动车组模拟驾驶考试标准化研究

张军虎

(中国铁路设计集团有限公司 天津 300142)

1 技术背景

依据原《铁路运输安全保护条例》，从2005年秋季开始，铁路机车车辆驾驶人员资格考试由原铁道部统一组织，考试合格后经原铁道部审批才能取得驾驶证。理论考试采用统一管理的方式进行，已经能够达到标准化的要求，下文主要对实际操作(以下简称“实作”)考试的标准化进行分析。对于动车组实作考试而言，其考核方式一般采用真实车辆进行，甚至部分考试科目在实际运营线路上进行。由考核学员实际操作，考核教员在一旁观察记录并进行评分，同时当学员操作不当影响正常行车时由考核教员进行处理并恢复正常行车[1]。目前实作考核方式存在以下的问题：

(1)不能完全考核所有科目。对于影响正常行车的动车组故障、线路故障、恶劣自然环境的影响等等意外情况，在实作考核的过程均不能进行，因此无法考核学员对于这些严重意外事件的处理能力。而面对紧急意外情况的正确处置能力却是动车组驾驶员最重要的职业素质，因此这是目前动车组驾驶员实作考试面临的最大问题[2]。

(2)部分考核科目无法达到考核标准。由于采用实车进行考试，动车组假设的故障均为示意性，不能够还原现场真实表现，而且能够设置的项点比较有限，不能全面考察动车组司机的问题分析能力和技能熟练程度。

(3)实作考核存在风险。对于驾驶形式而言，由未取得驾驶资格的人员以担当高铁列车牵引任务的方式进行实作考试，存在极大的安全风险，极有可能干扰正常运营秩序。

2 技术方案

2.1 考试装备标准化

2.1.1模拟驾驶考试系统

(1)为保证与实车考试效果的一致性，模拟驾驶系统是非常不错的选择。模拟驾驶台能够提供逼真的视觉、听觉、动感、触感等全方位感观模拟。一般配备宽视角高分辨率计算机实时成像视景仿真系统、5.1声道环绕立体声仿真系统、六自由度电动动感仿真系统及1∶1仿真驾驶舱等设备，能够从视觉、听觉、操纵真实感等方面逼真地再现列车在不同情况下的运行环境，真实模拟列车在各种工况下的设备状态、操纵特性、牵引/制动特性以及其他特性。

(2)为保证考试公正性和实作题库的一致性，除了模拟驾驶系统本身必须达到一定标准外，所有与外界交互的数据必须采用标准化通用数据接口。例如：基础数据接口、科目数据接口、记录数据接口等，以保证相同的试题能够在不同设备上运行，并保证所有的记录数据能够以统一的方式打开。同时考试场景采用具有代表性的100 km长度通用线路视景。线路典型要素应包括平原、山区、亚热带、热带、高寒地带等典型地形地貌，铁路设施包括隧道、桥梁、车站、无砟轨道、有砟轨道、标识标牌等相关典型设施。

(3)设置考评员系统。提供参数设置界面，使考评员可以在考试过程中根据需要方便地进行时间、地点、操纵条件、列车状态、信号状态、运行环境、突发事件等设置；提供主观评价接口，对手比眼认、呼和应答等难以客观评价的项点进行评判。

(4)配备评价系统，对考核项点尽量采用客观评价。提供数据记录及回放系统，对所有考试过程数据包括视频记录妥善保存，并能方便地调阅分析。

(5)提供与驾驶适应性测评系统的接口。提供驾驶人员操作过程记录及特征点环境参数；提供友好的驾驶适应性动态测试环境，保障相关测试设备不受干扰。

(6)提供与实作考试考务系统接口。提供人员信息接口，接收考生身份信息并与考试记录关联；提供训练结果数据给成绩管理接口以便统计分析，提供驾驶舱实时视频监控数据给网上巡查系统。

综上，模拟驾驶考试系统的标准化主要从基本功能的界定和预留接口的标准定义上，模拟驾驶考试系统的标准化结构框图如图1所示。

图1 模拟驾驶考试系统的标准化结构框图

2.1.2实作考试考务系统

(1)考生身份验证系统

配备相应软件和配套设备，将读取的照片、姓名、身份证号等信息存储到系统中，通过与正在建设的理论考试信息系统接口通讯，进行“人证同一性”信息认定，鉴别被认证人员的身份真实性。

