聯(lián)合投送專業(yè)調(diào)度指揮類課程模擬訓練仿真算法

劉 中，李海華，付國璽，劉國清

(軍事交通學院 聯(lián)合投送系，天津 300161)

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● 教育訓練 Education & Training

聯(lián)合投送專業(yè)調(diào)度指揮類課程模擬訓練仿真算法

劉 中，李海華，付國璽，劉國清

(軍事交通學院 聯(lián)合投送系，天津 300161)

從聯(lián)合投送調(diào)度指揮模擬訓練仿真平臺的重要性出發(fā)，闡述了交通運輸系統(tǒng)計算機模擬特點，分析了交通運輸系統(tǒng)調(diào)度指揮平臺設計的4個主要內(nèi)容，并對調(diào)度指揮模擬訓練平臺的4大仿真算法進行研究，提出了結(jié)合聯(lián)合投送專業(yè)實際的仿真算法和平臺設計思想，為培養(yǎng)信息化條件下新型聯(lián)合投送組織指揮人才創(chuàng)造了實戰(zhàn)化模擬訓練環(huán)境。

實戰(zhàn)化；調(diào)度指揮；模擬訓練；仿真算法

聯(lián)合投送專業(yè)下分的鐵路軍事運輸指揮、水路軍事運輸指揮、航空軍事運輸指揮3個專業(yè)方向均開設有相應的行車(航行)組織課程，是該專業(yè)極為重要的專業(yè)基礎課，其中的運(航)行調(diào)度指揮章節(jié)是該課程的教學重點與難點，課堂授課時因不具備運輸現(xiàn)場調(diào)度指揮臺的仿真作業(yè)與指揮環(huán)境，需要調(diào)度指揮員臨場處置的各種異常情況和運(航)行調(diào)整無法集中再現(xiàn)和演示；學員現(xiàn)場實習時又因鐵、水、空交通運輸部門安全生產(chǎn)要求而不允許上調(diào)度指揮臺動手實作，期望讓學員盡可能多看到的列車(船舶、飛機)運(航)行偏離計劃運行圖時調(diào)度員處置擾動的實況，往往在有限的見習期內(nèi)難以遇見。聯(lián)合投送專業(yè)的調(diào)度指揮教學訓練因此而長期陷入困境，聯(lián)合投送組織指揮人才的培養(yǎng)質(zhì)量大打折扣，急需以實戰(zhàn)化標準和信息化手段加快聯(lián)合投送調(diào)度指揮模擬訓練仿真平臺的研發(fā)與建設。

1 交通運輸系統(tǒng)計算機模擬特點

我軍的聯(lián)合投送以國家交通運輸系統(tǒng)為依托，交通運輸系統(tǒng)是由復雜程度不同的元素(設備)與“預約流”(列車、船舶、飛機、汽車的運行)相互協(xié)調(diào)配合以完成預定運輸任務的復雜大系統(tǒng)，用傳統(tǒng)的解析方法已經(jīng)難以解決該系統(tǒng)中多元素多流徑的動態(tài)模擬問題，而計算機模擬以其仿真程度高、推演速度快、復盤能力強、評估效果好等優(yōu)勢，已在交通運輸這一復雜大系統(tǒng)的模擬訓練和模擬研究中凸顯其獨特優(yōu)勢[1]。應當看到的是，由于交通運輸系統(tǒng)的復雜性以及自身的一些特點，要構(gòu)造一個“準隨機”或“有控隨機”的仿真模型就成為交通運輸系統(tǒng)計算機模擬的重點與難點。

在計算機中模擬交通運輸系統(tǒng)是建立在模擬統(tǒng)計方法基礎上的，這是一種實驗的方法，其特點是其中某些環(huán)節(jié)需要通過統(tǒng)計資料來確定。由于統(tǒng)計實驗方法主要用來對隨機系統(tǒng)進行模擬，而在實際的交通運輸系統(tǒng)中，一個環(huán)節(jié)的過程實現(xiàn)情況與另一個環(huán)節(jié)的行為之間存在有一種依賴關系，因此一個單純的統(tǒng)計模型難以充分反映所研究的對象。這一點對于鐵路運輸系統(tǒng)尤為重要，因為實際上的列車流，正如前面所指出的那樣應服從編組計劃和運行圖的要求，并且有成千上萬的人為此在從事著調(diào)整和管理工作。因此，要通過現(xiàn)有系統(tǒng)的模擬來解決有關運營問題時，特別是其中包括旅客作業(yè)時，有關參數(shù)則應由現(xiàn)行運行圖給出。在這種情況下，預約服務(列車)到達系統(tǒng)內(nèi)的時刻一般是固定的，即服從運行圖約定的到達分布。當然，在實際運營過程中會產(chǎn)生一部分延誤到達的列車，這是哪一部分列車，其延誤了多少時間則又是隨機的。可見，在交通運輸系統(tǒng)模擬中如何解決好這類“有控隨機”[2]問題是十分重要的，也是比較困難的。

