機車乘務(wù)員電子輔助值乘系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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(dāng)前鐵路安全生產(chǎn)組織形式和作業(yè)方式的不斷變化，對機務(wù)運用系統(tǒng)行車安全提出了更高的要求。反觀機務(wù)系統(tǒng)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(jīng)常出現(xiàn)安全問題年年控、年年犯的現(xiàn)象。具體到機車乘務(wù)員崗位，由于其單兵作業(yè)的崗位特殊性、求助手段單一，使機車乘務(wù)員單獨。作業(yè)自控互控難、途中應(yīng)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(wù)系統(tǒng)針對此問題通過配備電子書、MP5 等電子化規(guī)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(guī)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(guī)章數(shù)據(jù)的挖掘、索引、分類；在應(yīng)急處置時，查找困難、時效性差，無法及時精確的調(diào)用，對應(yīng)急處置缺乏幫助。

（3）對長交路、輪乘制的機車乘務(wù)員現(xiàn)今普遍存在的運行過程大量關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)記憶困難以及突發(fā)情況應(yīng)急處置不當(dāng)?shù)葢T性問題沒有深層次研究，缺乏操縱導(dǎo)航及應(yīng)急處置的急需功能，不能解決機車乘務(wù)員單兵作業(yè)，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(wù)段通過與鄭州暢想自動化設(shè)備有限公司聯(lián)合研制開發(fā)了機車乘務(wù)員電子輔助值乘系統(tǒng)，通過配備乘務(wù)員作業(yè)手持終端，運用了前沿的移動互聯(lián)技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)、人工智能搜索技術(shù)等技術(shù)在機車乘務(wù)員和機務(wù)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(wù)作業(yè)一線，解決了長交路、輪乘制機車乘務(wù)員因作業(yè)環(huán)境不熟導(dǎo)致的關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)遺漏、應(yīng)急處置不當(dāng)?shù)膽T性安全問題，進一步提升了機務(wù)行車安全的控制質(zhì)量、提高了運輸安全保障能力和運輸效率。

2 機車乘務(wù)員電子輔助值乘系統(tǒng)研制目標(biāo)及技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

通過以機車乘務(wù)員手持終端為核心，輔以無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、地面數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)，構(gòu)建一整套機車乘務(wù)員電子輔助值乘系統(tǒng)。其中配發(fā)手持終端采用嵌入式開發(fā)技術(shù)，將行車文電資料、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)題庫、應(yīng)急處置方法、行車導(dǎo)航數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資料通過無線更新、集中儲存在終端中。在手持終端開發(fā)管理系統(tǒng)軟件，針對機車乘務(wù)員在機車故障或非正常行車狀況下應(yīng)急處理的需要，開發(fā)關(guān)鍵字快速檢索、關(guān)鍵字模糊搜索、多關(guān)鍵字組合智能搜索功能，乘務(wù)員通過輸入常見故障部位或非正常行車狀態(tài)描述，快速搜索出該現(xiàn)象對應(yīng)的站場圖、站細、應(yīng)急處置辦法、機車有關(guān)技術(shù)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(zhǔn)確定機車位置，從而在行車過程中能夠?qū)C車乘務(wù)員關(guān)鍵環(huán)節(jié)作業(yè)進行自動提示預(yù)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(shè)備故障進行拍照取證，提高機車乘務(wù)員應(yīng)急處置能力。

2.2 系統(tǒng)研制的目標(biāo)與功能

（1）具備電子規(guī)章即時存儲、更新、模糊調(diào)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(shù)資料、故障辭典、應(yīng)急處置流程和處置辦法等資料進行數(shù)據(jù)挖掘，建立機車故障應(yīng)急處理信息系統(tǒng)，為快速、準(zhǔn)確的進行處理機車故障提供技術(shù)支撐。

（3）運行途中非正常行車狀況應(yīng)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(shù)據(jù)挖掘，建立非正常行車應(yīng)急處理信息系統(tǒng)，為快速、準(zhǔn)確的處理非正常行車狀況提供技術(shù)支撐。

