楊聚芬，顧傳揚(yáng)，劉志鋼，于 錚

（上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院，上海 201620）

1 引言

地鐵運(yùn)營(yíng)過程中，設(shè)備故障、惡劣天氣、突發(fā)事件、行車事件等各項(xiàng)非正常條件不可避免地會(huì)影響列車正常運(yùn)行，甚至威脅到乘客安全。在故障應(yīng)對(duì)措施中，司機(jī)應(yīng)急處置能力是最后一道防線。地鐵司機(jī)應(yīng)急處置作業(yè)是由多個(gè)復(fù)雜作業(yè)組成的危險(xiǎn)任務(wù)，在應(yīng)急場(chǎng)景下司機(jī)需要準(zhǔn)確、及時(shí)地進(jìn)行應(yīng)急處置作業(yè)，其應(yīng)急處置績(jī)效直接影響到列車能否盡快恢復(fù)安全運(yùn)營(yíng)。因此，研究影響應(yīng)急處置績(jī)效的因素、有針對(duì)性地對(duì)司機(jī)進(jìn)行可提升應(yīng)急處置績(jī)效的相關(guān)知識(shí)技能的培訓(xùn)，對(duì)降低事故風(fēng)險(xiǎn)、提高地鐵運(yùn)營(yíng)安全具有重要意義。

Thomas 等人[1]研究發(fā)現(xiàn)遲到和曠工等工作行為與工作績(jī)效相關(guān)性較強(qiáng)。Maghsoudipour 等人[2]提出認(rèn)知能力可以顯著影響工作績(jī)效。陳亮等人[3]指出個(gè)人特征、行為與素質(zhì)是評(píng)價(jià)績(jī)效的重要組成部分。郭名等人[4]指出司機(jī)的責(zé)任感等心理性格因素與工作績(jī)效相關(guān)，并構(gòu)建了關(guān)系模型。陳東旭[5]通過建立地鐵司機(jī)行車過程中的作業(yè)行為響應(yīng)模型，研究影響安全績(jī)效的多因素組合，驗(yàn)證了地鐵司機(jī)對(duì)自身崗位的認(rèn)知能力會(huì)正向影響績(jī)效。

本文從地鐵司機(jī)應(yīng)急處置作業(yè)出發(fā)，通過作業(yè)分析法在應(yīng)急處置模擬實(shí)訓(xùn)室中對(duì)各應(yīng)急處置作業(yè)的模擬成績(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，基于提出的應(yīng)急處置績(jī)效分類方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，隨后構(gòu)建應(yīng)急處置作業(yè)的影響因素體系并篩選不同應(yīng)急處置作業(yè)的績(jī)效重要影響因素，最后通過分類模型對(duì)績(jī)效的預(yù)測(cè)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，為提升地鐵司機(jī)應(yīng)急處置績(jī)效提供依據(jù)和建議。

2 地鐵司機(jī)應(yīng)急處置

2.1 地鐵司機(jī)應(yīng)急處置作業(yè)

地鐵司機(jī)應(yīng)急處置是指針對(duì)行車過程中發(fā)生的設(shè)備故障、惡劣天氣、突發(fā)事件、行車事件等非正常情況做出迅速、有效的響應(yīng)并果斷采取相應(yīng)措施：首先接收故障現(xiàn)象的感官刺激，隨后判斷和識(shí)別故障類別，最后做出反應(yīng)排除故障，即刺激、決策及反應(yīng)[6]3 個(gè)階段。地鐵司機(jī)在刺激階段調(diào)用視覺、聽覺資源進(jìn)行處置操作，在決策階段調(diào)用認(rèn)知資源進(jìn)行處置操作，在反應(yīng)階段調(diào)用動(dòng)作資源進(jìn)行處置操作。

在應(yīng)急處置作業(yè)的執(zhí)行過程中，地鐵司機(jī)需確保地鐵安全恢復(fù)運(yùn)營(yíng)并最大程度減小延誤，故應(yīng)急處置作業(yè)各階段操作需準(zhǔn)確、及時(shí)，其應(yīng)急處置的效果與效率是反映應(yīng)急處置績(jī)效的客觀指標(biāo)。由于不同應(yīng)急處置作業(yè)在刺激-決策-反應(yīng)各階段的視覺、聽覺、認(rèn)知和動(dòng)作4 項(xiàng)基本資源[6]的調(diào)用不同，其應(yīng)急處置的效果與效率也不同。

