王宇 馬飛 李季濤 楊俊鋒

摘? 要：調(diào)車作業(yè)計劃編制是鐵路客運站調(diào)度指揮工作的核心內(nèi)容，也是交通運輸專業(yè)（鐵路運輸方向）不可或缺的教學實踐項目。該文依托國家級軌道交通虛擬仿真實驗中心，以國內(nèi)某客運站為原型，自主研發(fā)鐵路客運站調(diào)車作業(yè)計劃編制虛擬仿真實驗系統(tǒng)，面向社會開放。系統(tǒng)包含基礎數(shù)據(jù)管理、計劃編制管理、計劃執(zhí)行管理、圖表繪制管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析5個子系統(tǒng)，通過搭建高度仿真的鐵路客運站調(diào)車作業(yè)計劃編制環(huán)境，使學生以車站調(diào)度員身份進行客運站調(diào)車作業(yè)計劃編制，提升學生對專業(yè)核心課程的理解，培養(yǎng)學生綜合工程實踐能力。

關(guān)鍵詞：車站調(diào)度;虛擬仿真;實驗教學;調(diào)車作業(yè)計劃編制;共享資源建設

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）31-0079-04

Abstract： The preparation of shunting operation plan is the core content of railway passenger station dispatching and command work， and it is also an indispensable teaching practice project of transportation major （railway transportation direction）. Relying on the national rail transportation virtual simulation experiment center， taking a domestic passenger station as the prototype， this paper independently develops a virtual simulation experiment system for the preparation of shunting operation planning in railway passenger stations， which is open to the society. The system consists of five sub-systems： basic data management， planning management， planning execution management， chart drawing management and data statistical analysis. By building a high simulation of railway passenger station shunting operation planning environment， the system enables students to prepare shunting operation planning of passenger stations as station dispatchers， improves students' understanding of the core curriculum and cultivates their comprehensive engineering practice ability.

Keywords： station dispatching; virtual simulation; experimental teaching; preparation of shunting operation plan; construction of shared resources

根據(jù)“一帶一路”倡議、“中國高鐵走出去”國家戰(zhàn)略及“智慧交通”世界一流學科建設的需要，國家和社會急需高素質(zhì)鐵路運輸方向的人才。隨著我國鐵路旅客運輸?shù)母咚侔l(fā)展，鐵路客運站調(diào)度指揮人才需求旺盛。調(diào)車作業(yè)計劃編制是客運站調(diào)度指揮工作的核心內(nèi)容，但由于鐵路現(xiàn)場工作的復雜性和危險性，現(xiàn)場實習中雖投入大量人力財力，學生只能對調(diào)車作業(yè)計劃進行簡單認知，沒有實際動手操作的可能，導致學生對調(diào)車作業(yè)計劃編制基本技能掌握不足，畢業(yè)后融入客運站運輸生產(chǎn)工作時間較長。

虛擬仿真實驗能夠利用有限的硬件資源，在有限實物空間與無限資源之間，理論與多樣化、復雜化實踐之間搭建橋梁[1]。國家為了進一步促進虛擬仿真實驗教學中心的開放共享，建立了虛擬仿真實驗教學項目共享平臺（實驗空間，www.ilab-x.com）[2]。大連交通大學作為軌道交通特色育人高校，一直為軌道交通企業(yè)特別是鐵路運輸企業(yè)輸送高質(zhì)量的應用型人才。為提升學生實踐能力，學校自主開發(fā)了鐵路客運站調(diào)車作業(yè)計劃編制虛擬仿真實驗共享平臺，平臺以國內(nèi)某客運站為原型，通過搭建高度仿真的調(diào)車作業(yè)計劃編制環(huán)境，使學生以車站調(diào)度員身份進行調(diào)車作業(yè)計劃編制，進而解決學生實踐能力薄弱、創(chuàng)新意識缺乏等的問題，滿足用人單位對交通運輸專業(yè)應用型人才實踐操作能力的要求。