（4）運行途中操縱導(dǎo)航與提示功能：通過對機車位置的實時跟蹤，實現(xiàn)對當(dāng)前車站及區(qū)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(tài)提醒和輔助指導(dǎo)。

（5）乘務(wù)員乘前考試及專項培訓(xùn)功能：通過手持終端完成對出勤機車乘務(wù)員乘前考試。同時系統(tǒng)通過對乘務(wù)員考試學(xué)習(xí)和考試成績進行數(shù)據(jù)挖掘，自動分析乘務(wù)員業(yè)務(wù)薄弱點，開展針對性地培訓(xùn)教學(xué)，從而有效提高乘務(wù)員提高業(yè)務(wù)水平，保證行車安全。

（6）乘務(wù)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(wù)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(tǒng)硬件設(shè)計方案

（1）系統(tǒng)主要由機務(wù)段數(shù)據(jù)服務(wù)器、派班室PC 管理端工作站、乘務(wù)員手持終端和無線AP（ACCESS POINT 無線訪問節(jié)點）組成[1]。

（2）機務(wù)段內(nèi)部署數(shù)據(jù)服務(wù)器和文件服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為各工作站提供數(shù)據(jù)庫存儲服務(wù)，存儲人員、設(shè)備等基本信息、各種作業(yè)記錄和臺帳等信息。文件服務(wù)器為各工作站提供文件共享和訪問服務(wù)，存儲圖書資料文件、通知通告文件以及錄音、乘務(wù)員上傳錄像、語音照片等信息。段內(nèi)服務(wù)器可以長時間運作，為各種數(shù)據(jù)的存儲與傳輸提供了穩(wěn)定的系統(tǒng)環(huán)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(tǒng)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(wù)員人力資源管理，移動設(shè)備登記管理，運行時刻表、各類型圖書資料文件的發(fā)布管理，通知通告、安全通報、記名式傳達文件的發(fā)布管理。教育類功能完成學(xué)習(xí)和考試題庫的管理，考試記錄的查詢和統(tǒng)計分析。查詢類功能完成查詢系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，查詢乘務(wù)員相關(guān)作業(yè)記錄和臺賬。

（4）乘務(wù)員配發(fā)手持終端，采用安卓系統(tǒng)的平板電腦作為操作平臺，乘務(wù)員在終端設(shè)備上可以進行圖書資料閱讀，行車指導(dǎo)，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(nèi)服務(wù)器與PC 管理端采用段內(nèi)局域網(wǎng)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(wù)員手持終端采用無線網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi）傳輸?shù)倪B接方式，方便簡單地進行各種資料信息和各種作業(yè)數(shù)據(jù)資料的自動更新和下載。

（6）系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

①數(shù)據(jù)服務(wù)器（SQL Server 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）。負責(zé)存儲、備份數(shù)據(jù)。為手持終端和桌面應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。長時間運行，接收手持終端的數(shù)據(jù)提交和數(shù)據(jù)獲取請求。

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

③PC 端管理工作站。供值班員發(fā)布試題和編輯圖書資料、公告等信息，通過FTP服務(wù)協(xié)議將資料上傳至文件服務(wù)器。通過Sql Server 提交數(shù)據(jù)請求，查詢乘務(wù)員在手持終端上的作業(yè)記錄信息。

④無線AP（無線訪問節(jié)點）。無線AP 安裝在各派班室、公寓內(nèi)，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(qū)域的機車乘務(wù)員能通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)乘務(wù)員手持終端網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)的更新的需求。

⑤乘務(wù)員手持終端。采用安卓系統(tǒng)的平板電腦系統(tǒng)集成的攝像頭、觸摸屏和Wi-Fi 功能模塊，乘務(wù)員可通過該平板進行各種資料的快速閱讀和檢索，現(xiàn)場作業(yè)錄像和錄音，無線數(shù)據(jù)更新等功能。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