2.2 地鐵司機(jī)應(yīng)急處置績(jī)效

將地鐵司機(jī)應(yīng)急處置績(jī)效按照效果、效率2 個(gè)維度進(jìn)行分類，分別采用應(yīng)急處置模擬成績(jī)中的錯(cuò)誤次數(shù)、耗時(shí)進(jìn)行量化。如圖1所示，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別表示每個(gè)司機(jī)多次完成每項(xiàng)應(yīng)急處置作業(yè)的經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的平均錯(cuò)誤次數(shù)、平均耗時(shí)。遲鈍型績(jī)效表現(xiàn)為平均錯(cuò)誤次數(shù)多、平均耗時(shí)長(zhǎng)，司機(jī)處置效果、效率都差；謹(jǐn)慎型績(jī)效表現(xiàn)為平均錯(cuò)誤次數(shù)少、平均耗時(shí)長(zhǎng)，司機(jī)處置效果好但處置效率差，在應(yīng)急處置作業(yè)中需要較長(zhǎng)時(shí)間才能確保安全；機(jī)敏型績(jī)效表現(xiàn)為平均錯(cuò)誤次數(shù)少、平均耗時(shí)短，司機(jī)處置效果好、效率高，能夠準(zhǔn)確且迅速完成應(yīng)急處置作業(yè)；輕率型績(jī)效表現(xiàn)為平均錯(cuò)誤次數(shù)多、平均耗時(shí)短，司機(jī)處置效率高但效果差，即雖然能夠迅速完成，但失誤率較高，無法確保運(yùn)營(yíng)安全。

圖1 應(yīng)急處置績(jī)效分類圖

2.3 地鐵司機(jī)應(yīng)急處置績(jī)效實(shí)驗(yàn)

應(yīng)急處置模擬實(shí)訓(xùn)室是模擬仿真完整故障工況的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所，可供司機(jī)開展應(yīng)急處置作業(yè)實(shí)操訓(xùn)練，并能夠采集導(dǎo)出實(shí)操訓(xùn)練的錯(cuò)誤次數(shù)和耗時(shí)2 個(gè)行為績(jī)效指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖2所示。

圖2 應(yīng)急處置模擬實(shí)訓(xùn)室

為研究不同應(yīng)急處置作業(yè)中的應(yīng)急處置績(jī)效，本文借助應(yīng)急處置模擬實(shí)訓(xùn)室開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析。選取某地鐵線路常見的幾項(xiàng)應(yīng)急處置作業(yè)進(jìn)行分析，其任務(wù)編號(hào)及全稱為：人機(jī)界面（HMI）顯列車牽引故障-1（C16）、切門控開關(guān)門-2（J01）、排故重點(diǎn)操作（J02）、切門控開門（J03）、車門類故障識(shí)別（J04）、弓網(wǎng)高開類故障識(shí)別（J06）、故障識(shí)別和排故重點(diǎn)-1（J13）。

本次實(shí)驗(yàn)共采集到28 名地鐵司機(jī)的實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，各應(yīng)急處置績(jī)效分布情況如圖3所示。其中，機(jī)敏型績(jī)效占比最高；謹(jǐn)慎型績(jī)效占比其次；遲鈍型績(jī)效和輕率型績(jī)效均占比較小。

圖3 應(yīng)急處置作業(yè)績(jī)效分布情況

3 地鐵司機(jī)應(yīng)急處置績(jī)效影響因素分析

應(yīng)急處置作業(yè)的刺激-決策-反應(yīng)過程是否能夠準(zhǔn)確及時(shí)，是由視覺、聽覺、認(rèn)知和動(dòng)作資源的調(diào)用情況決定的，而資源的調(diào)用通常受司機(jī)的駕駛經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、遲到等工作行為[1]以及對(duì)自身崗位的認(rèn)知[5]等因素影響。本文從應(yīng)急處置作業(yè)指導(dǎo)書和處置手冊(cè)出發(fā)，通過文獻(xiàn)歸納與現(xiàn)場(chǎng)考察總結(jié)確定應(yīng)急處置績(jī)效的影響因素主要分為駕駛經(jīng)驗(yàn)因素、規(guī)章服從性因素、理論知識(shí)因素、職業(yè)適應(yīng)性因素。

3.1 地鐵司機(jī)應(yīng)急處置績(jī)效影響因素

為量化駕駛經(jīng)驗(yàn)因素、規(guī)章服從性因素、理論知識(shí)因素，分別以安全系數(shù)、危險(xiǎn)系數(shù)、核證成績(jī)作為量化標(biāo)準(zhǔn)；為量化職業(yè)適應(yīng)性因素，以維也納心理測(cè)試系統(tǒng)（Vienna Psychological Test System，VTS）測(cè)評(píng)的整體視野度數(shù)、正確拒絕的平均時(shí)間、點(diǎn)擊平均時(shí)間、正確反應(yīng)數(shù)、錯(cuò)誤反應(yīng)數(shù)、遺漏反應(yīng)數(shù)、總體平均持續(xù)時(shí)間、總體平均差錯(cuò)時(shí)間、平均反應(yīng)時(shí)間、平均運(yùn)動(dòng)時(shí)間、正確總數(shù)、正確反應(yīng)平均時(shí)間、錯(cuò)誤總數(shù)這13 個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果作為衡量職業(yè)適應(yīng)性的標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)28 名地鐵司機(jī)完成全部相關(guān)職業(yè)適應(yīng)性測(cè)試，由VTS 后臺(tái)記錄每位司機(jī)各項(xiàng)職業(yè)適應(yīng)性指標(biāo)。最終采集到應(yīng)急處置績(jī)效的影響因素量化指標(biāo)共16 項(xiàng)，其中，安全系數(shù)、危險(xiǎn)系數(shù)及核證成績(jī)的具體定義如下：

