應急物資多式聯運路徑優化虛擬仿真實驗建設思考

劉松 彭勇

摘 要：教育部產學合作協同育人項目自2018年開展以來受到了相關部門的高度重視，文章以重慶交通大學成功申報的教育部產學合作協同育人項目—“應急物資多式聯運路徑優化虛擬仿真實驗”為例，從項目建設背景、項目建設目標、項目建設內容和實施路徑等幾個方面對“應急物資多式聯運路徑優化虛擬仿真實驗”項目進行介紹分析。

關鍵詞：教育部產學合作協同育人;虛擬仿真;應急物資;路徑優化;實驗建設

“為貫徹落實《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》（國辦發〔2015〕36號）和《國務院辦公廳關于深化產教融合的若干意見》（國辦發〔2017〕95號）精神，深化產教融合、校企合作，2018年教育部高等教育司組織有關企業支持高校共同開展產學合作協同育人項目。”[1]在此背景下，教育部產學合作協同育人項目受到了相關部門的高度重視，有的高校甚至將該項目視為省部級重點項目。文章以重慶交通大學成功申報的教育部產學合作協同育人項目—“應急物資多式聯運路徑優化虛擬仿真實驗”為例，從背景、項目特色和亮點、項目建設目標、項目建設內容和實施路徑等幾個方面對“應急物資多式聯運路徑優化虛擬仿真實驗”項目進行介紹分析，以期進一步促進教育部產學合作協同育人項目的發展。

1 項目建設背景

應急物資多式聯運路徑優化是交通運輸工程教學和科研的難點之一。具有“運輸環境復雜多變、網絡規模大、路徑優化求解所需時間隨網絡規模的增長而呈爆炸式增長的NP難”等特性，涉及交通運輸、交通管理、交通工程、應急管理、物流管理等專業多方面理論與方法的綜合運用，采用現場實驗和方案設計難度大、可實施性弱，不能進行傳統的物理實驗。因此，對其進行虛擬場景再現和過程仿真實驗具有非常重要的意義。

2 項目建設目標

本實驗項目依托重慶交通大學市級交通運輸工程實驗教學中心等進行開發，重點面向本校首批國家級一流本科課程—《運輸組織學》和《集裝箱運輸》、《港口管理》等交通運輸、交通管理專業核心課程的關鍵知識和能力要求。基于此，通過該項目的建設，實現以下目標：

（1）基于實際案例，真實再現應急物資多式聯運場景，激發學生學習興趣，幫助學生了解應急物資多式聯運的基本特性與要求。

（2）可視化與三維動畫表現專業課程中路徑優化關鍵理論模型算法的基本原理，提高學生對基礎專業知識的理解能力。

（3）虛擬在線多樣化多式聯運控制參數設置對應急物資多式聯運的效果表現、促進學生進行“探究式、自主式”學習，提升學生專業綜合實踐能力，解決我國多式聯運教學從應用、操作型人才培養到開發、創新型人才培養的轉換。

（4）開放性、交互式提供不同多式聯運網絡環境下，路段規模、節點規模、環境及相關參數等的設置，虛擬仿真不同控制參數對應的多式聯運方案實施效果，提高學生對于多因素影響、多目標優化要求下的方案設計創新實踐能力。

（5）利用網絡交互平臺為學生提供在線的師生、學生之間、行業技術人員之間的交流，真正實現虛擬實驗項目向學生、向社會的在線開放。

3 項目建設內容和實施路徑

本實驗項目屬于交通運輸專業《運輸組織學》課程的部分實驗項目的集成。開展本項目所需知識來源于《交通運輸系統》、《交通運輸安全學》、《港口管理》、《集裝箱運輸》等課程，涉及多式聯運路徑優化算法等。

主要建設內容和實施路徑如下：

（1）準確構建出應急物資多式聯運虛擬仿真環境。準確的構建出應急物資多式聯運虛擬仿真環境是建立好應急物資多式聯運路徑優化虛擬仿真系統的重要一環。本部分將針對地震后出現的道路損壞，突發公共衛生事件后出現的封路等特點，通過調研等方法準確構建出應急物資多式聯運虛擬仿真環境。

（2）應急物資多式聯運干線運輸最短路算法（SP問題）。多式聯運干線最佳路徑是多式聯運網絡上兩點之間一條權值最優的路徑。如果將多式聯運網絡中兩點之間的實際距離加上多式聯運中轉節點的轉運時間等作為權值，那么多式聯運干線最佳路徑規劃問題就成為最短路徑問題。本實驗訓練學生掌握經典最短路算法—Dijkstra算法的計算與過程模擬。

（3）應急物資多式聯運支線車輛路徑優化算法（VRP問題）。多式聯運的末端為車輛路徑優化問題，車輛路線問題（VRP）最早是由Dantzig和Ramser于1959年首次提出，指一定數量的客戶，各自有不同數量的應急物資需求，配送中心向各受災點提供應急物資，由一個車隊負責分送貨物，

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組織適當的行車路線，目標是使得受災點的需求得到滿足，并能在一定的約束下，達到諸如路程最短、成本最小、耗費時間最少等目的。該問題屬于NP難題。自1959年提出以來，一直是網絡優化問題中最基本的問題之一，由于其應用的廣泛性和經濟上的重大價值，一直受到國內外學者的廣泛關注。本實驗針對該問題的NP難特點，訓練學生掌握啟發式算法的計算與過程模擬。

4 結語

應急物資運輸環境極為復雜，通過虛擬仿真能夠提高運輸效率。本文以“應急物資多式聯運路徑優化虛擬仿真實驗”為例，從背景、項目特色和亮點、項目建設目標、項目建設內容和實施路徑等對“應急物資多式聯運路徑優化虛擬仿真實驗”項目進行介紹分析，對促進我國虛擬仿真實驗教學的發展具有一定的理論與實踐意義。

參考文獻：

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

[2]張姿炎.產學合作協同育人的機制研究[J].高教學刊，2020（20）：163-165.

[3]王琬茹.產學合作協同育人機制下高校物聯網工程專業實訓教學創新[J].科技風，2021（1）：85-86.

[4]李玉倩.平臺經濟模式推進產學合作協同育人研究[J].高等工程教育研究，2020（1）：100-105.

[5]王書廷.新工科背景下產學合作協同育人模式創新—以電子信息類專業為例[J].現代交際，2020（23）：132.

作者簡介：劉松（1986-），男，重慶人，工學博士，講師，碩士研究生導師，研究方向：交通運輸規劃與管理的教學與研究。

基金項目：重慶市研究生教育教學改革研究項目（編號：yjg183084）;重慶市研究生教育教學改革研究項目（編號：yjg203086）;重慶市教育科學“十三五”規劃項目（編號：2017-GX-328）;重慶市研究生教育教學改革研究重點項目（編號：YJG182026）;重慶市社會科學規劃項目（編號：2020QNGL43）;重慶交通大學科研啟動項目（編號：20JDKJC-B051）;重慶市研究生科研創新項目（2020S0032）。