劉 中，李海華，付國璽，劉國清

(軍事交通學(xué)院 聯(lián)合投送系，天津 300161)

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● 教育訓(xùn)練 Education & Training

聯(lián)合投送專業(yè)調(diào)度指揮類課程模擬訓(xùn)練仿真算法

劉 中，李海華，付國璽，劉國清

(軍事交通學(xué)院 聯(lián)合投送系，天津 300161)

從聯(lián)合投送調(diào)度指揮模擬訓(xùn)練仿真平臺的重要性出發(fā)，闡述了交通運(yùn)輸系統(tǒng)計算機(jī)模擬特點(diǎn)，分析了交通運(yùn)輸系統(tǒng)調(diào)度指揮平臺設(shè)計的4個主要內(nèi)容，并對調(diào)度指揮模擬訓(xùn)練平臺的4大仿真算法進(jìn)行研究，提出了結(jié)合聯(lián)合投送專業(yè)實(shí)際的仿真算法和平臺設(shè)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(shí)戰(zhàn)化模擬訓(xùn)練環(huán)境。

實(shí)戰(zhàn)化；調(diào)度指揮；模擬訓(xùn)練；仿真算法

聯(lián)合投送專業(yè)下分的鐵路軍事運(yùn)輸指揮、水路軍事運(yùn)輸指揮、航空軍事運(yùn)輸指揮3個專業(yè)方向均開設(shè)有相應(yīng)的行車(航行)組織課程，是該專業(yè)極為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其中的運(yùn)(航)行調(diào)度指揮章節(jié)是該課程的教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)，課堂授課時因不具備運(yùn)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(yùn)(航)行調(diào)整無法集中再現(xiàn)和演示；學(xué)員現(xiàn)場實(shí)習(xí)時又因鐵、水、空交通運(yùn)輸部門安全生產(chǎn)要求而不允許上調(diào)度指揮臺動手實(shí)作，期望讓學(xué)員盡可能多看到的列車(船舶、飛機(jī))運(yùn)(航)行偏離計劃運(yùn)行圖時調(diào)度員處置擾動的實(shí)況，往往在有限的見習(xí)期內(nèi)難以遇見。聯(lián)合投送專業(yè)的調(diào)度指揮教學(xué)訓(xùn)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(shí)戰(zhàn)化標(biāo)準(zhǔn)和信息化手段加快聯(lián)合投送調(diào)度指揮模擬訓(xùn)練仿真平臺的研發(fā)與建設(shè)。

1 交通運(yùn)輸系統(tǒng)計算機(jī)模擬特點(diǎn)

我軍的聯(lián)合投送以國家交通運(yùn)輸系統(tǒng)為依托，交通運(yùn)輸系統(tǒng)是由復(fù)雜程度不同的元素(設(shè)備)與“預(yù)約流”(列車、船舶、飛機(jī)、汽車的運(yùn)行)相互協(xié)調(diào)配合以完成預(yù)定運(yùn)輸任務(wù)的復(fù)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(jī)模擬以其仿真程度高、推演速度快、復(fù)盤能力強(qiáng)、評估效果好等優(yōu)勢，已在交通運(yùn)輸這一復(fù)雜大系統(tǒng)的模擬訓(xùn)練和模擬研究中凸顯其獨(dú)特優(yōu)勢[1]。應(yīng)當(dāng)看到的是，由于交通運(yùn)輸系統(tǒng)的復(fù)雜性以及自身的一些特點(diǎn)，要構(gòu)造一個“準(zhǔn)隨機(jī)”或“有控隨機(jī)”的仿真模型就成為交通運(yùn)輸系統(tǒng)計算機(jī)模擬的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

在計算機(jī)中模擬交通運(yùn)輸系統(tǒng)是建立在模擬統(tǒng)計方法基礎(chǔ)上的，這是一種實(shí)驗(yàn)的方法，其特點(diǎn)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(shí)驗(yàn)方法主要用來對隨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，而在實(shí)際的交通運(yùn)輸系統(tǒng)中，一個環(huán)節(jié)的過程實(shí)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(guān)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(diǎn)對于鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)尤為重要，因?yàn)閷?shí)際上的列車流，正如前面所指出的那樣應(yīng)服從編組計劃和運(yùn)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(guān)運(yùn)營問題時，特別是其中包括旅客作業(yè)時，有關(guān)參數(shù)則應(yīng)由現(xiàn)行運(yùn)行圖給出。在這種情況下，預(yù)約服務(wù)(列車)到達(dá)系統(tǒng)內(nèi)的時刻一般是固定的，即服從運(yùn)行圖約定的到達(dá)分布。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)營過程中會產(chǎn)生一部分延誤到達(dá)的列車，這是哪一部分列車，其延誤了多少時間則又是隨機(jī)的?？梢姡诮煌ㄟ\(yùn)輸系統(tǒng)模擬中如何解決好這類“有控隨機(jī)”[2]問題是十分重要的，也是比較困難的。

