铁路司机电子手册设计及应用研究

刘国桐，张惟皎，喻冰春，苏浩天

（1.中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算 技术研究所，北京 100081)

1 铁路司机手册现状分析

铁路司机手册是铁路司机在担当乘务任务时随身携带的用于记录注意事项、重要作业数据、关键时间节点、列车检查记录等信息的装订纸质资料。其主要意义是统计机车各类信息、考核乘务员出勤质量，协助机务段对经济效益作出评价和对司机运输作业进行指导。作为铁路机务的重要资料，司机手册一直以纸质形态使用、管理，传统纸质作业方式存在很多不足，具体问题如下。

（1）纸质资料携带不便。手册装订后比较厚重，增加机车乘务员出勤负担。

（2）司机在作业时填写司机手册不利于行车安全。纸质手册完全依靠人工填写，司机在作业时不能把注意力全部放到驾驶上。

（3）人工填写导致可读性变差。手册内信息为手写记录，由于书写不规范、简写、连笔等原因会影响可读性。

（4）纸质资料不易管理。对于管理人员来说，司机手册数量大、更新速度快、内容繁杂，不利于管理统计。

（5）纸质资料的信息不易提取。对于数量庞大的手记信息，人工分析效率低，无法对信息进行有效的归类，不利于事后分析问题，无法提供客观系统的数据分析结果。

机车乘务员担当着运输生产的重要角色，是运输任务中最关键的环节，但乘务作业信息采集、辅助支持、专业管理仍然停留在初级阶段[1]，迫切需要利用信息化手段开展全路范围内的铁路司机电子手册系统建设工作[2]，通过司机手册电子化改变传统作业模式，进而解决司机作业流程和管理模式的弊端[3]。

随着网络技术的发展和机务信息化的推进，大数据平台在铁路领域的广泛使用[4-5]，列车运行控制记录装置(LKJ)、机车网络控制系统(TCMS)、机车车载安全防护系统(6A)、列车运行监控设备监测管理系统(LMD)和客车安全监测系统(TCDS)等系统数据的支持[6]，通过引入先进的网络通讯、移动应用、地面数据分析技术可以实现全路层面的司机手册电子化[7]，在保障作业规范的基础上进一步减少手工记录、辅助作业环节、检查执行流程，使机车乘务员将更多的精力放到行车中保证运输安全[8-9]。

2 铁路司机电子手册总体设计研究

2.1 业务需求分析

根据当前司机作业方式以及自上而下的多级管理方式，可以从中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)、铁路局集团公司、机务段、运用车间及乘务作业人员5个维度分析业务需求。

（1）国铁集团。面向机辆部(安运处)等管理人员，发布全路统一的行车资料规范、运用管理规范、安全管理规范等，查看全路乘务运用情况、运用指标统计及行车安全问题。

（2）铁路局集团公司。面向机务部(运用科、安全科)等管理人员，主要负责全局统一的行车资料规范、运用管理规范、安全管理规范，添乘检查，查看局管内乘务运用情况、运用指标统计及行车安全问题。

（3）机务段。面向运用科、安全科等管理人员，主要负责段内运用安全管理、司机作业规范管理、应急处置、添乘检查等，查看段内乘务运用情况、运用指标统计及行车安全问题。

（4）运用车间。面向车间主任、车队长、指导司机，需要对司机乘务作业的各个维度进行管理及考核，包含安全作业管理、计工管理及添乘检查等方面。

（5）乘务作业人员。面向司机、副司机、学员，提供查询下载出勤资料、记录乘务作业、采集乘务信息及线上考核等功能。

2.2 系统创新性需求分析

铁路司机电子手册设计及应用需要从根本上改变司机传统作业方式和机务乘务管理模式，从源头解决传统机务作业和管理的弊端，对于保障行车安全、提高运输质量、增加管理效率进而增加经济效益有重要意义。

（1）通过移动互联方式进行信息采集，提高信息精准度。铁路司机电子手册依靠机务各类系统进行绑定，对信息进行自动化采集，提高采集效率和信息精准度。

（2）通过数字化改变传统作业方式，解决行车安全隐患。铁路司机电子手册的出现需要重构乘务员传统作业流程。乘务员出勤时不需要携带厚重的纸质资料，只需登录系统签到后绑定机车即可。

（3）通过节约生产资料成本及人力资源成本，增加经济效益。目前我国全路有3万多名司机，其纸质资料的产出是一笔巨大的开支，而移动终端一次装配可以使用多年，大大节约生产资料成本。铁路司机电子手册代替人工对信息进行分析处理，可节约大量人力资源成本。

3 铁路司机电子手册架构设计

3.1 总体架构

铁路司机电子手册总体架构分为数据源、网络传输层、数据存储层、分析层及业务应用层，铁路司机电子手册总体架构如图1所示。

图1 铁路司机电子手册总体架构Fig.1 Overall structure of railway driver’s electronic manual

（1）数据源。通过接入既有机务信息系统的数据，导入乘务作业关键数据，为铁路司机电子手册提供数据支撑。

（2）数据传输层。将移动端采集的数据传递到地面系统，数据通过加密解密方式在互联网、移动网络和局域网之间传递。

（3）数据存储层。存储关键数据，对乘务作业的核心数据存储并进行管理，为管理人员提供数据保障。

（4）分析层。利用大数据技术，对采集到的数据进行聚类分类，采用云计算、云存储等技术，达到对乘务作业实时监听、动态分析、精准预测的目的。

（5）业务应用层。机车乘务员使用移动终端APP代替纸质司机手册，站段利用铁路司机电子手册地面管理系统对乘务作业进行实时动态的监测及管理。

3.2 技术架构

铁路司机电子手册采用基于微服务的Docker容器技术和PaaS云平台架构进行开发。开发人员主要利用Spring Cloud框架提供的基础设施、中间件及数据服务等资源，将铁路司机电子手册的具体业务拆分为各个独立的服务单元，便于随时添加或删除业务模块，提高软件开发效率。铁路司机电子手册技术架构如图2所示。

