動車組模擬駕駛考試標準化研究

張軍虎

(中國鐵路設(shè)計集團有限公司 天津 300142)

1 技術(shù)背景

依據(jù)原《鐵路運輸安全保護條例》，從2005年秋季開始，鐵路機車車輛駕駛?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)一管理的方式進行，已經(jīng)能夠達到標準化的要求，下文主要對實際操作(以下簡稱“實作”)考試的標準化進行分析。對于動車組實作考試而言，其考核方式一般采用真實車輛進行，甚至部分考試科目在實際運營線路上進行。由考核學(xué)員實際操作，考核教員在一旁觀察記錄并進行評分，同時當(dāng)學(xué)員操作不當(dāng)影響正常行車時由考核教員進行處理并恢復(fù)正常行車[1]。目前實作考核方式存在以下的問題：

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

(2)部分考核科目無法達到考核標準。由于采用實車進行考試，動車組假設(shè)的故障均為示意性，不能夠還原現(xiàn)場真實表現(xiàn)，而且能夠設(shè)置的項點比較有限，不能全面考察動車組司機的問題分析能力和技能熟練程度。

(3)實作考核存在風(fēng)險。對于駕駛形式而言，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)的方式進行實作考試，存在極大的安全風(fēng)險，極有可能干擾正常運營秩序。

2 技術(shù)方案

2.1 考試裝備標準化

2.1.1模擬駕駛考試系統(tǒng)

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

(2)為保證考試公正性和實作題庫的一致性，除了模擬駕駛系統(tǒng)本身必須達到一定標準外，所有與外界交互的數(shù)據(jù)必須采用標準化通用數(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。同時考試場景采用具有代表性的100 km長度通用線路視景。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、標識標牌等相關(guān)典型設(shè)施。

(3)設(shè)置考評員系統(tǒng)。提供參數(shù)設(shè)置界面，使考評員可以在考試過程中根據(jù)需要方便地進行時間、地點、操縱條件、列車狀態(tài)、信號狀態(tài)、運行環(huán)境、突發(fā)事件等設(shè)置；提供主觀評價接口，對手比眼認、呼和應(yīng)答等難以客觀評價的項點進行評判。

(4)配備評價系統(tǒng)，對考核項點盡量采用客觀評價。提供數(shù)據(jù)記錄及回放系統(tǒng)，對所有考試過程數(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)性測評系統(tǒng)的接口。提供駕駛?cè)藛T操作過程記錄及特征點環(huán)境參數(shù)；提供友好的駕駛適應(yīng)性動態(tài)測試環(huán)境，保障相關(guān)測試設(shè)備不受干擾。

(6)提供與實作考試考務(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)給成績管理接口以便統(tǒng)計分析，提供駕駛艙實時視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)給網(wǎng)上巡查系統(tǒng)。

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

圖1 模擬駕駛考試系統(tǒng)的標準化結(jié)構(gòu)框圖

2.1.2實作考試考務(wù)系統(tǒng)

(1)考生身份驗證系統(tǒng)

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

(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，實現(xiàn)異地人員的視頻會議、網(wǎng)上巡查、應(yīng)急處置、考務(wù)指揮等功能，同時系統(tǒng)應(yīng)具備音視頻資料存儲功能，為以后查閱考試現(xiàn)場資料提供依據(jù)。

2.2 考試科目標準化

根據(jù)《國家職業(yè)標準》和《鐵路職業(yè)技能培訓(xùn)規(guī)范》的相關(guān)標準和要求，鐵路動車組駕駛員上崗前須通過鐵路總公司動車組司機選拔機構(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)合格人員須進行動車組性能、檢查試驗、行車安全裝備操作等靜態(tài)實作技能培訓(xùn)。

