基于Python的地铁TETRA设备培训模拟器的设计与实现

潘 振，房耀华

（郑州地铁集团有限公司运营分公司，郑州 450000）

1 概述

目前，地铁专用无线系统厂家有空中客车、摩托罗拉、河北远东通信系统工程有限公司，其中空中客车陆上集群无线电（TETRA）设备配置的原装网管界面为非图形化界面，是命令行界面。命令行操作对操作人员的记忆力、操作熟练程度及对命令语法和功能的理解都有很高的要求。如操作出现失误，一是语法错误的操作命令，系统将拒绝执行，如输入多条命令均不能成功执行，可能造成故障处理用时延长。二是虽然操作命令语法正确，但输入的命令非对应操作项目的正确命令，系统将按照错误命令执行，导致误操作，从而造成故障扩大化。

2 空中客车TETRA操作培训现状分析

空中客车TETRA设备的网管操作为人机交互命令式，操作命令有特定的语法要求，数量有几百条之多，而且由于空中客车为欧洲厂商，所提供的技术资料均为英文，进一步增加了一线员工理解空中客车TETRA设备操作命令的难度。日常生产班组需按照培训计划定期组织员工开展技能提升培训。在专用无线核心交换机培训过程中，由于培训中心无TETRA核心交换机硬件设备，员工在操作培训时无法在现网真实设备上进行命令操作，只能通过纸质手写的方式进行练习和考核，不利于以练代培的实施，培训效果差。

3 培训模拟器设计

培训模拟器计划运用虚拟现实、交互仿真，构建一个开放的模拟场景，最大限度地为培训学员在计算机平台上建立一套与真实作业环境一致的操作环境。

通过广泛收集各生产班组反馈的建议和问题，以实际需求为出发点，转变思路，积极探索，从计算机编程、软件使用、工具改造等方面开展创新，提出开发一款TETRA设备培训模拟器的想法。

3.1 培训模拟器开发编程语言选择

目前能用于软件开发的语言有很多种，例如C++、Java、Python等。其中Python是一种面向对象的解释型、交互式语言。Python不仅具有语法简单、实现同样功能所需代码量少、开发效率高等特点，而且是开源编程语言，易获取标注库和常用的第三方库。因此TETRA设备操作培训模拟器选择使用Python作为开发语言。

3.2 培训模拟器的产品原型设计

根据员工对于TETRA核心交换机操作命令培训需求的系统分析，结合目前硬件和软件实际配置情况，最终确定培训模拟器的产品原型设计，如图1所示。培训模拟器界面采用通过输入交互命令语言的方式，实现人机交互，应具有授权验证、标准输入读取、操作结果反馈、可重复执行命令、导出操作记录等功能，其中交互命令语言由一组命令集合组成，每条命令由固定的命令名和命令附加参数按空中客车TETRA设备的操作语法规则构成，可以通过键入“HELP”来了解相关语法规则、培训模拟器使用方法和注意事项等帮助信息，进一步提高用户的使用体验。导出的操作记录可以作为上机考试的试卷进行备份保存，当考生对考试成绩有异议时作为复核凭证。培训模拟器未来计划应用于实操培训、技能考核以及晋级考试等场景，模拟器可以自定义所支持的操作命令条数和命令附加参数，从而满足不同场景的使用需求。

图1 培训模拟器产品原型设计Fig.1 Training simulator product prototype design

4 培训模拟器开发

技术人员根据产品原型设计，基于Python语言将系统设计翻译成程序，编写代码量超过1 000行。开发过程中严格执行版本管理，保持代码的一致性和完整性，并采用模块化开发，使模拟器功能易于扩展。在程序实现之后，通过单元测试、集成测试和系统测试等多轮测试，测试过程确保编写的代码满足需求设计并且清除程序中的错误，增强了代码的健壮性。目前1.0版培训模拟器显示界面和命令输入输出方式完全与空中客车TETRA原装网管一致，能模拟近30种常用操作命令，命令主要集中在告警查询、配置查询、修改设备运行状态等方面。登陆模拟器后，首先选择计划练习命令的编号如图2所示，然后在命令提示符后输入命令内容，模拟器将对输入内容的合规性进行检查，即可实现人机交互。

图2 培训模拟器命令选择界面Fig.2 Training simulator command selection interface

该模拟器为命令行交互程序，根据输入命令的不同执行不同的操作反馈。如果输入命令正确，页面将反馈该命令对应的数据结果输出，同时提示“输入命令正确”，如图3所示；如果输入命令有误，页面会提示“输入命令错误”，并显示该命令的功能和详细的语法要求，如图4所示。考核人通过查询操作日志或进行过程观摩，对培训学员进行针对性教学指导，不仅能加深操作印象，而且能快速提升培训效果。

图3 培训模拟器正确输出界面Fig.3 Training simulator correct output interface

图4 培训模拟器错误输出界面Fig.4 Training simulator error output interface

5 培训模拟器优点

由于目前郑州地铁已开通线路的专用无线系统所采用的设备厂家均为空中客车，因此该款模拟器能满足既有线路人员的专用无线操作命令培训需求。培训模拟器交付使用后，根据模拟器运行和使用反馈，对程序进行优化，以适应新的要求，不断提高程序的可靠性和用户满意度。目前培训模拟器已应用于新员工上岗证考试、初级工和中级工年度轮训考核、技能竞赛和岗位晋级考试等方面，通过半年的试用，使用效果反馈良好。该培训模拟器能够帮助培训人员快速熟悉TETRA命令操作，为后续真实上机操作提供强有力的保障，在故障处理过程中人员可以熟练操作命令，提高故障处理效率。另外可根据培训和考核需求进行灵活内容设置，做到培训时充分学习，考核时真实可靠，考核后结合操作记录可评估可推演。具备以下优点。

1）免安装、超快捷

该工具为绿色版，无需安装，可以在任何Windows系统电脑上直接打开，程序占用资源少，运行流畅，因此具有较强的适用性。

2）无需TETRA硬件设备

模拟器能模拟TETRA设备常用的命令操作，解决了培训中心无TETRA核心交换机实训操作平台的问题，进一步节省培训成本。

3）规避人为误操作

在培训模拟器上操作，可以有效规避在真实网管上直接进行操作培训可能导致的误操作问题。

4）提升培训效果

淘汰以往以纸质手写为主的培训方式，该模拟器显示画面与培训人员操作联动，具有较强的视觉动感，加强了操作印象和操作记忆，显著提升培训效果。

5）扩展培训模式

员工可在单位或在家通过Windows终端进行相关操作命令练习。通过利用空闲时间和零散时间自主进行学习培训，不断提高专业技术水平，取得较好的知识传递效果。

6 结语

通过自主创新开发出TETRA设备培训模拟器，该模拟器摆脱了对设备硬件的依赖，易推广，同时作为一种新型的学习形式延伸，易于激发培训人员的学习兴趣，最大化地发挥员工学习潜力。不仅能够提升培训效果，而且能持续节约设备及人员成本，其更显著的意义在于创新与生产的融合，后期将根据培训需求进行命令集的补充，不断优化、完善模拟器的使用感知，助力地铁维护人员专用无线系统操作技能提升。