基于真實場景的高鐵調度員考核方法研究

王 紹，張 濤

高鐵調度員是運輸組織的核心，負責指揮高速列車安全、正點、高效運行，高鐵運輸安全及運營效率與高鐵調度員的業務能力、應急處置水平緊密相關。

目前高鐵調度員的培訓考核體系基本沿用普速線路，高鐵調度員也大都從普速調度員中選拔培訓而來，但實測考核結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系統處于自動化控制狀態，出于安全考慮無法按照需求制造故障，也不適宜進行應急處置考核。而現有的一些行車調度仿真實訓考核系統也普遍存在缺陷，如調度終端非真實軟件，仿真程度低；信號系統動態反應與真實生產系統存在差異；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度員應急處置能力的提升及日常培訓考核的質量。

為此，本文提出構建基于真實場景的調度實訓考核系統，以生產系統真實CTC軟件和數據為基礎［1］，通過仿真信號系統“驅動”CTC正常工作，讓考評系統自動扮演配合角色，采用場景預置、動態處理形成基于真實場景的沉浸式交互測評模式，構建學、練、考一體化的培訓考核系統。在此基礎上，重點探討基于德爾菲法和層次分析法的線性加權模型，探索在復雜場景下自動化評分系統的工作原理及實際應用。

1 構建基于“真實場景”仿真系統的要求

基于真實場景仿真考核系統的開發，需要立足于4個“真”。

1）形式真。仿真調度臺布局、軟件界面、輔助模塊與真實調度臺一致［2］；調度員日常演練及應急處置考核操作方式、流程與生產系統一致。

2）內容真。仿真調度臺核心數據，如運行圖軟件、調度命令模板、助調臺軟件與生產系統一致；信號支撐系統如室外信號設備、站內聯鎖系統［3］、區間閉塞系統、列控系統、無線閉塞中心、列車控制等靜態數據及動態反應與真實一致［4-5］。

3）評價真。評價系統應科學、全面、客觀，評價方法考慮不同類型操作權重，評價指標覆蓋調度員日常主要作業內容，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。應急處置考核流程與技術管理規章、操作規程、作業標準，與運營單位制定的高速鐵路應急演練處置流程等一致［6］。

2 調度員考核方法研究

與培訓考核相關的評價方法主要有德爾菲法、算數平均法、層次分析法、熵值法、模糊綜合評價法、線性加權法、主成分分析法等，各種評價方法各有利弊。本系統采用德爾菲法確定評價指標，層次分析法計算定義評價指標權重，線性加權法計算獲得最終考核分數，具體步驟如下。

2.1 德爾菲法確定評價指標

如圖1所示，先由組織者起草擬定一份調查表，包含各類評價指標；然后挑選專家，以背靠背方式征詢各位成員的意見，并根據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，集體判斷結果，匯總形成最終評價指標報告。但該方法也存在一定片面性，即易受到組織者的主觀影響，可能導致預期結果偏離實際［7］。

圖1 德爾菲法確定評價指標

2.2 層次分析法定義評價指標權重

層次分析法是定性與定量相結合、層次化、系統化的分析方法。對多個目標、多項準則和無結構特性的復雜問題，可提供比較簡便的決策，其原理是根據問題性質和總目標，將問題分解為不同的組成因素，依據因素間關聯、隸屬等分成不同層次組合，從而形成多層次分析結構模型，使問題歸結為最底層相對于最高層的相對重要權值，特別適用于難以完全定量的復雜系統做出決策［8］。

2.2.1 確定評價對象，建立層次結構模型

先明確了解評估對象，包含對象的范圍和要素，以及各要素間關系，將目標、因素、決策對象按其關系分為最高層、中間層、最低層，并繪制層次結構圖。

2.2.2 構造判斷矩陣

為了確定每一個層次的優先級別，建立判斷（成對比較）矩陣，見圖2。如果直接定義權重，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，盡量減小不同性質因素間判斷的難度，提高準確性。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）相對重要性而言的，通過數值來表示。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 構造判斷矩陣

2.2.3 層次單排序求取權重

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值，這一過程稱為層次單排序。例如某一因素的權值為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）。

式中：b ij為第i個因素相對于第j個因素的比較結果；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行的權重值之和。

式中：W i為第i個因素基層指標權重值。

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，當一致性檢驗通過時，可認為分量W i即為第i個因素的基層指標權重值。

