豆 飛,呂 楠,劉 潔,徐曉波,杜 恒,謝 輝
(1. 北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司,北京 100044;2. 地鐵運(yùn)營(yíng)安全保障技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100044;3. 北京大象科技有限公司,北京 100070)
在城市軌道交通(以下簡(jiǎn)稱“城軌”)突發(fā)事件中,行車調(diào)度員作為組織城軌系統(tǒng)“大腦中樞”運(yùn)行的指揮官,其應(yīng)急指揮調(diào)度決策的準(zhǔn)確性及高效性直接關(guān)系到應(yīng)急處置的效率及突發(fā)事件影響期間的運(yùn)營(yíng)安全。隨著新技術(shù)、新設(shè)備的投入使用,城軌系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性以及自動(dòng)化水平均有所提高,發(fā)生突發(fā)事件概率降低,各崗位人員的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)也隨之減少;但同時(shí),我國(guó)城軌網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展對(duì)安全運(yùn)營(yíng)的要求逐步提升,這說(shuō)明城軌網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)要求增高和調(diào)度員實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)減少之間的矛盾日益加劇,提高城軌行車調(diào)度的應(yīng)急處置水平迫在眉睫。目前,針對(duì)城市軌道交通行車調(diào)度相關(guān)崗位的培訓(xùn)研究主要分為2個(gè)方面:一是突發(fā)事件發(fā)生后的應(yīng)急處置預(yù)案研究,從應(yīng)急處置流程方面提升應(yīng)急處置水平[1-5];二是建立仿真系統(tǒng)模擬應(yīng)急場(chǎng)景,在貼近實(shí)際的訓(xùn)練中提升應(yīng)急處置水平[6-9]。第1種情況更加強(qiáng)調(diào)預(yù)案的理論研究,經(jīng)常導(dǎo)致行車調(diào)度處置的靈活性不足;第2 種情況雖然模擬了演練場(chǎng)景,但是演練過(guò)程固化且需要多崗位的人員互動(dòng)。
本文通過(guò)預(yù)案數(shù)字化、虛擬崗位聯(lián)動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建了行車調(diào)度智能模擬演練系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了虛擬多崗位配合聯(lián)動(dòng)、多故障場(chǎng)景下城軌行車調(diào)度員的模擬演練,可以有效提升行車調(diào)度員的應(yīng)急處置能力。
現(xiàn)有的應(yīng)急預(yù)案大多是文檔化的流程文件,對(duì)人而言易于閱讀和理解,但對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言并不能直接使用,需要按照一定的規(guī)則將流程文件轉(zhuǎn)為計(jì)算可以處理的數(shù)字信息輸入。應(yīng)急預(yù)案流程文件腳本化過(guò)程如圖 1 所示。
通過(guò)將所有腳本化文件中調(diào)度員的標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)度命令、標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)度系統(tǒng)操作、標(biāo)準(zhǔn)化通信系統(tǒng)操作等進(jìn)行打散、分類歸集,形成可獨(dú)立執(zhí)行的基元(基元指將調(diào)度語(yǔ)音命令、調(diào)度系統(tǒng)操作和標(biāo)準(zhǔn)化通信系統(tǒng)操作各項(xiàng)細(xì)化分解,形成的最小執(zhí)行單元),創(chuàng)建腳本化文件數(shù)據(jù)庫(kù),如圖2所示。
通過(guò)設(shè)置各基元的觸發(fā)條件、標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作、預(yù)期結(jié)果狀態(tài)等屬性,將各類基元的觸發(fā)事件和動(dòng)作進(jìn)行計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字化編碼和數(shù)據(jù)化定義。根據(jù)應(yīng)急演練場(chǎng)景的腳本設(shè)定將單元化的語(yǔ)音調(diào)度命令、調(diào)度人員操作以及通信系統(tǒng)故障設(shè)定和恢復(fù)等進(jìn)行組合,形成一套完整的模擬應(yīng)急場(chǎng)景和應(yīng)急預(yù)案處置的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。以列車救援場(chǎng)景為例,應(yīng)急預(yù)案的數(shù)字化過(guò)程如圖3所示。