图2 铁路司机电子手册技术架构Fig.2 Technical structure of railway driver’s electronic manual

系统采用云原生架构的理念，利用既有的基础设施资源在统一PaaS平台上进行开发，将司机手册的业务拆分成各个相对独立的业务模块，通过微服务框架的核心组件对系统功能进行实现，对核心服务进行分布式部署，便于其持续更新与交付。其应用主要在Web网站、移动终端APP及后台服务3个方面，使用者分别对应管理人员、乘务人员及运维人员。

4 铁路司机电子手册应用设计研究

4.1 应用流程设计

铁路司机电子手册功能覆盖了动车组、客运机车、货运机车、调车机车司机的传统作业流程，按照出勤、乘务作业、退勤3个方面划分业务以实现系统功能。铁路司机电子手册业务流程如图3所示。

图3 铁路司机电子手册业务流程Fig.3 Business process of railway driver’s electronic manual

（1）出勤。司机在派班室进行酒精检测、验证指纹，领取运行揭示后，在铁路司机电子手册手持终端上通过扫描二维码或人脸识别等方式登入系统，系统按照用户信息获取出勤时间、司机、副司机、车型、车号、车次等信息，根据车次及区段信息获取对应运行揭示，通过乘务出勤系统获取出勤小组会、安全预想、安全措施信息。司机在手持终端确认信息无误能够出勤后由调度员通过人脸识别进行电子签章。

（2）乘务作业。铁路司机电子手册系统根据登录用户的信息区分动车司机和客/货司机，2种类型的司机通过进入不同的界面，细化不同类型司机的业务项点。动车司机业务流程包括出所作业、列车运行、站接继乘及入所作业；客/货司机业务流程包含整备作业和列车运行，其中列车运行又包含了制动机试验、车次更换、穿正调车和途中记事。铁路司机电子手册通过拉取列车时刻表及LKJ数据实现自动过站记点，自动填写支线号、股道号及制动机试验等信息。

（3）退勤。司机在派班室退勤时，在移动终端进行退勤操作，随后调度员通过扫描二维码或者人脸识别等方式在移动终端进行电子签章，确保司机乘务作业已完成。

4.2 应用功能设计

铁路司机电子手册包含移动终端APP和地面系统2部分，乘务员通过与移动终端的人机交互代替填写纸质司机手册，地面系统实时与移动端通信保持数据传输。铁路司机电子手册功能设计如图4所示。

图4 铁路司机电子手册功能设计Fig.4 Function design of railway driver’s electronic manual

4.2.1 司机手册移动端功能

（1）出勤。参照传统作业流程，司机通过人脸或指纹识别验证身份后由调度员进行电子签章。

（2）出所作业。由动车组司机进行填报，通过运统1系统获取存放股道、交路号、车站号等信息。

（3）整备作业。由客/货司机进行填报，通过列车时刻表获取交路号、车站号，通过运统1系统获取辆数、吨位、换长。

（4）途中作业。动车司机作业包含列车运行、站接继乘、途中记事功能；客车作业包含列车运行、制动机试验、穿正调车、途中记事功能；货车司机作业包含列车运行、制动机试验、穿正调车、联控股道支线号记录、车次更换、途中记事等功能。

（5）入所作业。由动车组司机进行填报，通过双击或者选择入所信号确认时间、断电降弓时间、止轮器设置时间，手写笔录入随车机械师签字。

（6）退勤。通过人脸或二维码识别司机身份，由调度员确认后签章。

4.2.2 司机手册地面系统功能

（1）司机手册管理。地面人员能够按司机、出勤时间、车次、出退勤状态等维度对司机手册进行查询、导出等功能。

（2）时刻表管理。支持列车时刻表的查询、编辑及批量导入功能。

（3）资料管理。实现业务学习、规章制度、应急处置办法分级分类管理，资料文件可支持文档、图片、视频、动画等多种格式，并根据自定义的发放范围进行资料推送，能够统计、展示用户的阅读情况。

（4）移动端管理。对接入系统的移动端进行管理，可以实时记录移动智能终端状态，包括设备编号、设备状态、ROM信息、使用人、软件版本等信息，移动智能终端与地面系统在同一无线局域网环境下，地面系统能够判断移动终端版本并进行自动升级(移动智能终端检测是否更新)。

（5）统计分析。对司机出勤情况、乘务劳时、开行实绩进行统计分析。

（6）通知公告。能够编辑上传记名传达、严控提示、安全风险销号提示、两违信息提醒等公告及文件。

（7）系统管理。包含组织机构、角色、资源、菜单、日志、数据字典等功能。

5 结束语

铁路司机电子手册作为记录司机出勤作业状况和机车状态的重要信息载体，对于掌握乘务作业和机车动态有重要意义。通过在机务管理平台上搭建铁路司机电子手册实现乘务作业数据跨局共享，实现每趟乘务作业数据链路完整闭环；基于既有网络充分考虑网络架构合理性及通用性；通过平台将既有系统数据接入，尽可能解放机车乘务员手工录入操作；最终实现司机手册电子化，以达到指导乘务作业、保障运输安全、节支降耗、提质增效的目的。