4.1 軟件組成

軟件系統(tǒng)主要有地面管理軟件、手持終端軟件和服務(wù)器、WEB Service 服務(wù)接口組成。系統(tǒng)組成見圖2。

圖2 系統(tǒng)組成圖

4.1.1 地面管理軟件

值班員使用用于發(fā)布試題和圖書資料信息、公告等信息，查詢乘務(wù)員在手持終端上的作業(yè)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(fā)實現(xiàn)乘務(wù)員行車資料的閱讀查詢檢索，和乘務(wù)員運行數(shù)據(jù)的記錄和存儲功能。

4.1.3 WEB Service 服務(wù)接口

接收手持終端的數(shù)據(jù)提交和數(shù)據(jù)獲取請求，將手持終端提交的數(shù)據(jù)存儲至SQLServer 數(shù)據(jù)庫中。

4.2 軟件功能模塊設(shè)計

4.2.1 行車資料的集中化管理模塊

系統(tǒng)管理員可通過管理端軟件集中進行圖書文檔的發(fā)布，包括故障處理方法、規(guī)章制度、通知公告、施工明細圖、站場示意等資料信息的發(fā)布，也可以進行重要公告的通知發(fā)布。乘務(wù)員手持終端軟件可以通過無線Wi-Fi 方式在值班室范圍內(nèi)自動進行內(nèi)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(qū)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(wù)員選擇某個車站時可以直接顯示該車站相關(guān)站場示意圖和操作注意事項等內(nèi)容，方便乘務(wù)員隨時調(diào)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(wù)員可以按照分類查看，按章節(jié)對圖書進行閱讀瀏覽。乘務(wù)員通過檢索功能輸入相應(yīng)的關(guān)鍵字信息，系統(tǒng)支持模糊查詢的方式，自動檢索所有圖書資料中含有該關(guān)鍵字信息的文件，乘務(wù)員能夠直接進行定位閱讀，便于乘務(wù)員遇到機車故障，操作作業(yè)時進行快速定位檢索。

4.2.4 培訓(xùn)考試、業(yè)務(wù)水平分析功能模塊

可對乘務(wù)員的業(yè)務(wù)知識進行培訓(xùn)考試，支持多種試題類型（單選、多選、判斷題）的考試，乘務(wù)員答錯時能夠自動顯示正確答案，便于乘務(wù)員隨時隨地進行業(yè)務(wù)知識的學(xué)習(xí)和評測。系統(tǒng)自動記錄乘務(wù)員考試成績和答題情況，可以對各個乘務(wù)員的考試結(jié)果、答題總數(shù)、答題正確率、平均正確率進行統(tǒng)計，自動分析其業(yè)務(wù)知識薄弱環(huán)節(jié)，為職教科制定培訓(xùn)重點和培訓(xùn)方向提供數(shù)據(jù)支持[2]。

4.2.5 權(quán)限管理模塊

能夠設(shè)定不同值班員的管理權(quán)限，以達到具有相對于的執(zhí)行權(quán)限。

4.2.6 設(shè)備管理模塊

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

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(tǒng)計生成模塊

根據(jù)設(shè)定的查找條件自動生成設(shè)備發(fā)放記錄臺賬、數(shù)據(jù)更新記錄臺賬等統(tǒng)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(shù)據(jù)自動更新流程圖

4.4 主要數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)

圖4 通知通告表結(jié)構(gòu)

圖5 通知通告閱讀記錄

圖6 車間附件表結(jié)構(gòu)

圖7 線路信息表結(jié)構(gòu)

5 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

5.1 圖書資料的集中管理、即時更新功能

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

5.2 機車操縱導(dǎo)航及關(guān)鍵作業(yè)提示功能

能夠按照行車區(qū)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(guān)鍵區(qū)段、關(guān)鍵時段的作業(yè)方式予以提醒，依據(jù)作業(yè)需要，乘務(wù)員選擇某個車站時可以直接顯示該車站相關(guān)站場示意圖和操作注意事項等內(nèi)容，方便乘務(wù)員隨時調(diào)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(wù)員可以按照分類查看，按章節(jié)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(wù)員通過檢索功能輸入相應(yīng)的關(guān)鍵字信息，系統(tǒng)支持模糊查詢的方式，自動檢索所有圖書資料中含有該關(guān)鍵字信息的文件，乘務(wù)員能夠直接進行定位閱讀，便于乘務(wù)員遇到機車故障，操作作業(yè)時進行快速定位檢索。

