基于真實場景的高鐵調(diào)度員考核方法研究

王 紹，張 濤

高鐵調(diào)度員是運輸組織的核心，負(fù)責(zé)指揮高速列車安全、正點、高效運行，高鐵運輸安全及運營效率與高鐵調(diào)度員的業(yè)務(wù)能力、應(yīng)急處置水平緊密相關(guān)。

目前高鐵調(diào)度員的培訓(xùn)考核體系基本沿用普速線路，高鐵調(diào)度員也大都從普速調(diào)度員中選拔培訓(xùn)而來，但實測考核結(jié)果主要是由教員主觀評價，不夠客觀。另外高鐵列車均按基本圖運行，CTC系統(tǒng)處于自動化控制狀態(tài)，出于安全考慮無法按照需求制造故障，也不適宜進行應(yīng)急處置考核。而現(xiàn)有的一些行車調(diào)度仿真實訓(xùn)考核系統(tǒng)也普遍存在缺陷，如調(diào)度終端非真實軟件，仿真程度低；信號系統(tǒng)動態(tài)反應(yīng)與真實生產(chǎn)系統(tǒng)存在差異；考核場景固定，無法靈活修改，無法自動評分等。這些都制約了高鐵調(diào)度員應(yīng)急處置能力的提升及日常培訓(xùn)考核的質(zhì)量。

為此，本文提出構(gòu)建基于真實場景的調(diào)度實訓(xùn)考核系統(tǒng)，以生產(chǎn)系統(tǒng)真實CTC軟件和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)［1］，通過仿真信號系統(tǒng)“驅(qū)動”CTC正常工作，讓考評系統(tǒng)自動扮演配合角色，采用場景預(yù)置、動態(tài)處理形成基于真實場景的沉浸式交互測評模式，構(gòu)建學(xué)、練、考一體化的培訓(xùn)考核系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，重點探討基于德爾菲法和層次分析法的線性加權(quán)模型，探索在復(fù)雜場景下自動化評分系統(tǒng)的工作原理及實際應(yīng)用。

1 構(gòu)建基于“真實場景”仿真系統(tǒng)的要求

基于真實場景仿真考核系統(tǒng)的開發(fā)，需要立足于4個“真”。

1）形式真。仿真調(diào)度臺布局、軟件界面、輔助模塊與真實調(diào)度臺一致［2］；調(diào)度員日常演練及應(yīng)急處置考核操作方式、流程與生產(chǎn)系統(tǒng)一致。

2）內(nèi)容真。仿真調(diào)度臺核心數(shù)據(jù)，如運行圖軟件、調(diào)度命令模板、助調(diào)臺軟件與生產(chǎn)系統(tǒng)一致；信號支撐系統(tǒng)如室外信號設(shè)備、站內(nèi)聯(lián)鎖系統(tǒng)［3］、區(qū)間閉塞系統(tǒng)、列控系統(tǒng)、無線閉塞中心、列車控制等靜態(tài)數(shù)據(jù)及動態(tài)反應(yīng)與真實一致［4-5］。

3）評價真。評價系統(tǒng)應(yīng)科學(xué)、全面、客觀，評價方法考慮不同類型操作權(quán)重，評價指標(biāo)覆蓋調(diào)度員日常主要作業(yè)內(nèi)容，可為操作者的主要動作行為自動評分，擺脫教師或裁判的主觀評判。

4）管理真。應(yīng)急處置考核流程與技術(shù)管理規(guī)章、操作規(guī)程、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與運營單位制定的高速鐵路應(yīng)急演練處置流程等一致［6］。

2 調(diào)度員考核方法研究

與培訓(xùn)考核相關(guān)的評價方法主要有德爾菲法、算數(shù)平均法、層次分析法、熵值法、模糊綜合評價法、線性加權(quán)法、主成分分析法等，各種評價方法各有利弊。本系統(tǒng)采用德爾菲法確定評價指標(biāo)，層次分析法計算定義評價指標(biāo)權(quán)重，線性加權(quán)法計算獲得最終考核分?jǐn)?shù)，具體步驟如下。

2.1 德爾菲法確定評價指標(biāo)

如圖1所示，先由組織者起草擬定一份調(diào)查表，包含各類評價指標(biāo)；然后挑選專家，以背靠背方式征詢各位成員的意見，并根據(jù)組織者提交的資料由專家進行無實名溝通交流，按定義和需求進行多輪征詢和反饋；待專家組成員意見集中后，集體判斷結(jié)果，匯總形成最終評價指標(biāo)報告。但該方法也存在一定片面性，即易受到組織者的主觀影響，可能導(dǎo)致預(yù)期結(jié)果偏離實際［7］。

圖1 德爾菲法確定評價指標(biāo)