2 交通運(yùn)輸系統(tǒng)調(diào)度指揮平臺設(shè)計

2.1 模擬訓(xùn)練平臺環(huán)境條件建設(shè)

鐵、水、空交通運(yùn)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(xùn)練平臺硬件布局(俯視)

2.2 模擬訓(xùn)練平臺軟件系統(tǒng)設(shè)計思路

模擬訓(xùn)練平臺軟件系統(tǒng)能夠根據(jù)指導(dǎo)教員的指令產(chǎn)生“正?！焙汀胺钦！钡慕煌ㄟ\(yùn)輸“顧客”流，讓受訓(xùn)學(xué)員以調(diào)度值班員的身份監(jiān)控進(jìn)入系統(tǒng)的每一個正?；蚍钦！邦櫩汀保?dāng)異?！邦櫩汀逼x計劃運(yùn)行線產(chǎn)生擾動時，調(diào)度值班員應(yīng)能臨機(jī)處置這種異常情況，通過相應(yīng)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(fù)，使異常“顧客”盡快回到自己指定的運(yùn)行線上來，同時盡可能減少該異?！邦櫩汀睂ο到y(tǒng)其他正常“顧客”的波及面和影響面，始終維護(hù)交通運(yùn)輸系統(tǒng)“按圖行車”的良好秩序和穩(wěn)定態(tài)勢。

交通運(yùn)輸系統(tǒng)模擬訓(xùn)練平臺強(qiáng)調(diào)展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的全過程，注重學(xué)員作業(yè)過程的每一個細(xì)節(jié)。例如：通過計算機(jī)2D、3D動畫技術(shù)與多媒體技術(shù)，直觀形象地描述道岔轉(zhuǎn)換、進(jìn)路占用、信號切換、列車運(yùn)行等動態(tài)過程；通過開發(fā)指導(dǎo)教員專用軟件輔助教員“制造異常情況”，并對學(xué)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(dǎo)教員等參與實(shí)驗(yàn)的眾多人員的每一項操作及時作出響應(yīng)等。因此，模擬訓(xùn)練平臺的設(shè)計思路和采用的開發(fā)工具都應(yīng)具有服務(wù)教學(xué)與訓(xùn)練的鮮明特點(diǎn)。

2.3 模擬訓(xùn)練平臺軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)為例，該模擬訓(xùn)練平臺由模擬參數(shù)的輸入及維護(hù)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(yùn)行系統(tǒng)、指導(dǎo)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(xùn)練平臺功能設(shè)計要求

調(diào)度指揮模擬訓(xùn)練平臺應(yīng)具有以下7種功能。

(1)在調(diào)度所和各個車站完成相應(yīng)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(jìn)路的占用、信號的轉(zhuǎn)換和列車運(yùn)行的動態(tài)監(jiān)視。

(2)通過軟件控制，實(shí)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(jī)之間的聯(lián)鎖關(guān)系、半自動閉塞區(qū)段站間閉塞設(shè)備的鎖閉關(guān)系，并能在車站終端通過相應(yīng)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(jìn)入調(diào)度區(qū)段的列車，自動或人工設(shè)置列車晚點(diǎn)、區(qū)間運(yùn)緩、信號故障、設(shè)備檢修等故障與擾動。

(4)通過調(diào)度電話實(shí)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(shè)備實(shí)現(xiàn)調(diào)度所與列車司機(jī)之間的無線聯(lián)系。

(5)通過實(shí)驗(yàn)參數(shù)(包括圖形)的錄入、修改及擴(kuò)充，能較方便地構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)對象。

(6)自動收集、處理有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為指導(dǎo)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(guān)行車組織規(guī)章、調(diào)度命令格式等。

3 調(diào)度指揮模擬訓(xùn)練仿真算法研究

交通運(yùn)輸系統(tǒng)調(diào)度指揮模擬訓(xùn)練平臺基于大型網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)，采用“一帶四”的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，即由高性能服務(wù)器或云服務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)總線拖帶擾動想定系統(tǒng)(教員導(dǎo)調(diào)系統(tǒng))、調(diào)度指揮系統(tǒng)(學(xué)員作業(yè)系統(tǒng))、視景展現(xiàn)系統(tǒng)(電子沙盤系統(tǒng))、復(fù)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(xùn)練平臺“一帶四”網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.1 視景展現(xiàn)系統(tǒng)仿真算法

