摘? 要：鐵路調(diào)車作業(yè)是鐵路交通正常運營的重要保障。然而，由于鐵路調(diào)車作業(yè)也存在一定的風險，因此營造一個安全的調(diào)車培訓環(huán)境對于鐵路交通人才的培養(yǎng)至關重要?；谏鲜鲂枨螅紫葘φ{(diào)車作業(yè)的定義和調(diào)車作業(yè)的作用進行了闡述，然后從時間、環(huán)境、設備、管控、人員、機制六個方面分別分析了調(diào)車作業(yè)的安全風險，最后基于VRay渲染技術、3ds MAX素材建模技術、Unity3D引擎技術、數(shù)據(jù)庫技術對VR調(diào)車仿真培訓系統(tǒng)進行了設計。

關鍵詞：調(diào)車作業(yè);VR技術;仿真培訓系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.9? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）02-0104-04

Abstract：Railway shunting operation is an important guarantee for the normal operation of railway transportation，but there are some risks in railway shunting operation，so it is very important to create a safe shunting training environment for the cultivation of railway transportation talents. Based on this demand，this paper first expounds the definition of shunting operation and the function of shunting operation，then analyzes the safety risk of shunting operation from six aspects of time，environment，equipment，management and control，personnel and mechanism，and finally designs VR shunting simulation training system based on VRay rendering technology，3ds MAX material modeling technology，Unity3D engine technology and database technology.

Keywords：shunting operation;VR technology;simulation training system

0? 引? 言

隨著我國鐵路交通的飛速發(fā)展，對鐵路交通運營效率的要求越來越高。調(diào)車作業(yè)是鐵路交通運行的一個重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的調(diào)車作業(yè)需要人力調(diào)度，整體調(diào)車過程難度系數(shù)大、復雜程度高，同時缺乏高效且優(yōu)化的算法程序，只能采用邊走邊看的調(diào)度模式，人員培訓的成本也隨之增加。本文基于調(diào)車仿真培訓系統(tǒng)進行研究，并結合筆者自身的工作經(jīng)驗，從根本上對調(diào)車作業(yè)進行解構，利用信息技術提高調(diào)車培訓的效率，進而為我國鐵路交通發(fā)展做出貢獻。

1? 調(diào)車作業(yè)概述

1.1? 調(diào)車作業(yè)的定義

鐵路交通的調(diào)車作業(yè)是指針對鐵路機車進行的解體、摘掛、轉場、編組、調(diào)移、取送等一系列有目的的移動作業(yè)。調(diào)車作業(yè)是鐵路行車工作的基本內(nèi)容之一，大體可以分為到達作業(yè)（列車進入編組站，相關人員進行檢查和確認解編方向）、解體作業(yè)（確認解體條件，對列車進行推峰、溜放等解體操作）、集結編組作業(yè)（完成預定的編組調(diào)車計劃，并把機車牽引到出發(fā)場）、出發(fā)作業(yè)（檢查車輛狀態(tài)，通知外勤出車）。一般由調(diào)車領導人負責統(tǒng)一編制，指揮人員及相關人員進行具體作業(yè)的執(zhí)行工作。調(diào)車作業(yè)流程如圖1所示。

1.2? 調(diào)車作業(yè)的作用

調(diào)車作業(yè)是先將列車解體，然后將相同目的的車輛重新集結，其是鐵路系統(tǒng)能否順利運營的重要保障之一。調(diào)車作業(yè)可以分為解體調(diào)車、摘掛調(diào)車、編組調(diào)車和取送調(diào)車等不同類型，鐵路交通的調(diào)車作業(yè)直接決定了鐵路運輸部門的運營效率，當前我國針對鐵路車站的調(diào)車作業(yè)從未間斷過研究，雖然和以前的調(diào)車作業(yè)相比效率大有提高，但因為調(diào)車作業(yè)的作業(yè)面廣、線路長、室外流動性大等特點，使得調(diào)車作業(yè)仍存在較大的危險性。

2? 調(diào)車作業(yè)風險研究

當前對調(diào)車作業(yè)安全性的影響主要源于以下五個方面的問題。

2.1? 時間問題

調(diào)車作業(yè)經(jīng)常需要夜間作業(yè)，這使得作業(yè)人員可能因偷懶而簡化操作流程的違章行為，進而使安全事故風險增加;而接班人員因為夜間精力不集中的緣故，有時會出現(xiàn)無法立刻進入工作狀態(tài)，這也增加了安全事故風險。

