非正常接發列車自主演練自動考評實訓系統研究

韋 強 中國鐵路上海局集團有限公司新長車務段

既有的接發列車仿真模擬演練系統雖然能夠實現對車站聯鎖控制臺仿真操作、故障人工設置等功能，但是在實際運用中還存在故障不能自動設置、演練過程無法自動配合、演練結果不能自動評價等問題?；谟嬎銠C聯鎖仿真模擬技術、語音識別技術、智能虛擬角色，結合標準化的非正常接發列車應急處置流程開發接發列車自主演練自動考評系統，拓展仿真模擬演練系統功能，是提高非正常接發列車應急演練效果的有效手段，是接發列車仿真模擬演練系統下一步的發展方向。

1 既有仿真模擬演練系統應用現狀

根據原上海鐵路局《接發列車模擬仿真系統管用修辦法》，自2017 年起，車務站段按照“一站場一界面”的原則，在管內所轄車站配備了與本站聯鎖終端操作界面、操作方式及聯鎖方式一致的接發列車模擬仿真系統，該系統能模仿相應設備的聯鎖、界面及按鈕操作方式等，并能通過教練機設置故障進行仿真模擬操作，主要用于接發列車人員及相關管理、技術人員的標準化作業，非正常處理的實作模擬培訓、演練，接發列車“三新”人員實作鑒定等。但由于系統不具備故障自動設置、演練自動配合、結果自動評價等功能，在實際運用中還存在應急演練效果不佳、應急演練考務組織困難等亟待解決的問題。

1.1 應急演練效果不佳

非正常接發列車應急演練需要配合人員根據演練進度在各環節適時擔當列車調度員、把關站長、鄰站車站值班員、設備管理單位等角色配合參演人員完成接發列車演練，演練結束須對參演人員的應急處置過程進行點評、評分并作成記錄。按班組管理的中間站，車站日常演練一般僅能安排一名管理人員組織，管理人員既要擔當配合人員又要擔當演練評價人員，實際演練中存在顧此失彼、無暇兼顧的現實問題。另外部分中間站管理人員自身業務素質不過硬，無法對應急演練作出全面客觀的評價，演練效果欠佳，應急演練成績無法運用。作業人員往往僅完成演練量化任務卻不能通過每次演練不斷提高自身應急處置能力，使應急演練陷入“形式主義”，導致作業人員缺乏演練積極性。

1.2 應急演練考務組織困難

既有的非正常接發列車演練實作抽考、崗位星級評定實作考試，按照最基本的一接一發、設置一個故障的模式進行演練，演練過程正常用時約20 min，加上各項準備時間，每組考生平均用時約30 min，平均一天僅能完成16 組考生的考試?？荚嚂r還需要安排1 名配合人員、不少于2 名裁判人員同時評分，保證評分合理性。因此車務站段、車間層面組織實作考試，往往花費管理人員大量的時間、精力，考試組織難度大，耗時費力。

2 系統設計

非正常接發列車應急處置故障出現的時機不同，處置程序亦不盡相同，但對于同一類型的故障，關鍵的處置要求卻是相同的。根據集團公司公布的非正常接發列車作業手冊，將標準化的非正常應急處置程序進行模塊化編譯，實現應急演練故障自動設置、配合人員自動配合、演練過程自動評價功能，可以有效的解決既有的演練系統人工評價不客觀、全員性演練實施難的現實問題。

2.1 系統設計總體目標

通過語音識別技術、智能虛擬角色及計算機聯鎖仿真模擬技術，在滿足車務站段接發列車作業標準的基礎上，建立一套既能夠單機實訓演練，也可通過網絡遠程登錄進行實訓演練的非正常接發列車自主演練自動考評實訓系統，實現非正常應急演練自動配合、故障自動設置、演練程序自動評分功能。

2.2 系統設計架構

系統采用C/S 網絡架構，包括管理員模塊和演練模塊，由一臺服務器和若干演練機組成。管理員根據不同角色操作需求設置賬戶訪問權限。本地系統與服務器間利用數據庫copy 技術，保證語音識別詞庫、非正常接發車流程演練數據自動同步；網絡故障時，車站演練數據連接自動切換至本地，演練記錄及評分結果自動保存至本地系統，待網絡故障修復后，本地系統數據自動更新至服務器。

2.2.1 服務器功能

演練系統部署在車務站段專用服務器，具備登錄日志記錄、訪問權限控制等功能，滿足網絡安全管理要求，車站可使用瀏覽器訪問服務器獲取演練資源并進行演練。演練題庫等資源存儲在服務器，車站無需更新本地程序。演練評分保存在專用服務器，并通過圖表形式集中展示，管理人員可對站段演練情況進行統計分析，掌握車站演練情況，方便日常管理。

2.2.2 管理員賬戶功能

管理員賬戶功能分為系統管理、站場管理、車站管理、題庫管理、字典管理等部分。系統管理可實現參演人員賬戶管理、角色分配和部門架構管理；站場管理可導入更新站場信息、完成車站與聯鎖類型的匹配；車站管理可實現聯合演練情況下的站場故障設置、參演人員控制臺操作查看功能；題庫管理可以根據不同站場類型編制不同的演練腳本，不同站場間的演練腳本可相互復制引用；字典管理實現系統配合角色、不識別文字集合等系統項目的自定義功能。