2.2 層次分析法定義評價指標(biāo)權(quán)重

層次分析法是定性與定量相結(jié)合、層次化、系統(tǒng)化的分析方法。對多個目標(biāo)、多項準(zhǔn)則和無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜問題，可提供比較簡便的決策，其原理是根據(jù)問題性質(zhì)和總目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素，依據(jù)因素間關(guān)聯(lián)、隸屬等分成不同層次組合，從而形成多層次分析結(jié)構(gòu)模型，使問題歸結(jié)為最底層相對于最高層的相對重要權(quán)值，特別適用于難以完全定量的復(fù)雜系統(tǒng)做出決策［8］。

2.2.1 確定評價對象，建立層次結(jié)構(gòu)模型

先明確了解評估對象，包含對象的范圍和要素，以及各要素間關(guān)系，將目標(biāo)、因素、決策對象按其關(guān)系分為最高層、中間層、最低層，并繪制層次結(jié)構(gòu)圖。

2.2.2 構(gòu)造判斷矩陣

為了確定每一個層次的優(yōu)先級別，建立判斷（成對比較）矩陣，見圖2。如果直接定義權(quán)重，則為定性判定，不易被人接受，所以不能將所有因素一起比較，而是采用兩兩比較的辦法，盡量減小不同性質(zhì)因素間判斷的難度，提高準(zhǔn)確性。成對比較矩陣是本層所有因素針對上一層某一個因素（目標(biāo)）相對重要性而言的，通過數(shù)值來表示。例如B1相對B2稍微重要，則B1相對B2為3，即b12為3，B2相對于B1為1/3，即b21為1/3。

圖2 構(gòu)造判斷矩陣

2.2.3 層次單排序求取權(quán)重

W的元素為同一層次因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值，這一過程稱為層次單排序。例如某一因素的權(quán)值為0.237，就代表這個因素對于上一層因素的重要性為0.237，所有因素權(quán)值之和為1。計算步驟如下。

1）將判斷矩陣的每一列元素按公式（1）作歸一化處理（將矩陣每個元素歸一為［0，1］之間的無量綱小數(shù)）。

式中：b ij為第i個因素相對于第j個因素的比較結(jié)果；為b ij歸一化后的無量綱值。

2）將歸一化后的矩陣按行加總式中：W i為判斷矩陣第i行的權(quán)重值之和。

式中：W i為第i個因素基層指標(biāo)權(quán)重值。

4）對于判斷矩陣B來說，最大特征根λmax為

式中：(BW)i為矩陣B W的第i個分量。

通過上述計算過程，可得判斷矩陣的歸一化特征向量，當(dāng)一致性檢驗通過時，可認(rèn)為分量W i即為第i個因素的基層指標(biāo)權(quán)重值。

2.2.4 一致性檢驗分析

判斷矩陣構(gòu)造時可能存在邏輯性錯誤，比如B1比B2重要，B2比B3重要，B3卻又比B1重要，因此需要使用一致性檢驗分析是否出現(xiàn)錯誤，一致性比率C R（consistency ratio）計算為

一般當(dāng)C R小于0.1時，認(rèn)為判斷矩陣構(gòu)造時邏輯無誤，認(rèn)定歸一化特征向量W的分量W i即為基層指標(biāo)的權(quán)重值；若CR不小于0.1，則需要重新構(gòu)造判斷矩陣。其中C I（consistency index）為一般性指標(biāo)：

RI（random index）為隨機一致性指標(biāo)，其1-8階RI見表1。

表1 隨機一致性指標(biāo)RI

2.3 線性加權(quán)法計算得分

線性加權(quán)法的特點是將多個目標(biāo)函數(shù)通過線性加權(quán)的方式，集成到單個目標(biāo)函數(shù)，可以將指標(biāo)定性與定量結(jié)合。在指標(biāo)體系建立并確定權(quán)重后，對各級指標(biāo)的無量綱指數(shù)及其權(quán)重值采用線性加權(quán)的方法進行計算，從而可得最終評估分值［9］為

式中：Z為總得分；n為基層評估指標(biāo)個數(shù)；W i為基層指標(biāo)的權(quán)重值；X i為基層指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

考慮到評價體系標(biāo)準(zhǔn)化及理解方便，將總分定義為100分，假如二級指標(biāo)B1的權(quán)重值W1為0.237，則B1指標(biāo)總分則為23.7分，對應(yīng)的三級指標(biāo)分值由三級指標(biāo)權(quán)重值及三級指標(biāo)個數(shù)確定。

3 應(yīng)用實例

1）確定評價指標(biāo)，構(gòu)造成對比較矩陣。設(shè)計咨詢專家表，初步篩選各級指標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)。如通過E-mail方式邀請5名具有豐富經(jīng)驗的調(diào)度專家進行3輪咨詢，每輪咨詢結(jié)束后進行數(shù)據(jù)分析，刪除非一致性指標(biāo)，最終形成評價指標(biāo)矩陣：一級指標(biāo)為基于真實場景的調(diào)度員能力Z；二級指標(biāo)為用語規(guī)范B1、遵章守紀(jì)B2、專業(yè)能力B3、邏輯能力B4、統(tǒng)籌能力B5；三級指標(biāo)分別為語言識別準(zhǔn)確度C11、標(biāo)準(zhǔn)用語相似度C12、應(yīng)急處置流程完成度C21、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（調(diào)度命令及登銷記內(nèi)容）C22、主調(diào)臺操作（運行圖操作及調(diào)度命令編輯下發(fā)）C31、助調(diào)臺操作C32、運統(tǒng)登銷記C33、邏輯操作（流程執(zhí)行順序）C41和模塊流程（流程組合執(zhí)行順序）C51等。