一? 虛擬仿真實驗共享教學資源建設背景

逐年上升的鐵路旅客運輸需求對客運站調(diào)度指揮管理的信息化程度和新型運輸專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高的要求。目前鐵路院校多是靠實驗沙盤完成調(diào)車教學，且實景沙盤的制作、維護成本較高，一旦車站發(fā)生線路改造，對應的沙盤硬件就會面臨整改甚至失效的問題[3]。而虛擬仿真實驗教學依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互等技術(shù)，可以構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，能夠以生動、逼真、立體的形式來演示實驗室中無法完成的復雜性、危險性的實驗項目[4]。因虛擬仿真實驗具有可控制、無破壞性、可重復使用等優(yōu)點，其在鐵路運輸管理領(lǐng)域的應用也越來越廣泛，仿真技術(shù)也從無交互的簡化離散事件仿真、軟件與實體推演沙盤相結(jié)合仿真，發(fā)展為高度仿真的虛擬現(xiàn)實。

根據(jù)教育部“2017—2020年示范性虛擬仿真實驗教學項目建設規(guī)劃”的建設目標，為適應現(xiàn)代大學生的成長特點和信息化時代背景下的教學規(guī)律，必須加快高校虛擬仿真實驗項目的建設。此外，在新冠感染疫情防控時期，如何保證實驗教學效果也對專業(yè)實驗指導方式、實驗操作方式提出了新的要求。因此，探索基于網(wǎng)絡化的開放式教學模式，調(diào)車作業(yè)計劃編制資源共享建設旨在突破時間和空間的限制，利用虛擬仿真實驗教學平臺，實現(xiàn)共享開放的鐵路運輸虛擬網(wǎng)絡實驗教學空間，對實現(xiàn)各高校及鐵路企業(yè)的鐵路運輸教學資源共享，滿足鐵路運輸應用型工程技術(shù)人才需求具有重要的現(xiàn)實意義和推廣價值。

二? 虛擬仿真實驗共享教學資源建設理念

將調(diào)車作業(yè)計劃編制虛擬仿真實驗資源建設成為統(tǒng)一的、開放的虛擬仿真實驗教學管理和共享平臺，面向社會的虛擬實驗教學資源共享，滿足相關(guān)高等學校、科研院所、行業(yè)企業(yè)開展虛擬仿真實驗教學的需要，構(gòu)建開放共享的虛擬仿真實驗教學服務體系。

（一）? 構(gòu)建基于網(wǎng)絡化，以學生為中心、自主學習為基礎的實訓模式

隨著新工科建設，交通運輸專業(yè)更加重視實踐教學環(huán)節(jié)，單獨開設鐵路運輸綜合實驗課程，因課內(nèi)實驗項目不斷增加，并且受實驗室機位限制而造成的實驗時間縮短的矛盾日漸突出。因此，以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐，構(gòu)建基于網(wǎng)絡化，以學生為中心、自主學習為基礎的實訓模式，對于實現(xiàn)學生在課外進行專業(yè)實踐訓練有著重要的現(xiàn)實意義[5]。

（二）? 以項目為引領(lǐng)，開展自主式、探究式的教學模式

以項目引領(lǐng)的教學模式則是通過項目牽引，以鐵路局發(fā)布的實際“客調(diào)命令”為導向，按照實驗要求編制正確合理的調(diào)車作業(yè)計劃。在完成項目實驗過程中，學生在高度仿真的實驗環(huán)境下，自主進行實驗操作，及時解決實驗中發(fā)現(xiàn)的問題，探索最優(yōu)化解決方案，提高了學生的學習興趣和工程素養(yǎng)。

（三）? 通過“虛實結(jié)合”，培養(yǎng)學生綜合工程實踐能力

鐵路客運站調(diào)車作業(yè)計劃編制為交通運輸專業(yè)不可或缺的教學實踐科目。傳統(tǒng)式實踐教學是老師帶領(lǐng)學生去客運站進行實習，走馬觀花式的實習方式不能讓學生真正地投入到鐵路客運站運輸作業(yè)組織中。利用虛擬仿真實驗教學平臺，將“有限的物理實驗教學空間”拓展成“無限的虛擬實驗教學空間”，實現(xiàn)了校內(nèi)多地的實驗教學資源共享[6]。學生可在有網(wǎng)絡的地方，遠程登錄平臺，自主調(diào)用實驗教學資源，進行調(diào)車作業(yè)計劃編制操作，可以更快地掌握鐵路運輸組織基本理論，培養(yǎng)了學生的工程實踐能力。

