郭樹祥

（國家鐵路局裝備技術(shù)中心，北京 豐臺 100070）

0 引言

鐵路作為我國經(jīng)濟(jì)大動脈，是交通運輸?shù)闹匾M成與核心部分，具有運量大、能耗低、占地少、污染小、安全可靠、效率高等特點。隨著我國高速鐵路迅猛發(fā)展，我國已成為世界上高速鐵路系統(tǒng)技術(shù)最全、運營里程最長、運行速度最高、在建規(guī)模最大的國家。截至2020 年底，全國鐵路運營里程超過14.63 萬公里，其中高鐵3.8 萬公里，居世界第一位[1]，所需要的配屬設(shè)施及資源需求量大且標(biāo)準(zhǔn)與要求均較高，對于不同專業(yè)不同工種不同能力層級的作業(yè)人員的需求量大，因此，快速、高效、體系化地對其專業(yè)與業(yè)務(wù)能力進(jìn)行培訓(xùn)至關(guān)重要。

在確保高速鐵路安全高效運營與平穩(wěn)準(zhǔn)點運行的前提下，如何構(gòu)建一套科學(xué)、客觀公正合理的動車組實作考核評價體系，能多快好省地實現(xiàn)動車組司快速、高效、體系、系統(tǒng)的培訓(xùn)考核，且能公平公正地選拔符合高速鐵路運營實際需求的人才，同時實現(xiàn)崗位晉升培訓(xùn)考核與技術(shù)比武等，已成為我國高速鐵路實現(xiàn)安全高效快速準(zhǔn)點運營亟待解決的重要課題。

1 CRH駕駛培訓(xùn)簡介

1.1 培訓(xùn)考核現(xiàn)狀分析

當(dāng)前大多數(shù)鐵路局與站段采用師傅帶徒弟一對一地跟車認(rèn)知熟悉、認(rèn)知熟悉、試操試作、獨立實操直至深知并熟悉動車組相關(guān)功能性與相應(yīng)的規(guī)章制度和作業(yè)流程，且被師傅認(rèn)同后才能上車駕駛實作，且無體系化與規(guī)范化的培訓(xùn)大綱、培訓(xùn)內(nèi)容、考核規(guī)則等，師傅的主觀因素對其培訓(xùn)與考核占比較大[2]，因采用實車對其進(jìn)行練習(xí)，具有較高的風(fēng)險甚至?xí)绊懭妨熊囌＿\營[3]。部分鐵路局與站段已采用模擬駕駛實訓(xùn)裝置，因其車型線路場景、實訓(xùn)裝置仿真度、不同供應(yīng)商培訓(xùn)考核課程場景等的差異性，導(dǎo)致相應(yīng)的培訓(xùn)與考核效果欠佳，不能快速有效地滿足鐵路日趨增長的培訓(xùn)需求，但可批量化地對初級學(xué)員的原理認(rèn)知、基本操作流程與作業(yè)規(guī)范等進(jìn)行培訓(xùn)，既不影響真實鐵路實際運營，又對列車實際運營無安全風(fēng)險[4]。

為全面提升培訓(xùn)效率規(guī)避一對一師傅帶徒弟的培訓(xùn)方法培訓(xùn)周期較長、手段較單一、安全風(fēng)險高，不僅費時費力，而且無法較好地模擬鐵路現(xiàn)場實際運營的故障、非正常與應(yīng)急處置場景，難以實現(xiàn)學(xué)員從入門到精通體系化、系統(tǒng)化的培訓(xùn)與考核目標(biāo)，無法有效緩解高速鐵路動車組司機(jī)日益激增的培訓(xùn)需求。

1.2 培訓(xùn)考核體系需求分析

隨著我國高速動車組的快速發(fā)展，動車組司機(jī)的培訓(xùn)考核內(nèi)容、形式與考核評價規(guī)則等研究工作持續(xù)深入。2010 年通過建立動車組司機(jī)勝任力模型，構(gòu)建了包括選拔、上崗、在崗、調(diào)崗、退役評價在內(nèi)的動車組司機(jī)職業(yè)安全評價體系，明確了動車組司機(jī)駕駛適應(yīng)性評價的指標(biāo)，但未給出動車組司機(jī)的能力模型與詳細(xì)的培訓(xùn)考核大綱[6]。2014 年駕駛適應(yīng)性測試正式納入動車組司機(jī)資格許可的條件，但當(dāng)前仍在靜態(tài)與動態(tài)測試階段[7]，且未與司機(jī)駕駛實作進(jìn)行關(guān)聯(lián)，應(yīng)用范圍受限。

