于穎慧， 朱海燕， 朱 琳， 馬玉珍

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

0 引 言

地鐵在迅速發(fā)展的同時(shí)，越來越多的事故也隨之發(fā)生，在所有關(guān)于地鐵事故的研究中，列車司機(jī)是地鐵事故中的重要一環(huán)[1]，列車司機(jī)作為列車的直接操作者越來越受到關(guān)注。國家新發(fā)布的2020版《軌道列車司機(jī)國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定了軌道列車司機(jī)的技能要求[2]。在使用VTS對(duì)列車司機(jī)進(jìn)行職業(yè)測評(píng)的基礎(chǔ)上，本文開發(fā)了列車司機(jī)評(píng)估輔助系統(tǒng)，一方面使得列車司機(jī)了解自身的職業(yè)素質(zhì)情況，以便訓(xùn)練自身技能；另一方面使地鐵運(yùn)營方了解列車司機(jī)的職業(yè)素質(zhì)情況，以便制定合理的排班制度。

1 需求分析和系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 需求分析

系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，首先對(duì)地鐵公司進(jìn)行了調(diào)研并完成了“上海申通地鐵調(diào)度員綜合素質(zhì)測評(píng)”、“松江有軌電車司機(jī)綜合素質(zhì)提升培訓(xùn)”和“上海地鐵磁浮運(yùn)營有限公司列車司機(jī)綜合素質(zhì)提升培訓(xùn)”等項(xiàng)目。通過不斷的反饋確定了系統(tǒng)的需求，包括統(tǒng)計(jì)有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)、建立動(dòng)態(tài)常模、列車司機(jī)各項(xiàng)能力統(tǒng)計(jì)、對(duì)列車司機(jī)的綜合評(píng)估、將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)查詢。

(1)統(tǒng)計(jì)有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。統(tǒng)計(jì)有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)是為了了解數(shù)據(jù)的分布情況，為動(dòng)態(tài)常模的建立提供參考，當(dāng)異常值和缺失值的數(shù)量較大時(shí)，可以提前采取一些針對(duì)性的策略。

(2)建立動(dòng)態(tài)常模。建立動(dòng)態(tài)常模作為比較和解釋測驗(yàn)結(jié)果的參照分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)列車司機(jī)的各項(xiàng)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(3)列車司機(jī)各項(xiàng)能力統(tǒng)計(jì)。列車司機(jī)各項(xiàng)能力統(tǒng)計(jì)用于直觀的了解各批次或班次所有司機(jī)的能力水平。

(4)對(duì)列車司機(jī)進(jìn)行綜合評(píng)估。對(duì)列車司機(jī)進(jìn)行綜合評(píng)估是將司機(jī)的各項(xiàng)能力得分加權(quán)，得到總分?jǐn)?shù)，用于更詳細(xì)地了解司機(jī)在其所在群體的排位。

(5)保存數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)查詢。將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，為能力統(tǒng)計(jì)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)查詢可以方便管理者查詢司機(jī)能力狀況。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)既要滿足需求的變化，也要滿足功能的擴(kuò)張。本系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)提取模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和查詢模塊。整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 整體設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)提取

VTS可進(jìn)行6種測評(píng)，包括決斷力測評(píng)(Determination Test ，DT)、反應(yīng)力測評(píng)(Reaction Test，RT)、雙手協(xié)調(diào)測評(píng)(Two-Hand Coordination Test，2HAND)、外周知覺測評(píng)(Peripheral Perception Test，PP)、注意警覺性測評(píng)(Cognition Test，COG)和持續(xù)性注意測評(píng)(Sustained Attention Test，DAUF)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)從這6種測評(píng)中提取28個(gè)特征值(正確拒絕的平均時(shí)間、點(diǎn)擊平均時(shí)間等)，再將這些特征值儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中，作為原始數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢

為了存儲(chǔ)和查詢所有受測人員的各個(gè)特征信息，需將處理后的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中。選擇使用MySQL Server8.0數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)庫具有簡單易用、性能好速度快等的優(yōu)點(diǎn)，方便實(shí)現(xiàn)查詢。

2.3 數(shù)據(jù)分析

獲取原始數(shù)據(jù)后，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理、建立動(dòng)態(tài)常模、統(tǒng)計(jì)列車司機(jī)各項(xiàng)能力、對(duì)列車司機(jī)進(jìn)行綜合評(píng)估。

2.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

測試機(jī)器可能出現(xiàn)故障或者受測人員的個(gè)人原因，導(dǎo)致取得的數(shù)據(jù)中包含一些缺失值和異常值，影響后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。因此，需要對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。預(yù)處理過程如下：

(1)缺失值處理。缺失值在實(shí)際數(shù)據(jù)中是不可避免的問題，但是在不同的數(shù)據(jù)場景應(yīng)該采取不同的處理方法，需要對(duì)缺失值的分布情況進(jìn)行判斷。

在處理的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的缺失值較少，刪除對(duì)整體數(shù)據(jù)影響不大，所以對(duì)于缺失值的處理方式為刪除。

(2)異常值處理。異常值是指樣本中與其它觀測值有明顯差異的值。在測試結(jié)果評(píng)價(jià)中, 測試人員成績呈現(xiàn)出“中間段集中、兩端較少”的情況, 符合正態(tài)分布，則距離平均值3σ之外的值出現(xiàn)的概率應(yīng)滿足式(1)。

P(|X-μ|>3σ)≤0.003.

