文/吕天航 殷明 成腾 郭震震 胡召华

（中国铁道科学研究院集团有限公司铁道技术研修学院 北京市 100081）

1 前言

随着移动通信技术的普及，以手机、平板电脑为终端的移动学习设备在教育培训领域得到了广泛应用。国内外各大中型企业均研究开发了适用于本行业员工的移动培训技术。学习者不受时间、地点限制的自主学习方式越来越受到员工青睐，逐步成为适应现代企业培训学习的新形式。

在铁路企业中，由于受时间、场地以及人员的限制，班组短周期集中培训的考核过程仍旧采用纸质化的方式，答题方式不仅效率低下，而且还带来了繁重的阅卷任务。因此，以便捷学习、高效管理为导向，基于移动学习等思维，采用硬件集成和软件集成方式的移动培训考试终端系统，可满足常年外出的班组短周期集中学习课件和参与考试的需求，有效解决难以集中培训的问题，减少纸质化资料的使用，克服培训场地及网络的限制，使铁路员工的学习效率大幅提高。

2 研究现状

铁路移动培训终端系统主要通过移动培训技术和无线通信技术实现，国内学者对于移动培训技术和无线通信技术均开展了充分的研究。

2.1 移动培训技术研究现状

移动培训技术方面，左蕊[1]通过分析移动互联网的特点，归纳总结移动互联网在企业职工培训模式的特点和独特优势，并对培训模式的转型进行了分析研究；李泽河[2]等基于活码技术设计提出了移动终端知识培训系统，从系统框架、网络架构、部署方案等几个方面研究了移动终端知识培训系统的实现；孙兆刚[3]基于文献研究法分析了员工移动培训的约束，研究提出了员工移动培训的实现模式，分析了员工移动培训发展趋势；刘志成[4]等分析了高职院校党员教育培训工作现状，提出了构建混合式党员教育培训体系以及全面推广党员教育培训“云班课”的移动培训模式；周运科[5]等针对基于Android的干部培训移动学习平台展开了设计研究，探明了分布移动式学习程序的主要开发步骤，为移动化学习平台的创新研发提供了理论参考依据。

2.2 铁路企业无线通信技术研究现状

图1：移动培训考试终端系统架构

图2：终端硬件模块框架

无线通信技术在铁路行业中已得到广泛的研究及应用。潘雷[6]分析了TD-LTE移动网络技术趋势，阐明了TD-LTE移动信息通讯的网络框架与通讯特点，研究了TD-LTE移动网络设备在铁路相关方向的运用实例；孙帅涛[7]分析了无线通信系统接入技术，同时阐明了铁路通信中无线通信系统的应用运行，分析了无线通信系统在铁路企业的发展趋势；王志民[8]基于高速铁路ATO车地无线通信技术，设计提出了包含安全板、通信板的ATO无线传输单元系统，并展开了基于试验段的仿真运行试验，证实了该系统的应用价值；陈维明[9]等针对铁路站场移动信息化“最后一公里”的需求，对既有铁路无线通信和应用系统进行分析，提出了基于TD-LTE 的铁路客站移动信息化接入平台和应用系统方案，阐明了系统结构、功能及特点，并通过现场试用，验证了其在铁路客站移动信息化应用方面的可行性和实用性；曾成胜[10]分析了GSM-R通信系统在铁路通信中可发挥的优势，并针对铁路通信中GSM-R系统的优化应用提出了合理化建议；张欣怡[11]针对铁路站场现有通信方案展开研究，并以实际应用为例，研究了LTE宽带集群的应用效果。

3 设计理念

3.1 外出作业人员培训、考试

铁路企业具备岗位种类众多，工作性质差别较大，工学矛盾突出等特点。在实际培训工作中，铁路职工因在线路上作业、跟车作业等原因而无法及时参加培训的情况时有发生，往往会因此延误甚至取消正常的员工培训，影响培训工作的展开。开展外出作业过程中的培训，具有无网络、培训资料携带不便、培训场地受限等不便，限制了正常培训的开展。所以针对此种情况，具备便携性、无需外网环境等优势的移动培训考试终端的研发为铁路职工外出作业中的培训提供了平台，具有较强的现实意义和实用价值。

