CN113919673A - 高铁应急调度预案复杂度量化评估方法 - Google Patents

高铁应急调度预案复杂度量化评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明中公开了一种高铁应急调度预案复杂度量化评估方法，包括以下步骤：S100、获取高铁应急调度预案信息，将获取的应急调度预案信息作为评估对象；S200、对评估对象的逻辑结构的复杂程度进行评价，得到评估对象的逻辑复杂度值；S300、对评估对象执行过程中操作人员所需的认知水平的复杂程度进行评价，得到评估对象的认知复杂度值；S400、综合评估对象的逻辑复杂度值和认知复杂度值，得到应急调度预案复杂度值，以评价高铁应急调度预案的复杂度。本发明评估方法可针对高铁应急调度预案的不同场景，对应急调度预案进行全面、客观、准确的评估，以优化应急调度预案，降低预案的复杂程度，减少预案本身所带来的人因失误概率。

Description

高铁应急调度预案复杂度量化评估方法
技术领域
本发明涉及交通运输工程技术领域，特别涉及一种高铁应急调度预案复杂度量化评估方法。
背景技术
由于高速铁路行车的特殊性和调度集中系统(Centralized Traffic ControlSystem,CTC)的高复杂性，对列车调度员作业任务提出了很高的安全性需求。为了应对行车中出现的应急情况，调度所编制了高铁非正常行车处置预案，用于调度员训练和行车指挥过程中的应急情况处置。研究表明，操作程序的复杂度是影响人员可靠性的多种行为形成因子中极为重要的一种，降低操作程序的复杂度能有效减小人因失误概率。因此，研究高铁应急调度预案场景的复杂度具有重要意义。
目前在高铁领域，通常利用调度员的生理心理指标来衡量调度员操作任务的复杂程度，缺乏一种能够全面客观量化高铁应急调度预案场景本身复杂程度的方法。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种高铁应急调度预案复杂度量化评估方法，可针对高铁应急调度预案的不同场景，对应急调度预案进行全面、客观、准确的评估，以优化应急调度预案，降低预案的复杂程度，减少预案本身所带来的人因失误概率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
高铁应急调度预案复杂度量化评估方法，包括以下步骤：
S100、获取高铁应急调度预案信息，将获取的应急调度预案信息作为评估对象；
S200、对评估对象的逻辑结构的复杂程度进行评价，得到评估对象的逻辑复杂度值，包括将评估对象进行分解得到评估对象的结构流程图，将结构流程图中的流程分解信息进行转换得到动作控制图，然后根据一阶熵算法计算得到评估对象的逻辑复杂度值；
S300、对评估对象执行过程中操作人员所需的认知水平的复杂程度进行评价，得到评估对象的认知复杂度值，包括提取评估对象中所涉及的操作信息，对操作信息进行分解，按照不同的操作角色将操作信息分解为元操作动作，建立针对元操作动作复杂度的VACP评价模型并根据VACP评价模型得到评估对象的认知复杂度值；
S400、综合评估对象的逻辑复杂度值和认知复杂度值，得到应急调度预案复杂度值，以评价高铁应急调度预案的复杂度。
作为一种优选的方案，所述步骤S200包括以下过程：
S201、将评估对象分解得到的结构流程图中的每一个操作动作作为一个节点，将得到的所有节点按照应急调度预案流程的结构逻辑顺序进行连接，形成动作控制图；
S202、将动作控制图中的每个节点按照进出该节点的入口数和出口数进行分组，将进口数和出口数都相同的节点划分为一组；
S203、根据一阶熵计算公式：
Figure BDA0003283663130000021
计算得到评估对象的逻辑复杂度值；
式中，DPLC为逻辑复杂度值，N为动作控制图中分组的数量，Bi为动作控制图中的某一分组，P(Bi)为分组Bi的概率，其值为分组Bi中的节点数与动作控制图中总节点数的比值。
作为一种优选的方案，所述步骤S300包括以下过程：
S301、识别评估对象中涉及的操作信息，对操作信息进行分解，分解为能够实现对应操作信息的若干子任务，将各个子任务中涉及的操作动作分别分解为主调、助调和值班副主任的元操作动作，分别设置为主调元操作、助调元操作和值班副主任元操作；
