联合投送专业调度指挥类课程模拟训练仿真算法

刘 中，李海华，付国玺，刘国清

(军事交通学院 联合投送系，天津 300161)



● 教育训练 Education & Training

联合投送专业调度指挥类课程模拟训练仿真算法

刘 中，李海华，付国玺，刘国清

(军事交通学院 联合投送系，天津 300161)

从联合投送调度指挥模拟训练仿真平台的重要性出发，阐述了交通运输系统计算机模拟特点，分析了交通运输系统调度指挥平台设计的4个主要内容，并对调度指挥模拟训练平台的4大仿真算法进行研究，提出了结合联合投送专业实际的仿真算法和平台设计思想，为培养信息化条件下新型联合投送组织指挥人才创造了实战化模拟训练环境。

实战化；调度指挥；模拟训练；仿真算法

联合投送专业下分的铁路军事运输指挥、水路军事运输指挥、航空军事运输指挥3个专业方向均开设有相应的行车(航行)组织课程，是该专业极为重要的专业基础课，其中的运(航)行调度指挥章节是该课程的教学重点与难点，课堂授课时因不具备运输现场调度指挥台的仿真作业与指挥环境，需要调度指挥员临场处置的各种异常情况和运(航)行调整无法集中再现和演示；学员现场实习时又因铁、水、空交通运输部门安全生产要求而不允许上调度指挥台动手实作，期望让学员尽可能多看到的列车(船舶、飞机)运(航)行偏离计划运行图时调度员处置扰动的实况，往往在有限的见习期内难以遇见。联合投送专业的调度指挥教学训练因此而长期陷入困境，联合投送组织指挥人才的培养质量大打折扣，急需以实战化标准和信息化手段加快联合投送调度指挥模拟训练仿真平台的研发与建设。

1 交通运输系统计算机模拟特点

我军的联合投送以国家交通运输系统为依托，交通运输系统是由复杂程度不同的元素(设备)与“预约流”(列车、船舶、飞机、汽车的运行)相互协调配合以完成预定运输任务的复杂大系统，用传统的解析方法已经难以解决该系统中多元素多流径的动态模拟问题，而计算机模拟以其仿真程度高、推演速度快、复盘能力强、评估效果好等优势，已在交通运输这一复杂大系统的模拟训练和模拟研究中凸显其独特优势[1]。应当看到的是，由于交通运输系统的复杂性以及自身的一些特点，要构造一个“准随机”或“有控随机”的仿真模型就成为交通运输系统计算机模拟的重点与难点。

在计算机中模拟交通运输系统是建立在模拟统计方法基础上的，这是一种实验的方法，其特点是其中某些环节需要通过统计资料来确定。由于统计实验方法主要用来对随机系统进行模拟，而在实际的交通运输系统中，一个环节的过程实现情况与另一个环节的行为之间存在有一种依赖关系，因此一个单纯的统计模型难以充分反映所研究的对象。这一点对于铁路运输系统尤为重要，因为实际上的列车流，正如前面所指出的那样应服从编组计划和运行图的要求，并且有成千上万的人为此在从事着调整和管理工作。因此，要通过现有系统的模拟来解决有关运营问题时，特别是其中包括旅客作业时，有关参数则应由现行运行图给出。在这种情况下，预约服务(列车)到达系统内的时刻一般是固定的，即服从运行图约定的到达分布。当然，在实际运营过程中会产生一部分延误到达的列车，这是哪一部分列车，其延误了多少时间则又是随机的。可见，在交通运输系统模拟中如何解决好这类“有控随机”[2]问题是十分重要的，也是比较困难的。

2 交通运输系统调度指挥平台设计

2.1 模拟训练平台环境条件建设

铁、水、空交通运输系统调度指挥平台由调度指挥台(已研制)和物理沙盘、电子沙盘(大屏幕投影视景系统)、调度指挥软件系统等软、硬件环境条件构成(如图1所示)。

图1 模拟训练平台硬件布局(俯视)