研究調(diào)度員標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)音命令元素(包括調(diào)度員屬性、動(dòng)作、狀態(tài)等)、語(yǔ)意分析智能化解讀、語(yǔ)音合成專業(yè)化表達(dá)、城軌專業(yè)術(shù)語(yǔ)語(yǔ)音識(shí)別準(zhǔn)確率提升等人工智能技術(shù),通過(guò)與信號(hào)仿真系統(tǒng)深度融合,主線任務(wù)與非主線任務(wù)疊加,研究真實(shí)崗位與計(jì)算機(jī)虛擬崗位的人機(jī)協(xié)同技術(shù),支持虛擬崗位與真實(shí)崗位的切換,支持行車調(diào)度員單人演練培訓(xùn)和多人團(tuán)隊(duì)演練考核,解決傳統(tǒng)桌面推演場(chǎng)景復(fù)用性差、靈活性低、耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題。
城軌行車調(diào)度相關(guān)崗位包括總調(diào)、行調(diào)、電調(diào)、環(huán)調(diào)、設(shè)備調(diào)、車站值班員、車站站務(wù)員、乘務(wù)員、信號(hào)維修工等。行車調(diào)度模擬演練虛擬崗位主要包括行調(diào)、車站值班員、站務(wù)員、乘務(wù)員等,虛擬崗位的設(shè)計(jì)與聯(lián)動(dòng)是將日?;蚓o急情況下的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景進(jìn)行分解,分系統(tǒng)分專業(yè)按照聯(lián)動(dòng)的先后順序依次觸發(fā)相應(yīng)作業(yè),還原真實(shí)線路運(yùn)營(yíng)中各崗位的業(yè)務(wù)處理流程和崗位間協(xié)同合作。設(shè)計(jì)調(diào)度命令語(yǔ)音輸入功能,當(dāng)用戶通過(guò)語(yǔ)音采集設(shè)備發(fā)布調(diào)度命令后,通信系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)置的城軌專業(yè)術(shù)語(yǔ)識(shí)別能力將調(diào)度命令識(shí)別為準(zhǔn)確的文字,并將文字根據(jù)調(diào)度命令基元定義的關(guān)鍵詞進(jìn)行拆解,將關(guān)鍵詞重新構(gòu)建成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的內(nèi)部命令單元,發(fā)送給智能核心系統(tǒng)(MCTS)。MCTS作為虛擬崗位的大腦,主要包括聯(lián)鎖子系統(tǒng)(CI)、區(qū)域控制器(ZC)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元(FTM)、車載控制器(VOBC)、軌旁電子單元(LEU),負(fù)責(zé)決策每一個(gè)輸入應(yīng)匹配的動(dòng)作和事件,通知信號(hào)系統(tǒng)以及各虛擬崗位對(duì)應(yīng)的仿真系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)操作。MCTS系統(tǒng)根據(jù)反饋的操作結(jié)果,通知通信系統(tǒng)通過(guò)語(yǔ)音合成技術(shù)向用戶發(fā)送語(yǔ)音通知,同時(shí)根據(jù)輸入信息的嚴(yán)重程度、緊迫性等控制語(yǔ)音合成播放的語(yǔ)速和朗讀情緒,給調(diào)度員一種真實(shí)崗位人員溝通的真實(shí)感。具體聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)流程如圖4所示。
多崗位聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)選擇要考核的應(yīng)急演練場(chǎng)景注入后,仿真信號(hào)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的場(chǎng)景狀態(tài)同步更新到仿真列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)和核心后臺(tái)系統(tǒng)中,學(xué)員接收到場(chǎng)景注入成功后選擇開(kāi)始考核,聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)將根據(jù)演練場(chǎng)景自動(dòng)生成乘務(wù)、站務(wù)等虛擬崗位。接收到場(chǎng)景指令后,虛擬崗位根據(jù)場(chǎng)景中注入的故障類型通過(guò)通信系統(tǒng)予以上報(bào),調(diào)度員根據(jù)故障類型將調(diào)度語(yǔ)音命令和操作指令下達(dá)到相應(yīng)的虛擬崗位,虛擬崗位根據(jù)調(diào)度命令予以執(zhí)行并將結(jié)果實(shí)時(shí)同步到仿真信號(hào)系統(tǒng)中,同時(shí)通過(guò)教員系統(tǒng)同步展示故障場(chǎng)景,最終形成一套虛擬多崗位聯(lián)動(dòng)應(yīng)急演練平臺(tái)的閉環(huán),如圖5所示。
