非正常接发列车自主演练自动考评实训系统研究

韦 强 中国铁路上海局集团有限公司新长车务段

既有的接发列车仿真模拟演练系统虽然能够实现对车站联锁控制台仿真操作、故障人工设置等功能，但是在实际运用中还存在故障不能自动设置、演练过程无法自动配合、演练结果不能自动评价等问题。基于计算机联锁仿真模拟技术、语音识别技术、智能虚拟角色，结合标准化的非正常接发列车应急处置流程开发接发列车自主演练自动考评系统，拓展仿真模拟演练系统功能，是提高非正常接发列车应急演练效果的有效手段，是接发列车仿真模拟演练系统下一步的发展方向。

1 既有仿真模拟演练系统应用现状

根据原上海铁路局《接发列车模拟仿真系统管用修办法》，自2017 年起，车务站段按照“一站场一界面”的原则，在管内所辖车站配备了与本站联锁终端操作界面、操作方式及联锁方式一致的接发列车模拟仿真系统，该系统能模仿相应设备的联锁、界面及按钮操作方式等，并能通过教练机设置故障进行仿真模拟操作，主要用于接发列车人员及相关管理、技术人员的标准化作业，非正常处理的实作模拟培训、演练，接发列车“三新”人员实作鉴定等。但由于系统不具备故障自动设置、演练自动配合、结果自动评价等功能，在实际运用中还存在应急演练效果不佳、应急演练考务组织困难等亟待解决的问题。

1.1 应急演练效果不佳

非正常接发列车应急演练需要配合人员根据演练进度在各环节适时担当列车调度员、把关站长、邻站车站值班员、设备管理单位等角色配合参演人员完成接发列车演练，演练结束须对参演人员的应急处置过程进行点评、评分并作成记录。按班组管理的中间站，车站日常演练一般仅能安排一名管理人员组织，管理人员既要担当配合人员又要担当演练评价人员，实际演练中存在顾此失彼、无暇兼顾的现实问题。另外部分中间站管理人员自身业务素质不过硬，无法对应急演练作出全面客观的评价，演练效果欠佳，应急演练成绩无法运用。作业人员往往仅完成演练量化任务却不能通过每次演练不断提高自身应急处置能力，使应急演练陷入“形式主义”，导致作业人员缺乏演练积极性。

1.2 应急演练考务组织困难

既有的非正常接发列车演练实作抽考、岗位星级评定实作考试，按照最基本的一接一发、设置一个故障的模式进行演练，演练过程正常用时约20 min，加上各项准备时间，每组考生平均用时约30 min，平均一天仅能完成16 组考生的考试。考试时还需要安排1 名配合人员、不少于2 名裁判人员同时评分，保证评分合理性。因此车务站段、车间层面组织实作考试，往往花费管理人员大量的时间、精力，考试组织难度大，耗时费力。

2 系统设计

非正常接发列车应急处置故障出现的时机不同，处置程序亦不尽相同，但对于同一类型的故障，关键的处置要求却是相同的。根据集团公司公布的非正常接发列车作业手册，将标准化的非正常应急处置程序进行模块化编译，实现应急演练故障自动设置、配合人员自动配合、演练过程自动评价功能，可以有效的解决既有的演练系统人工评价不客观、全员性演练实施难的现实问题。

2.1 系统设计总体目标

通过语音识别技术、智能虚拟角色及计算机联锁仿真模拟技术，在满足车务站段接发列车作业标准的基础上，建立一套既能够单机实训演练，也可通过网络远程登录进行实训演练的非正常接发列车自主演练自动考评实训系统，实现非正常应急演练自动配合、故障自动设置、演练程序自动评分功能。

2.2 系统设计架构

系统采用C/S 网络架构，包括管理员模块和演练模块，由一台服务器和若干演练机组成。管理员根据不同角色操作需求设置账户访问权限。本地系统与服务器间利用数据库copy 技术，保证语音识别词库、非正常接发车流程演练数据自动同步；网络故障时，车站演练数据连接自动切换至本地，演练记录及评分结果自动保存至本地系统，待网络故障修复后，本地系统数据自动更新至服务器。

2.2.1 服务器功能

演练系统部署在车务站段专用服务器，具备登录日志记录、访问权限控制等功能，满足网络安全管理要求，车站可使用浏览器访问服务器获取演练资源并进行演练。演练题库等资源存储在服务器，车站无需更新本地程序。演练评分保存在专用服务器，并通过图表形式集中展示，管理人员可对站段演练情况进行统计分析，掌握车站演练情况，方便日常管理。

2.2.2 管理员账户功能

管理员账户功能分为系统管理、站场管理、车站管理、题库管理、字典管理等部分。系统管理可实现参演人员账户管理、角色分配和部门架构管理；站场管理可导入更新站场信息、完成车站与联锁类型的匹配；车站管理可实现联合演练情况下的站场故障设置、参演人员控制台操作查看功能；题库管理可以根据不同站场类型编制不同的演练脚本，不同站场间的演练脚本可相互复制引用；字典管理实现系统配合角色、不识别文字集合等系统项目的自定义功能。

