劉國桐，張惟皎，喻冰春，蘇浩天

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 電子計算 技術(shù)研究所，北京 100081)

1 鐵路司機手冊現(xiàn)狀分析

鐵路司機手冊是鐵路司機在擔(dān)當(dāng)乘務(wù)任務(wù)時隨身攜帶的用于記錄注意事項、重要作業(yè)數(shù)據(jù)、關(guān)鍵時間節(jié)點、列車檢查記錄等信息的裝訂紙質(zhì)資料。其主要意義是統(tǒng)計機車各類信息、考核乘務(wù)員出勤質(zhì)量，協(xié)助機務(wù)段對經(jīng)濟效益作出評價和對司機運輸作業(yè)進行指導(dǎo)。作為鐵路機務(wù)的重要資料，司機手冊一直以紙質(zhì)形態(tài)使用、管理，傳統(tǒng)紙質(zhì)作業(yè)方式存在很多不足，具體問題如下。

（1）紙質(zhì)資料攜帶不便。手冊裝訂后比較厚重，增加機車乘務(wù)員出勤負擔(dān)。

（2）司機在作業(yè)時填寫司機手冊不利于行車安全。紙質(zhì)手冊完全依靠人工填寫，司機在作業(yè)時不能把注意力全部放到駕駛上。

（3）人工填寫導(dǎo)致可讀性變差。手冊內(nèi)信息為手寫記錄，由于書寫不規(guī)范、簡寫、連筆等原因會影響可讀性。

（4）紙質(zhì)資料不易管理。對于管理人員來說，司機手冊數(shù)量大、更新速度快、內(nèi)容繁雜，不利于管理統(tǒng)計。

（5）紙質(zhì)資料的信息不易提取。對于數(shù)量龐大的手記信息，人工分析效率低，無法對信息進行有效的歸類，不利于事后分析問題，無法提供客觀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

機車乘務(wù)員擔(dān)當(dāng)著運輸生產(chǎn)的重要角色，是運輸任務(wù)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，但乘務(wù)作業(yè)信息采集、輔助支持、專業(yè)管理仍然停留在初級階段[1]，迫切需要利用信息化手段開展全路范圍內(nèi)的鐵路司機電子手冊系統(tǒng)建設(shè)工作[2]，通過司機手冊電子化改變傳統(tǒng)作業(yè)模式，進而解決司機作業(yè)流程和管理模式的弊端[3]。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和機務(wù)信息化的推進，大數(shù)據(jù)平臺在鐵路領(lǐng)域的廣泛使用[4-5]，列車運行控制記錄裝置(LKJ)、機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(TCMS)、機車車載安全防護系統(tǒng)(6A)、列車運行監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測管理系統(tǒng)(LMD)和客車安全監(jiān)測系統(tǒng)(TCDS)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的支持[6]，通過引入先進的網(wǎng)絡(luò)通訊、移動應(yīng)用、地面數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以實現(xiàn)全路層面的司機手冊電子化[7]，在保障作業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)上進一步減少手工記錄、輔助作業(yè)環(huán)節(jié)、檢查執(zhí)行流程，使機車乘務(wù)員將更多的精力放到行車中保證運輸安全[8-9]。

2 鐵路司機電子手冊總體設(shè)計研究

2.1 業(yè)務(wù)需求分析

根據(jù)當(dāng)前司機作業(yè)方式以及自上而下的多級管理方式，可以從中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)、鐵路局集團公司、機務(wù)段、運用車間及乘務(wù)作業(yè)人員5個維度分析業(yè)務(wù)需求。

（1）國鐵集團。面向機輛部(安運處)等管理人員，發(fā)布全路統(tǒng)一的行車資料規(guī)范、運用管理規(guī)范、安全管理規(guī)范等，查看全路乘務(wù)運用情況、運用指標(biāo)統(tǒng)計及行車安全問題。