整個(gè)培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)參照行車調(diào)度員在實(shí)際工作中的崗位數(shù)量配置、操作終端設(shè)備種類、設(shè)備數(shù)量等進(jìn)行設(shè)置,并增加智能化交互、智能化評(píng)估、教員工作站等演練與考評(píng)的關(guān)鍵設(shè)備,采用與正線系統(tǒng)一致的軟件架構(gòu)、用戶數(shù)據(jù)報(bào)通信協(xié)議(UDP)和標(biāo)準(zhǔn)接口,設(shè)計(jì)城軌行車調(diào)度培訓(xùn)系統(tǒng)架構(gòu)(圖6),實(shí)現(xiàn)對(duì)正線信號(hào)系統(tǒng)高精度仿真。
基于應(yīng)急預(yù)案數(shù)字化、虛擬崗位聯(lián)動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)行車調(diào)度智能模擬演練系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)虛擬多崗位配合聯(lián)動(dòng)、多故障場(chǎng)景下城軌行車調(diào)度員的模擬演練。整個(gè)系統(tǒng)按照不同功能可分為行車調(diào)度、智能交互、智能評(píng)測(cè)、教員管理4個(gè)子系統(tǒng),如圖7所示。
行車調(diào)度子系統(tǒng)是行車調(diào)度智能模擬演練與評(píng)估系統(tǒng)的核心功能,主要用于實(shí)現(xiàn)行車調(diào)度員培訓(xùn)訓(xùn)練的調(diào)度模擬功能,因此應(yīng)具備的功能包括以下方面。
(1)運(yùn)行信息顯示。模擬全線的信號(hào)設(shè)備狀態(tài),詳細(xì)顯示正線車站、區(qū)間的信號(hào)設(shè)備狀態(tài)和列車運(yùn)行狀態(tài),顯示內(nèi)容與ATS系統(tǒng)保持一致。
(2)進(jìn)路控制??梢栽O(shè)置進(jìn)路的人工/自動(dòng)(含車隊(duì)、追蹤模式)屬性,可對(duì)信號(hào)機(jī)執(zhí)行“關(guān)閉信號(hào)”“開(kāi)放信號(hào)”操作,能夠按聯(lián)鎖原則進(jìn)行進(jìn)路設(shè)置、取消(含強(qiáng)解區(qū)段)培訓(xùn)。
(3)設(shè)備操作時(shí)因違反基本的信號(hào)邏輯或其他原因?qū)е虏僮魇r(shí)系統(tǒng)能檢測(cè)到?jīng)_突并給出提示。
(4)提供基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(CBTC)級(jí)別及降級(jí)模式下的進(jìn)路控制和列車控制培訓(xùn)。
(5)控制權(quán)限轉(zhuǎn)換培訓(xùn)。提供中央控制和本地控制2種級(jí)別下的操作培訓(xùn),可以實(shí)現(xiàn)控制級(jí)別的切換。
(6)能進(jìn)行創(chuàng)建、刪除、編輯車次窗操作。通信列車運(yùn)行管理方面,可進(jìn)行扣車、終止站停、發(fā)車請(qǐng)求、站停時(shí)間、跳停、站間運(yùn)行等級(jí)的設(shè)置操作;非通信列車運(yùn)行管理方面,可模擬和仿真非通信列車由限制條件下的駕駛模式(RM)向點(diǎn)式駕駛模式(ITC)、連續(xù)通信駕駛模式(CTC)升級(jí)。
(7)列車運(yùn)行識(shí)別培訓(xùn)。系統(tǒng)采用列車識(shí)別號(hào)的移動(dòng)和有關(guān)信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)變化來(lái)自動(dòng)模擬和描述在線列車的實(shí)際運(yùn)行。
(8)運(yùn)行圖編輯、加載、預(yù)設(shè)、變更激活時(shí)刻表等相關(guān)培訓(xùn)。系統(tǒng)能夠模擬列車按照運(yùn)行圖跑車,模擬列車在區(qū)間的運(yùn)行時(shí)分及停站時(shí)分,與輸入的時(shí)刻表一致。按照輸入的時(shí)刻表或操作員意圖可模擬最小間隔的列車追蹤運(yùn)行及最小間隔的列車折返運(yùn)行。
(9)發(fā)車計(jì)時(shí)器顯示。行車調(diào)度培訓(xùn)工作站提供發(fā)車計(jì)時(shí)器的實(shí)際狀態(tài)信息顯示功能。
(10)列車運(yùn)行信息查詢。ATS仿真培訓(xùn)允許學(xué)員查詢?cè)诰€列車的實(shí)際運(yùn)行信息,包括列車位置、早晚點(diǎn)情況,顯示列車停站、扣車、跳停、站停時(shí)間、列車運(yùn)行方向、列車運(yùn)行模式等信息。