(1)

其中，μ與σ分別表示正態(tài)總體的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差。此時(shí)，在測試數(shù)據(jù)值中出現(xiàn)大于μ+3σ或小于μ-3σ數(shù)據(jù)值的概率是很小的[3]。因此，根據(jù)式(1)將大于μ+3σ或小于μ-3σ的觀測值作為異常值，予以剔除。

2.3.2 建立列車司機(jī)動(dòng)態(tài)常模

由于VTS中對(duì)于列車司機(jī)各個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是基于國外的研究數(shù)據(jù)所給出的，一些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不完全符合國內(nèi)的實(shí)際情況，有必要重新建立一個(gè)符合國內(nèi)列車司機(jī)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即建立國內(nèi)列車司機(jī)常模。司機(jī)常模建立過程如下：

(1)獲得原始分?jǐn)?shù)。獲得列車司機(jī)各項(xiàng)能力的原始分?jǐn)?shù)，以“正確反應(yīng)數(shù)”這一個(gè)指標(biāo)為例，記“正確反應(yīng)數(shù)”的原始分?jǐn)?shù)為X。

(2)將原始分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為Z分?jǐn)?shù)。Z分?jǐn)?shù)是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)概念，反映個(gè)體在總體中所占的份量[4]。同時(shí)，Z分?jǐn)?shù)也是一個(gè)抽象值，不受原始測量單位的影響，可接受進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)處理[5]。為更準(zhǔn)確地衡量列車司機(jī)的能力水平，將司機(jī)的原始分?jǐn)?shù)通過公式(2)轉(zhuǎn)換為Z分?jǐn)?shù)。

(2)

其中，X為列車司機(jī)的原始分?jǐn)?shù)；μ為原始分?jǐn)?shù)的平均值；σ為原始分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

(3)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。有一些指標(biāo)數(shù)值越大代表能力越強(qiáng)，比如“正確反應(yīng)數(shù)”。其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1，其中θ為Z分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)差；有一些指標(biāo)數(shù)值越大代表能力越弱，比如“錯(cuò)誤反應(yīng)數(shù)”。其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)則與表1相反。

表1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 指標(biāo)劃分范圍

計(jì)算表1中的1.8θ、0.6θ、-0.6θ、-1.8θ，可以得到評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)原始分?jǐn)?shù)的邊界值，以部分指標(biāo)為例，見表2。

表2 部分指標(biāo)常模劃分范圍

3.2 能力統(tǒng)計(jì)

在測得列車司機(jī)的各個(gè)指標(biāo)中，不同的指標(biāo)反映司機(jī)不同的能力。如：司機(jī)決斷力測評(píng)(DT)中，“正確反應(yīng)數(shù)”反映司機(jī)簡單刺激做出正確反應(yīng)的能力，“錯(cuò)誤反應(yīng)數(shù)”反映司機(jī)壓力環(huán)境中長期集中注意力的能力，“遺漏反應(yīng)數(shù)”反映司機(jī)壓力環(huán)境中長期保持注意力的能力。本系統(tǒng)可以按批次、班次輸出司機(jī)各項(xiàng)能力的統(tǒng)計(jì)表和司機(jī)能力比例圖，以“錯(cuò)誤反應(yīng)數(shù)”為例，如圖2所示。

本系統(tǒng)可以建立符合中國軌道交通列車司機(jī)的常模，并可與VTS自帶常模進(jìn)行比較。VTS自帶常模收集了大量普通人的數(shù)據(jù)，即以普通人的標(biāo)準(zhǔn)衡量司機(jī)的各項(xiàng)能力，而本系統(tǒng)所建立的司機(jī)常模收集了大量上海列車司機(jī)的數(shù)據(jù)，更加符合中國列車司機(jī)的實(shí)際。以“總體平均持續(xù)時(shí)間”為例，如圖3所示，“VTS”表示VTS自帶常模，“JIS”(Standard of Justice)表示本系統(tǒng)建立的常模。

圖2 司機(jī)“壓力環(huán)境長期集中注意力能力”比例圖

3.3 綜合評(píng)估

按“很好”評(píng)5分，“較好”評(píng)4分，“正?！痹u(píng)3分，“較差”評(píng)2分，“很差”評(píng)1分，本系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)單個(gè)司機(jī)的13個(gè)指標(biāo)的總分?jǐn)?shù)，按批次或班次對(duì)司機(jī)排名，見表3。

同時(shí)，針對(duì)測試人員的綜合情況，本系統(tǒng)還可以輸出個(gè)人測評(píng)報(bào)告，見表4。

圖3 總體平均持續(xù)時(shí)間

表3 綜合評(píng)估表

表4 測評(píng)報(bào)告

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于VTS的軌道交通列車司機(jī)評(píng)估輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠與VTS互聯(lián)，對(duì)VTS實(shí)驗(yàn)中的28個(gè)特征值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提取和數(shù)據(jù)預(yù)處理，通過不斷的對(duì)列車司機(jī)進(jìn)行基礎(chǔ)素質(zhì)測試來不斷修正司機(jī)常模，進(jìn)而建立符合我國實(shí)際的軌道交通列車司機(jī)的常模。該系統(tǒng)還能對(duì)司機(jī)各項(xiàng)能力進(jìn)行綜合評(píng)估，形成個(gè)人綜合評(píng)估報(bào)告和綜合能力統(tǒng)計(jì)表，使得地鐵運(yùn)營方更全面地了解內(nèi)部司機(jī)的基礎(chǔ)素質(zhì)狀況，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施提升軌道交通安全。