鑒于我國高速鐵路發(fā)展速度與動車組司機(jī)培訓(xùn)現(xiàn)狀，建議采用動車組實體構(gòu)建虛實結(jié)合的仿真實體操作臺對司機(jī)進(jìn)行實訓(xùn)，再結(jié)合鐵路現(xiàn)場實際運營場景和動車組實體功能構(gòu)建集理論與實操為一體的培訓(xùn)考核體系，實現(xiàn)對動車組司機(jī)不同能力職級的理論與實作培訓(xùn)和考核。

2 基于匹配追蹤算法的培訓(xùn)考核體系研究

2.1 匹配追蹤算法基本原理

匹配追蹤算法是通過一組有限的特征向量Qi（i=1,2,…,N）對一個事物特性進(jìn)行線性表示：

式 （1） 中 ：x={x(i),i=1,2,...,N}；y={y(i),i=1,2,...,N}，觀測矩陣Q={Q(i,j),i=1,2,...,N,j=1,2,...,M}，然后根據(jù)特征向量y與觀測矩陣應(yīng)用優(yōu)化求逆方法對x進(jìn)行逆觀測解碼x?：

式 （2） 中：(·)T為向量轉(zhuǎn)置操作；(·)-1為矩陣求逆；y為至少包含個非零值的展開系數(shù)，即||y||0=則稱y在Q域是可表示的。

設(shè)目標(biāo)函數(shù)為：

將其最小化，即可得到最優(yōu)解x?，即：

式 （4） ～ （5） 中：||?||n為p-n范數(shù)；為重構(gòu)信號；ε為滿足重構(gòu)精度的閾值[5]。

2.2 基于匹配追蹤的培訓(xùn)考核模型

2.2.1 動車組列車功能集

根據(jù)動車組列車相關(guān)軟硬件功能特性與屬性參數(shù)精準(zhǔn)高逼真還原動車組列車并根據(jù)其模塊功能集：

式（6）中：j為功能模塊序號；i為每個子系統(tǒng)的功能項點，其中主要包括司機(jī)操縱設(shè)備、列控系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)、運行動感功能等，再對相應(yīng)模塊的功能進(jìn)行歸整分類。

2.2.2 動車組司機(jī)能力模型

根據(jù)鐵路相關(guān)規(guī)章制度和動車組司機(jī)能力要求構(gòu)建不同能力職級的能力模型：

式（7）中：j為能力項序號；i為每個能力項的能力項點，主要包括理論與實作兩項能力，再根據(jù)能力項歸整梳理相應(yīng)的能力項點。

2.2.3 培訓(xùn)大綱

根據(jù)動車組司機(jī)能力模型、動車組功能集和鐵路現(xiàn)場實際運營場景中的故障、非正常、應(yīng)急處置場景、線路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置、線路各種標(biāo)志/標(biāo)識牌設(shè)置構(gòu)建培訓(xùn)大綱與體系：

式（8）中：j為培訓(xùn)類型；i為每個培訓(xùn)類型的培訓(xùn)內(nèi)容，主要包括基礎(chǔ)理論、操作理論、運行操作、故障處置、非正常與應(yīng)急處置等。

2.2.4 考核大綱

根據(jù)動車組司機(jī)《國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)編制技術(shù)規(guī)程》與能力模型分別歸整梳理不同能力職級的專業(yè)技術(shù)與業(yè)務(wù)需求并制定相應(yīng)的考核評價規(guī)則：

式（9）中：j為能力職級；i為每個能力職級對應(yīng)的考核規(guī)則，主要包括三級/高級工、二級/技師、一級/高級技師。

2.2.5 學(xué)員潛在知識集

根據(jù)參訓(xùn)人員學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo)與動車組能力模型和培訓(xùn)與考核大綱進(jìn)行綜合評測分析潛在知識儲備：

式（10）中：j為能力儲備項，i為每個能力儲備項對應(yīng)的能力項點，主要包括理論與實作兩個部分。

2.3 駕駛實作培訓(xùn)考核體系

動車組駕駛實作培訓(xùn)考核體系以鐵路各項規(guī)章制度、法律法規(guī)和動車組實訓(xùn)設(shè)備功能集P為基礎(chǔ)，以動車組司機(jī)能力模型Q、培訓(xùn)大綱R、考核大綱S為核心，以參訓(xùn)人員教學(xué)任務(wù)目標(biāo)U為綱要，分別評測參訓(xùn)人員潛在知識儲備能力T和求知欲度Z，然后根據(jù)Z制定相應(yīng)的教學(xué)與課程計劃，再根據(jù)教學(xué)過程數(shù)據(jù)計算其課程掌握程度Z與學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo)符合度Qf cor，最后給出相應(yīng)的反饋指導(dǎo)培訓(xùn)意見。其中m與n的值為不定值，與實際計算的值為準(zhǔn)。

