應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)思考

劉松 彭勇

摘 要：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目自2018年開展以來受到了相關(guān)部門的高度重視，文章以重慶交通大學(xué)成功申報(bào)的教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目—“應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”為例，從項(xiàng)目建設(shè)背景、項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)、項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容和實(shí)施路徑等幾個(gè)方面對“應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目進(jìn)行介紹分析。

關(guān)鍵詞：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人;虛擬仿真;應(yīng)急物資;路徑優(yōu)化;實(shí)驗(yàn)建設(shè)

“為貫徹落實(shí)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》（國辦發(fā)〔2015〕36號）和《國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化產(chǎn)教融合的若干意見》（國辦發(fā)〔2017〕95號）精神，深化產(chǎn)教融合、校企合作，2018年教育部高等教育司組織有關(guān)企業(yè)支持高校共同開展產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目?！盵1]在此背景下，教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目受到了相關(guān)部門的高度重視，有的高校甚至將該項(xiàng)目視為省部級重點(diǎn)項(xiàng)目。文章以重慶交通大學(xué)成功申報(bào)的教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目—“應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”為例，從背景、項(xiàng)目特色和亮點(diǎn)、項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)、項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容和實(shí)施路徑等幾個(gè)方面對“應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目進(jìn)行介紹分析，以期進(jìn)一步促進(jìn)教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目的發(fā)展。

1 項(xiàng)目建設(shè)背景

應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化是交通運(yùn)輸工程教學(xué)和科研的難點(diǎn)之一。具有“運(yùn)輸環(huán)境復(fù)雜多變、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、路徑優(yōu)化求解所需時(shí)間隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長而呈爆炸式增長的NP難”等特性，涉及交通運(yùn)輸、交通管理、交通工程、應(yīng)急管理、物流管理等專業(yè)多方面理論與方法的綜合運(yùn)用，采用現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和方案設(shè)計(jì)難度大、可實(shí)施性弱，不能進(jìn)行傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)。因此，對其進(jìn)行虛擬場景再現(xiàn)和過程仿真實(shí)驗(yàn)具有非常重要的意義。

2 項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目依托重慶交通大學(xué)市級交通運(yùn)輸工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心等進(jìn)行開發(fā)，重點(diǎn)面向本校首批國家級一流本科課程—《運(yùn)輸組織學(xué)》和《集裝箱運(yùn)輸》、《港口管理》等交通運(yùn)輸、交通管理專業(yè)核心課程的關(guān)鍵知識和能力要求?；诖?，通過該項(xiàng)目的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

（1）基于實(shí)際案例，真實(shí)再現(xiàn)應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)場景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生了解應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)的基本特性與要求。

（2）可視化與三維動畫表現(xiàn)專業(yè)課程中路徑優(yōu)化關(guān)鍵理論模型算法的基本原理，提高學(xué)生對基礎(chǔ)專業(yè)知識的理解能力。

（3）虛擬在線多樣化多式聯(lián)運(yùn)控制參數(shù)設(shè)置對應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)的效果表現(xiàn)、促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行“探究式、自主式”學(xué)習(xí)，提升學(xué)生專業(yè)綜合實(shí)踐能力，解決我國多式聯(lián)運(yùn)教學(xué)從應(yīng)用、操作型人才培養(yǎng)到開發(fā)、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的轉(zhuǎn)換。

（4）開放性、交互式提供不同多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，路段規(guī)模、節(jié)點(diǎn)規(guī)模、環(huán)境及相關(guān)參數(shù)等的設(shè)置，虛擬仿真不同控制參數(shù)對應(yīng)的多式聯(lián)運(yùn)方案實(shí)施效果，提高學(xué)生對于多因素影響、多目標(biāo)優(yōu)化要求下的方案設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)踐能力。

（5）利用網(wǎng)絡(luò)交互平臺為學(xué)生提供在線的師生、學(xué)生之間、行業(yè)技術(shù)人員之間的交流，真正實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目向?qū)W生、向社會的在線開放。