S302、从视觉、听觉、认知、精神活动四个通道，建立用于对元操作动作的复杂度进行评分的VACP评价模型，包括各个通道所涉及的元操作动作及元操作动作所分别对应的元操作复杂度值；
S303、根据VACP评价模型获取各子任务中主调元操作、助调元操作和值班副主任元操作所分别对应的元操作复杂度值；
S304、对评估对象所有子任务所对应的元操作复杂度值求和，得到评估对象的认知复杂度值。
作为一种优选的方案，所述步骤S400中根据公式：DPC＝DPLC*DPCC，得到高铁应急调度预案的复杂度；
其中，DPC为应急调度预案复杂度值，DPLC为评估对象的逻辑复杂度值，DPCC为评估对象的认知复杂度值。
作为一种优选的方案，所述应急调度预案信息为整个应急调度预案或应急调度预案中的部分操作单元。
本发明评估方法根据高铁应急调度预案及预案在执行过程中所具有的特点，从应急调度预案自身结构逻辑带来的复杂度和执行预案过程中所需的认知通道、认知资源的复杂度，从这两个方面来综合评价高铁应急调度预案场景的整体复杂度；该方法中既涉及应急调度预案的外部复杂性，同时也涉及预案的内部复杂性，从而能够全面、客观、准确地对不同应急调度预案场景、不同非正常情况下或新设调度流程时的复杂度分析和评估。
本发明评估方法中根据高铁应急调度预案所具有的流程结构特点，采用一阶熵计算模型评价应急调度预案的逻辑复杂度，根据高铁应急调度预案的执行操作动作特点，采用VACP评价模型评价应急调度预案的认知复杂度，综合两方面的复杂度得到高铁应急调度预案的整体复杂度；采用该方法在对高铁应急调度预案进行准确评价的同时，对应急调度预案进行优化，来降低预案的复杂程度，以降低预案本身所带来的人因失误概率；以及评估调度员的操作难度，并可作为调度台划分、调度员工作任务分配、调度培训投入分配及应急调度预案设计的重要参考和依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例应急调度预案中部分流程的流程结构图；
图2为本发明实施例应急调度预案中部分流程的动作控制图；
图3为本发明不同应急调度预案对应的复杂度DPC值与预案平均执行时间之间的数值关系图；
图4为本发明不同应急调度预案对应的复杂度DPC值与NASA-TLX评分分值之间的数值关系图。
具体实施方式
为了对本申请的目的、技术方案和效果进行更加清楚的说明，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
在执行应急调度预案前，列车调度员需要根据异常处设备/列车损害状况、列车当前及下一步行车任务而选择恰当的应急调度作业预案并执行，在预案的决策过程中往往会涉及到诸多因素；同时，在应急调度预案的执行过程中，调度员往往需要执行例如“双人确认”、“眼看-鼠标指-口呼”等操作动作，因此，在执行过程中调度员不仅仅是单纯的动作执行者，也是执行过程的监控者。调度员需要在较短的时间内正确完成预案规定的一套操作，此时预案的复杂程度将会对调度员执行的准确性、有效性造成很大的影响，增加了调度员的认知负荷。同时，由于应急调度预案的操作逻辑结构及所涉及的信息量，调度员不仅要处理流程交互及交互对象所带来的复杂性问题，而且要管理和整合相关操作信息，在一定程度上增加了调度员的工作负荷。因此，高铁应急调度预案的执行过程中，预案本身逻辑结构的复杂程度、预案流程中所包含的动作数量、预案中所包含的信息量以及执行预案所需的认知资源等都是影响应急调度预案复杂度的重要因素。
基于高铁应急调度预案本身及其在执行过程中所具有的特点，提取出影响预案复杂度的四个重要影响因子，分别为预案结构逻辑复杂程度、预案结构规模复杂度、预案信息复杂度、执行预案所需认知资源复杂度。采用熵理论根据预案流程结构特点来评价预案结构逻辑复杂度，用调度预案逻辑复杂度值DPLC表示，能够客观地评价应急调度预案的外部复杂性，如预案程序的选择判断结构所引起的复杂度等。基于预案结构规模复杂度、预案信息复杂度和预案认知资源复杂度均依赖于信息内容进行评价的共性特点，以及VACP模型能够详细反映执行预案的信息处理过程，采用VACP评价模型评价预案结构规模复杂度、预案信息复杂度和预案认知资源复杂度这三个影响因子所导致的预案执行所需认知水平的复杂程度，用调度预案认知复杂度值DPCC表示，通过VACP评价模型详细反映调度预案的整个信息处理过程及内容的同时，还能够很好地解决预案结构规模复杂度、预案信息复杂度和预案认知资源复杂度，这三个影响因子之间在预案信息处理过程中存在重叠的问题，从而能够客观地评价预案执行过程中所需认知水平的复杂程度，以较为真实地反映应急调度预案的内部复杂性。