（2）鐵路局集團公司。面向機務(wù)部(運用科、安全科)等管理人員，主要負責(zé)全局統(tǒng)一的行車資料規(guī)范、運用管理規(guī)范、安全管理規(guī)范，添乘檢查，查看局管內(nèi)乘務(wù)運用情況、運用指標(biāo)統(tǒng)計及行車安全問題。

（3）機務(wù)段。面向運用科、安全科等管理人員，主要負責(zé)段內(nèi)運用安全管理、司機作業(yè)規(guī)范管理、應(yīng)急處置、添乘檢查等，查看段內(nèi)乘務(wù)運用情況、運用指標(biāo)統(tǒng)計及行車安全問題。

（4）運用車間。面向車間主任、車隊長、指導(dǎo)司機，需要對司機乘務(wù)作業(yè)的各個維度進行管理及考核，包含安全作業(yè)管理、計工管理及添乘檢查等方面。

（5）乘務(wù)作業(yè)人員。面向司機、副司機、學(xué)員，提供查詢下載出勤資料、記錄乘務(wù)作業(yè)、采集乘務(wù)信息及線上考核等功能。

2.2 系統(tǒng)創(chuàng)新性需求分析

鐵路司機電子手冊設(shè)計及應(yīng)用需要從根本上改變司機傳統(tǒng)作業(yè)方式和機務(wù)乘務(wù)管理模式，從源頭解決傳統(tǒng)機務(wù)作業(yè)和管理的弊端，對于保障行車安全、提高運輸質(zhì)量、增加管理效率進而增加經(jīng)濟效益有重要意義。

（1）通過移動互聯(lián)方式進行信息采集，提高信息精準度。鐵路司機電子手冊依靠機務(wù)各類系統(tǒng)進行綁定，對信息進行自動化采集，提高采集效率和信息精準度。

（2）通過數(shù)字化改變傳統(tǒng)作業(yè)方式，解決行車安全隱患。鐵路司機電子手冊的出現(xiàn)需要重構(gòu)乘務(wù)員傳統(tǒng)作業(yè)流程。乘務(wù)員出勤時不需要攜帶厚重的紙質(zhì)資料，只需登錄系統(tǒng)簽到后綁定機車即可。

（3）通過節(jié)約生產(chǎn)資料成本及人力資源成本，增加經(jīng)濟效益。目前我國全路有3萬多名司機，其紙質(zhì)資料的產(chǎn)出是一筆巨大的開支，而移動終端一次裝配可以使用多年，大大節(jié)約生產(chǎn)資料成本。鐵路司機電子手冊代替人工對信息進行分析處理，可節(jié)約大量人力資源成本。

3 鐵路司機電子手冊架構(gòu)設(shè)計

3.1 總體架構(gòu)

鐵路司機電子手冊總體架構(gòu)分為數(shù)據(jù)源、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)存儲層、分析層及業(yè)務(wù)應(yīng)用層，鐵路司機電子手冊總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 鐵路司機電子手冊總體架構(gòu)Fig.1 Overall structure of railway driver’s electronic manual

（1）數(shù)據(jù)源。通過接入既有機務(wù)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入乘務(wù)作業(yè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為鐵路司機電子手冊提供數(shù)據(jù)支撐。

（2）數(shù)據(jù)傳輸層。將移動端采集的數(shù)據(jù)傳遞到地面系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通過加密解密方式在互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)之間傳遞。

（3）數(shù)據(jù)存儲層。存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對乘務(wù)作業(yè)的核心數(shù)據(jù)存儲并進行管理，為管理人員提供數(shù)據(jù)保障。

（4）分析層。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對采集到的數(shù)據(jù)進行聚類分類，采用云計算、云存儲等技術(shù)，達到對乘務(wù)作業(yè)實時監(jiān)聽、動態(tài)分析、精準預(yù)測的目的。

