应急物资多式联运路径优化虚拟仿真实验建设思考

刘松 彭勇

摘 要：教育部产学合作协同育人项目自2018年开展以来受到了相关部门的高度重视，文章以重庆交通大学成功申报的教育部产学合作协同育人项目—“应急物资多式联运路径优化虚拟仿真实验”为例，从项目建设背景、项目建设目标、项目建设内容和实施路径等几个方面对“应急物资多式联运路径优化虚拟仿真实验”项目进行介绍分析。

关键词：教育部产学合作协同育人;虚拟仿真;应急物资;路径优化;实验建设

“为贯彻落实《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》（国办发〔2015〕36号）和《国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见》（国办发〔2017〕95号）精神，深化产教融合、校企合作，2018年教育部高等教育司组织有关企业支持高校共同开展产学合作协同育人项目。”[1]在此背景下，教育部产学合作协同育人项目受到了相关部门的高度重视，有的高校甚至将该项目视为省部级重点项目。文章以重庆交通大学成功申报的教育部产学合作协同育人项目—“应急物资多式联运路径优化虚拟仿真实验”为例，从背景、项目特色和亮点、项目建设目标、项目建设内容和实施路径等几个方面对“应急物资多式联运路径优化虚拟仿真实验”项目进行介绍分析，以期进一步促进教育部产学合作协同育人项目的发展。

1 项目建设背景

应急物资多式联运路径优化是交通运输工程教学和科研的难点之一。具有“运输环境复杂多变、网络规模大、路径优化求解所需时间随网络规模的增长而呈爆炸式增长的NP难”等特性，涉及交通运输、交通管理、交通工程、应急管理、物流管理等专业多方面理论与方法的综合运用，采用现场实验和方案设计难度大、可实施性弱，不能进行传统的物理实验。因此，对其进行虚拟场景再现和过程仿真实验具有非常重要的意义。

2 项目建设目标

本实验项目依托重庆交通大学市级交通运输工程实验教学中心等进行开发，重点面向本校首批国家级一流本科课程—《运输组织学》和《集装箱运输》、《港口管理》等交通运输、交通管理专业核心课程的关键知识和能力要求。基于此，通过该项目的建设，实现以下目标：

（1）基于实际案例，真实再现应急物资多式联运场景，激发学生学习兴趣，帮助学生了解应急物资多式联运的基本特性与要求。

（2）可视化与三维动画表现专业课程中路径优化关键理论模型算法的基本原理，提高学生对基础专业知识的理解能力。

（3）虚拟在线多样化多式联运控制参数设置对应急物资多式联运的效果表现、促进学生进行“探究式、自主式”学习，提升学生专业综合实践能力，解决我国多式联运教学从应用、操作型人才培养到开发、创新型人才培养的转换。

（4）开放性、交互式提供不同多式联运网络环境下，路段规模、节点规模、环境及相关参数等的设置，虚拟仿真不同控制参数对应的多式联运方案实施效果，提高学生对于多因素影响、多目标优化要求下的方案设计创新实践能力。

（5）利用网络交互平台为学生提供在线的师生、学生之间、行业技术人员之间的交流，真正实现虚拟实验项目向学生、向社会的在线开放。

3 项目建设内容和实施路径

本实验项目属于交通运输专业《运输组织学》课程的部分实验项目的集成。开展本项目所需知识来源于《交通运输系统》、《交通运输安全学》、《港口管理》、《集装箱运输》等课程，涉及多式联运路径优化算法等。

主要建设内容和实施路径如下：

（1）准确构建出应急物资多式联运虚拟仿真环境。准确的构建出应急物资多式联运虚拟仿真环境是建立好应急物资多式联运路径优化虚拟仿真系统的重要一环。本部分将针对地震后出现的道路损坏，突发公共卫生事件后出现的封路等特点，通过调研等方法准确构建出应急物资多式联运虚拟仿真环境。

（2）应急物资多式联运干线运输最短路算法（SP问题）。多式联运干线最佳路径是多式联运网络上两点之间一条权值最优的路径。如果将多式联运网络中两点之间的实际距离加上多式联运中转节点的转运时间等作为权值，那么多式联运干线最佳路径规划问题就成为最短路径问题。本实验训练学生掌握经典最短路算法—Dijkstra算法的计算与过程模拟。

（3）应急物资多式联运支线车辆路径优化算法（VRP问题）。多式联运的末端为车辆路径优化问题，车辆路线问题（VRP）最早是由Dantzig和Ramser于1959年首次提出，指一定数量的客户，各自有不同数量的应急物资需求，配送中心向各受灾点提供应急物资，由一个车队负责分送货物，

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组织适当的行车路线，目标是使得受灾点的需求得到满足，并能在一定的约束下，达到诸如路程最短、成本最小、耗费时间最少等目的。该问题属于NP难题。自1959年提出以来，一直是网络优化问题中最基本的问题之一，由于其应用的广泛性和经济上的重大价值，一直受到国内外学者的广泛关注。本实验针对该问题的NP难特点，训练学生掌握启发式算法的计算与过程模拟。

4 结语

应急物资运输环境极为复杂，通过虚拟仿真能够提高运输效率。本文以“应急物资多式联运路径优化虚拟仿真实验”为例，从背景、项目特色和亮点、项目建设目标、项目建设内容和实施路径等对“应急物资多式联运路径优化虚拟仿真实验”项目进行介绍分析，对促进我国虚拟仿真实验教学的发展具有一定的理论与实践意义。

参考文献：

[1]https：//baike.baidu.com/reference/23203228/c8282cQPxTAxdYqRjH37yLk8A5_FSLrrqzNWbt1z6TSMiwI5b7zei_LrpodM-0Y9MZAZNVcL-yKEWt7fzO8wQl6Lm0fw-qupZkGr8Xly46UoGxatXQj1GgphV7DJV7lDf2vNq1cT7-6s.

[2]張姿炎.产学合作协同育人的机制研究[J].高教学刊，2020（20）：163-165.

[3]王琬茹.产学合作协同育人机制下高校物联网工程专业实训教学创新[J].科技风，2021（1）：85-86.

[4]李玉倩.平台经济模式推进产学合作协同育人研究[J].高等工程教育研究，2020（1）：100-105.

[5]王书廷.新工科背景下产学合作协同育人模式创新—以电子信息类专业为例[J].现代交际，2020（23）：132.

作者简介：刘松（1986-），男，重庆人，工学博士，讲师，硕士研究生导师，研究方向：交通运输规划与管理的教学与研究。

基金项目：重庆市研究生教育教学改革研究项目（编号：yjg183084）;重庆市研究生教育教学改革研究项目（编号：yjg203086）;重庆市教育科学“十三五”规划项目（编号：2017-GX-328）;重庆市研究生教育教学改革研究重点项目（编号：YJG182026）;重庆市社会科学规划项目（编号：2020QNGL43）;重庆交通大学科研启动项目（编号：20JDKJC-B051）;重庆市研究生科研创新项目（2020S0032）。