5.5 電子手帳功能

乘務(wù)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(dāng)前最新交付揭示信息，選擇值乘區(qū)段后，生成本區(qū)段交付揭示，乘務(wù)員可逐條進行勾畫和確認；值乘過程中，可在行車區(qū)段示意圖上選擇當(dāng)前車站進行自動簽點（記錄時間和GPS 信息）；本趟值乘結(jié)束后，可自動生成電子化司機手帳、臺帳記錄。

5.6 行車業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)水平分析功能

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

系統(tǒng)自動記錄乘務(wù)員考試成績和答題情況，可以對各個乘務(wù)員的考試結(jié)果、答題總數(shù)、答題正確率、平均正確率進行統(tǒng)計，自動分析其業(yè)務(wù)知識薄弱環(huán)節(jié)，為職教科制定培訓(xùn)重點和培訓(xùn)方向提供數(shù)據(jù)支持。

5.7 現(xiàn)場情況錄音、錄像和拍照功能

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

5.8 數(shù)據(jù)無線更新功能

乘務(wù)員手持終端可以通過無線網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi）的方式，進行各種資料信息和各種作業(yè)數(shù)據(jù)資料的自動更新和下載上傳。

6 系統(tǒng)現(xiàn)場運用

2014年—2015年，烏魯木齊鐵路局組織庫爾勒機務(wù)段在庫爾勒運用車間開始現(xiàn)場試運行，運行至今，服務(wù)器運行良好，行車資料存儲和發(fā)放、即時更新功能正常。乘務(wù)員運用手持終端能夠?qū)崿F(xiàn)對各種行車資料的快速查詢顯示，實現(xiàn)途中操縱提示卡的動態(tài)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(xiàn)了業(yè)務(wù)知識學(xué)習(xí)和考試功能。現(xiàn)場無異常信息反饋，運用效果良好。

7 研制結(jié)論及應(yīng)用前景

機車乘務(wù)員電子輔助值乘系統(tǒng)采用中國先進的嵌入式開發(fā)技術(shù)、智能搜索技術(shù)，將司機手冊、規(guī)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(xiàn)了各種資料的快速查詢顯示。同時，從行車安全導(dǎo)航、指導(dǎo)方面出發(fā)，實現(xiàn)了途中操縱提示卡的動態(tài)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(yīng)急處理方面出發(fā)，實現(xiàn)了非正常行車辦法和機車故障應(yīng)急處理辦法的快速搜索查詢、調(diào)用和現(xiàn)場的音視頻錄制功能；從業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)方面出發(fā)，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)知識學(xué)習(xí)和考試功能，不僅有利于乘務(wù)員隨時隨地進行知識的學(xué)習(xí)，而且能夠進行及時的考核評定，隨時了解乘務(wù)員的業(yè)務(wù)水平和技術(shù)弱項。該設(shè)備的應(yīng)用規(guī)范了機車乘務(wù)員標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，有效地提升了乘務(wù)員應(yīng)對機車故障、非正常情況下行車等突發(fā)事件的處理能力，對乘務(wù)員優(yōu)化列車操縱、保障列車運行安全起到了積極的作用。該系統(tǒng)作為機務(wù)運用系統(tǒng)“科技保安全”的重要載體，具備全路機務(wù)系統(tǒng)推廣應(yīng)用的價值，其廣泛使用可以極大地減輕乘務(wù)員負擔(dān)，即時提示行車關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)、對機車乘務(wù)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(wù)員單兵作業(yè)慣性問題提供了一個有效手段。作為保障機務(wù)系統(tǒng)行車安全的技術(shù)裝備，必將會推進機務(wù)行車安全工作的深入開展。