（5）業(yè)務(wù)應(yīng)用層。機車乘務(wù)員使用移動終端APP代替紙質(zhì)司機手冊，站段利用鐵路司機電子手冊地面管理系統(tǒng)對乘務(wù)作業(yè)進行實時動態(tài)的監(jiān)測及管理。

3.2 技術(shù)架構(gòu)

鐵路司機電子手冊采用基于微服務(wù)的Docker容器技術(shù)和PaaS云平臺架構(gòu)進行開發(fā)。開發(fā)人員主要利用Spring Cloud框架提供的基礎(chǔ)設(shè)施、中間件及數(shù)據(jù)服務(wù)等資源，將鐵路司機電子手冊的具體業(yè)務(wù)拆分為各個獨立的服務(wù)單元，便于隨時添加或刪除業(yè)務(wù)模塊，提高軟件開發(fā)效率。鐵路司機電子手冊技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 鐵路司機電子手冊技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Technical structure of railway driver’s electronic manual

系統(tǒng)采用云原生架構(gòu)的理念，利用既有的基礎(chǔ)設(shè)施資源在統(tǒng)一PaaS平臺上進行開發(fā)，將司機手冊的業(yè)務(wù)拆分成各個相對獨立的業(yè)務(wù)模塊，通過微服務(wù)框架的核心組件對系統(tǒng)功能進行實現(xiàn)，對核心服務(wù)進行分布式部署，便于其持續(xù)更新與交付。其應(yīng)用主要在Web網(wǎng)站、移動終端APP及后臺服務(wù)3個方面，使用者分別對應(yīng)管理人員、乘務(wù)人員及運維人員。

4 鐵路司機電子手冊應(yīng)用設(shè)計研究

4.1 應(yīng)用流程設(shè)計

鐵路司機電子手冊功能覆蓋了動車組、客運機車、貨運機車、調(diào)車機車司機的傳統(tǒng)作業(yè)流程，按照出勤、乘務(wù)作業(yè)、退勤3個方面劃分業(yè)務(wù)以實現(xiàn)系統(tǒng)功能。鐵路司機電子手冊業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 鐵路司機電子手冊業(yè)務(wù)流程Fig.3 Business process of railway driver’s electronic manual

（1）出勤。司機在派班室進行酒精檢測、驗證指紋，領(lǐng)取運行揭示后，在鐵路司機電子手冊手持終端上通過掃描二維碼或人臉識別等方式登入系統(tǒng)，系統(tǒng)按照用戶信息獲取出勤時間、司機、副司機、車型、車號、車次等信息，根據(jù)車次及區(qū)段信息獲取對應(yīng)運行揭示，通過乘務(wù)出勤系統(tǒng)獲取出勤小組會、安全預(yù)想、安全措施信息。司機在手持終端確認信息無誤能夠出勤后由調(diào)度員通過人臉識別進行電子簽章。

（2）乘務(wù)作業(yè)。鐵路司機電子手冊系統(tǒng)根據(jù)登錄用戶的信息區(qū)分動車司機和客/貨司機，2種類型的司機通過進入不同的界面，細化不同類型司機的業(yè)務(wù)項點。動車司機業(yè)務(wù)流程包括出所作業(yè)、列車運行、站接繼乘及入所作業(yè)；客/貨司機業(yè)務(wù)流程包含整備作業(yè)和列車運行，其中列車運行又包含了制動機試驗、車次更換、穿正調(diào)車和途中記事。鐵路司機電子手冊通過拉取列車時刻表及LKJ數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動過站記點，自動填寫支線號、股道號及制動機試驗等信息。

（3）退勤。司機在派班室退勤時，在移動終端進行退勤操作，隨后調(diào)度員通過掃描二維碼或者人臉識別等方式在移動終端進行電子簽章，確保司機乘務(wù)作業(yè)已完成。

4.2 應(yīng)用功能設(shè)計

鐵路司機電子手冊包含移動終端APP和地面系統(tǒng)2部分，乘務(wù)員通過與移動終端的人機交互代替填寫紙質(zhì)司機手冊，地面系統(tǒng)實時與移動端通信保持數(shù)據(jù)傳輸。鐵路司機電子手冊功能設(shè)計如圖4所示。