综合高铁应急调度预案在外部逻辑结构与内部认知体系之间存在的关联性，将调度预案逻辑复杂度值DPLC与认知复杂度值DPCC进行整合得到能够对高铁应急调度预案复杂度进行综合、客观、全面评价的评估方法。
下面结合具体的实施例和附图，对本发明所涉及的高铁应急调度预案复杂度量化评估方法进行说明。
在高铁行车调度指挥过程中，调度员可能会面对各种突发情况，例如在设备出现故障或有特殊要求时可能需要非正常接发列车，此时调度员的干预则相当关键，如果处置不当会造成严重的后果。本实施例中以某调度所应急调度预案中人工触发发车进路为例对本发明评估方法进行说明，该应急调度预案中人工触发发车进路的主要流程包括：
1.主调通知值班副主任到岗；
2.主调确认发车条件并命令助调人工触发进路；
3.助调复诵主调命令；
4.主调听取助调复诵并命令助调执行；
5.助调调出进路序列并判断是否采用强制功能；
6.值班副主任检查发车条件并指示助调是否采取强制功能；
7.助调办理人工触发进路；
8.主调确认光带信号等。
下面以上述应急调度预案中人工触发发车进路中的流程1-3作为评估对象，采用本发明中的方法对评估对象的复杂度进行量化评估，具体步骤如下：
S100、以高铁应急调度预案的整体或部分操作单元作为评估对象，获取该高铁应急调度预案信息；本实施例中以上述流程1-3作为评估对象。
S200、根据评估对象所涉及流程的具体操作内容，对评估对象的流程进行分解得到结构流程图，如图1所示，将流程分解信息抽象对动作控制图，如图2所示，然后根据熵理论计算该流程的一阶熵，即得到评估对象的逻辑复杂度值DPLC(Dispatching Plan LogicComplexity)；包括将评估对象进行分解得到评估对象的结构流程图，将结构流程图中的流程分解信息进行转换得到动作控制图，然后根据一阶熵算法计算得到评估对象的逻辑复杂度值。
此时所得到的逻辑复杂度值DPLC能够体现应急调度预案的外部复杂性，如应急调度预案程序所具有的判断选择结构所带来的复杂度；具体包括以下步骤：
S201、将评估对象所涉及的流程分解成若干操作动作，形成结构流程图，如图1，将分解得到的每一个操作动作设置为一个节点，将得到的所有节点按照应急调度预案流程的结构逻辑顺序进行连接，形成动作控制图，如图2；
S202、将动作控制图中的每个节点按照进出该节点的入口数和出口数进行分组，将其中进口数和出口数都相同的节点划分为一组；
结合图2，具体的分组情况如下表所示：
表1动作控制图节点分组情况表
进口数 出口数 节点 分组
0 2 {①} 组1
1 0 {②④⑥} 组2
1 2 {③} 组3
1 1 {⑤} 组4
S203、根据一阶熵计算公式：
Figure BDA0003283663130000081
计算得到评估对象的逻辑复杂度值DPLC；
上式中，DPLC为逻辑复杂度值，N为动作控制图中分组的数量，Bi为动作控制图中的某一分组，P(Bi)为分组Bi的概率，其值为分组Bi中的节点数与动作控制图中总节点数的比值。
以图2所述的动作控制图为例，计算得到其逻辑复杂度值DPLC为：
Figure BDA0003283663130000082
S300、根据评估对象所涉及的具体操作内容，对评估对象中所涉及的操作动作进行分解，将操作动作分解至元操作层面，建立针对该评估对象的VACP评价模型，并根据VACP评价模型计算得到评估对象的认知复杂度值DPCC(Dispatching plan cognitivecomplexity)；包括提取评估对象中所涉及的操作信息，对操作信息进行分解，按照不同的操作角色将操作信息分解为元操作动作，建立针对元操作动作复杂度的VACP评价模型并根据VACP评价模型得到评估对象的认知复杂度值。