2.2.3 演練賬戶功能

演練賬戶功能主要包括學習模塊、演練模塊、聯合演練和演練統計四個模塊，登錄界面見圖1。

圖1 演練賬戶登錄界面

學習模塊采用文字提示、語音播報的方式進行系統學習，參演人員根據系統提示，按照預先設定的步驟順序執行每一步驟的流程，熟悉不同故障情況下的接發列車處理流程。

演練模塊中參演人員根據階段計劃進行演練，演練用語系統使用語音識別的方式進行采集，形成文字信息，參演人員確認正確后提交。演練中助理值班員、列車調度員、鄰站車站值班員的用語、控制臺操作由系統采用智能虛擬角色的方式進行自動配合。臺賬簿冊、行車憑證的填記、開放信號等操作車站值班員在系統中同步填記或操作。演練完畢系統自動判定參演人員作業用語、簿冊填記、設備操作正確性。聯合演練類似既有的演練功能，演練分為教師機和演練機兩個模塊，模塊之間通過WebSocket協議進行站場信息同步、消息同步。教師機負責供配合人員設置故障、列車到開、改方、辦理閉塞等配合操作，學員機負責供演練人員模擬控制臺操作，完成應急處置相關程序。

演練統計模塊中參演人員可查詢演練后的得分情況，系統采用圖表的方式輸出演練結果，演練成績報表打印后參演人員對各項內容進行確認后簽字，輸出最終演練成績。

3 技術關鍵及難點

3.1 提高語音識別準確率

3.1.1 識別準確率問題

目前的語音識別系統對環境條件的依賴性強, 要求保持測試條件和訓練條件一致,否則系統性能會嚴重下降，且由于鐵路接發列車用語多為專業用語、專用詞匯，各種語音識別引擎缺少鐵路行業用語詞庫，因此應通過實際調研、現場信息采集，形成完整的非正常接發列車用語特有詞匯數據庫，通過模糊匹配的方式，減少環境依賴，提高不同參演人員演練時的語音識別準確率，防止參演人員消耗過多精力在語音識別準確性的判定上，影響正常的應急處置。

3.1.2 解決噪聲問題

現有的語音識別系統大多數只能在安靜的環境下工作,一旦在噪聲環境下工作，講話人產生情緒或心理上的變化，就會導致發音失真、發音速度和音調改變，即產生Lombard效應或Loud 效應，應通過譜減法、環境規整技術，不修正語音信號而是修正識別器模型使之適合噪聲、建立噪聲模型，利用特征補償、模型補償的方式提高語音識別的準確率。

3.1.3 實現離線語音識別

隨著語音識別技術的發展，語音識別技術有了長足的進步，但是既有的語音識別引擎大多基于互聯網在線識別技術，無法離線使用?；诰W絡信息安全考慮，互聯網系統在鐵路內網上線手續繁雜，系統安全性要求高，后期推廣成本高，故應建立以離線識別為基礎的離線識別引擎，保證系統的可推廣性。

3.2 提高自主演練的易用性

自主演練應盡量減少對參演人員應急處置思路的干擾，最大程度的保證應急處置的流暢性，防止因實現自動考評額外增加過多的輔助操作。

3.2.1 保證演練流暢性

要保證演練自動配合的流暢性，聯鎖系統在顯示風格、操作步驟、聯鎖關系判斷等方面應與現場實際操作系統一致。要建立虛擬角色的行為模型、感知模型，形成一套基于決策樹算法的自治智能決策模型，自動完成配合角色行為的觸發。要基于人機交互技術，實現多樣化的信息輸入及展現方式，通過語音識別、邏輯自動觸發、命令輸入等多種方式輸入演練信息，通過文字、語音、圖像等多種方式展示系統反饋信息，提高不同情況下的系統可用性及演練的可操作性。

3.2.2 實現訪問便捷性

基于C/S 網絡架構，學員機通過網絡訪問獲取演練站場圖形、故障項目等內容，減少本地客戶端數量，降低運維成本，演練腳本數據實時更新，省去現場下載更新環節。結合視頻通訊技術，進一步實現故障遠程設置、演練情況實時查看等功能。

3.3 提高演練評判的客觀性

實現對演練程序的客觀評價是系統的核心功能之一，是區別于既有仿真模擬演練系統的關鍵特征。

3.3.1 優化題庫編制邏輯

題庫是實現自主評價的基礎和標準，題庫編制結合接發列車演練流程采用圖表化、流程化的方式，編題人員可方便的實現接發列車程序的調整、插入、刪除、流程附分、控制臺操作、鄰站配合等操作。不同站場間可相互引用題庫，并可進行局部修改，減少不同站場同一故障類型題庫編制工作量，最大程度的簡化題庫編制，提高編題效率，見圖2。

圖2 題庫編輯界面

3.3.2 對比輸出評價結果

流程評價可對參演人員演練過程中的作業用語、控制臺操作、行車憑證填記、行車臺賬簿冊填記情況進行自動判定，自動給出演練評分。評價結果采用表格形式，將標準答案和參演人員演練情況進行對比輸出，方便參演人員、管理人員掌握演練過程中的薄弱環節。

4 結束語

目前，接發列車自主演練自動考評系統已在新長車務段實訓室和泰州站試用，通過系統演練能夠不斷的規范車站作業人員的接發列車作業習慣、應急處置流程，同時實現車站非正常應急演練的自動演練自動考評，降低管理人員演練的組織負擔，提高車站日常應急演練效果。