圖4 鐵路司機電子手冊功能設(shè)計Fig.4 Function design of railway driver’s electronic manual

4.2.1 司機手冊移動端功能

（1）出勤。參照傳統(tǒng)作業(yè)流程，司機通過人臉或指紋識別驗證身份后由調(diào)度員進行電子簽章。

（2）出所作業(yè)。由動車組司機進行填報，通過運統(tǒng)1系統(tǒng)獲取存放股道、交路號、車站號等信息。

（3）整備作業(yè)。由客/貨司機進行填報，通過列車時刻表獲取交路號、車站號，通過運統(tǒng)1系統(tǒng)獲取輛數(shù)、噸位、換長。

（4）途中作業(yè)。動車司機作業(yè)包含列車運行、站接繼乘、途中記事功能；客車作業(yè)包含列車運行、制動機試驗、穿正調(diào)車、途中記事功能；貨車司機作業(yè)包含列車運行、制動機試驗、穿正調(diào)車、聯(lián)控股道支線號記錄、車次更換、途中記事等功能。

（5）入所作業(yè)。由動車組司機進行填報，通過雙擊或者選擇入所信號確認時間、斷電降弓時間、止輪器設(shè)置時間，手寫筆錄入隨車機械師簽字。

（6）退勤。通過人臉或二維碼識別司機身份，由調(diào)度員確認后簽章。

4.2.2 司機手冊地面系統(tǒng)功能

（1）司機手冊管理。地面人員能夠按司機、出勤時間、車次、出退勤狀態(tài)等維度對司機手冊進行查詢、導(dǎo)出等功能。

（2）時刻表管理。支持列車時刻表的查詢、編輯及批量導(dǎo)入功能。

（3）資料管理。實現(xiàn)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)、規(guī)章制度、應(yīng)急處置辦法分級分類管理，資料文件可支持文檔、圖片、視頻、動畫等多種格式，并根據(jù)自定義的發(fā)放范圍進行資料推送，能夠統(tǒng)計、展示用戶的閱讀情況。

（4）移動端管理。對接入系統(tǒng)的移動端進行管理，可以實時記錄移動智能終端狀態(tài)，包括設(shè)備編號、設(shè)備狀態(tài)、ROM信息、使用人、軟件版本等信息，移動智能終端與地面系統(tǒng)在同一無線局域網(wǎng)環(huán)境下，地面系統(tǒng)能夠判斷移動終端版本并進行自動升級(移動智能終端檢測是否更新)。

（5）統(tǒng)計分析。對司機出勤情況、乘務(wù)勞時、開行實績進行統(tǒng)計分析。

（6）通知公告。能夠編輯上傳記名傳達、嚴控提示、安全風(fēng)險銷號提示、兩違信息提醒等公告及文件。

（7）系統(tǒng)管理。包含組織機構(gòu)、角色、資源、菜單、日志、數(shù)據(jù)字典等功能。

5 結(jié)束語

鐵路司機電子手冊作為記錄司機出勤作業(yè)狀況和機車狀態(tài)的重要信息載體，對于掌握乘務(wù)作業(yè)和機車動態(tài)有重要意義。通過在機務(wù)管理平臺上搭建鐵路司機電子手冊實現(xiàn)乘務(wù)作業(yè)數(shù)據(jù)跨局共享，實現(xiàn)每趟乘務(wù)作業(yè)數(shù)據(jù)鏈路完整閉環(huán)；基于既有網(wǎng)絡(luò)充分考慮網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)合理性及通用性；通過平臺將既有系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入，盡可能解放機車乘務(wù)員手工錄入操作；最終實現(xiàn)司機手冊電子化，以達到指導(dǎo)乘務(wù)作業(yè)、保障運輸安全、節(jié)支降耗、提質(zhì)增效的目的。