鐵路司機(jī)電子手冊(cè)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

劉國桐，張惟皎，喻冰春，蘇浩天

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算 技術(shù)研究所，北京 100081)

1 鐵路司機(jī)手冊(cè)現(xiàn)狀分析

鐵路司機(jī)手冊(cè)是鐵路司機(jī)在擔(dān)當(dāng)乘務(wù)任務(wù)時(shí)隨身攜帶的用于記錄注意事項(xiàng)、重要作業(yè)數(shù)據(jù)、關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)、列車檢查記錄等信息的裝訂紙質(zhì)資料。其主要意義是統(tǒng)計(jì)機(jī)車各類信息、考核乘務(wù)員出勤質(zhì)量，協(xié)助機(jī)務(wù)段對(duì)經(jīng)濟(jì)效益作出評(píng)價(jià)和對(duì)司機(jī)運(yùn)輸作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)。作為鐵路機(jī)務(wù)的重要資料，司機(jī)手冊(cè)一直以紙質(zhì)形態(tài)使用、管理，傳統(tǒng)紙質(zhì)作業(yè)方式存在很多不足，具體問題如下。

（1）紙質(zhì)資料攜帶不便。手冊(cè)裝訂后比較厚重，增加機(jī)車乘務(wù)員出勤負(fù)擔(dān)。

（2）司機(jī)在作業(yè)時(shí)填寫司機(jī)手冊(cè)不利于行車安全。紙質(zhì)手冊(cè)完全依靠人工填寫，司機(jī)在作業(yè)時(shí)不能把注意力全部放到駕駛上。

（3）人工填寫導(dǎo)致可讀性變差。手冊(cè)內(nèi)信息為手寫記錄，由于書寫不規(guī)范、簡寫、連筆等原因會(huì)影響可讀性。

（4）紙質(zhì)資料不易管理。對(duì)于管理人員來說，司機(jī)手冊(cè)數(shù)量大、更新速度快、內(nèi)容繁雜，不利于管理統(tǒng)計(jì)。

（5）紙質(zhì)資料的信息不易提取。對(duì)于數(shù)量龐大的手記信息，人工分析效率低，無法對(duì)信息進(jìn)行有效的歸類，不利于事后分析問題，無法提供客觀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

機(jī)車乘務(wù)員擔(dān)當(dāng)著運(yùn)輸生產(chǎn)的重要角色，是運(yùn)輸任務(wù)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，但乘務(wù)作業(yè)信息采集、輔助支持、專業(yè)管理仍然停留在初級(jí)階段[1]，迫切需要利用信息化手段開展全路范圍內(nèi)的鐵路司機(jī)電子手冊(cè)系統(tǒng)建設(shè)工作[2]，通過司機(jī)手冊(cè)電子化改變傳統(tǒng)作業(yè)模式，進(jìn)而解決司機(jī)作業(yè)流程和管理模式的弊端[3]。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和機(jī)務(wù)信息化的推進(jìn)，大數(shù)據(jù)平臺(tái)在鐵路領(lǐng)域的廣泛使用[4-5]，列車運(yùn)行控制記錄裝置(LKJ)、機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(TCMS)、機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A)、列車運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測管理系統(tǒng)(LMD)和客車安全監(jiān)測系統(tǒng)(TCDS)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的支持[6]，通過引入先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊、移動(dòng)應(yīng)用、地面數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全路層面的司機(jī)手冊(cè)電子化[7]，在保障作業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少手工記錄、輔助作業(yè)環(huán)節(jié)、檢查執(zhí)行流程，使機(jī)車乘務(wù)員將更多的精力放到行車中保證運(yùn)輸安全[8-9]。

2 鐵路司機(jī)電子手冊(cè)總體設(shè)計(jì)研究

2.1 業(yè)務(wù)需求分析

根據(jù)當(dāng)前司機(jī)作業(yè)方式以及自上而下的多級(jí)管理方式，可以從中國國家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡稱“國鐵集團(tuán)”)、鐵路局集團(tuán)公司、機(jī)務(wù)段、運(yùn)用車間及乘務(wù)作業(yè)人員5個(gè)維度分析業(yè)務(wù)需求。

（1）國鐵集團(tuán)。面向機(jī)輛部(安運(yùn)處)等管理人員，發(fā)布全路統(tǒng)一的行車資料規(guī)范、運(yùn)用管理規(guī)范、安全管理規(guī)范等，查看全路乘務(wù)運(yùn)用情況、運(yùn)用指標(biāo)統(tǒng)計(jì)及行車安全問題。