式（1）～式（3）中，S表示安全系數(shù)；Lsafe表示安全里程，Lsun表示總里程；B表示危險(xiǎn)系數(shù)；SF表示司機(jī)違規(guī)違紀(jì)的扣分記錄；T表示工作時(shí)長(zhǎng)；C表示理論知識(shí)因素；Score表示司機(jī)的核證成績(jī)。

3.2 地鐵司機(jī)應(yīng)急處置績(jī)效重要影響因素指標(biāo)篩選

由于不同應(yīng)急處置作業(yè)執(zhí)行過程中所需調(diào)用4 項(xiàng)基本資源存在不同，且資源調(diào)用受上述績(jī)效影響因素影響，故不同應(yīng)急處置作業(yè)的績(jī)效受各影響因素的影響程度可能存在差異，導(dǎo)致不同應(yīng)急處置作業(yè)的績(jī)效重要影響因素不同。為進(jìn)一步分析各因素對(duì)應(yīng)急處置作業(yè)績(jī)效的影響程度，本節(jié)將應(yīng)用相關(guān)性與隨機(jī)森林特征重要性2 種方法篩選應(yīng)急處置作業(yè)績(jī)效的重要影響因素指標(biāo)。

3.2.1 相關(guān)性分析

對(duì)16 個(gè)績(jī)效影響因素指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，分析每個(gè)應(yīng)急處置作業(yè)的平均錯(cuò)誤次數(shù)、平均耗時(shí)與重要影響因素之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，如圖4所示。

由圖4可知，不同作業(yè)的應(yīng)急處置績(jī)效的重要影響因素不同。例如，作業(yè)C16 的平均錯(cuò)誤次數(shù)的重要影響因素為正確反應(yīng)平均時(shí)間（r= -0.548，p= 0.003）；平均耗時(shí)的重要影響因素為安全系數(shù)（r= -0.388，p= 0.041）、理論知識(shí)（r= -0.404，p= 0.033）、正確拒絕的平均時(shí)間（r= -0.381，p= 0.045），其中，r表示皮爾遜相關(guān)系數(shù)，p值表示顯著性水平。即作業(yè)C16 的應(yīng)急處置績(jī)效的重要影響因素為正確反應(yīng)平均時(shí)間、安全系數(shù)、理論知識(shí)、正確拒絕的平均時(shí)間。

圖4 平均錯(cuò)誤次數(shù)、平均耗時(shí)與重要影響因素的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

3.2.2 隨機(jī)森林特征重要性分析

隨機(jī)森林特征重要性是一種特征重要程度評(píng)估方法，以gini 指數(shù)等評(píng)價(jià)指標(biāo)來度量特征對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響的重要程度大小。本文將16 個(gè)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的影響因素指標(biāo)數(shù)據(jù)作為輸入?yún)?shù)、各應(yīng)急處置作業(yè)的績(jī)效作為輸出參數(shù)建立隨機(jī)森林模型，得到各應(yīng)急處置作業(yè)的基于隨機(jī)森林特征評(píng)價(jià)的績(jī)效影響因素特征重要性得分結(jié)果，篩選排序前三的影響因素作為重要影響因素，并與相關(guān)性分析結(jié)果共同繪制影響因素對(duì)比圖，最終篩選出16 項(xiàng)輸入指標(biāo)中的15 項(xiàng)重要影響因素指標(biāo)與其對(duì)應(yīng)的應(yīng)急處置作業(yè)績(jī)效，如圖5所示。其中，線條粗細(xì)表示各應(yīng)急處置績(jī)效與重要影響因素的相關(guān)系數(shù)大小或特征重要性大小。

由圖5可知，由于皮爾遜相關(guān)系數(shù)為2 個(gè)變量之間的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差的商，隨機(jī)森林特征的重要性為衡量特征在決策樹上的貢獻(xiàn)，故兩種影響因素指標(biāo)篩選結(jié)果存在差異。但是，存在相同影響因素篩選結(jié)果的有：C16 作業(yè)下的正確拒絕的平均時(shí)間、J02 作業(yè)下的安全系數(shù)、J04 作業(yè)下的安全系數(shù)和平均反應(yīng)時(shí)間、J06 作業(yè)下的平均運(yùn)動(dòng)時(shí)間、J13 作業(yè)下的正確總數(shù)和遺漏反應(yīng)數(shù)。