3.2 固定工作地点员工日常培训、考试

除上述情况外，在铁路职工日常培训过程中，往往会有以班组为单位展开的小规模非培训班形式的培训，该种形式的培训地点通常在车间，多以班组长宣读学习文件的形式展开。而部分工作车间同样缺乏外部网络环境，导致培训形式单一，培训效率低下。由于铁路职工基层数量较大，计算机和网络资源有限，机房建造成本较高，难以实现大规模的机考考试，只能满足部分资格性考试的需求，对于练习性质的考试和部分适应性考试仍然利用传统的纸质试卷形式，阅卷效率较低。而利用铁路职工自己的手机或电脑等设备，基于外网的线上考试又难以统一开展。移动培训考试终端的出现为小规模集中考试提供了平台，便于铁路职工进行考试练习。

4 培训考试终端总体设计

4.1 系统架构

移动培训考试终端的系统架构建立在信息资源标准体系、系统运维管理体系和信息安全保障体系内，主要由基础设施层、数据处理层、平台服务层、平台应用层和终端层几个部分组成。移动培训终端系统架构如图1所示。

其中IT基础设施层主要包括移动培训考试的终端主机、网络设施、数据库以及包括投影、路由器在内的其提出设施；数据处理层主要负责数据的存储和计算功能；平台服务层提供系统基础服务，包括对外接口服务、培训管理服务、学习服务、考试服务等几方面；平台应用层包括移动培训的资源管理应用、学习、考试的应用、系统管理应用等；终端层通过桌面系统提供系统门户及答题界面，系统门户包括管理端和用户端，同时为了确保系统数据安全需对用户的认证与鉴权进行统一管理。

4.2 硬件配置

为支撑终端系统正常运行，根据硬件需求测算，主机中处理器选用英特尔公司I5微处理器，基于Intel Nehalem微架构，采用45纳米制程，核心数量4个，每一个核心拥有各自独立的256KB，并且共享一个达8MB的L3缓冲存储器，主频达到1.6GHz；主板选用英特尔公司CRESCENTBAY（5th Generation Intel Core Premium SKU - 9CC3 笔记本芯片组）；内存选用16GB DDR3L 1600MHz内存；主硬盘采用512GB固态硬盘；显卡选用英特尔HD Graphics 6000型号显卡；为配合扬声器使用，选用英特尔High Definition Audio Controller声卡；为支持局域网环境下无线连接，选用RTL8168/8111/8112 Gigabit Ethernet Controller网卡。

终端系统配置了丰富的外置接口，包括一个220v电源输入接口，一个19v输出接口，用来支持投影仪工作，一个12v接口，用来支持无线路由器，一个wifi天线接口，一个HDMI高清数据接口，一个WLAN接口，以及4个USB接口。所有借口均安置在主板同一侧。

图3：移动培训考试系统功能结构

除主机外，其他硬件设备包括12英寸触摸显示器，一台高清投影仪及投影仪遥控器、无线路由器一台、主机电源线一根、wifi天线一根、HDMI高清数据线一根、投影仪及路由器电源线各一根、散热风扇四个。除此之外，系统配置了身份证识别装置，装置采用了TypeB非接触IC卡阅读技术，通过内嵌的专用身份证安全控制模块（SAM），以无线传输方式与第二代居民身份证内的专用芯片进行安全认证后，将芯片内的个人信息资料读出，再通过计算机通讯接口，将此信息上传至计算机。安装在计算机中的阅读软件，将这些信息解码成文字和相片进行显示和存储，以用来识别培训者的身份。终端的硬件模块框架如图2所示。

以上所有设备均集成在铝合金机箱内，箱体采用轻量化设计，便于携带和安装。

4.3 软件及网络配置

终端装载了windows10 64位操作系统及Mysql数据库，用户通过浏览器进行访问。配置网络环境时，首先将宽带连接到路由器的WLAN接口上，打开主机，将考试箱连接到路由器，连接成功后，其他设备可以相继连接路由设备。最后通过浏览器访问系统，扫描生成的二维码，出现考试登录界面即为配置成功。

4.4 功能构成

移动培训考试系统主要包括后台管理、学习及考试界面以及手机答题界面几部分。后台管理主要包括培训资源管理、学习管理、考试管理和系统管理几部分，学习及考试界面主要包括学习界面和考试答题两部分，手机答题界面主要支持通过点击手机选项进行考试作答的功能。移动培训考试系统功能结构如图3所示。

4.4.1 后台管理

后台管理功能主要面向培训管理人员进行设计，主要包括培训资源管理、学习管理和考试管理三个部分。

（1）培训资源。

培训资源管理主要包括课件管理和题库管理两部分内容。

课件管理实现系统对课件的全面管理方案，包括课件分类和课件管理。课件分类提供课件的分类目录管理功能；课件管理功能可根据课件目录的树形结构快速导航，方便管理员按照不同专业进行查询，同时实现课件的分类上传、课件查看、删除等功能。