(11)信號(hào)設(shè)備操作培訓(xùn)。培訓(xùn)行車調(diào)度基本的信號(hào)設(shè)備操作技能。
(12)故障報(bào)警。通過(guò)故障場(chǎng)景設(shè)置的方式,培訓(xùn)行車調(diào)度常見(jiàn)故障的報(bào)警識(shí)別及確認(rèn)操作,能夠模擬和仿真列車火災(zāi)、車站火災(zāi)、站廳火災(zāi)、區(qū)間火災(zāi)、人防門報(bào)警、乘客緊急手柄、車門狀態(tài)丟失、區(qū)間水位報(bào)警、軌行區(qū)人員非法闖入報(bào)警、周界防護(hù)報(bào)警、軌道障礙物/脫軌檢測(cè)、防淹門請(qǐng)求關(guān)閉/狀態(tài)丟失等異常場(chǎng)景及信號(hào)聯(lián)動(dòng)防護(hù)。
(13)提供ATS系統(tǒng)管理操作培訓(xùn),如調(diào)度人員登錄、退出等。(14)能夠進(jìn)行某站清客設(shè)置及取消培訓(xùn)。(15)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)門的操作培訓(xùn)。
智能交互子系統(tǒng)能夠智能識(shí)別調(diào)度員的調(diào)度命令,實(shí)現(xiàn)與虛擬列車司機(jī)、車站值班員進(jìn)行智能交互。應(yīng)具備的功能包括以下方面。
(1)采集并智能識(shí)別調(diào)度員發(fā)布的語(yǔ)音調(diào)度命令,實(shí)現(xiàn)學(xué)員與系統(tǒng)的人機(jī)交互。應(yīng)準(zhǔn)確識(shí)別行車調(diào)度專業(yè)術(shù)語(yǔ),將語(yǔ)音調(diào)度命令動(dòng)態(tài)翻譯成文字,對(duì)調(diào)度命令進(jìn)行智能語(yǔ)義分析,完整識(shí)別調(diào)度命令要素,將正確的指令在培訓(xùn)仿真系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)執(zhí)行。
(2)模擬調(diào)度員與司機(jī)之間的語(yǔ)音交互。應(yīng)支持與單輛列車進(jìn)行通信;支持列車組呼功能,包括多選、派接;列車呼叫調(diào)度員時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)一般呼叫和緊急呼叫;能夠顯示調(diào)度與列車之間的通話記錄。
(3)模擬調(diào)度員與車站值班員之間的語(yǔ)音交互。應(yīng)正確顯示全線所有車站、不同調(diào)度崗位;調(diào)度員與行車值班員之間通信能夠?qū)崿F(xiàn)組呼和全呼功能。
(4)支持不同崗位調(diào)度員之間的實(shí)時(shí)通信。
(5)發(fā)布書面的調(diào)度命令。
(6)支持呼叫等待。當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)呼叫時(shí),按照優(yōu)先級(jí)和呼叫順序進(jìn)行呼叫等待。
智能評(píng)測(cè)子系統(tǒng)對(duì)行車調(diào)度學(xué)員在考核過(guò)程中的操作、運(yùn)營(yíng)結(jié)果進(jìn)行評(píng)分。應(yīng)具備的功能包括以下方面。
(1)對(duì)學(xué)員操作進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)分,包括語(yǔ)音命令準(zhǔn)確性、命令發(fā)布時(shí)長(zhǎng)、重復(fù)次數(shù)等。
(2)正確顯示當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)明細(xì),如得分、扣分及錯(cuò)誤原因等。
(3)對(duì)列車的運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行計(jì)算機(jī)評(píng)分,包括列車晚點(diǎn)、列車迫停、列車停運(yùn)等。
(4)對(duì)學(xué)員所有操作進(jìn)行統(tǒng)計(jì),包括得分操作、扣分操作等。
(5)支持對(duì)不同崗位分別評(píng)分,包括對(duì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行評(píng)分。
(6)實(shí)現(xiàn)學(xué)員歷史成績(jī)查詢,歷史成績(jī)保存不低于360天。
(7)學(xué)員可以打印歷史成績(jī)。
教員管理子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)教員對(duì)各學(xué)員進(jìn)行訓(xùn)練的管理功能,應(yīng)能承擔(dān)系統(tǒng)的全方位監(jiān)管、控制和系統(tǒng)維護(hù)任務(wù)。該模塊可實(shí)現(xiàn)從仿真系統(tǒng)的運(yùn)行前準(zhǔn)備到培訓(xùn)結(jié)束后的數(shù)據(jù)管理;從培訓(xùn)課程設(shè)計(jì)到培訓(xùn)過(guò)程的監(jiān)控和干預(yù);從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備到系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷;從操作過(guò)程回放到培訓(xùn)記錄管理。應(yīng)具備的功能包括以下方面。