2.2? 環(huán)境問題

因為調(diào)車作業(yè)是室外作業(yè)，所以受天氣環(huán)境因素的影響較大。同時部分地區(qū)車站的地形因素也容易對調(diào)車作業(yè)產(chǎn)生影響，比如道口多、彎道多、瞭望條件差、坡度大等地形都容易阻礙調(diào)車作業(yè)的順利進行。

2.3? 設備問題

設備問題主要在于設備老化、技術防控不足等。一方面，調(diào)車作業(yè)設備如果沒有做到及時更換，就會增加調(diào)車作業(yè)風險，比如“人工手扳道岔”就對作業(yè)人員有著非常高的要求;另一方面，在設備完成更換后，也需要相應地優(yōu)化調(diào)車作業(yè)流程，杜絕出現(xiàn)設備控制方面的違章行為。

2.4? 管控問題

以往的調(diào)車作業(yè)管控主要是互相管理和互相監(jiān)督，這會使得在雙方崗位編制不同的情況下容易出現(xiàn)監(jiān)管不力的情況。同時人力管控的整體效率不高，個人對調(diào)車作業(yè)重點的認知又有所差異，很容易出現(xiàn)一方妥協(xié)的局面，進而使得管控力不足，增加調(diào)車作業(yè)的安全風險。

2.5? 人員問題

人員因素主要取決于執(zhí)行調(diào)車作業(yè)職工自身的素質水平。如果相關人員出現(xiàn)安全意識不強、業(yè)務素質不高、敬業(yè)精神不足等問題，那么很容易造成調(diào)度事故的出現(xiàn)。

3? 調(diào)車仿真培訓系統(tǒng)的研發(fā)與應用

3.1? 研發(fā)目的

對于技術嫻熟、經(jīng)驗豐富的老調(diào)度作業(yè)人員來說尚存在一定的安全風險，而對于尚處在實踐學習期的預備役人員來說更可想而知了。所以對這部分人員采取行之有效的培訓，最大限度地減少事故發(fā)生的風險，成了鐵路部門首當其沖的頭等大事。基于上述的調(diào)車作業(yè)安全問題，筆者認為開發(fā)一款調(diào)車仿真培訓系統(tǒng)是幫助培訓人員做好安全培訓的關鍵。隨著信息技術的不斷發(fā)展，同時學生也不再受時間和環(huán)境的限制，相應的系統(tǒng)開發(fā)成本也大大降低，系統(tǒng)開發(fā)和應用的成本相較于實際調(diào)車作業(yè)培訓的安全成本和設備成本來說可謂是一目了然。所以本次調(diào)車模擬系統(tǒng)主要是從培訓人員的安全角度和實際應用的成本角度兩個方面來考慮。同時選擇了當前較為熱門的VR（虛擬仿真系統(tǒng)）來彌補傳統(tǒng)調(diào)車作業(yè)培訓的局限性，在增加安全性的同時減少投入成本。

3.2? 研發(fā)內(nèi)容

根據(jù)調(diào)車作業(yè)的實際需求，本次VR培訓系統(tǒng)主要實現(xiàn)的目標是人機交互、培訓練習、場景漫游和考試等功能，分為教師機、學員機（連接員、調(diào)車長、司機、值班員等）、觀眾端（投放設備）三個系統(tǒng)，系統(tǒng)之間由局域網(wǎng)進行連接。其中HTC Vive將為學員提供視聽和振動的反饋效果。系統(tǒng)架構如圖2所示。

在模擬系統(tǒng)方面，本次系統(tǒng)的具體模塊可以分為操作輸入模塊、碰撞檢測模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、仿真場景模塊和輸出場景模塊，其中仿真場景模塊是系統(tǒng)的核心，其他模塊都需要基于仿真場景模塊得到反饋。

3.3? 系統(tǒng)關鍵技術

本次系統(tǒng)關鍵技術包括VRay渲染技術、3ds MAX素材建模技術、Unity3D引擎技術、數(shù)據(jù)庫技術。其中3ds MAX素材建模技術是本次調(diào)車系統(tǒng)的基礎，負責針對調(diào)車組的實際情況完成相應的多邊形建模。構建中的車站模型如圖3所示。