(2)网络视频指挥系统

网络视频指挥系统是利用监控技术、通讯技术、音视频技术与考试管理综合业务相结合的应用系统。通过图像和声音采集设备，利用广域网传播音视频信号，实现异地人员的视频会议、网上巡查、应急处置、考务指挥等功能，同时系统应具备音视频资料存储功能，为以后查阅考试现场资料提供依据。

2.2 考试科目标准化

根据《国家职业标准》和《铁路职业技能培训规范》的相关标准和要求，铁路动车组驾驶员上岗前须通过铁路总公司动车组司机选拔机构资格审查、职业复试。参加铁路总公司指定的考试培训机构组织的培训，考试考核合格。理论培训合格人员须进行动车组性能、检查试验、行车安全装备操作等静态实作技能培训。

2.2.1动车组驾驶适应性测试

动车组驾驶适应性测试分为静态测试和动态测试两大部分。静态测试如下：

(1)个性特征测试。个性特征测试采用的是目前广泛被应用于人员选拔和评定的卡特尔人格测试问卷。其采用系统观察法、科学实验法以及因素分析统计法，确定了十六种人格特质。

(2)注意力分配与转移测试。良好的注意力应当具有高度的稳定性、集中性、广阔性和分配性。

(3)复杂反应测试。该测试是测定人对按一定时间间隔连续显示的多种随机视觉刺激信号和听觉刺激信号，从中选择出已决定的信号，并做出正确反应的能力，通过测试这种反应能力来考察人的视觉、听觉、识别、判断和选择等特性。

(4)学习能力测试。在学习能力测试中，被试者将看到多个特殊符号，需要将后面随机出现的符号所对应的数字填入到所对应的方格内，尽可能做到又快又对。

(5)瞬间记忆力测试。被试者将在屏幕中的红色方格中看到依次出现的若干个数字，同时也会有语音读出这些数字，每个数字大约停留1 s。需要不借助其他手段，完全凭借记忆力记住这些数字。

(6)速度预测测试。速度预测指受试者对物体运动速度感知判断的准确性，即对速度快慢的估计能力。估计偏高或偏低均影响判断的准确性。该项测试中，需要被测试者判断列车运行速度。

(7)作业稳定性测试。主要是对受试者的作业正确性、完成量以及作业过程的稳定性等情况进行检查。

(8)深度知觉测试。深度知觉测试是通过被测试者对移动物体与参照物距离的判断，来反应被测试者对速度、距离感的判断，以检测其是否可以正确判断深度距离的差异。

(9)视野范围能力测试。主要测试受试者对观察区域的视感知范围。例如：屏幕上随机位置上会突然出现若干只飞鸟，出现的飞鸟停留1 s后会自动消失。需要被测试者在飞鸟出现的时候，迅速判断出现飞鸟的个数。

动态驾驶适应性检测主要在模拟机上进行测评，在模拟驾驶过程中进行注意力分配、复杂反应、速度预测、作业稳定性、深度知觉和视野范围测试，获取机车车辆驾驶人员在模拟驾驶过程中，尤其是行车过程和应急状态下的各项指标数据，通过大样本统计分析，建立科学规划的动车组驾驶人员动态驾驶适应性评价标准，用于评判动车组驾驶人员在驾驶过程中的事故处理和应急反应水平。驾驶适应性测试结构框图如图2所示。

图2 驾驶适应性测试结构框图

2.2.2动车组驾驶理论考试

动车组驾驶理论考试科目完全依照现有模式进行，此处暂不作讨论。

2.2.3动车组驾驶实作考试

通过对动车组驾驶实作考试项目的标准化，确保每一个通过考试的学员都能完全达到安全高效驾驶动车组的要求。该部分内容绝大部分可在模拟驾驶台上完成[3]。

(1)动车组检查、故障查找及判断。

针对动车组检查和故障定位的技能要求为：熟练掌握从库内接车开始到动车组准备出库的全面检查程序，快速准确定位动车组各类故障。考核方式为学员按照标准的程序实施，根据现象定位故障。

(2)各种情况下的列车操纵。

针对动车组列车操纵的技能要求为：确保司机熟练掌握动车组牵引、制动、供风、计算机控制、通信、列控等系统原理及相关操作方法。熟练掌握动车组安全、正点运行和平稳操纵的技能，能在各种控车模式和不同自然条件下安全操纵动车组。列车操纵的考试项目大体可分为以下几类：①动车组的启动操纵；②途中运行操纵；③站内停车操纵；④动车组重联运行操纵；⑤各种故障情况下的操纵处理。

