基于Python的地鐵TETRA設備培訓模擬器的設計與實現

潘 振，房耀華

（鄭州地鐵集團有限公司運營分公司，鄭州 450000）

1 概述

目前，地鐵專用無線系統廠家有空中客車、摩托羅拉、河北遠東通信系統工程有限公司，其中空中客車陸上集群無線電（TETRA）設備配置的原裝網管界面為非圖形化界面，是命令行界面。命令行操作對操作人員的記憶力、操作熟練程度及對命令語法和功能的理解都有很高的要求。如操作出現失誤，一是語法錯誤的操作命令，系統將拒絕執行，如輸入多條命令均不能成功執行，可能造成故障處理用時延長。二是雖然操作命令語法正確，但輸入的命令非對應操作項目的正確命令，系統將按照錯誤命令執行，導致誤操作，從而造成故障擴大化。

2 空中客車TETRA操作培訓現狀分析

空中客車TETRA設備的網管操作為人機交互命令式，操作命令有特定的語法要求，數量有幾百條之多，而且由于空中客車為歐洲廠商，所提供的技術資料均為英文，進一步增加了一線員工理解空中客車TETRA設備操作命令的難度。日常生產班組需按照培訓計劃定期組織員工開展技能提升培訓。在專用無線核心交換機培訓過程中，由于培訓中心無TETRA核心交換機硬件設備，員工在操作培訓時無法在現網真實設備上進行命令操作，只能通過紙質手寫的方式進行練習和考核，不利于以練代培的實施，培訓效果差。

3 培訓模擬器設計

培訓模擬器計劃運用虛擬現實、交互仿真，構建一個開放的模擬場景，最大限度地為培訓學員在計算機平臺上建立一套與真實作業環境一致的操作環境。

通過廣泛收集各生產班組反饋的建議和問題，以實際需求為出發點，轉變思路，積極探索，從計算機編程、軟件使用、工具改造等方面開展創新，提出開發一款TETRA設備培訓模擬器的想法。

3.1 培訓模擬器開發編程語言選擇

目前能用于軟件開發的語言有很多種，例如C++、Java、Python等。其中Python是一種面向對象的解釋型、交互式語言。Python不僅具有語法簡單、實現同樣功能所需代碼量少、開發效率高等特點，而且是開源編程語言，易獲取標注庫和常用的第三方庫。因此TETRA設備操作培訓模擬器選擇使用Python作為開發語言。

3.2 培訓模擬器的產品原型設計

根據員工對于TETRA核心交換機操作命令培訓需求的系統分析，結合目前硬件和軟件實際配置情況，最終確定培訓模擬器的產品原型設計，如圖1所示。培訓模擬器界面采用通過輸入交互命令語言的方式，實現人機交互，應具有授權驗證、標準輸入讀取、操作結果反饋、可重復執行命令、導出操作記錄等功能，其中交互命令語言由一組命令集合組成，每條命令由固定的命令名和命令附加參數按空中客車TETRA設備的操作語法規則構成，可以通過鍵入“HELP”來了解相關語法規則、培訓模擬器使用方法和注意事項等幫助信息，進一步提高用戶的使用體驗。導出的操作記錄可以作為上機考試的試卷進行備份保存，當考生對考試成績有異議時作為復核憑證。培訓模擬器未來計劃應用于實操培訓、技能考核以及晉級考試等場景，模擬器可以自定義所支持的操作命令條數和命令附加參數，從而滿足不同場景的使用需求。

圖1 培訓模擬器產品原型設計Fig.1 Training simulator product prototype design

4 培訓模擬器開發

技術人員根據產品原型設計，基于Python語言將系統設計翻譯成程序，編寫代碼量超過1 000行。開發過程中嚴格執行版本管理，保持代碼的一致性和完整性，并采用模塊化開發，使模擬器功能易于擴展。在程序實現之后，通過單元測試、集成測試和系統測試等多輪測試，測試過程確保編寫的代碼滿足需求設計并且清除程序中的錯誤，增強了代碼的健壯性。目前1.0版培訓模擬器顯示界面和命令輸入輸出方式完全與空中客車TETRA原裝網管一致，能模擬近30種常用操作命令，命令主要集中在告警查詢、配置查詢、修改設備運行狀態等方面。登陸模擬器后，首先選擇計劃練習命令的編號如圖2所示，然后在命令提示符后輸入命令內容，模擬器將對輸入內容的合規性進行檢查，即可實現人機交互。

圖2 培訓模擬器命令選擇界面Fig.2 Training simulator command selection interface

該模擬器為命令行交互程序，根據輸入命令的不同執行不同的操作反饋。如果輸入命令正確，頁面將反饋該命令對應的數據結果輸出，同時提示“輸入命令正確”，如圖3所示；如果輸入命令有誤，頁面會提示“輸入命令錯誤”，并顯示該命令的功能和詳細的語法要求，如圖4所示。考核人通過查詢操作日志或進行過程觀摩，對培訓學員進行針對性教學指導，不僅能加深操作印象，而且能快速提升培訓效果。

圖3 培訓模擬器正確輸出界面Fig.3 Training simulator correct output interface

圖4 培訓模擬器錯誤輸出界面Fig.4 Training simulator error output interface

5 培訓模擬器優點

由于目前鄭州地鐵已開通線路的專用無線系統所采用的設備廠家均為空中客車，因此該款模擬器能滿足既有線路人員的專用無線操作命令培訓需求。培訓模擬器交付使用后，根據模擬器運行和使用反饋，對程序進行優化，以適應新的要求，不斷提高程序的可靠性和用戶滿意度。目前培訓模擬器已應用于新員工上崗證考試、初級工和中級工年度輪訓考核、技能競賽和崗位晉級考試等方面，通過半年的試用，使用效果反饋良好。該培訓模擬器能夠幫助培訓人員快速熟悉TETRA命令操作，為后續真實上機操作提供強有力的保障，在故障處理過程中人員可以熟練操作命令，提高故障處理效率。另外可根據培訓和考核需求進行靈活內容設置，做到培訓時充分學習，考核時真實可靠，考核后結合操作記錄可評估可推演。具備以下優點。

1）免安裝、超快捷

該工具為綠色版，無需安裝，可以在任何Windows系統電腦上直接打開，程序占用資源少，運行流暢，因此具有較強的適用性。

2）無需TETRA硬件設備

模擬器能模擬TETRA設備常用的命令操作，解決了培訓中心無TETRA核心交換機實訓操作平臺的問題，進一步節省培訓成本。

3）規避人為誤操作

在培訓模擬器上操作，可以有效規避在真實網管上直接進行操作培訓可能導致的誤操作問題。

4）提升培訓效果

淘汰以往以紙質手寫為主的培訓方式，該模擬器顯示畫面與培訓人員操作聯動，具有較強的視覺動感，加強了操作印象和操作記憶，顯著提升培訓效果。

5）擴展培訓模式

員工可在單位或在家通過Windows終端進行相關操作命令練習。通過利用空閑時間和零散時間自主進行學習培訓，不斷提高專業技術水平，取得較好的知識傳遞效果。

6 結語

通過自主創新開發出TETRA設備培訓模擬器，該模擬器擺脫了對設備硬件的依賴，易推廣，同時作為一種新型的學習形式延伸，易于激發培訓人員的學習興趣，最大化地發揮員工學習潛力。不僅能夠提升培訓效果，而且能持續節約設備及人員成本，其更顯著的意義在于創新與生產的融合，后期將根據培訓需求進行命令集的補充，不斷優化、完善模擬器的使用感知，助力地鐵維護人員專用無線系統操作技能提升。