2.2 模拟训练平台软件系统设计思路

模拟训练平台软件系统能够根据指导教员的指令产生“正常”和“非正常”的交通运输“顾客”流，让受训学员以调度值班员的身份监控进入系统的每一个正常或非正常“顾客”，当异常“顾客”偏离计划运行线产生扰动时，调度值班员应能临机处置这种异常情况，通过相应的“调规”和通信指挥手段迅速发布调度命令，以使这种异常情况尽快得到恢复，使异常“顾客”尽快回到自己指定的运行线上来，同时尽可能减少该异常“顾客”对系统其他正常“顾客”的波及面和影响面，始终维护交通运输系统“按图行车”的良好秩序和稳定态势。

交通运输系统模拟训练平台强调展现实验的全过程，注重学员作业过程的每一个细节。例如：通过计算机2D、3D动画技术与多媒体技术，直观形象地描述道岔转换、进路占用、信号切换、列车运行等动态过程；通过开发指导教员专用软件辅助教员“制造异常情况”，并对学员处置异常的作业情况作出评价；通过频繁的中断处理，对调度值班员以及指导教员等参与实验的众多人员的每一项操作及时作出响应等。因此，模拟训练平台的设计思路和采用的开发工具都应具有服务教学与训练的鲜明特点。

2.3 模拟训练平台软件系统结构

以铁路运输系统为例，该模拟训练平台由模拟参数的输入及维护系统、铁路信号自动控制系统、列车调度监视与指挥系统、车站列车接发控制与管理系统、列车运行系统、指导教员专用系统以及车站与区间配置图输入与处理专用软件包等组成[3]。

2.4 模拟训练平台功能设计要求

调度指挥模拟训练平台应具有以下7种功能。

(1)在调度所和各个车站完成相应调度区段内各区间(闭塞分区)与车站的线路、道岔和信号的配置描述，以及进路的占用、信号的转换和列车运行的动态监视。

(2)通过软件控制，实现道岔、信号、到发线之间的联锁，以及在自动闭塞条件下通过信号机之间的联锁关系、半自动闭塞区段站间闭塞设备的锁闭关系，并能在车站终端通过相应操作，完成自动或半自动闭塞方式下各项列车接发作业的办理。

(3)自动生成进入调度区段的列车，自动或人工设置列车晚点、区间运缓、信号故障、设备检修等故障与扰动。

(4)通过调度电话实现调度所与车站、车站与车站之间的有线联系，通过无线对讲设备实现调度所与列车司机之间的无线联系。

(5)通过实验参数(包括图形)的录入、修改及扩充，能较方便地构造模拟实验对象。

(6)自动收集、处理有关实验数据，为指导教员提供评价依据，或由系统直接给出评价结果。

(7)提供全方位的信息查询，如接发列车作业程序说明、有关行车组织规章、调度命令格式等。

3 调度指挥模拟训练仿真算法研究

交通运输系统调度指挥模拟训练平台基于大型网络计算机，采用“一带四”的网络体系结构，即由高性能服务器或云服务通过网络总线拖带扰动想定系统(教员导调系统)、调度指挥系统(学员作业系统)、视景展现系统(电子沙盘系统)、复盘检讨系统(动态评估系统)等4大部分(如图2所示)。

图2 模拟训练平台“一带四”网络拓扑结构

3.1 视景展现系统仿真算法

交通运输系统包含军事交通运输系统战场环境，在模拟训练平台(实验室)建有物理沙盘的基础上，网络化、信息化的模拟仿真平台必须首先建设具有典型意义的电子沙盘，选取担负有军运任务的车站、港口、机场和运(航)行区段作为调度指挥模拟训练平台的基础数据，通过二维或三维视景系统正投或背投到多屏幕拼接投影墙上，既可灵活展现各次不同作业背景下的实战环境，又可充分发挥电子沙盘相较物理沙盘制作成本低、展现效果好、修改加工易等多方面的优长。视景展现系统仿真算法流程如图3所示。