圖5 各應(yīng)急處置作業(yè)績(jī)效重要影響因素指標(biāo)篩選結(jié)果

4 基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的地鐵司機(jī)應(yīng)急處置績(jī)效分類

為探究應(yīng)急處置作業(yè)績(jī)效影響因素與應(yīng)急處置績(jī)效分類結(jié)果的映射關(guān)系，即影響因素如何預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)績(jī)效分類結(jié)果，分別應(yīng)用支持向量機(jī)（SVM）和隨機(jī)森林（RF）2 種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，選取70%的樣本作為訓(xùn)練集，30%的樣本作為測(cè)試集。其中，SVM 是可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二元分類的廣義線性分類器，屬于監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，且可較好地解決小樣本的學(xué)習(xí)分類問題，本文設(shè)定線性核函數(shù)（Linear）對(duì)SVM 進(jìn)行構(gòu)建訓(xùn)練；RF 是含有多種決策樹的一種分類器，它在綜合所有決策樹的獨(dú)立預(yù)測(cè)結(jié)果后基于投票方式?jīng)Q定待分類變量的類別，其輸出類別取決于各個(gè)決策樹輸出類別的眾數(shù)。本文通過設(shè)定模型各參數(shù)對(duì)隨機(jī)森林進(jìn)行構(gòu)建訓(xùn)練，其中，設(shè)定gini 為節(jié)點(diǎn)分裂評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，決策樹數(shù)量為100。

在對(duì)地鐵司機(jī)每項(xiàng)應(yīng)急處置作業(yè)的重要影響因素進(jìn)行篩選后，設(shè)定4 種輸入變量類型方案：方案1 為全影響因素；方案 2 為基于相關(guān)性篩選的重要影響因素；方案3 為基于特征重要性篩選的重要影響因素；方案4 為基于相關(guān)性與特征重要性篩選的重要影響因素的并集。

本文分別對(duì)各應(yīng)急處置作業(yè)構(gòu)建RF 和SVM 兩種分類器，通過比較不同輸入方案與分類器下分類結(jié)果的準(zhǔn)確率對(duì)分類效果進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，基于方案2、方案3、方案4 的準(zhǔn)確率優(yōu)于方案1，表明重要影響因素篩選有助于提高模型準(zhǔn)確率，驗(yàn)證了篩選績(jī)效重要影響因素指標(biāo)方法的必要性；基于篩選后重要影響因素的應(yīng)急處置作業(yè)績(jī)效分類準(zhǔn)確率最大值均在77.8%及以上，模型效果較好，驗(yàn)證了基于應(yīng)急處置績(jī)效影響因素開展績(jī)效分類預(yù)測(cè)工作的有效性。

表1 應(yīng)急處置績(jī)效分類準(zhǔn)確率結(jié)果

5 結(jié)論及建議

（1）基于應(yīng)急處置作業(yè)績(jī)效在處置效果、效率2 個(gè)維度的分析得出機(jī)敏型駕駛員較多，即錯(cuò)誤次數(shù)較少、完成作業(yè)耗時(shí)較短，表明大部分司機(jī)的應(yīng)急處置作業(yè)適應(yīng)性較高；對(duì)4 類績(jī)效表現(xiàn)的司機(jī)分別設(shè)置有針對(duì)性的培訓(xùn)內(nèi)容及提供個(gè)性化的培訓(xùn)方案，重點(diǎn)對(duì)應(yīng)急處置績(jī)效表現(xiàn)為遲鈍型、輕率型的地鐵司機(jī)加強(qiáng)相關(guān)講解、演練與培訓(xùn)，避免運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）有針對(duì)性地加強(qiáng)地鐵司機(jī)的應(yīng)急處置能力，形成包括駕駛經(jīng)驗(yàn)因素、規(guī)章服從性因素、理論知識(shí)因素和職業(yè)適應(yīng)性因素的績(jī)效影響因素評(píng)價(jià)體系，通過構(gòu)建應(yīng)急處置績(jī)效的影響因素體系，并篩選驗(yàn)證得出安全系數(shù)、遺漏反應(yīng)數(shù)等因素對(duì)應(yīng)急處置績(jī)效影響程度較大，證明得到篩選重要影響因素后能夠有效提高分類模型的準(zhǔn)確性，可從重要影響因素入手提升地鐵司機(jī)應(yīng)急處置能力。通過挖掘地鐵司機(jī)進(jìn)行各應(yīng)急處置作業(yè)中的績(jī)效重要影響因素，有針對(duì)性地對(duì)司機(jī)進(jìn)行重點(diǎn)培訓(xùn)與考核。