（2）鐵路局集團(tuán)公司。面向機(jī)務(wù)部(運(yùn)用科、安全科)等管理人員，主要負(fù)責(zé)全局統(tǒng)一的行車資料規(guī)范、運(yùn)用管理規(guī)范、安全管理規(guī)范，添乘檢查，查看局管內(nèi)乘務(wù)運(yùn)用情況、運(yùn)用指標(biāo)統(tǒng)計(jì)及行車安全問題。

（3）機(jī)務(wù)段。面向運(yùn)用科、安全科等管理人員，主要負(fù)責(zé)段內(nèi)運(yùn)用安全管理、司機(jī)作業(yè)規(guī)范管理、應(yīng)急處置、添乘檢查等，查看段內(nèi)乘務(wù)運(yùn)用情況、運(yùn)用指標(biāo)統(tǒng)計(jì)及行車安全問題。

（4）運(yùn)用車間。面向車間主任、車隊(duì)長、指導(dǎo)司機(jī)，需要對(duì)司機(jī)乘務(wù)作業(yè)的各個(gè)維度進(jìn)行管理及考核，包含安全作業(yè)管理、計(jì)工管理及添乘檢查等方面。

（5）乘務(wù)作業(yè)人員。面向司機(jī)、副司機(jī)、學(xué)員，提供查詢下載出勤資料、記錄乘務(wù)作業(yè)、采集乘務(wù)信息及線上考核等功能。

2.2 系統(tǒng)創(chuàng)新性需求分析

鐵路司機(jī)電子手冊(cè)設(shè)計(jì)及應(yīng)用需要從根本上改變司機(jī)傳統(tǒng)作業(yè)方式和機(jī)務(wù)乘務(wù)管理模式，從源頭解決傳統(tǒng)機(jī)務(wù)作業(yè)和管理的弊端，對(duì)于保障行車安全、提高運(yùn)輸質(zhì)量、增加管理效率進(jìn)而增加經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。

（1）通過移動(dòng)互聯(lián)方式進(jìn)行信息采集，提高信息精準(zhǔn)度。鐵路司機(jī)電子手冊(cè)依靠機(jī)務(wù)各類系統(tǒng)進(jìn)行綁定，對(duì)信息進(jìn)行自動(dòng)化采集，提高采集效率和信息精準(zhǔn)度。

（2）通過數(shù)字化改變傳統(tǒng)作業(yè)方式，解決行車安全隱患。鐵路司機(jī)電子手冊(cè)的出現(xiàn)需要重構(gòu)乘務(wù)員傳統(tǒng)作業(yè)流程。乘務(wù)員出勤時(shí)不需要攜帶厚重的紙質(zhì)資料，只需登錄系統(tǒng)簽到后綁定機(jī)車即可。

（3）通過節(jié)約生產(chǎn)資料成本及人力資源成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。目前我國全路有3萬多名司機(jī)，其紙質(zhì)資料的產(chǎn)出是一筆巨大的開支，而移動(dòng)終端一次裝配可以使用多年，大大節(jié)約生產(chǎn)資料成本。鐵路司機(jī)電子手冊(cè)代替人工對(duì)信息進(jìn)行分析處理，可節(jié)約大量人力資源成本。

3 鐵路司機(jī)電子手冊(cè)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 總體架構(gòu)

鐵路司機(jī)電子手冊(cè)總體架構(gòu)分為數(shù)據(jù)源、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、分析層及業(yè)務(wù)應(yīng)用層，鐵路司機(jī)電子手冊(cè)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 鐵路司機(jī)電子手冊(cè)總體架構(gòu)Fig.1 Overall structure of railway driver’s electronic manual

（1）數(shù)據(jù)源。通過接入既有機(jī)務(wù)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入乘務(wù)作業(yè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為鐵路司機(jī)電子手冊(cè)提供數(shù)據(jù)支撐。

（2）數(shù)據(jù)傳輸層。將移動(dòng)端采集的數(shù)據(jù)傳遞到地面系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通過加密解密方式在互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)之間傳遞。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對(duì)乘務(wù)作業(yè)的核心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并進(jìn)行管理，為管理人員提供數(shù)據(jù)保障。

（4）分析層。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分類，采用云計(jì)算、云存儲(chǔ)等技術(shù)，達(dá)到對(duì)乘務(wù)作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)聽、動(dòng)態(tài)分析、精準(zhǔn)預(yù)測的目的。

（5）業(yè)務(wù)應(yīng)用層。機(jī)車乘務(wù)員使用移動(dòng)終端APP代替紙質(zhì)司機(jī)手冊(cè)，站段利用鐵路司機(jī)電子手冊(cè)地面管理系統(tǒng)對(duì)乘務(wù)作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測及管理。

3.2 技術(shù)架構(gòu)