2.2.1動車組駕駛適應(yīng)性測試

動車組駕駛適應(yīng)性測試分為靜態(tài)測試和動態(tài)測試兩大部分。靜態(tài)測試如下：

(1)個性特征測試。個性特征測試采用的是目前廣泛被應(yīng)用于人員選拔和評定的卡特爾人格測試問卷。其采用系統(tǒng)觀察法、科學(xué)實驗法以及因素分析統(tǒng)計法，確定了十六種人格特質(zhì)。

(2)注意力分配與轉(zhuǎn)移測試。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)測試。該測試是測定人對按一定時間間隔連續(xù)顯示的多種隨機視覺刺激信號和聽覺刺激信號，從中選擇出已決定的信號，并做出正確反應(yīng)的能力，通過測試這種反應(yīng)能力來考察人的視覺、聽覺、識別、判斷和選擇等特性。

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

(5)瞬間記憶力測試。被試者將在屏幕中的紅色方格中看到依次出現(xiàn)的若干個數(shù)字，同時也會有語音讀出這些數(shù)字，每個數(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)測測試。速度預(yù)測指受試者對物體運動速度感知判斷的準確性，即對速度快慢的估計能力。估計偏高或偏低均影響判斷的準確性。該項測試中，需要被測試者判斷列車運行速度。

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

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

(9)視野范圍能力測試。主要測試受試者對觀察區(qū)域的視感知范圍。例如：屏幕上隨機位置上會突然出現(xiàn)若干只飛鳥，出現(xiàn)的飛鳥停留1 s后會自動消失。需要被測試者在飛鳥出現(xiàn)的時候，迅速判斷出現(xiàn)飛鳥的個數(shù)。

動態(tài)駕駛適應(yīng)性檢測主要在模擬機上進行測評，在模擬駕駛過程中進行注意力分配、復(fù)雜反應(yīng)、速度預(yù)測、作業(yè)穩(wěn)定性、深度知覺和視野范圍測試，獲取機車車輛駕駛?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)下的各項指標數(shù)據(jù)，通過大樣本統(tǒng)計分析，建立科學(xué)規(guī)劃的動車組駕駛?cè)藛T動態(tài)駕駛適應(yīng)性評價標準，用于評判動車組駕駛?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)性測試結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 駕駛適應(yīng)性測試結(jié)構(gòu)框圖

2.2.2動車組駕駛理論考試

動車組駕駛理論考試科目完全依照現(xiàn)有模式進行，此處暫不作討論。

2.2.3動車組駕駛實作考試

通過對動車組駕駛實作考試項目的標準化，確保每一個通過考試的學(xué)員都能完全達到安全高效駕駛動車組的要求。該部分內(nèi)容絕大部分可在模擬駕駛臺上完成[3]。

(1)動車組檢查、故障查找及判斷。

針對動車組檢查和故障定位的技能要求為：熟練掌握從庫內(nèi)接車開始到動車組準備出庫的全面檢查程序，快速準確定位動車組各類故障?？己朔绞綖閷W(xué)員按照標準的程序?qū)嵤鶕?jù)現(xiàn)象定位故障。

(2)各種情況下的列車操縱。

針對動車組列車操縱的技能要求為：確保司機熟練掌握動車組牽引、制動、供風(fēng)、計算機控制、通信、列控等系統(tǒng)原理及相關(guān)操作方法。熟練掌握動車組安全、正點運行和平穩(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車組。列車操縱的考試項目大體可分為以下幾類：①動車組的啟動操縱；②途中運行操縱；③站內(nèi)停車操縱；④動車組重聯(lián)運行操縱；⑤各種故障情況下的操縱處理。

2.3 考核依據(jù)標準化

目前的實作考試考核方法是學(xué)員操作，考核教員評價打分的方式進行，考核依據(jù)以教員的主觀意見為準，這是造成各路局考核標準不統(tǒng)一的最主要原因?？己艘罁?jù)的標準化建設(shè)實際是利用聲音監(jiān)測技術(shù)、動作捕捉技術(shù)和結(jié)果檢測共同形成學(xué)員的客觀操作過程，并以該客觀操作過程比照固定的標準完成對學(xué)員操作的考核。