2.2.4 一致性檢驗分析

判斷矩陣構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錯誤，一致性比率C R（consistency ratio）計算為

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

RI（random index）為隨機一致性指標，其1-8階RI見表1。

表1 隨機一致性指標RI

2.3 線性加權法計算得分

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

式中：Z為總得分；n為基層評估指標個數；W i為基層指標的權重值；X i為基層指標的標準化值。

考慮到評價體系標準化及理解方便，將總分定義為100分，假如二級指標B1的權重值W1為0.237，則B1指標總分則為23.7分，對應的三級指標分值由三級指標權重值及三級指標個數確定。

3 應用實例

1）確定評價指標，構造成對比較矩陣。設計咨詢專家表，初步篩選各級指標和評價標準。如通過E-mail方式邀請5名具有豐富經驗的調度專家進行3輪咨詢，每輪咨詢結束后進行數據分析，刪除非一致性指標，最終形成評價指標矩陣：一級指標為基于真實場景的調度員能力Z；二級指標為用語規范B1、遵章守紀B2、專業能力B3、邏輯能力B4、統籌能力B5；三級指標分別為語言識別準確度C11、標準用語相似度C12、應急處置流程完成度C21、作業標準（調度命令及登銷記內容）C22、主調臺操作（運行圖操作及調度命令編輯下發）C31、助調臺操作C32、運統登銷記C33、邏輯操作（流程執行順序）C41和模塊流程（流程組合執行順序）C51等。

2）計算評價指標權重。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，所求二級權重分別為：用語規范W1=0.1507、遵章守紀W2=0.2218、專業能力W3=0.4225、邏輯能力W4=0.0746、統籌能力W5=0.1304。

在實際場景中，故障觸發時機、列車所處位置等多種因素均會導致各場景中流程塊（基層因素）數量不同，不利于求解。此外，各三級指標所含流程塊數量眾多，以助調臺操作C32為例，場景中可能包含修改進路股道、啟用區間邏輯檢查、確認無車、修改進路、中心控制、設置列車停穩等24種流程塊，而主調臺操作C31則包含有區間封鎖、接觸網停電、反向行車等27種流程塊，咨詢專家意見后，將三級指標Cij權重簡化為Bi/n，n為單個場景中二級指標Bi下屬三級指標個數，以“專業能力”為例，其權重值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，以其正確執行的流程塊數量計算得分。

3）計算總分并分析。以北京局某調度員某次“接觸網掛有異物”應急處置實操考核為例，系統自動扣除用語規范2.33分、遵章守紀0.74分、專業能力0.83分、邏輯能力0.35分、統籌能力0分，本次總得分為95.75，見表2。“用語規范”扣分主要原因是被考核調度員普通話標準程度一般，語音識別匹配度較低；“邏輯能力”扣分是調度員處置流程與系統嚴格限定的應急處置流程有一定差異；“專業能力”雖然整體權重占比較高，但調度員對本題中的相關CTC操作比較熟悉，扣分較少。

表2 “接觸網掛有異物”應急處置評價表

系統依據評價內容、評價方法、評價標準發現的具體問題及扣分情況，與人員素質和真實場景相符，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。系統參考《技規》《高鐵應急處置場景》及其他技術標準、規范，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，系統可對所有考核及練習結果進行統一存儲、管理，借助單人、班組的評價結果及單項得分進行大數據分析，梳理調度員普遍存在的實操易錯點，確定其實際上崗生產操作的“高風險點”，對調度員資格認定、崗位調動評估、應急演練等有一定的參考價值。

4 結論

復雜場景應急處置作為綜合性考核項目，可對調度員進行全方位的考核評價，包括考察調度員對各類規章制度、作業規范的掌握程度，對CTC系統操作的熟練程度，處置協調、調度指揮的靈活程度等，因此應急處置流程的考核應作為調度員考核的重點，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計，通過考核促使調度員發現、補強薄弱環節，切實提高綜合能力。

基于真實場景的調度員考核評價系統在傳統仿真系統主觀評分基礎上，優化了自動評分算法，利用基于層次分析法和德爾菲法的線性權重法自動計算實操得分，為解決高鐵調度員復雜場景下，應急處置考核的自動評分提供了思路，為高鐵調度員資格評定甚至智能調度實現提供了有益探索。