2.2.3 演练账户功能

演练账户功能主要包括学习模块、演练模块、联合演练和演练统计四个模块，登录界面见图1。

图1 演练账户登录界面

学习模块采用文字提示、语音播报的方式进行系统学习，参演人员根据系统提示，按照预先设定的步骤顺序执行每一步骤的流程，熟悉不同故障情况下的接发列车处理流程。

演练模块中参演人员根据阶段计划进行演练，演练用语系统使用语音识别的方式进行采集，形成文字信息，参演人员确认正确后提交。演练中助理值班员、列车调度员、邻站车站值班员的用语、控制台操作由系统采用智能虚拟角色的方式进行自动配合。台账簿册、行车凭证的填记、开放信号等操作车站值班员在系统中同步填记或操作。演练完毕系统自动判定参演人员作业用语、簿册填记、设备操作正确性。联合演练类似既有的演练功能，演练分为教师机和演练机两个模块，模块之间通过WebSocket协议进行站场信息同步、消息同步。教师机负责供配合人员设置故障、列车到开、改方、办理闭塞等配合操作，学员机负责供演练人员模拟控制台操作，完成应急处置相关程序。

演练统计模块中参演人员可查询演练后的得分情况，系统采用图表的方式输出演练结果，演练成绩报表打印后参演人员对各项内容进行确认后签字，输出最终演练成绩。

3 技术关键及难点

3.1 提高语音识别准确率

3.1.1 识别准确率问题

目前的语音识别系统对环境条件的依赖性强, 要求保持测试条件和训练条件一致,否则系统性能会严重下降，且由于铁路接发列车用语多为专业用语、专用词汇，各种语音识别引擎缺少铁路行业用语词库，因此应通过实际调研、现场信息采集，形成完整的非正常接发列车用语特有词汇数据库，通过模糊匹配的方式，减少环境依赖，提高不同参演人员演练时的语音识别准确率，防止参演人员消耗过多精力在语音识别准确性的判定上，影响正常的应急处置。

3.1.2 解决噪声问题

现有的语音识别系统大多数只能在安静的环境下工作,一旦在噪声环境下工作，讲话人产生情绪或心理上的变化，就会导致发音失真、发音速度和音调改变，即产生Lombard效应或Loud 效应，应通过谱减法、环境规整技术，不修正语音信号而是修正识别器模型使之适合噪声、建立噪声模型，利用特征补偿、模型补偿的方式提高语音识别的准确率。

3.1.3 实现离线语音识别

随着语音识别技术的发展，语音识别技术有了长足的进步，但是既有的语音识别引擎大多基于互联网在线识别技术，无法离线使用。基于网络信息安全考虑，互联网系统在铁路内网上线手续繁杂，系统安全性要求高，后期推广成本高，故应建立以离线识别为基础的离线识别引擎，保证系统的可推广性。

3.2 提高自主演练的易用性

自主演练应尽量减少对参演人员应急处置思路的干扰，最大程度的保证应急处置的流畅性，防止因实现自动考评额外增加过多的辅助操作。

3.2.1 保证演练流畅性

要保证演练自动配合的流畅性，联锁系统在显示风格、操作步骤、联锁关系判断等方面应与现场实际操作系统一致。要建立虚拟角色的行为模型、感知模型，形成一套基于决策树算法的自治智能决策模型，自动完成配合角色行为的触发。要基于人机交互技术，实现多样化的信息输入及展现方式，通过语音识别、逻辑自动触发、命令输入等多种方式输入演练信息，通过文字、语音、图像等多种方式展示系统反馈信息，提高不同情况下的系统可用性及演练的可操作性。

3.2.2 实现访问便捷性

基于C/S 网络架构，学员机通过网络访问获取演练站场图形、故障项目等内容，减少本地客户端数量，降低运维成本，演练脚本数据实时更新，省去现场下载更新环节。结合视频通讯技术，进一步实现故障远程设置、演练情况实时查看等功能。

3.3 提高演练评判的客观性

实现对演练程序的客观评价是系统的核心功能之一，是区别于既有仿真模拟演练系统的关键特征。

3.3.1 优化题库编制逻辑

题库是实现自主评价的基础和标准，题库编制结合接发列车演练流程采用图表化、流程化的方式，编题人员可方便的实现接发列车程序的调整、插入、删除、流程附分、控制台操作、邻站配合等操作。不同站场间可相互引用题库，并可进行局部修改，减少不同站场同一故障类型题库编制工作量，最大程度的简化题库编制，提高编题效率，见图2。

图2 题库编辑界面

3.3.2 对比输出评价结果

流程评价可对参演人员演练过程中的作业用语、控制台操作、行车凭证填记、行车台账簿册填记情况进行自动判定，自动给出演练评分。评价结果采用表格形式，将标准答案和参演人员演练情况进行对比输出，方便参演人员、管理人员掌握演练过程中的薄弱环节。

4 结束语

目前，接发列车自主演练自动考评系统已在新长车务段实训室和泰州站试用，通过系统演练能够不断的规范车站作业人员的接发列车作业习惯、应急处置流程，同时实现车站非正常应急演练的自动演练自动考评，降低管理人员演练的组织负担，提高车站日常应急演练效果。