具體方案如下所示。具體方法步驟如下：

（1）潛在知識儲備能力計算。

式（11）中：α={ }α(j,i),j= 1,2,...,M,i= 1,2,...,N,M

（2）參訓(xùn)人員求知欲度計算。

式（12）中：β={ }β(j,i),j= 1,2,...,M,i= 1,2,...,N,M

（3）參訓(xùn)人員課程掌握程度計算。

式（13）中：γ={ }γ(j,i),j= 1,2,...,M,i= 1,2,...,N,M

（4）根據(jù)參訓(xùn)人員的求知欲度Z與課程學(xué)習(xí)掌握程度y，計算其能力項與知識項點的相似度。

3 仿真實例分析

本文以動車組司機(jī)三級/高級工的技能要求與相關(guān)知識構(gòu)建模型，并應(yīng)用匹配追蹤算法對參訓(xùn)人員的學(xué)習(xí)任務(wù)執(zhí)行方式方法、培訓(xùn)大綱、考核大綱等進(jìn)行優(yōu)化。鑒于動車組實訓(xùn)設(shè)備、能力模型、培訓(xùn)大綱、考核大綱、知識儲備等的維度與類型差異很大，不便于統(tǒng)一計算推理論證，抽象歸整各模型矩陣元素并標(biāo)準(zhǔn)歸一化為各行元素和均為“1”，即為矩陣符號。相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建實例化矩陣如下：

參訓(xùn)人員入學(xué)理論與實操測試各項能力的權(quán)重項為：

參訓(xùn)人員的學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo)為：

故障操作、應(yīng)急處置與非正常處置占比較高；

為根據(jù)參訓(xùn)人員學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo)U制定相應(yīng)教學(xué)培訓(xùn)計劃與各項課程的占比即三級動車組司培訓(xùn)考核項點權(quán)重；參訓(xùn)人員學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo)權(quán)重系數(shù)為：

根據(jù)以上實例化模型數(shù)據(jù)計算培訓(xùn)考核體系構(gòu)建的有效性與合理性，方法及步驟如下：

（1）根據(jù)參訓(xùn)人員入學(xué)測試與培訓(xùn)和考核大綱計算其學(xué)員潛在知識集。

從數(shù)據(jù)可看出，該同學(xué)對基礎(chǔ)與專業(yè)知識掌握得比較好，對行車設(shè)備、動車組車內(nèi)設(shè)備和駕駛心理學(xué)這塊比較薄弱。

（2）基于參訓(xùn)人員學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo)U、各項專業(yè)課程權(quán)重β計算求知欲度。

（3）參訓(xùn)人員課程掌握程度。

（4）根據(jù)參訓(xùn)人員的求知欲度Z與課程學(xué)習(xí)掌握程度y得到Qf cor= 0.872，已較好地完成了學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo)，但仍需在動車組操縱、故障與非正常處置方面需加強。

4 結(jié)語

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，動車組司機(jī)綜合素質(zhì)已成為鐵路運營安全的重要因素。本文通過分析動車組司機(jī)既有培訓(xùn)現(xiàn)狀與考核評價方式，組建了基于實訓(xùn)設(shè)備-人-場景系統(tǒng)為原型的培訓(xùn)考核體系，構(gòu)建了動車組實訓(xùn)設(shè)備功能集、動車組司機(jī)能力模型、培訓(xùn)大綱、考核大綱、學(xué)員潛在知識儲備、教學(xué)任務(wù)目標(biāo)等模型，并應(yīng)用匹配追蹤算法橫向拉通各專業(yè)能力項點與課程場景，縱向貫通并循環(huán)優(yōu)化教學(xué)練考評各個環(huán)節(jié)，能實現(xiàn)不同能力職級動車組司機(jī)的培訓(xùn)與考核規(guī)劃和指導(dǎo)建議。實驗數(shù)據(jù)表明，該方法能較好地凸顯參訓(xùn)人員各個環(huán)節(jié)的薄弱點、優(yōu)勢項與不足，同時也能修正課程目標(biāo)并同步反饋修訂相應(yīng)的教學(xué)培訓(xùn)與考核大綱，可為全路不同路局、站段、車間相關(guān)技術(shù)員的培訓(xùn)與考核提供一定的參考。