2）計算評價指標(biāo)權(quán)重。通過層次分析法求解模型進行計算，得λmax=6.2058、CR=0.0471＜0.1，判斷矩陣邏輯無誤，所求二級權(quán)重分別為：用語規(guī)范W1=0.1507、遵章守紀(jì)W2=0.2218、專業(yè)能力W3=0.4225、邏輯能力W4=0.0746、統(tǒng)籌能力W5=0.1304。

在實際場景中，故障觸發(fā)時機、列車所處位置等多種因素均會導(dǎo)致各場景中流程塊（基層因素）數(shù)量不同，不利于求解。此外，各三級指標(biāo)所含流程塊數(shù)量眾多，以助調(diào)臺操作C32為例，場景中可能包含修改進路股道、啟用區(qū)間邏輯檢查、確認(rèn)無車、修改進路、中心控制、設(shè)置列車停穩(wěn)等24種流程塊，而主調(diào)臺操作C31則包含有區(qū)間封鎖、接觸網(wǎng)停電、反向行車等27種流程塊，咨詢專家意見后，將三級指標(biāo)Cij權(quán)重簡化為Bi/n，n為單個場景中二級指標(biāo)Bi下屬三級指標(biāo)個數(shù)，以“專業(yè)能力”為例，其權(quán)重值W3為0.4225，百分值時B3總分為42.25，若某試題中其三級指標(biāo)流程塊（基層因素）為10個，則每個流程塊分值為B3/10=4.225分，計算總分時，以其正確執(zhí)行的流程塊數(shù)量計算得分。

3）計算總分并分析。以北京局某調(diào)度員某次“接觸網(wǎng)掛有異物”應(yīng)急處置實操考核為例，系統(tǒng)自動扣除用語規(guī)范2.33分、遵章守紀(jì)0.74分、專業(yè)能力0.83分、邏輯能力0.35分、統(tǒng)籌能力0分，本次總得分為95.75，見表2?！坝谜Z規(guī)范”扣分主要原因是被考核調(diào)度員普通話標(biāo)準(zhǔn)程度一般，語音識別匹配度較低；“邏輯能力”扣分是調(diào)度員處置流程與系統(tǒng)嚴(yán)格限定的應(yīng)急處置流程有一定差異；“專業(yè)能力”雖然整體權(quán)重占比較高，但調(diào)度員對本題中的相關(guān)CTC操作比較熟悉，扣分較少。

表2 “接觸網(wǎng)掛有異物”應(yīng)急處置評價表

系統(tǒng)依據(jù)評價內(nèi)容、評價方法、評價標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)的具體問題及扣分情況，與人員素質(zhì)和真實場景相符，且評分真實、客觀、可信，驗證了使用該評價體系進行自動評分的可行性和可信度。系統(tǒng)參考《技規(guī)》《高鐵應(yīng)急處置場景》及其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，已將4大類33種子類的非正常場景編制為考核評價試題［10］。

另外，系統(tǒng)可對所有考核及練習(xí)結(jié)果進行統(tǒng)一存儲、管理，借助單人、班組的評價結(jié)果及單項得分進行大數(shù)據(jù)分析，梳理調(diào)度員普遍存在的實操易錯點，確定其實際上崗生產(chǎn)操作的“高風(fēng)險點”，對調(diào)度員資格認(rèn)定、崗位調(diào)動評估、應(yīng)急演練等有一定的參考價值。

4 結(jié)論

復(fù)雜場景應(yīng)急處置作為綜合性考核項目，可對調(diào)度員進行全方位的考核評價，包括考察調(diào)度員對各類規(guī)章制度、作業(yè)規(guī)范的掌握程度，對CTC系統(tǒng)操作的熟練程度，處置協(xié)調(diào)、調(diào)度指揮的靈活程度等，因此應(yīng)急處置流程的考核應(yīng)作為調(diào)度員考核的重點，在考核題目覆蓋度、考核知識點深度、考核判定客觀度上加強設(shè)計，通過考核促使調(diào)度員發(fā)現(xiàn)、補強薄弱環(huán)節(jié)，切實提高綜合能力。

基于真實場景的調(diào)度員考核評價系統(tǒng)在傳統(tǒng)仿真系統(tǒng)主觀評分基礎(chǔ)上，優(yōu)化了自動評分算法，利用基于層次分析法和德爾菲法的線性權(quán)重法自動計算實操得分，為解決高鐵調(diào)度員復(fù)雜場景下，應(yīng)急處置考核的自動評分提供了思路，為高鐵調(diào)度員資格評定甚至智能調(diào)度實現(xiàn)提供了有益探索。