一勞永逸的，需要不斷充實(shí)、更新。試題庫(kù)中的試題應(yīng)該隨著培訓(xùn)內(nèi)容和培訓(xùn)要求的變化而相應(yīng)變化，以適應(yīng)地鐵事業(yè)發(fā)展的需要。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

離線培訓(xùn)系統(tǒng)可以起到考核和自測(cè)的作用，可以隨時(shí)檢驗(yàn)學(xué)員的培訓(xùn)成果，發(fā)現(xiàn)培訓(xùn)的薄弱點(diǎn)并加以改進(jìn)。該系統(tǒng)一共設(shè)計(jì)了3種用戶類型，分別為管理員、教師和學(xué)員。其中管理員主要負(fù)責(zé)創(chuàng)建用戶和進(jìn)行班級(jí)的管理；教師主要負(fù)責(zé)考試管理，即設(shè)置考試的科目、時(shí)間、各種題型所占比例及分?jǐn)?shù)等考試信息，還負(fù)責(zé)批改試卷；學(xué)員可以在規(guī)定的考試時(shí)間內(nèi)登陸系統(tǒng)，然后對(duì)由教師創(chuàng)建的考卷進(jìn)行作答，學(xué)員也可以隨時(shí)登陸系統(tǒng)查看以往的考試成績(jī)信息。離線培訓(xùn)系統(tǒng)的用例圖如圖2所示。

從功能上劃分，離線培訓(xùn)系統(tǒng)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(chuàng)建及考試的批改2大功能。由此，對(duì)離線培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，得到的離線培訓(xùn)系統(tǒng)整體框架如圖3所示。

在圖3中，數(shù)據(jù)層采用ADO技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)程序與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信；邏輯層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能，包括用戶管理和考試管理，向下直接與數(shù)據(jù)層交互，進(jìn)行數(shù)據(jù)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(fā)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(yīng)的邏輯處理；界面層主要實(shí)現(xiàn)信息的顯示及用戶輸入，通過(guò)與邏輯層的交互，可以向用戶呈現(xiàn)豐富的信息。

圖2 離線培訓(xùn)系統(tǒng)用例圖

圖3 離線培訓(xùn)系統(tǒng)整體框架

根據(jù)對(duì)考試子系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析，對(duì)考試子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)了以下實(shí)體：教師、學(xué)員、班級(jí)、管理員、單選題、多選題、判斷題、填空題、簡(jiǎn)答題、試卷組成、試卷、科目。各實(shí)體之間的關(guān)系如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體關(guān)系圖

離線培訓(xùn)系統(tǒng)使用C＋＋程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在VC 6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下使用MFC庫(kù)編寫完成。對(duì)自繪部分采用了雙緩沖技術(shù)，從而避免了閃屏；系統(tǒng)用戶界面使用了統(tǒng)一的設(shè)計(jì)風(fēng)格，將所有的功能集中展示在一個(gè)對(duì)話框中，使得用戶可以方便地進(jìn)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(xué)員用戶界面

對(duì)學(xué)員的考試界面（見(jiàn)圖8）部分，采用了全屏顯示技術(shù)，確保了考試過(guò)程中不能使用安裝在主機(jī)上的其它應(yīng)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(guò)程中隨時(shí)了解自己的考試進(jìn)程。

圖8 考試界面

4 結(jié)語(yǔ)

地鐵列車司機(jī)離線培訓(xùn)系統(tǒng)基于加強(qiáng)地鐵司機(jī)駕駛安全為出發(fā)點(diǎn)，著重對(duì)意外事件處理和故障處理等方面進(jìn)行了培訓(xùn)與考核，同時(shí)也兼顧對(duì)基本技術(shù)理論知識(shí)和基本操作等的培訓(xùn)與考核，既可達(dá)到培訓(xùn)新司機(jī)的目的，也可作為加強(qiáng)司機(jī)駕駛安全性的輔助手段。

隨著城市軌道交通的發(fā)展，列車速度不斷提高，列車控制系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，司機(jī)的駕駛環(huán)境在不斷地改變。地鐵司機(jī)在駕駛過(guò)程中可能遇到的故障和意外事件是很難事前預(yù)料的，并且很多的意外事件和故障可能都是第一次出現(xiàn)的，所以需要不斷地對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)加以擴(kuò)充和更新，保持培訓(xùn)內(nèi)容的實(shí)時(shí)性，將是非常重要的。

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