2.3 考核依据标准化

目前的实作考试考核方法是学员操作，考核教员评价打分的方式进行，考核依据以教员的主观意见为准，这是造成各路局考核标准不统一的最主要原因。考核依据的标准化建设实际是利用声音监测技术、动作捕捉技术和结果检测共同形成学员的客观操作过程，并以该客观操作过程比照固定的标准完成对学员操作的考核。

(1)理论考试考核依据标准化。理论考试以统一的试卷方式进行，因此其考核依据很容易做到标准一致。

(2)驾驶适应性测试考核依据标准化。根据前面的描述，研究并形成针对动车组驾驶员的各种驾驶适应性指标，如反应的时间、记忆的准确度、学习能力的大小、心理稳定度大小等等。

(3)驾驶操纵考核依据标准化。驾驶操纵主要表现在肢体动作、眼睛注视的位置和互换用语。针对这些操纵动作均有相应的规章制度和考核标准，因此该部分标准化应着手于客观采集并记录学员的操作动作，包括声音监测、手脚动作捕捉、眼睛注视监测等。

3 关键技术点

3.1 可穿戴式监测设备

针对捕捉动车组驾驶员的操作过程，开发可穿戴式监测设备(见图3)，包括动作捕捉系统、动态心率检测仪、无线数据传输设备、外接设备接口软件、摄像头、数据分析管理系统等内容。设定可穿戴设备监测的驾驶适应性指标，开发接口软件，实现可穿戴设备的数据采集功能，并进行实验研究，积累数据，通过动作捕捉和动态监测，获取机车车辆驾驶人员在模拟驾驶过程中，尤其是事故处理过程和应急状态下的各项指标数据，形成分析报告。

图3 可穿戴式监测设备

3.2 建立可穿戴式监测测试标准

建立可穿戴式监测测试模式和标准， 在动车组驾驶人员手部设置跟踪器， 通过系统捕捉跟踪器位置， 再经过计算机处理后得到三维空间坐标的数据， 来实现动车组驾驶人员的动作追踪； 利用动态

心率检测仪， 记录动车组驾驶人员模拟驾驶过程中的心率变化情况； 利用可穿戴监测设备， 追踪动车组驾驶人员的操作动作， 并监测动车组驾驶人员的心率、 反应时间等驾驶适应性数据。 通过数据传输设备， 将采集到的动车组驾驶人员模拟驾驶过程中的驾驶适应性数据传输至数据中心，从而建立标准化的驾驶适应性可穿戴式监测测试模式和标准(见图4)。

图4 动态驾驶测试模式

3.3 动车组模拟驾驶考试设备

在目前技术比较成熟的动车组培训用模拟驾驶设备的基础上， 开发出满足考试功能需求的模拟驾驶设备。 根据首次资格考试、转型/增驾考试、 日常技能鉴定等考核范围和要求， 以及不同的动车组类型， 确定各类设备应具备的功能。 模拟驾驶考试设备至少应包括操纵环境、 视景系统、 声音系统、 评价系统， 建立统一的模拟驾驶考试设备技术标准， 以保证模拟驾驶设备的一致性， 确保考核结果的公正性。

4 结束语

以上针对动车组模拟驾驶考试标准化建设进行了研究性讨论，主要对考试的装备、考试的科目和考核依据标准3个方面进行阐述，目标是形成动车组模拟驾驶考试标准化建设的可行性方案。通过文中的阐述，动车组模拟驾驶考试装备目前并不存在严重的困难，培训用动车组驾驶模拟器产品已经非常成熟且在全国各地铁路局均有使用，全国联网的动车组实作考试系统也并没有技术上的短板。考试科目的标准化是一项统计、整理和总结性的工作，需要在既有标准的基础上结合新加入的测试科目进行大量数据的分析研究，最终形成统一固化的客观标准。动车组驾驶考试评价标准的研究目前处于初级阶段，基于现有研究成果的不足， 文中进行了初步的探索性研究。针对驾驶员可穿戴设备可行性、驾驶员动作采集设备标准、驾驶员动作考核标准均需进一步深入研究。