3 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容和實(shí)施路徑

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目屬于交通運(yùn)輸專業(yè)《運(yùn)輸組織學(xué)》課程的部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的集成。開展本項(xiàng)目所需知識來源于《交通運(yùn)輸系統(tǒng)》、《交通運(yùn)輸安全學(xué)》、《港口管理》、《集裝箱運(yùn)輸》等課程，涉及多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化算法等。

主要建設(shè)內(nèi)容和實(shí)施路徑如下：

（1）準(zhǔn)確構(gòu)建出應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)虛擬仿真環(huán)境。準(zhǔn)確的構(gòu)建出應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)虛擬仿真環(huán)境是建立好應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化虛擬仿真系統(tǒng)的重要一環(huán)。本部分將針對地震后出現(xiàn)的道路損壞，突發(fā)公共衛(wèi)生事件后出現(xiàn)的封路等特點(diǎn)，通過調(diào)研等方法準(zhǔn)確構(gòu)建出應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)虛擬仿真環(huán)境。

（2）應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)干線運(yùn)輸最短路算法（SP問題）。多式聯(lián)運(yùn)干線最佳路徑是多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)上兩點(diǎn)之間一條權(quán)值最優(yōu)的路徑。如果將多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中兩點(diǎn)之間的實(shí)際距離加上多式聯(lián)運(yùn)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間等作為權(quán)值，那么多式聯(lián)運(yùn)干線最佳路徑規(guī)劃問題就成為最短路徑問題。本實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練學(xué)生掌握經(jīng)典最短路算法—Dijkstra算法的計(jì)算與過程模擬。

（3）應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)支線車輛路徑優(yōu)化算法（VRP問題）。多式聯(lián)運(yùn)的末端為車輛路徑優(yōu)化問題，車輛路線問題（VRP）最早是由Dantzig和Ramser于1959年首次提出，指一定數(shù)量的客戶，各自有不同數(shù)量的應(yīng)急物資需求，配送中心向各受災(zāi)點(diǎn)提供應(yīng)急物資，由一個(gè)車隊(duì)負(fù)責(zé)分送貨物，

（下轉(zhuǎn)第248頁）

（上接第245頁）

組織適當(dāng)?shù)男熊嚶肪€，目標(biāo)是使得受災(zāi)點(diǎn)的需求得到滿足，并能在一定的約束下，達(dá)到諸如路程最短、成本最小、耗費(fèi)時(shí)間最少等目的。該問題屬于NP難題。自1959年提出以來，一直是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題中最基本的問題之一，由于其應(yīng)用的廣泛性和經(jīng)濟(jì)上的重大價(jià)值，一直受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)針對該問題的NP難特點(diǎn)，訓(xùn)練學(xué)生掌握啟發(fā)式算法的計(jì)算與過程模擬。

4 結(jié)語

應(yīng)急物資運(yùn)輸環(huán)境極為復(fù)雜，通過虛擬仿真能夠提高運(yùn)輸效率。本文以“應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”為例，從背景、項(xiàng)目特色和亮點(diǎn)、項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)、項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容和實(shí)施路徑等對“應(yīng)急物資多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目進(jìn)行介紹分析，對促進(jìn)我國虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展具有一定的理論與實(shí)踐意義。

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作者簡介：劉松（1986-），男，重慶人，工學(xué)博士，講師，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理的教學(xué)與研究。

基金項(xiàng)目：重慶市研究生教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號：yjg183084）;重慶市研究生教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號：yjg203086）;重慶市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃項(xiàng)目（編號：2017-GX-328）;重慶市研究生教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目（編號：YJG182026）;重慶市社會科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（編號：2020QNGL43）;重慶交通大學(xué)科研啟動項(xiàng)目（編號：20JDKJC-B051）;重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（2020S0032）。