2 交通運輸系統(tǒng)調(diào)度指揮平臺設計

2.1 模擬訓練平臺環(huán)境條件建設

鐵、水、空交通運輸系統(tǒng)調(diào)度指揮平臺由調(diào)度指揮臺(已研制)和物理沙盤、電子沙盤(大屏幕投影視景系統(tǒng))、調(diào)度指揮軟件系統(tǒng)等軟、硬件環(huán)境條件構(gòu)成(如圖1所示)。

圖1 模擬訓練平臺硬件布局(俯視)

2.2 模擬訓練平臺軟件系統(tǒng)設計思路

模擬訓練平臺軟件系統(tǒng)能夠根據(jù)指導教員的指令產(chǎn)生“正?！焙汀胺钦！钡慕煌ㄟ\輸“顧客”流，讓受訓學員以調(diào)度值班員的身份監(jiān)控進入系統(tǒng)的每一個正?；蚍钦！邦櫩汀?，當異?！邦櫩汀逼x計劃運行線產(chǎn)生擾動時，調(diào)度值班員應能臨機處置這種異常情況，通過相應的“調(diào)規(guī)”和通信指揮手段迅速發(fā)布調(diào)度命令，以使這種異常情況盡快得到恢復，使異常“顧客”盡快回到自己指定的運行線上來，同時盡可能減少該異常“顧客”對系統(tǒng)其他正?！邦櫩汀钡牟懊婧陀绊懨妫冀K維護交通運輸系統(tǒng)“按圖行車”的良好秩序和穩(wěn)定態(tài)勢。

交通運輸系統(tǒng)模擬訓練平臺強調(diào)展現(xiàn)實驗的全過程，注重學員作業(yè)過程的每一個細節(jié)。例如：通過計算機2D、3D動畫技術與多媒體技術，直觀形象地描述道岔轉(zhuǎn)換、進路占用、信號切換、列車運行等動態(tài)過程；通過開發(fā)指導教員專用軟件輔助教員“制造異常情況”，并對學員處置異常的作業(yè)情況作出評價；通過頻繁的中斷處理，對調(diào)度值班員以及指導教員等參與實驗的眾多人員的每一項操作及時作出響應等。因此，模擬訓練平臺的設計思路和采用的開發(fā)工具都應具有服務教學與訓練的鮮明特點。

2.3 模擬訓練平臺軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以鐵路運輸系統(tǒng)為例，該模擬訓練平臺由模擬參數(shù)的輸入及維護系統(tǒng)、鐵路信號自動控制系統(tǒng)、列車調(diào)度監(jiān)視與指揮系統(tǒng)、車站列車接發(fā)控制與管理系統(tǒng)、列車運行系統(tǒng)、指導教員專用系統(tǒng)以及車站與區(qū)間配置圖輸入與處理專用軟件包等組成[3]。

2.4 模擬訓練平臺功能設計要求

調(diào)度指揮模擬訓練平臺應具有以下7種功能。

(1)在調(diào)度所和各個車站完成相應調(diào)度區(qū)段內(nèi)各區(qū)間(閉塞分區(qū))與車站的線路、道岔和信號的配置描述，以及進路的占用、信號的轉(zhuǎn)換和列車運行的動態(tài)監(jiān)視。

(2)通過軟件控制，實現(xiàn)道岔、信號、到發(fā)線之間的聯(lián)鎖，以及在自動閉塞條件下通過信號機之間的聯(lián)鎖關系、半自動閉塞區(qū)段站間閉塞設備的鎖閉關系，并能在車站終端通過相應操作，完成自動或半自動閉塞方式下各項列車接發(fā)作業(yè)的辦理。