图3 视景展现系统仿真算法流程描述

3.2 扰动发布系统仿真算法

电子沙盘数据导入(载入)模拟训练平台后，与该电子沙盘对应的列车、船舶、飞机运(航)行图即可按照模拟时钟的启动，以天文时间顺序向模拟训练平台输入一个个“顾客”，让其按“图定”时刻进入或接入运(航)行区间或车站、港口、机场，使模拟训练平台进入正常运作状态，参训学员可练习并熟悉接发列车、船舶、飞机进出港以及运行掌管和动态监控等调度指挥的各项流程与作业规范。教员在观察模拟训练系统进入正常有序状态后，可伺机对正常系统进行“噪声”干扰，制造异常情况，如想定列车途中燃轴、列车晚点、航班气象原因无法降落指定机场等，使列车、船舶、飞机偏离既定运行图时间，产生迟到、迟发、晚点延误等各种异常情况交由调度指挥员灵机处置。扰动发布系统仿真算法流程如图4所示。

图4 扰动发布系统仿真算法流程描述

3.3 调度指挥系统仿真算法

调度指挥员在调度指挥台上通过动态监控系统(已研发)密切注视列车、船舶、飞机的运(航)行动态，做好系统中每一名“顾客”到达与接入、进港与靠泊、进近与着陆、出发与离港等各环节、全流程的指控作业。与此同时，调度值班员还要高度关注正常状态下的异常情况，对偏离既定运行图的“顾客”及早发现并迅速作出调整，使其尽快回复到原定运行时空线上来，保持交通运输系统的正常、均衡运行状态。调度指挥系统仿真算法流程如图5所示。

图5 调度指挥系统仿真算法流程描述

3.4 复盘检讨系统仿真算法

一个完整的模拟训练系统必须要有一个有效的训练评估系统，以便指导教员对参训学员的作业(过程)做出评价、评定成绩。从某种意义上来说，带有阅卷评定功能的模拟训练系统也是一个实践性考核系统，这是教学训练过程的必备环节。调度指挥模拟训练平台中学员的作业过程和作业结果都应有实时的记录，教员通过调取并回放学员的作业结果与过程，可对调度值班员熟悉作业规范和作业流程的情况进行评判，尤其是在教员导调系统发出异常想定后，学员对异常扰动的反应速度、恢复程度、作业强度等，都必须通过复盘检讨系统进行不同时间比例尺的快速回放、自动评阅、现场讲评，以使调度指挥员准确知晓自己的临场应变能力和临机处置能力，以达到该平台最终所追求的“吃一堑、长一智”的模拟训练效果。复盘检讨系统仿真算法流程如图6所示。

图6 复盘检讨系统仿真算法流程描述

4 结 语

联合投送专业调度指挥类课程是让学员了解我国铁路、水路、航空运输部门调度指挥机制、机理及调度指挥信息技术水平的重要课程，是培养学员掌握交通运输系统调度指挥规定(调规)和调度指挥流程、熟悉调度指挥设备的主要途径，是培训军交参谋在实战环境下临场处置异常情况之快速反应能力的实践性环节，研制交通运输系统模拟训练平台势在必行。

多年来，地方交通运输类高校都在加紧调度指挥模拟训练系统的建设，计算机软硬件技术的飞速发展也为模拟训练领域提供了极佳的外部条件[4]，军事交通学院研制的军交运输调度指挥台和军交运输动态监控系统等信息化装备，都为联合投送专业研发模拟训练平台打下了坚实基础。

[1] 杨肇夏,毛保华,何天健.铁路运输模拟系统的现状与发展[J].北方交通大学学报,2002，26(5)：5-7.

[2] 杨肇夏.交通运输系统计算机模拟[M].北京：中国铁道出版社,2009：245-246.

[3] 孟令云，杨肇夏，李海鹰，等.客运专线列车运行仿真系统初始映像研究[J].交通运输系统工程与信息，2009,9(1)：12-13.

[4] 毛保华，杨肇夏，陈海波.道路交通仿真技术与系统研究[J].北方交通大学学报,2002，26(5)：37-38.

(编辑：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． 作者简介： 刘 中(1964—)，男，硕士，教授，硕士研究生导师．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.03.012

E23

A

1674-2192(2016)03- 0053- 05