鐵路司機(jī)電子手冊(cè)采用基于微服務(wù)的Docker容器技術(shù)和PaaS云平臺(tái)架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。開發(fā)人員主要利用Spring Cloud框架提供的基礎(chǔ)設(shè)施、中間件及數(shù)據(jù)服務(wù)等資源，將鐵路司機(jī)電子手冊(cè)的具體業(yè)務(wù)拆分為各個(gè)獨(dú)立的服務(wù)單元，便于隨時(shí)添加或刪除業(yè)務(wù)模塊，提高軟件開發(fā)效率。鐵路司機(jī)電子手冊(cè)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 鐵路司機(jī)電子手冊(cè)技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Technical structure of railway driver’s electronic manual

系統(tǒng)采用云原生架構(gòu)的理念，利用既有的基礎(chǔ)設(shè)施資源在統(tǒng)一PaaS平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)，將司機(jī)手冊(cè)的業(yè)務(wù)拆分成各個(gè)相對(duì)獨(dú)立的業(yè)務(wù)模塊，通過微服務(wù)框架的核心組件對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，對(duì)核心服務(wù)進(jìn)行分布式部署，便于其持續(xù)更新與交付。其應(yīng)用主要在Web網(wǎng)站、移動(dòng)終端APP及后臺(tái)服務(wù)3個(gè)方面，使用者分別對(duì)應(yīng)管理人員、乘務(wù)人員及運(yùn)維人員。

4 鐵路司機(jī)電子手冊(cè)應(yīng)用設(shè)計(jì)研究

4.1 應(yīng)用流程設(shè)計(jì)

鐵路司機(jī)電子手冊(cè)功能覆蓋了動(dòng)車組、客運(yùn)機(jī)車、貨運(yùn)機(jī)車、調(diào)車機(jī)車司機(jī)的傳統(tǒng)作業(yè)流程，按照出勤、乘務(wù)作業(yè)、退勤3個(gè)方面劃分業(yè)務(wù)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。鐵路司機(jī)電子手冊(cè)業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 鐵路司機(jī)電子手冊(cè)業(yè)務(wù)流程Fig.3 Business process of railway driver’s electronic manual

（1）出勤。司機(jī)在派班室進(jìn)行酒精檢測、驗(yàn)證指紋，領(lǐng)取運(yùn)行揭示后，在鐵路司機(jī)電子手冊(cè)手持終端上通過掃描二維碼或人臉識(shí)別等方式登入系統(tǒng)，系統(tǒng)按照用戶信息獲取出勤時(shí)間、司機(jī)、副司機(jī)、車型、車號(hào)、車次等信息，根據(jù)車次及區(qū)段信息獲取對(duì)應(yīng)運(yùn)行揭示，通過乘務(wù)出勤系統(tǒng)獲取出勤小組會(huì)、安全預(yù)想、安全措施信息。司機(jī)在手持終端確認(rèn)信息無誤能夠出勤后由調(diào)度員通過人臉識(shí)別進(jìn)行電子簽章。

（2）乘務(wù)作業(yè)。鐵路司機(jī)電子手冊(cè)系統(tǒng)根據(jù)登錄用戶的信息區(qū)分動(dòng)車司機(jī)和客/貨司機(jī)，2種類型的司機(jī)通過進(jìn)入不同的界面，細(xì)化不同類型司機(jī)的業(yè)務(wù)項(xiàng)點(diǎn)。動(dòng)車司機(jī)業(yè)務(wù)流程包括出所作業(yè)、列車運(yùn)行、站接繼乘及入所作業(yè)；客/貨司機(jī)業(yè)務(wù)流程包含整備作業(yè)和列車運(yùn)行，其中列車運(yùn)行又包含了制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)、車次更換、穿正調(diào)車和途中記事。鐵路司機(jī)電子手冊(cè)通過拉取列車時(shí)刻表及LKJ數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過站記點(diǎn)，自動(dòng)填寫支線號(hào)、股道號(hào)及制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)等信息。

（3）退勤。司機(jī)在派班室退勤時(shí)，在移動(dòng)終端進(jìn)行退勤操作，隨后調(diào)度員通過掃描二維碼或者人臉識(shí)別等方式在移動(dòng)終端進(jìn)行電子簽章，確保司機(jī)乘務(wù)作業(yè)已完成。

4.2 應(yīng)用功能設(shè)計(jì)

鐵路司機(jī)電子手冊(cè)包含移動(dòng)終端APP和地面系統(tǒng)2部分，乘務(wù)員通過與移動(dòng)終端的人機(jī)交互代替填寫紙質(zhì)司機(jī)手冊(cè)，地面系統(tǒng)實(shí)時(shí)與移動(dòng)端通信保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。鐵路司機(jī)電子手冊(cè)功能設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 鐵路司機(jī)電子手冊(cè)功能設(shè)計(jì)Fig.4 Function design of railway driver’s electronic manual

