基于真实场景的高铁调度员考核方法研究

王 绍，张 涛

高铁调度员是运输组织的核心，负责指挥高速列车安全、正点、高效运行，高铁运输安全及运营效率与高铁调度员的业务能力、应急处置水平紧密相关。

目前高铁调度员的培训考核体系基本沿用普速线路，高铁调度员也大都从普速调度员中选拔培训而来，但实测考核结果主要是由教员主观评价，不够客观。另外高铁列车均按基本图运行，CTC系统处于自动化控制状态，出于安全考虑无法按照需求制造故障，也不适宜进行应急处置考核。而现有的一些行车调度仿真实训考核系统也普遍存在缺陷，如调度终端非真实软件，仿真程度低；信号系统动态反应与真实生产系统存在差异；考核场景固定，无法灵活修改，无法自动评分等。这些都制约了高铁调度员应急处置能力的提升及日常培训考核的质量。

为此，本文提出构建基于真实场景的调度实训考核系统，以生产系统真实CTC软件和数据为基础［1］，通过仿真信号系统“驱动”CTC正常工作，让考评系统自动扮演配合角色，采用场景预置、动态处理形成基于真实场景的沉浸式交互测评模式，构建学、练、考一体化的培训考核系统。在此基础上，重点探讨基于德尔菲法和层次分析法的线性加权模型，探索在复杂场景下自动化评分系统的工作原理及实际应用。

1 构建基于“真实场景”仿真系统的要求

基于真实场景仿真考核系统的开发，需要立足于4个“真”。

1）形式真。仿真调度台布局、软件界面、辅助模块与真实调度台一致［2］；调度员日常演练及应急处置考核操作方式、流程与生产系统一致。

2）内容真。仿真调度台核心数据，如运行图软件、调度命令模板、助调台软件与生产系统一致；信号支撑系统如室外信号设备、站内联锁系统［3］、区间闭塞系统、列控系统、无线闭塞中心、列车控制等静态数据及动态反应与真实一致［4-5］。

3）评价真。评价系统应科学、全面、客观，评价方法考虑不同类型操作权重，评价指标覆盖调度员日常主要作业内容，可为操作者的主要动作行为自动评分，摆脱教师或裁判的主观评判。

4）管理真。应急处置考核流程与技术管理规章、操作规程、作业标准，与运营单位制定的高速铁路应急演练处置流程等一致［6］。

2 调度员考核方法研究

与培训考核相关的评价方法主要有德尔菲法、算数平均法、层次分析法、熵值法、模糊综合评价法、线性加权法、主成分分析法等，各种评价方法各有利弊。本系统采用德尔菲法确定评价指标，层次分析法计算定义评价指标权重，线性加权法计算获得最终考核分数，具体步骤如下。

2.1 德尔菲法确定评价指标

如图1所示，先由组织者起草拟定一份调查表，包含各类评价指标；然后挑选专家，以背靠背方式征询各位成员的意见，并根据组织者提交的资料由专家进行无实名沟通交流，按定义和需求进行多轮征询和反馈；待专家组成员意见集中后，集体判断结果，汇总形成最终评价指标报告。但该方法也存在一定片面性，即易受到组织者的主观影响，可能导致预期结果偏离实际［7］。

图1 德尔菲法确定评价指标

2.2 层次分析法定义评价指标权重

层次分析法是定性与定量相结合、层次化、系统化的分析方法。对多个目标、多项准则和无结构特性的复杂问题，可提供比较简便的决策，其原理是根据问题性质和总目标，将问题分解为不同的组成因素，依据因素间关联、隶属等分成不同层次组合，从而形成多层次分析结构模型，使问题归结为最底层相对于最高层的相对重要权值，特别适用于难以完全定量的复杂系统做出决策［8］。

2.2.1 确定评价对象，建立层次结构模型

先明确了解评估对象，包含对象的范围和要素，以及各要素间关系，将目标、因素、决策对象按其关系分为最高层、中间层、最低层，并绘制层次结构图。

2.2.2 构造判断矩阵

为了确定每一个层次的优先级别，建立判断（成对比较）矩阵，见图2。如果直接定义权重，则为定性判定，不易被人接受，所以不能将所有因素一起比较，而是采用两两比较的办法，尽量减小不同性质因素间判断的难度，提高准确性。成对比较矩阵是本层所有因素针对上一层某一个因素（目标）相对重要性而言的，通过数值来表示。例如B1相对B2稍微重要，则B1相对B2为3，即b12为3，B2相对于B1为1/3，即b21为1/3。

图2 构造判断矩阵

2.2.3 层次单排序求取权重

W的元素为同一层次因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值，这一过程称为层次单排序。例如某一因素的权值为0.237，就代表这个因素对于上一层因素的重要性为0.237，所有因素权值之和为1。计算步骤如下。

1）将判断矩阵的每一列元素按公式（1）作归一化处理（将矩阵每个元素归一为［0，1］之间的无量纲小数）。

式中：b ij为第i个因素相对于第j个因素的比较结果；为b ij归一化后的无量纲值。

2）将归一化后的矩阵按行加总式中：W i为判断矩阵第i行的权重值之和。

式中：W i为第i个因素基层指标权重值。

4）对于判断矩阵B来说，最大特征根λmax为

式中：(BW)i为矩阵B W的第i个分量。

通过上述计算过程，可得判断矩阵的归一化特征向量，当一致性检验通过时，可认为分量W i即为第i个因素的基层指标权重值。

2.2.4 一致性检验分析

判断矩阵构造时可能存在逻辑性错误，比如B1比B2重要，B2比B3重要，B3却又比B1重要，因此需要使用一致性检验分析是否出现错误，一致性比率C R（consistency ratio）计算为