(1)實(shí)時(shí)獲取其他各子系統(tǒng)的信息并可同步顯示。
(2)對(duì)其他各子系統(tǒng)進(jìn)行控制。
(3)支持教員進(jìn)行主場(chǎng)景、副場(chǎng)景中故障點(diǎn)編輯,包括設(shè)備故障、通信故障、列車故障等。
(4)教員可以對(duì)場(chǎng)景自由組合,包括主場(chǎng)景、副場(chǎng)景進(jìn)行自由組合。
(5)具有用戶管理功能,能對(duì)各種人員的責(zé)權(quán)范圍、工作站控制范圍進(jìn)行設(shè)定及轉(zhuǎn)換,可實(shí)現(xiàn)工作人員身份鑒別、進(jìn)入和退出系統(tǒng)的登記及注銷等。
(6)實(shí)現(xiàn)特定時(shí)間點(diǎn)場(chǎng)景文件的保存,包括站場(chǎng)元素狀態(tài)和列車運(yùn)行狀態(tài)。
(7)保存操作人員處理應(yīng)急故障后的歷史實(shí)際運(yùn)行圖,可用于考核指標(biāo)的復(fù)審(包括列車停站時(shí)間指標(biāo)、列車早晚點(diǎn)等指標(biāo))。
根據(jù)對(duì)城軌行車調(diào)度模擬演練系統(tǒng)的功能分析,結(jié)合北京地鐵應(yīng)急預(yù)案處置流程,研發(fā)了北京地鐵行車調(diào)度智能模擬演練及評(píng)估系統(tǒng)(圖8),系統(tǒng)模擬了道岔故障、列車救援、區(qū)間疏散等城軌運(yùn)營(yíng)最常見(jiàn)的應(yīng)急場(chǎng)景。該系統(tǒng)基于行車調(diào)度員口述命令為主的崗位特點(diǎn),研發(fā)了智能語(yǔ)音交互技術(shù),以主場(chǎng)景貫穿,可隨機(jī)疊加副場(chǎng)景的任務(wù)調(diào)度關(guān)鍵技術(shù),融合主線任務(wù)和非主線任務(wù)的設(shè)計(jì),提高了系統(tǒng)的靈活性和處置過(guò)程的多變性,支持計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)分,可考核調(diào)度員在信息收集與方案制定、調(diào)度命令發(fā)布、列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)操作等多方面的調(diào)度指揮能力。
自北京地鐵行車調(diào)度模擬演練及評(píng)估系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái),開(kāi)展了重溫培訓(xùn)、專項(xiàng)培訓(xùn)20余次,累計(jì)培訓(xùn)行車調(diào)度員400余人次,在行車調(diào)度崗位的培訓(xùn)方面取得了良好效果。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明,主副場(chǎng)景的隨機(jī)疊加增加了調(diào)度處置的靈活性,提高了行車調(diào)度員突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)能力;虛擬崗位的聯(lián)動(dòng)配合可以大幅減少行車調(diào)度崗位培訓(xùn)的配合人數(shù);自動(dòng)評(píng)估考核在減少教員工作量的同時(shí),考核結(jié)果更加客觀公正。
搭建多崗位應(yīng)急聯(lián)動(dòng)、多故障場(chǎng)景靈活疊加、智能化的行車調(diào)度模擬演練系統(tǒng)可有效提高城軌行車調(diào)度員技能水平和實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)北京地鐵行車調(diào)度模擬演練系統(tǒng)的培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn),未來(lái)可在調(diào)度命令和調(diào)度指令的語(yǔ)音識(shí)別方面進(jìn)一步優(yōu)化,提高系統(tǒng)的靈活反應(yīng)能力;同時(shí)針對(duì)新線路以全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)(FAO)為主的特點(diǎn),在系統(tǒng)中兼容CBTC和FAO系統(tǒng),以適用于不同信號(hào)系統(tǒng)的行車調(diào)度員培訓(xùn)。通過(guò)該系統(tǒng)可助力城軌運(yùn)營(yíng)企業(yè)更早地介入并服務(wù)于行業(yè)實(shí)訓(xùn)基地的規(guī)劃和建設(shè),促進(jìn)行業(yè)培訓(xùn)工作的良性發(fā)展。