（四）? 通過高仿真實驗內(nèi)容，提升學生對專業(yè)核心課程的理解

調(diào)車作業(yè)計劃編制虛擬仿真實驗平臺的建設，增進學生對運輸專業(yè)核心課程鐵路行車組織、旅客運輸、交通運輸系統(tǒng)仿真理論知識的理解;使學生了解客運站主要技術(shù)作業(yè)過程，掌握客運站調(diào)車作業(yè)執(zhí)行的組織機構(gòu)和職責分工、掌握調(diào)車作業(yè)通知單格式，編制要求和標記規(guī)定;訓練學生根據(jù)客調(diào)命令，按實驗要求進行客運站調(diào)車作業(yè)的計劃建立、計劃編制、計劃調(diào)整與下達等調(diào)度指揮基本技能;增進學生對鐵路行車組織基礎理論的理解，培養(yǎng)了學生解決實際復雜工程問題的能力[7]。

三? 虛擬仿真實驗教學資源共享平臺擬解決的問題

學校依托國家級軌道交通虛擬仿真實驗中心、列車運行仿真與運輸設備實驗室、鐵路調(diào)度指揮仿真實驗室等實驗資源，在依據(jù)實際的車站車流數(shù)據(jù)，總結(jié)現(xiàn)實作業(yè)經(jīng)驗的基礎之上，搭建與鐵路現(xiàn)場車站調(diào)度指揮一致的仿真環(huán)境，有效克服了鐵路現(xiàn)場作業(yè)的特殊性、危險性，使車站調(diào)度作業(yè)簡約化、圖形化，使學生的運輸調(diào)度指揮技能得到充分訓練。

（一）? 實現(xiàn)圖形化調(diào)車作業(yè)計劃拖拽式編制

實驗平臺基于圖形化的調(diào)車作業(yè)計劃拖拽式編制。學生可通過鼠標操作，在現(xiàn)車界面上模擬調(diào)車作業(yè)過程，創(chuàng)建勾計劃，簡化勾計劃的編制過程，提高編制效率，防止不合規(guī)則的錯誤發(fā)生。

（二）? 實驗系統(tǒng)與現(xiàn)場作業(yè)保持一致

實驗平臺在鐵路相關(guān)車站實際應用的自主研發(fā)的“調(diào)車作業(yè)計劃編制系統(tǒng)3.0”的基礎上，將原型系統(tǒng)進行實踐教學轉(zhuǎn)化，自主開發(fā)設計的“鐵路車站調(diào)度指揮虛擬仿真課程實驗教學系統(tǒng)”全部采用現(xiàn)場數(shù)據(jù)，功能與現(xiàn)場原型系統(tǒng)完全保持一致，學生可以模擬客運站調(diào)車區(qū)長崗位進行實驗操作。

（三）? 豐富實驗教學內(nèi)容，解決無法動手操作等問題

實驗平臺模擬操作車站調(diào)車作業(yè)的過程。對調(diào)車作業(yè)計劃編制虛擬仿真實驗項目展開研究，目的是在信息化時代背景下，依托鐵路調(diào)度指揮實驗室的軟硬件設備，對調(diào)車作業(yè)計劃編制系統(tǒng)進行二次開發(fā)。在實驗項目教學的過程中，逐步拋棄傳統(tǒng)的教學方式，實驗教學更加直觀、形象，豐富了實驗教學內(nèi)容，實驗教學形式、實驗教學環(huán)境得以優(yōu)化，培養(yǎng)學生的自學能力和創(chuàng)新能力，從而使教學方式與時代接軌。

四? 虛擬仿真實驗教學資源共享平臺

實驗平臺以國內(nèi)某客運站為原型，運用現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)，依托自主研發(fā)的“調(diào)車作業(yè)計劃編制系統(tǒng)3.0”，運用虛擬仿真技術(shù)自主研發(fā)的“調(diào)車作業(yè)計劃編制在線實驗系統(tǒng)V1.0”，建設調(diào)車作業(yè)計劃編制虛擬仿真實驗共享平臺。

（一）? 實驗平臺層次架構(gòu)

實驗平臺采用Management-Level模式，表達從決策層?管理層?操作層，分別描述各個層次的功能和涉及的主要設備。調(diào)車作業(yè)計劃編制系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)分為計劃層、執(zhí)行層和管理層。