图4：移动培训考试系统数据交换模式

图5：移动培训考试箱

图6：移动培训考试箱工作界面

题库管理主要包括维护目录和维护题库两项功能，管理员可对题库目录进行增删改查等维护操作；对题库目录维护后，可在其节点下增加章节目录，进行进一步维护操作。维护题库功能支持对试题信息的维护，具备智能导入功能，管理员可以通过excel模板导入单选题、多选题、判断题及组合题等题型的试题相关信息，系统自动判断试题的层级关系以及正确答案，将试题添加到系统试题数据库。

（2）学习管理。

学习管理主要包括课程发布、学习归档和学习主题三项功能。课程发布功能综合管理系统内的课程；学习归档功能实现对课程名称、实参人数、结业率等学习课程信息的归档及分析。学习主题功能主要实现对学习主题的管理维护功能，包括学习主题的快速导航，按照目录名称、责任人、状态进行综合筛选，并对学习主题进行添加、修改、删除等操作。

（3）考试管理。

考试管理主要包括模拟考试、在线阅卷、考试归档和题库练习四项功能。模拟考试功能主要实现模拟考试的管理和监控功能，可点击左侧树进行快速导航，可对模拟考试信息进行编辑、删除、添加等操作。在线阅卷功能主要实现对系统中完成的考试项目进行查询并阅卷，管理员可按照活动名称、主办单位、评阅方式等进行筛选，进入在线阅卷模式，完成在线阅卷工作。考试归档实现包括对考试时间、名称、应考人数、通过率、平均分等考试信息的档案查询功能。题库练习功能整合了系统内的所有题库与试题，支持学员自由练习，管理员可点击查看学员题库练习情况。

4.4.2 前端功能

前端功能主要面向受训及参加考试的学员进行设计。学员通过投影在任意白墙上的学习内容进行浏览学习，学习界面展示了需要学习的课程以及每门课程的当前学习进度。

对于参加考试的学员，可利用手机或PAD进入局域网，通过扫描二维码登陆培训考试系统并进行身份认证，此时终端将考试或自由练习内容通过投影投送给学员，学员按要求在手机上进行答题，手机选项界面上只显示选项按钮和文本输入区域。答题结果通过局域网实时保存到终端主机，考试结束后计算机自动阅卷，如没有主观题，则在考试结束后直接展示考试分数。考试结果加密后可通过导出文件通过接口传回中心服务器。

4.5 数据交换模式

移动培训考试系统的数据交换包括无网络环境的集中学习、考试时手机或pad和移动培训考试终端之间的数据交换，以及外出前后移动培训考试终端与铁路企业培训平台中心服务器之间的数据交换。考虑到局集团公司培训实施过程管理通常在铁路内部服务网进行，所以在班组外出学习前，将培训计划及学习、考试数据通过离线数据包导入移动培训考试终端；在外出培训学习过程中，学员利用手机扫码签到、答题的数据基于http协议通过临时搭建的局域网与移动培训考试终端进行数据交换；在外出回归后，管理员再通过离线数据包将培训考试结果回传服务器。移动培训考试系统数据交换模式如图4所示。

5 验证实施

为验证移动培训考试系统方案的可行性，设计开发了移动培训考试箱原型，如图5所示。

由于条件所限，移动培训考试箱原型仅做了轻度集成化和轻量化设计，仅作为研究模型使用。以考试为例，考试开始前，管理员利用无线路由器创建专用Wi-Fi网络，学员通过手机或PAD进入网络并扫描二维码或刷身份证进行身份认证，通过认证后学员手机界面跳转到答题模式，终端将考试内容通过投影投送给学员，如图6所示。

6 总结

本文在对现有研究以及国内铁路行业应用情况总结分析的基础上，分析了铁路行业对移动培训考试终端的需求，设计提出了系统设计理念、总体架构、功能构成及其与铁路企业培训学习平台的数据交换模式，并从面向培训管理人员的后台管理功能和面向学员的前端功能两方面对系统的功能结构展开了重点研究，在此基础上完成了设计方案，研发了移动培训考试箱原型，验证了移动培训考试终端系统的可行性。研究为无网络环境下铁路职工培训提供了平台，为丰富铁路职工培训手段提供参考。