(3)自動生成進入調(diào)度區(qū)段的列車，自動或人工設置列車晚點、區(qū)間運緩、信號故障、設備檢修等故障與擾動。

(4)通過調(diào)度電話實現(xiàn)調(diào)度所與車站、車站與車站之間的有線聯(lián)系，通過無線對講設備實現(xiàn)調(diào)度所與列車司機之間的無線聯(lián)系。

(5)通過實驗參數(shù)(包括圖形)的錄入、修改及擴充，能較方便地構(gòu)造模擬實驗對象。

(6)自動收集、處理有關實驗數(shù)據(jù)，為指導教員提供評價依據(jù)，或由系統(tǒng)直接給出評價結(jié)果。

(7)提供全方位的信息查詢，如接發(fā)列車作業(yè)程序說明、有關行車組織規(guī)章、調(diào)度命令格式等。

3 調(diào)度指揮模擬訓練仿真算法研究

交通運輸系統(tǒng)調(diào)度指揮模擬訓練平臺基于大型網(wǎng)絡計算機，采用“一帶四”的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，即由高性能服務器或云服務通過網(wǎng)絡總線拖帶擾動想定系統(tǒng)(教員導調(diào)系統(tǒng))、調(diào)度指揮系統(tǒng)(學員作業(yè)系統(tǒng))、視景展現(xiàn)系統(tǒng)(電子沙盤系統(tǒng))、復盤檢討系統(tǒng)(動態(tài)評估系統(tǒng))等4大部分(如圖2所示)。

圖2 模擬訓練平臺“一帶四”網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

3.1 視景展現(xiàn)系統(tǒng)仿真算法

交通運輸系統(tǒng)包含軍事交通運輸系統(tǒng)戰(zhàn)場環(huán)境，在模擬訓練平臺(實驗室)建有物理沙盤的基礎上，網(wǎng)絡化、信息化的模擬仿真平臺必須首先建設具有典型意義的電子沙盤，選取擔負有軍運任務的車站、港口、機場和運(航)行區(qū)段作為調(diào)度指揮模擬訓練平臺的基礎數(shù)據(jù)，通過二維或三維視景系統(tǒng)正投或背投到多屏幕拼接投影墻上，既可靈活展現(xiàn)各次不同作業(yè)背景下的實戰(zhàn)環(huán)境，又可充分發(fā)揮電子沙盤相較物理沙盤制作成本低、展現(xiàn)效果好、修改加工易等多方面的優(yōu)長。視景展現(xiàn)系統(tǒng)仿真算法流程如圖3所示。

圖3 視景展現(xiàn)系統(tǒng)仿真算法流程描述

3.2 擾動發(fā)布系統(tǒng)仿真算法

電子沙盤數(shù)據(jù)導入(載入)模擬訓練平臺后，與該電子沙盤對應的列車、船舶、飛機運(航)行圖即可按照模擬時鐘的啟動，以天文時間順序向模擬訓練平臺輸入一個個“顧客”，讓其按“圖定”時刻進入或接入運(航)行區(qū)間或車站、港口、機場，使模擬訓練平臺進入正常運作狀態(tài)，參訓學員可練習并熟悉接發(fā)列車、船舶、飛機進出港以及運行掌管和動態(tài)監(jiān)控等調(diào)度指揮的各項流程與作業(yè)規(guī)范。教員在觀察模擬訓練系統(tǒng)進入正常有序狀態(tài)后，可伺機對正常系統(tǒng)進行“噪聲”干擾，制造異常情況，如想定列車途中燃軸、列車晚點、航班氣象原因無法降落指定機場等，使列車、船舶、飛機偏離既定運行圖時間，產(chǎn)生遲到、遲發(fā)、晚點延誤等各種異常情況交由調(diào)度指揮員靈機處置。擾動發(fā)布系統(tǒng)仿真算法流程如圖4所示。

圖4 擾動發(fā)布系統(tǒng)仿真算法流程描述

3.3 調(diào)度指揮系統(tǒng)仿真算法

調(diào)度指揮員在調(diào)度指揮臺上通過動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)(已研發(fā))密切注視列車、船舶、飛機的運(航)行動態(tài)，做好系統(tǒng)中每一名“顧客”到達與接入、進港與靠泊、進近與著陸、出發(fā)與離港等各環(huán)節(jié)、全流程的指控作業(yè)。與此同時，調(diào)度值班員還要高度關注正常狀態(tài)下的異常情況，對偏離既定運行圖的“顧客”及早發(fā)現(xiàn)并迅速作出調(diào)整，使其盡快回復到原定運行時空線上來，保持交通運輸系統(tǒng)的正常、均衡運行狀態(tài)。調(diào)度指揮系統(tǒng)仿真算法流程如圖5所示。