1? 計劃層

計劃層是調(diào)車作業(yè)計劃編制和執(zhí)行的核心，主要用戶包括調(diào)車區(qū)長、值班員、信號員。數(shù)據(jù)庫服務器放在車站計算機室，通過網(wǎng)絡與計劃編制系統(tǒng)主機和計劃執(zhí)行系統(tǒng)終端相連接。調(diào)車區(qū)長主機作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)中心，用于存儲計劃編制相關(guān)數(shù)據(jù)，其優(yōu)點在于當因某種原因?qū)е聼o法聯(lián)網(wǎng)時，不影響調(diào)車區(qū)長的正常計劃編制工作。

2? 執(zhí)行層

執(zhí)行層的主要功能是依據(jù)路局調(diào)度命令，依據(jù)鐵路相關(guān)規(guī)章標準執(zhí)行調(diào)車作業(yè)計劃，主要用戶是調(diào)車長、連接員和調(diào)車機車司機。

3? 管理層

管理層的主要功能是通過各種顯示終端設備（臺式機、大屏幕顯示設備），實時監(jiān)控車站調(diào)車作業(yè)的執(zhí)行狀態(tài)，及時掌握調(diào)機動態(tài)、站內(nèi)列車和庫內(nèi)現(xiàn)車信息，系統(tǒng)能夠?qū)\輸生產(chǎn)任務的完成情況進行預警提醒。

（二）? 實驗平臺功能架構(gòu)

通過對調(diào)車作業(yè)計劃編制需求的分析理解，實驗平臺采用SOA（面向服務的架構(gòu)）設計理念，建設調(diào)車作業(yè)計劃編制虛擬仿真實驗系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括基礎數(shù)據(jù)管理、計劃編制管理、計劃執(zhí)行管理、圖表繪制管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析5個子系統(tǒng)，15個主要功能模塊。系統(tǒng)主界面如圖1所示。

1? 基礎數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

包含客運站開行車次、編組內(nèi)容、站內(nèi)線路、庫內(nèi)線路、調(diào)機安排和作業(yè)標準等調(diào)車計劃編制需要的相關(guān)基礎數(shù)據(jù)。

2? 計劃編制管理子系統(tǒng)

計劃編制采用圖形拖拽方式，勾計劃在拖拽中自動生成，可智能添加相關(guān)記事信息;每勾計劃都能夠顯示正確的現(xiàn)車信息，并具備完善的計劃修改功能;系統(tǒng)內(nèi)置知識庫，可在計劃編制中進行實時的檢查和提醒。

3? 計劃執(zhí)行管理子系統(tǒng)

模擬“一看、二排、三挑、四劃”操作，并實時上傳時間數(shù)據(jù);實時監(jiān)控調(diào)車作業(yè)計劃執(zhí)行情況;實時顯示調(diào)機動態(tài)、站內(nèi)列車和庫內(nèi)現(xiàn)車信息場景等現(xiàn)車信息。

4? 圖表繪制管理子系統(tǒng)

實時讀取調(diào)車作業(yè)計劃執(zhí)行數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)圖形和表格的形式正確顯示庫內(nèi)的現(xiàn)車信息數(shù)據(jù)和調(diào)機動態(tài)數(shù)據(jù)，完成車站技術(shù)圖表的鋪畫[8]。

5? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析子系統(tǒng)

對車站調(diào)機運用及相關(guān)設備的使用情況進行統(tǒng)計分析，可實現(xiàn)勾數(shù)、人員（班）作業(yè)量統(tǒng)計，技術(shù)報表的自動生成。

（三）? 實施虛擬仿真實驗原理

通過虛擬仿真實驗資源共享平臺，學生可以基于圖形化的調(diào)車作業(yè)計劃拖拽式編制。通過鼠標操作移動場景現(xiàn)車界面上的列車或客車，模擬調(diào)車的摘、掛過程，實現(xiàn)勾計劃的自動創(chuàng)建和記事欄信息智能填寫，簡化勾計劃的編制過程，提高編制效率，防止不合規(guī)則的錯誤發(fā)生。開放的“鐵路客運站調(diào)車作業(yè)計劃編制虛擬仿真實驗”全部采用現(xiàn)場數(shù)據(jù)，功能與現(xiàn)場原型系統(tǒng)完全保持一致，學生可以模擬客運站調(diào)車區(qū)長崗位進行實驗操作，如圖2所示。