VRay渲染技術主要負責對虛擬場景進行渲染，讓場景呈現(xiàn)效果更加逼真，提供更為真實的視覺效果，如圖4所示，讓學員更有代入感。

如圖5所示，Unity3D引擎技術主要負責給模型搭建骨架，讓建模場景能夠真正動起來，基于射線檢測技術、碰撞檢測技術和粒子追蹤技術讓建模場景能夠與參與者形成交互。

數(shù)據(jù)庫技術主要提供管理者和學員信息的實現(xiàn)查詢、錄入和導出等功能，核心是針對此類型的信息數(shù)據(jù)建立相應的儲存、檢索和管理框架。整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構共分為三個數(shù)據(jù)模塊，分別是數(shù)據(jù)儲存模塊、數(shù)據(jù)檢索模塊和數(shù)據(jù)管理模塊。針對這三個模塊的特點筆者采用綜合了HDFS、MySQL和Redis的數(shù)據(jù)庫技術方案與以MVVM為主的前后端分離式Web系統(tǒng)設計。

3.4? 部分代碼

本次VR調(diào)車仿真系統(tǒng)的部分代碼為：

1.CountDownCanvas

using System.Collections;

using System.Collections.Generic;

using UnityEngine;

using UnityEngine.UI;

publicclass CountDownCanvas ： MonoBehaviour

{

publicstatic CountDownCanvas Instance;

private Text txt_CountDown;

privateint m_Time = 3;

privatevoid Awake（）

{

Instance = this;

txt_CountDown = transform.Find（"txt_CountDown"）.GetComponent（）;

SystemObject.SetActive（false）;

}

publicvoid ReduceTime（）

{

if （m_Time >0）

{

SystemObject.SetActive（true）;

txt_CountDown.text = m_Time.ToString（）;

m_Time--;

}

}

}

2.SystemItemSelectPanel

using System.Collections;

using System.Collections.Generic;

using UnityEngine;

using UnityEngine.UI;

publicclass SystemItemSelectPanel ： MonoBehaviour

{

private Button btn_Forward;

private Button btn_Back;

private Button btn_Select;

private Text txt_Title;

privatestring[] m_SystemItemNameArr;

privatevoid Awake（）

{

ReadSystemItemNameText（）;

Init（）;

}

privatevoid Update（）

{

txt_Title.text = m_SystemItemNameArr[SystemItemSpawn.Instance.Index];

}

privatevoid ReadSystemItemNameText（）

{

TextAsset textAsset = Resources.Load（"培訓項目名字"）;

m_SystemItemNameArr = textAsset.text.Split（'＼n'）;

}

privatevoid Init（）

{

txt_Title = transform.Find（"txt_Title"）.GetComponent （）;

btn_Forward = transform.Find（"btn_Forward"）.GetComponent（）;

btn_Forward.onClick.AddListener（（） =>

{

SystemItemSpawn.Instance.RotateForward（）;

}）;

btn_Back = transform.Find（"btn_Back"）.GetComponent

（）;

btn_Back.onClick.AddListener（（） =>

{

SystemItemSpawn.Instance.RotateBack（）;

}）;

btn_Select = transform.Find（"btn_Select"）.GetComponent

（）;

btn_Select.onClick.AddListener（（） =>

{

LoadingPanel.Instance.LoadScene（）;

}）;

}

}

3.5? 功能描述

調(diào)車培訓系統(tǒng)主要分為培訓系統(tǒng)和考核系統(tǒng)。

培訓系統(tǒng)分為引導、教學和警示模塊，針對調(diào)車作業(yè)中的實際需求進行相應的設計，其中引導模塊主要用于對學員的提示，在進行相應步驟的時候給出正確的引導;教學模塊主要用于教師和學員之間的有效溝通，讓教師能夠實時了解學員的學習情況，讓學員能夠全面了解教師的意圖。警示模塊主要用于對學員錯誤操作給出及時的警示，同時對錯誤操作的后果進行告知，幫助學員樹立起正確的操作意識和負責任的職業(yè)態(tài)度。

考核系統(tǒng)主要分為學院實際操作模塊、系統(tǒng)自動評分模塊和教師評分模塊，對學員在考核中的實際操作進行自動評分，然后再交由教師做進一步的調(diào)整。

4? 結? 論

本次研究主要針對VR調(diào)車作業(yè)培訓系統(tǒng)進行設計，一方面能夠增加培訓人員的作業(yè)安全系數(shù)，減少培訓過程的投入成本;另一方面也能夠通過VR系統(tǒng)的整體功能來增加培訓的效率，讓每個相關培訓人員都能夠基于自身的實際情況做出適當調(diào)整，希望本次研究能為我國鐵路系統(tǒng)的人才培養(yǎng)工作起到積極作用。

參考文獻：

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作者簡介：路燾（1983.11—），男，漢族，新疆烏魯木齊人，工程師，本科，研究方向：鐵路自動化。

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