圖5 調(diào)度指揮系統(tǒng)仿真算法流程描述

3.4 復盤檢討系統(tǒng)仿真算法

一個完整的模擬訓練系統(tǒng)必須要有一個有效的訓練評估系統(tǒng)，以便指導教員對參訓學員的作業(yè)(過程)做出評價、評定成績。從某種意義上來說，帶有閱卷評定功能的模擬訓練系統(tǒng)也是一個實踐性考核系統(tǒng)，這是教學訓練過程的必備環(huán)節(jié)。調(diào)度指揮模擬訓練平臺中學員的作業(yè)過程和作業(yè)結(jié)果都應有實時的記錄，教員通過調(diào)取并回放學員的作業(yè)結(jié)果與過程，可對調(diào)度值班員熟悉作業(yè)規(guī)范和作業(yè)流程的情況進行評判，尤其是在教員導調(diào)系統(tǒng)發(fā)出異常想定后，學員對異常擾動的反應速度、恢復程度、作業(yè)強度等，都必須通過復盤檢討系統(tǒng)進行不同時間比例尺的快速回放、自動評閱、現(xiàn)場講評，以使調(diào)度指揮員準確知曉自己的臨場應變能力和臨機處置能力，以達到該平臺最終所追求的“吃一塹、長一智”的模擬訓練效果。復盤檢討系統(tǒng)仿真算法流程如圖6所示。

圖6 復盤檢討系統(tǒng)仿真算法流程描述

4 結(jié) 語

聯(lián)合投送專業(yè)調(diào)度指揮類課程是讓學員了解我國鐵路、水路、航空運輸部門調(diào)度指揮機制、機理及調(diào)度指揮信息技術水平的重要課程，是培養(yǎng)學員掌握交通運輸系統(tǒng)調(diào)度指揮規(guī)定(調(diào)規(guī))和調(diào)度指揮流程、熟悉調(diào)度指揮設備的主要途徑，是培訓軍交參謀在實戰(zhàn)環(huán)境下臨場處置異常情況之快速反應能力的實踐性環(huán)節(jié)，研制交通運輸系統(tǒng)模擬訓練平臺勢在必行。

多年來，地方交通運輸類高校都在加緊調(diào)度指揮模擬訓練系統(tǒng)的建設，計算機軟硬件技術的飛速發(fā)展也為模擬訓練領域提供了極佳的外部條件[4]，軍事交通學院研制的軍交運輸調(diào)度指揮臺和軍交運輸動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等信息化裝備，都為聯(lián)合投送專業(yè)研發(fā)模擬訓練平臺打下了堅實基礎。

[1] 楊肇夏,毛保華,何天健.鐵路運輸模擬系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].北方交通大學學報,2002，26(5)：5-7.

[2] 楊肇夏.交通運輸系統(tǒng)計算機模擬[M].北京：中國鐵道出版社,2009：245-246.

[3] 孟令云，楊肇夏，李海鷹，等.客運專線列車運行仿真系統(tǒng)初始映像研究[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2009,9(1)：12-13.

[4] 毛保華，楊肇夏，陳海波.道路交通仿真技術與系統(tǒng)研究[J].北方交通大學學報,2002，26(5)：37-38.

(編輯：凌春霞)

Simulation Algorithm on Simulation Training of Dispatching Course in Joint Projection Major

LIU Zhong, LI Haihua, FU Guoxi, LIU Guoqing

(Joint Projection Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

After introducing the importance of simulation training platform of joint projection dispatching, the paper elaborates the simulation characteristics of transportation system and analyzes four main contents of transportation system dispatching platform. It also studies four simulation algorithms of dispatching simulation training platform and proposes simulation algorithm and platform design idea, which can create actual combat simulation training environment for cultivating joint projection command talents under information condition.

actual combat; dispatching; simulation training; simulation algorithm

2015-10-29；

2015-11-17． 作者簡介： 劉 中(1964—)，男，碩士，教授，碩士研究生導師．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.03.012

E23

A

1674-2192(2016)03- 0053- 05