交通運(yùn)輸系統(tǒng)包含軍事交通運(yùn)輸系統(tǒng)戰(zhàn)場環(huán)境，在模擬訓(xùn)練平臺(實(shí)驗(yàn)室)建有物理沙盤的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)化、信息化的模擬仿真平臺必須首先建設(shè)具有典型意義的電子沙盤，選取擔(dān)負(fù)有軍運(yùn)任務(wù)的車站、港口、機(jī)場和運(yùn)(航)行區(qū)段作為調(diào)度指揮模擬訓(xùn)練平臺的基礎(chǔ)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(shí)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(dǎo)入(載入)模擬訓(xùn)練平臺后，與該電子沙盤對應(yīng)的列車、船舶、飛機(jī)運(yùn)(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(xùn)練平臺輸入一個個“顧客”，讓其按“圖定”時刻進(jìn)入或接入運(yùn)(航)行區(qū)間或車站、港口、機(jī)場，使模擬訓(xùn)練平臺進(jìn)入正常運(yùn)作狀態(tài)，參訓(xùn)學(xué)員可練習(xí)并熟悉接發(fā)列車、船舶、飛機(jī)進(jìn)出港以及運(yùn)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(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)入正常有序狀態(tài)后，可伺機(jī)對正常系統(tǒng)進(jìn)行“噪聲”干擾，制造異常情況，如想定列車途中燃軸、列車晚點(diǎn)、航班氣象原因無法降落指定機(jī)場等，使列車、船舶、飛機(jī)偏離既定運(yùn)行圖時間，產(chǎn)生遲到、遲發(fā)、晚點(diǎn)延誤等各種異常情況交由調(diào)度指揮員靈機(jī)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(jī)的運(yùn)(航)行動態(tài)，做好系統(tǒng)中每一名“顧客”到達(dá)與接入、進(jìn)港與靠泊、進(jìn)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(guān)注正常狀態(tài)下的異常情況，對偏離既定運(yùn)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(fù)到原定運(yùn)行時空線上來，保持交通運(yùn)輸系統(tǒng)的正常、均衡運(yùn)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(fù)盤檢討系統(tǒng)仿真算法

一個完整的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)必須要有一個有效的訓(xùn)練評估系統(tǒng)，以便指導(dǎo)教員對參訓(xùn)學(xué)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(xùn)練系統(tǒng)也是一個實(shí)踐性考核系統(tǒng)，這是教學(xué)訓(xùn)練過程的必備環(huán)節(jié)。調(diào)度指揮模擬訓(xùn)練平臺中學(xué)員的作業(yè)過程和作業(yè)結(jié)果都應(yīng)有實(shí)時的記錄，教員通過調(diào)取并回放學(xué)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(jìn)行評判，尤其是在教員導(dǎo)調(diào)系統(tǒng)發(fā)出異常想定后，學(xué)員對異常擾動的反應(yīng)速度、恢復(fù)程度、作業(yè)強(qiáng)度等，都必須通過復(fù)盤檢討系統(tǒng)進(jìn)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(zhǔn)確知曉自己的臨場應(yīng)變能力和臨機(jī)處置能力，以達(dá)到該平臺最終所追求的“吃一塹、長一智”的模擬訓(xùn)練效果。復(fù)盤檢討系統(tǒng)仿真算法流程如圖6所示。

圖6 復(fù)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(xué)員了解我國鐵路、水路、航空運(yùn)輸部門調(diào)度指揮機(jī)制、機(jī)理及調(diào)度指揮信息技術(shù)水平的重要課程，是培養(yǎng)學(xué)員掌握交通運(yùn)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(shè)備的主要途徑，是培訓(xùn)軍交參謀在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下臨場處置異常情況之快速反應(yīng)能力的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，研制交通運(yùn)輸系統(tǒng)模擬訓(xùn)練平臺勢在必行。

多年來，地方交通運(yùn)輸類高校都在加緊調(diào)度指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的建設(shè)，計算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展也為模擬訓(xùn)練領(lǐng)域提供了極佳的外部條件[4]，軍事交通學(xué)院研制的軍交運(yùn)輸調(diào)度指揮臺和軍交運(yùn)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(xùn)練平臺打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。

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

[2] 楊肇夏.交通運(yùn)輸系統(tǒng)計算機(jī)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(yùn)專線列車運(yùn)行仿真系統(tǒng)初始映像研究[J].交通運(yùn)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(shù)與系統(tǒng)研究[J].北方交通大學(xué)學(xué)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(dǎo)師．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.03.012

E23

A

1674-2192(2016)03- 0053- 05