此时所得到的认知复杂度DPCC能够体现应急调度预案的内部复杂性，度量应急调度预案执行过程中操作人员所需认知水平的复杂程度；具体包括以下步骤：
S301、识别评估对象中涉及的操作信息，对操作信息进行分解，分解为能够实现对应操作信息的若干子任务，将各个子任务中涉及的操作动作分别分解为主调、助调和值班副主任的元操作动作，分别设置为主调元操作、助调元操作和值班副主任元操作；
对图1所示操作单元的操作动作分解情况如下表所示：
表2应急调度预案操作单元的操作动作分解表
Figure BDA0003283663130000091
Figure BDA0003283663130000101
S302、从视觉(Visual)、听觉(Auditory)、认知(Cognitive)、精神(Psychomotor)活动四个通道，建立用于对元操作动作的复杂度进行评分的VACP评价模型，该VACP评价模型中包括有在各个通道下不同操作动作所对应的元操作复杂度值；
建立针对高铁应急调度作业操作动作的VACP评价模型，如下表所示：
表3高铁应急调度作业操作动作VACP评价模型
Figure BDA0003283663130000102
Figure BDA0003283663130000111
S303、根据VACP评价模型获取各子任务中各个元操作中分解出的操作动作的元操作复杂度值；
结合表2和表3可得到各操作单元中操作动作的元操作复杂度值，如下表所示：
表4操作单元中操作动作的元操作复杂度值
Figure BDA0003283663130000121
Figure BDA0003283663130000131
结合上述的说明，我们可以看出，尽管VACP评价模型所评价的对象是操作人员在执行操作动作时的具体反应，但其能够很好地体现由应急调度预案本身带给操作人员在认知层面上的复杂度，从这一角度来说，针对高铁应急调度预案这种能够对信息内容及信息处理过程充分分解进行分析的对象，采用VACP评价模型能够很好地体现预案自身的复杂程度。
S304、对评估对象所有子任务中所对应元操作的元操作复杂度值求和，得到评估对象的认知度复杂度值。
结合表4，本实施例中将V(Visual)、A(Auditory)、C(Cognitive)、P(Psychomotor)各通道的元操作复杂度值累加，即得到本实施例对应操作单元的认知复杂度值：
DPCC＝11.5+6.0+26.4+6.0+5.9＝55.8。
S400、对评估对象的逻辑复杂度值和认知复杂度值进行综合评估，得到应急调度预案复杂度值；
本实施例中应急调度预案复杂度值采用以下计算公式：
DPC＝DPLC*DPCC
其中，DPC为应急调度预案复杂度，DPLC为应急调度预案的逻辑复杂度值，DPCC为应急调度预案的认知复杂度值。
根据上述公式得到本实施例评估对象(流程1-3)的总体复杂度为：
DPC＝DPLC*DPCC＝1.792×55.8≈99.99。
采用本发明评估方法，同样可以得到上述实施例中的整个应急调度预案(流程1-8)的总体复杂度为438.286，实现对应急调度预案复杂度的评价。通过该评估方法以及所得到的复杂度值，以用于对应急调度预案的优化，以优化预案的流程结构、节点控制、操作动作等，从而降低预案的复杂程度，以降低预案本身所带来的人因失误概率。
为进一步验证本发明评估方法的准确性、有效性，本实施例中选取6个不同的应急调度作业预案，根据本发明中的评估方法分别计算各预案的复杂度。同时，采用高铁调度模拟仿真平台进行调度员操作试验，获得不同应急调度作业预案场景对应的平均执行时间，并在被测试调度员操作结束后立即使用NASA-TLX评分量表分别量化调度员在不同预案场景下的心理负担程度(即被测试调度员脑力需求、身体负担、时间压力、努力程度、工作绩效和挫败感六个维度的综合表征)，将所得到的结果进行对比，如下表所示：
表5不同应急调度预案复杂性量化对比表
Figure BDA0003283663130000141
Figure BDA0003283663130000151