4.2.1 司機(jī)手冊(cè)移動(dòng)端功能

（1）出勤。參照傳統(tǒng)作業(yè)流程，司機(jī)通過人臉或指紋識(shí)別驗(yàn)證身份后由調(diào)度員進(jìn)行電子簽章。

（2）出所作業(yè)。由動(dòng)車組司機(jī)進(jìn)行填報(bào)，通過運(yùn)統(tǒng)1系統(tǒng)獲取存放股道、交路號(hào)、車站號(hào)等信息。

（3）整備作業(yè)。由客/貨司機(jī)進(jìn)行填報(bào)，通過列車時(shí)刻表獲取交路號(hào)、車站號(hào)，通過運(yùn)統(tǒng)1系統(tǒng)獲取輛數(shù)、噸位、換長。

（4）途中作業(yè)。動(dòng)車司機(jī)作業(yè)包含列車運(yùn)行、站接繼乘、途中記事功能；客車作業(yè)包含列車運(yùn)行、制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)、穿正調(diào)車、途中記事功能；貨車司機(jī)作業(yè)包含列車運(yùn)行、制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)、穿正調(diào)車、聯(lián)控股道支線號(hào)記錄、車次更換、途中記事等功能。

（5）入所作業(yè)。由動(dòng)車組司機(jī)進(jìn)行填報(bào)，通過雙擊或者選擇入所信號(hào)確認(rèn)時(shí)間、斷電降弓時(shí)間、止輪器設(shè)置時(shí)間，手寫筆錄入隨車機(jī)械師簽字。

（6）退勤。通過人臉或二維碼識(shí)別司機(jī)身份，由調(diào)度員確認(rèn)后簽章。

4.2.2 司機(jī)手冊(cè)地面系統(tǒng)功能

（1）司機(jī)手冊(cè)管理。地面人員能夠按司機(jī)、出勤時(shí)間、車次、出退勤狀態(tài)等維度對(duì)司機(jī)手冊(cè)進(jìn)行查詢、導(dǎo)出等功能。

（2）時(shí)刻表管理。支持列車時(shí)刻表的查詢、編輯及批量導(dǎo)入功能。

（3）資料管理。實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)、規(guī)章制度、應(yīng)急處置辦法分級(jí)分類管理，資料文件可支持文檔、圖片、視頻、動(dòng)畫等多種格式，并根據(jù)自定義的發(fā)放范圍進(jìn)行資料推送，能夠統(tǒng)計(jì)、展示用戶的閱讀情況。

（4）移動(dòng)端管理。對(duì)接入系統(tǒng)的移動(dòng)端進(jìn)行管理，可以實(shí)時(shí)記錄移動(dòng)智能終端狀態(tài)，包括設(shè)備編號(hào)、設(shè)備狀態(tài)、ROM信息、使用人、軟件版本等信息，移動(dòng)智能終端與地面系統(tǒng)在同一無線局域網(wǎng)環(huán)境下，地面系統(tǒng)能夠判斷移動(dòng)終端版本并進(jìn)行自動(dòng)升級(jí)(移動(dòng)智能終端檢測是否更新)。

（5）統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)司機(jī)出勤情況、乘務(wù)勞時(shí)、開行實(shí)績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（6）通知公告。能夠編輯上傳記名傳達(dá)、嚴(yán)控提示、安全風(fēng)險(xiǎn)銷號(hào)提示、兩違信息提醒等公告及文件。

（7）系統(tǒng)管理。包含組織機(jī)構(gòu)、角色、資源、菜單、日志、數(shù)據(jù)字典等功能。

5 結(jié)束語

鐵路司機(jī)電子手冊(cè)作為記錄司機(jī)出勤作業(yè)狀況和機(jī)車狀態(tài)的重要信息載體，對(duì)于掌握乘務(wù)作業(yè)和機(jī)車動(dòng)態(tài)有重要意義。通過在機(jī)務(wù)管理平臺(tái)上搭建鐵路司機(jī)電子手冊(cè)實(shí)現(xiàn)乘務(wù)作業(yè)數(shù)據(jù)跨局共享，實(shí)現(xiàn)每趟乘務(wù)作業(yè)數(shù)據(jù)鏈路完整閉環(huán)；基于既有網(wǎng)絡(luò)充分考慮網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)合理性及通用性；通過平臺(tái)將既有系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入，盡可能解放機(jī)車乘務(wù)員手工錄入操作；最終實(shí)現(xiàn)司機(jī)手冊(cè)電子化，以達(dá)到指導(dǎo)乘務(wù)作業(yè)、保障運(yùn)輸安全、節(jié)支降耗、提質(zhì)增效的目的。