五? 虛擬仿真實驗教學資源共享成效

該虛擬仿真實驗資源自建設運行以來，每年不僅負責校內(nèi)相關(guān)專業(yè)500余名學生進行實驗教學，還接待了西南交通大學、大連科技學院、沈陽局下屬大連站、長春站、沈陽站相關(guān)師生及職工的在線學習和培訓，年均接待人數(shù)達2 000余人次，得到了很好的反饋。實驗環(huán)境與現(xiàn)場實際操作系統(tǒng)一致，實現(xiàn)了計劃編制與執(zhí)行的圖形化顯示和拖拽式計劃編制，具備完善方便的計劃修改功能，能夠?qū)幹频挠媱澾M行自動檢查、校驗與任務提醒，實現(xiàn)了技術(shù)作業(yè)表自動繪制和調(diào)車作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，實驗人員完全可以模擬客運站調(diào)車區(qū)長崗位和車站值班員崗位，進行客運站調(diào)車作業(yè)編制與執(zhí)行的全過程，有效地培養(yǎng)了實驗人員的實踐操作能力。在此基礎上，通過不斷豐富實驗模塊和現(xiàn)實模擬功能，不斷完善網(wǎng)絡和設備環(huán)境，提升操作體驗，加強技術(shù)架構(gòu)和響應能力建設，拓展與鐵路運輸相關(guān)企業(yè)之間共建共享的廣度和深度，結(jié)合調(diào)度指揮實際生產(chǎn)中的新問題，新技術(shù)和新方法，不斷豐富實驗模塊，加強對鐵路運輸調(diào)度指揮數(shù)據(jù)的采集和利用，增強實驗教學平臺的現(xiàn)實模擬功能。

六? 結(jié)束語

虛擬仿真實驗教學資源的開放共享是當下虛擬仿真實驗資源建設的重要任務之一，也是虛擬仿真建設的使命所在。鐵路客運站調(diào)車作業(yè)計劃編制虛擬仿真實驗平臺，實現(xiàn)了客運站調(diào)車作業(yè)計劃編制的流程仿真，彌補現(xiàn)場實踐無法動手操作的不足，提高學生實踐創(chuàng)新能力、滿足教學主體多元化需求。目前，平臺受限于軟硬件條件限制僅對部分院校和企業(yè)實現(xiàn)了開放共享，今后需要繼續(xù)加強軟硬件建設與維護，完善網(wǎng)絡和設備環(huán)境，提高平臺信息化共享和服務水平，建立完全開放共享的虛擬仿真實驗資源平臺。

參考文獻：

[1] 朱軍，華晶，皮大能，等.軌道交通虛擬仿真實驗教學資源共建共享實踐[J].湖北師范大學學報（自然科學版），2021，41（3）：86-92.

[2] 朱曉東，曾慶山，王東署，等.網(wǎng)絡在線虛擬仿真類實驗資源開放共享機制探索——以軌道交通信號控制類虛擬仿真實驗為例[J].教育觀察，2020，9（41）：48-51.

[3] 武帥，李季濤，張美勇.鐵路客運站調(diào)車作業(yè)計劃執(zhí)行過程仿真平臺的研制與開發(fā)[J].鐵路計算機應用，2021，30（6）：1-5.

[4] 趙魯華，劉海青，王建春.地方院校交通運輸專業(yè)虛擬仿真實驗項目設計[J].物流工程與管理，2022，44（2）：177-180.

[5] 楊永剛，劉江浩，王華明.印刷包裝虛擬仿真平臺的構(gòu)建及創(chuàng)新人才的培養(yǎng)[J].教育教學論壇，2022（34）：181-184.

[6] 馬駟，王琳，郭嶠楓，等.適應新形勢的交通運輸虛擬仿真實驗平臺建設[J].西南交通大學學報（社會科學版），2015，16（3）：21-26.

[7] 張宏偉，高如新，李玉東，等.區(qū)間與車站信號自動控制虛擬仿真實驗項目設計[J].實驗室科學，2020，23（3）：4-6，12.

[8] 孫策.鐵路客運站調(diào)車作業(yè)計劃編制系統(tǒng)研究[D].大連：大連交通大學，2019.

基金項目：2021年遼寧省普通高等教育教學改革研究資助項目一般項目“鐵路車站調(diào)度指揮虛擬仿真課程建設的研究與實踐”（無編號）

第一作者簡介：王宇（1979-），男，漢族，遼寧大連人，博士，副教授，教務處副處長。研究方向為鐵路運輸組織、鐵路貨物運輸、鐵路運輸政策法規(guī)、物流系統(tǒng)規(guī)劃與設計。