(1)理論考試考核依據(jù)標準化。理論考試以統(tǒng)一的試卷方式進行，因此其考核依據(jù)很容易做到標準一致。

(2)駕駛適應(yīng)性測試考核依據(jù)標準化。根據(jù)前面的描述，研究并形成針對動車組駕駛員的各種駕駛適應(yīng)性指標，如反應(yīng)的時間、記憶的準確度、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)標準化。駕駛操縱主要表現(xiàn)在肢體動作、眼睛注視的位置和互換用語。針對這些操縱動作均有相應(yīng)的規(guī)章制度和考核標準，因此該部分標準化應(yīng)著手于客觀采集并記錄學(xué)員的操作動作，包括聲音監(jiān)測、手腳動作捕捉、眼睛注視監(jiān)測等。

3 關(guān)鍵技術(shù)點

3.1 可穿戴式監(jiān)測設(shè)備

針對捕捉動車組駕駛員的操作過程，開發(fā)可穿戴式監(jiān)測設(shè)備(見圖3)，包括動作捕捉系統(tǒng)、動態(tài)心率檢測儀、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)測的駕駛適應(yīng)性指標，開發(fā)接口軟件，實現(xiàn)可穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)采集功能，并進行實驗研究，積累數(shù)據(jù)，通過動作捕捉和動態(tài)監(jiān)測，獲取機車車輛駕駛?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)下的各項指標數(shù)據(jù)，形成分析報告。

圖3 可穿戴式監(jiān)測設(shè)備

3.2 建立可穿戴式監(jiān)測測試標準

建立可穿戴式監(jiān)測測試模式和標準， 在動車組駕駛?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)過計算機處理后得到三維空間坐標的數(shù)據(jù)， 來實現(xiàn)動車組駕駛?cè)藛T的動作追蹤； 利用動態(tài)

心率檢測儀， 記錄動車組駕駛?cè)藛T模擬駕駛過程中的心率變化情況； 利用可穿戴監(jiān)測設(shè)備， 追蹤動車組駕駛?cè)藛T的操作動作， 并監(jiān)測動車組駕駛?cè)藛T的心率、 反應(yīng)時間等駕駛適應(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，從而建立標準化的駕駛適應(yīng)性可穿戴式監(jiān)測測試模式和標準(見圖4)。

圖4 動態(tài)駕駛測試模式

3.3 動車組模擬駕駛考試設(shè)備

在目前技術(shù)比較成熟的動車組培訓(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)、 評價系統(tǒng)， 建立統(tǒng)一的模擬駕駛考試設(shè)備技術(shù)標準， 以保證模擬駕駛設(shè)備的一致性， 確?？己私Y(jié)果的公正性。

4 結(jié)束語

以上針對動車組模擬駕駛考試標準化建設(shè)進行了研究性討論，主要對考試的裝備、考試的科目和考核依據(jù)標準3個方面進行闡述，目標是形成動車組模擬駕駛考試標準化建設(shè)的可行性方案。通過文中的闡述，動車組模擬駕駛考試裝備目前并不存在嚴重的困難，培訓(xùn)用動車組駕駛模擬器產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟且在全國各地鐵路局均有使用，全國聯(lián)網(wǎng)的動車組實作考試系統(tǒng)也并沒有技術(shù)上的短板。考試科目的標準化是一項統(tǒng)計、整理和總結(jié)性的工作，需要在既有標準的基礎(chǔ)上結(jié)合新加入的測試科目進行大量數(shù)據(jù)的分析研究，最終形成統(tǒng)一固化的客觀標準。動車組駕駛考試評價標準的研究目前處于初級階段，基于現(xiàn)有研究成果的不足， 文中進行了初步的探索性研究。針對駕駛員可穿戴設(shè)備可行性、駕駛員動作采集設(shè)備標準、駕駛員動作考核標準均需進一步深入研究。