如图3，为不同应急调度预案对应的复杂度DPC值与预案平均执行时间之间的数值关系图；从图中可以看出，不同应急调度预案所对应的复杂度DPC值与预案平均执行时间的数据之间存在显著的相关关系(R2＝0.670，P<0.05)，说明利用本发明评估方法所得到的预案复杂度DPC值能够很好地解释预案平均执行时间的数据，即预案的复杂度越高则预案平均执行时间越长。
如图4，为不同应急调度预案对应的复杂度DPC值与NASA-TLX评分分值之间的数值关系图；从图中可以看出，不同应急调度预案所对应的复杂度DCP值与NASA-TLX评分分值之间亦存在显著相关关系(R2＝0.864，P<0.01)，即预案的复杂度越高则调度员执行过程中的心理负荷越大；同样说明利用本发明评估方法能够很好地反映应急调度预案的复杂度及调度员的操作难度及工作量。
通过上述对不同预案场景下DPC值与预案平均执行时间、NASA-TLX评分方法对主观工作负荷的评估结果进行比较表明，本发明评估方法能够真实地反映高铁应急调度预案的复杂度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.高铁应急调度预案复杂度量化评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、获取高铁应急调度预案信息，将获取的应急调度预案信息作为评估对象；
S200、对评估对象的逻辑结构的复杂程度进行评价，得到评估对象的逻辑复杂度值，包括将评估对象进行分解得到评估对象的结构流程图，将结构流程图中的流程分解信息进行转换得到动作控制图，然后根据一阶熵算法计算得到评估对象的逻辑复杂度值；
S300、对评估对象执行过程中操作人员所需的认知水平的复杂程度进行评价，得到评估对象的认知复杂度值，包括提取评估对象中所涉及的操作信息，对操作信息进行分解，按照不同的操作角色将操作信息分解为元操作动作，建立针对元操作动作复杂度的VACP评价模型并根据VACP评价模型得到评估对象的认知复杂度值；
S400、综合评估对象的逻辑复杂度值和认知复杂度值，得到应急调度预案复杂度值，以评价高铁应急调度预案的复杂度。
2.根据权利要求1所述的高铁应急调度预案复杂度量化评估方法，其特征在于，所述步骤S200包括以下过程：
S201、将评估对象分解得到的结构流程图中的每一个操作动作作为一个节点，将得到的所有节点按照应急调度预案流程的结构逻辑顺序进行连接，形成动作控制图；
S202、将动作控制图中的每个节点按照进出该节点的入口数和出口数进行分组，将进口数和出口数都相同的节点划分为一组；
S203、根据一阶熵计算公式：
Figure FDA0003283663120000021
计算得到评估对象的逻辑复杂度值；
式中，DPLC为逻辑复杂度值，N为动作控制图中分组的数量，Bi为动作控制图中的某一分组，P(Bi)为分组Bi的概率，其值为分组Bi中的节点数与动作控制图中总节点数的比值。
3.根据权利要求1所述的高铁应急调度预案复杂度量化评估方法，其特征在于，所述步骤S300包括以下过程：
S301、识别评估对象中涉及的操作信息，对操作信息进行分解，分解为能够实现对应操作信息的若干子任务，将各个子任务中涉及的操作动作分别分解为主调、助调和值班副主任的元操作动作，分别设置为主调元操作、助调元操作和值班副主任元操作；
S302、从视觉、听觉、认知、精神活动四个通道，建立用于对元操作动作的复杂度进行评分的VACP评价模型，包括各个通道所涉及的元操作动作及元操作动作所分别对应的元操作复杂度值；
S303、根据VACP评价模型获取各子任务中主调元操作、助调元操作和值班副主任元操作所分别对应的元操作复杂度值；
S304、对评估对象所有子任务所对应的元操作复杂度值求和，得到评估对象的认知复杂度值。
4.根据权利要求1、2或3所述的高铁应急调度预案复杂度量化评估方法，其特征在于，所述步骤S400中根据公式：DPC＝DPLC*DPCC，得到高铁应急调度预案的复杂度；
其中，DPC为应急调度预案复杂度值，DPLC为评估对象的逻辑复杂度值，DPCC为评估对象的认知复杂度值。
5.根据权利要求1所述的高铁应急调度预案复杂度量化评估方法，其特征在于，所述应急调度预案信息为整个应急调度预案或应急调度预案中的部分操作单元。
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