一般当C R小于0.1时，认为判断矩阵构造时逻辑无误，认定归一化特征向量W的分量W i即为基层指标的权重值；若CR不小于0.1，则需要重新构造判断矩阵。其中C I（consistency index）为一般性指标：

RI（random index）为随机一致性指标，其1-8阶RI见表1。

表1 随机一致性指标RI

2.3 线性加权法计算得分

线性加权法的特点是将多个目标函数通过线性加权的方式，集成到单个目标函数，可以将指标定性与定量结合。在指标体系建立并确定权重后，对各级指标的无量纲指数及其权重值采用线性加权的方法进行计算，从而可得最终评估分值［9］为

式中：Z为总得分；n为基层评估指标个数；W i为基层指标的权重值；X i为基层指标的标准化值。

考虑到评价体系标准化及理解方便，将总分定义为100分，假如二级指标B1的权重值W1为0.237，则B1指标总分则为23.7分，对应的三级指标分值由三级指标权重值及三级指标个数确定。

3 应用实例

1）确定评价指标，构造成对比较矩阵。设计咨询专家表，初步筛选各级指标和评价标准。如通过E-mail方式邀请5名具有丰富经验的调度专家进行3轮咨询，每轮咨询结束后进行数据分析，删除非一致性指标，最终形成评价指标矩阵：一级指标为基于真实场景的调度员能力Z；二级指标为用语规范B1、遵章守纪B2、专业能力B3、逻辑能力B4、统筹能力B5；三级指标分别为语言识别准确度C11、标准用语相似度C12、应急处置流程完成度C21、作业标准（调度命令及登销记内容）C22、主调台操作（运行图操作及调度命令编辑下发）C31、助调台操作C32、运统登销记C33、逻辑操作（流程执行顺序）C41和模块流程（流程组合执行顺序）C51等。

2）计算评价指标权重。通过层次分析法求解模型进行计算，得λmax=6.2058、CR=0.0471＜0.1，判断矩阵逻辑无误，所求二级权重分别为：用语规范W1=0.1507、遵章守纪W2=0.2218、专业能力W3=0.4225、逻辑能力W4=0.0746、统筹能力W5=0.1304。

在实际场景中，故障触发时机、列车所处位置等多种因素均会导致各场景中流程块（基层因素）数量不同，不利于求解。此外，各三级指标所含流程块数量众多，以助调台操作C32为例，场景中可能包含修改进路股道、启用区间逻辑检查、确认无车、修改进路、中心控制、设置列车停稳等24种流程块，而主调台操作C31则包含有区间封锁、接触网停电、反向行车等27种流程块，咨询专家意见后，将三级指标Cij权重简化为Bi/n，n为单个场景中二级指标Bi下属三级指标个数，以“专业能力”为例，其权重值W3为0.4225，百分值时B3总分为42.25，若某试题中其三级指标流程块（基层因素）为10个，则每个流程块分值为B3/10=4.225分，计算总分时，以其正确执行的流程块数量计算得分。

3）计算总分并分析。以北京局某调度员某次“接触网挂有异物”应急处置实操考核为例，系统自动扣除用语规范2.33分、遵章守纪0.74分、专业能力0.83分、逻辑能力0.35分、统筹能力0分，本次总得分为95.75，见表2。“用语规范”扣分主要原因是被考核调度员普通话标准程度一般，语音识别匹配度较低；“逻辑能力”扣分是调度员处置流程与系统严格限定的应急处置流程有一定差异；“专业能力”虽然整体权重占比较高，但调度员对本题中的相关CTC操作比较熟悉，扣分较少。

表2 “接触网挂有异物”应急处置评价表

系统依据评价内容、评价方法、评价标准发现的具体问题及扣分情况，与人员素质和真实场景相符，且评分真实、客观、可信，验证了使用该评价体系进行自动评分的可行性和可信度。系统参考《技规》《高铁应急处置场景》及其他技术标准、规范，已将4大类33种子类的非正常场景编制为考核评价试题［10］。

另外，系统可对所有考核及练习结果进行统一存储、管理，借助单人、班组的评价结果及单项得分进行大数据分析，梳理调度员普遍存在的实操易错点，确定其实际上岗生产操作的“高风险点”，对调度员资格认定、岗位调动评估、应急演练等有一定的参考价值。

4 结论

复杂场景应急处置作为综合性考核项目，可对调度员进行全方位的考核评价，包括考察调度员对各类规章制度、作业规范的掌握程度，对CTC系统操作的熟练程度，处置协调、调度指挥的灵活程度等，因此应急处置流程的考核应作为调度员考核的重点，在考核题目覆盖度、考核知识点深度、考核判定客观度上加强设计，通过考核促使调度员发现、补强薄弱环节，切实提高综合能力。

基于真实场景的调度员考核评价系统在传统仿真系统主观评分基础上，优化了自动评分算法，利用基于层次分析法和德尔菲法的线性权重法自动计算实操得分，为解决高铁调度员复杂场景下，应急处置考核的自动评分提供了思路，为高铁调度员资格评定甚至智能调度实现提供了有益探索。