公安院校道路交通仿真實驗室建設研究

郭麗東

[摘 要]虛擬仿真技術可以營造出高仿真度的實驗條件，公安院校的學生可以利用其在接近真實的環境中進行實踐訓練，避免了一些特殊實訓場景的危險性和復雜性。本文通過分析虛擬仿真實驗室的特點，提出建設道路交通虛擬仿真實驗室的思路，并對實際建設中出現的問題進行論述，探討其建設對加強交通管理工程專業建設的意義，期望虛擬仿真實驗室在公安職業教育中發揮出更大的價值。

[關鍵詞]虛擬仿真;道路交通;專業建設

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.04.087

[中圖分類號]D035.3[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2019）04-0-03

近年來，隨著大數據、云計算、人工智能等技術的興起，公安院校進行了高等教育教學改革，建設虛擬仿真實驗室成為提升辦學質量的重要舉措。從教育部出臺的《教育信息化十年發展規劃（2011-2020）》來看，其鼓勵高校建設虛擬仿真實驗室，建立實驗資源共享機制。根據《教育部關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》（教高函[2018]5號和《教育部辦公廳關于開展2018年度國家虛擬仿真實驗教學項目認定工作的通知》（教高廳函[2018]45號）的要求，我國要通過建設示范性的國家級虛擬仿真實驗教學中心，推動高校在實驗實訓方面進行改革創新。

1 ? ? 虛擬仿真實驗室的特點

隨著虛擬實驗技術的逐漸成熟，人們開始認識到虛擬仿真實驗室在教育領域的應用價值，它除了可以輔助高校開展科研工作，在實驗教學方面也具有利用率高、易維護等諸多優點。近年來，國內許多高校都根據自身科研和教學的需求建立了一些虛擬實驗室。虛擬仿真實驗室解決了現場實驗實訓條件不足的問題，突破了時間和空間的限制，可以將教學中實驗實訓的多個環節集合在一起進行動態模擬，通過計算機軟硬件結合的多媒體技術使內容形象更逼真，容易激發學生學習的興趣，改變了過去實踐教學中受實驗場地、實驗設施限制的弊端。

1.1 ? 交互性強，便于提高學生積極性

虛擬仿真實驗室采用計算機技術匯聚多種軟硬件，能夠為學生提供逼真的感知，與傳統實驗課程被動接受知識不一樣，虛擬仿真技術可以使學生根據自身的認知情況去發揮自己的想象力，在虛擬仿真環境中更容易掌握重點和難點，并且仿真系統會隨時為仿真實驗操作提供反饋信息，能夠培養學生的獨立思考性和創新性。對教師來講，與學生進行互動更容易知道學生理論掌握與實踐應用的差距。

1.2 ? 開放性強，利于學生自主學習

在虛擬仿真實驗室，通過實驗室資源共享和不同實驗平臺的優勢互補，打破了空間和時間的限制，學生很容易結合自己的情況通過計算機登錄虛擬仿真實驗室進行自主實驗實訓，自主開展科學研究，自己去感受各種實驗條件的變化過程，可以多層次對實驗場景進行分析，提高了實驗效率。

1.3 ? 安全性高，避免對人身和儀器造成影響

一方面，虛擬仿真環境能夠避免學生由于頻繁操作而損壞貴重實驗儀器的問題，尤其是一些基礎性實驗。另一方面，虛擬仿真環境可以避免學生在一些破壞性強、危險大的實驗操作中由于失誤帶來人身傷害，且可以克服實驗儀器數量不足的難題。

2 ? ? 道路交通仿真實驗室的建設目標和思路

公安院校道路交通仿真實驗室具有面向公安實戰化的特性，是公安理論知識與公安實踐能力培養的結合。在科技強警的背景下，公安交通管理業務不再是以往的簡單執法，而是大數據、人工智能等高新技術結合的智慧交通管理，在學生實踐中，交通管理的控制措施對實際道路交通影響巨大，道路交通仿真實驗室建設可以在虛擬場景中將理論教學與實際道路管控融為一體，解決公安院校交通管理工程專業與一線公安業務部門缺乏實驗實訓平臺的問題。下面結合山西警察學院交通管理系分析道路交通仿真實驗室的建設目標和思路。

2.1 ? 建設目標和原則

把道路交通仿真實驗室建設成貼近公安交通管理實務的場所，成為公安院校解決專業建設軟硬件投入不足的途徑，應把教學、科研和服務實戰部門緊密結合起來。在建設過程中，公安院校應遵循科學性和分階段性的原則，參考其他院校建設虛擬實驗室的經驗，也要結合自身專業建設發展情況，充分考慮后續的實驗室建設擴展、更新等。

2.2 ? 總體設計與功能框架

山西警察學院道路交通仿真實驗室將以動手實踐和科技引領為主線，對照交通管理工程技術體系和公安交通管理部門職能分工，由“虛”向“實”、先“連”后“評”轉變，從道路交通仿真實驗室起步，逐步打造集學生實踐教學、交警培訓和科學研究為一體的山西交通警察技能支持基地。公安院校應對照交通管理工程專業和公安交通管理部門職能分工劃分為交通秩序管理、交通事故處置、車輛與駕駛人管理3大功能板塊，進行全方位、立體化集成。

道路交通仿真實驗室應通過一次規劃、分步建設完成，依據客觀實際和發展觀，預期在2017-2020年依次開展“虛、實、連、評”4個不同主題的建設階段，結合學院本科教學質量評估、山西省推進建設“1331”工程的契機，推動實驗中心建成，為交通管理工程專業發展提供實驗基礎和技術支撐。

（1）“虛”階段。利用已有場地，參照交警指揮中心，建設虛擬仿真實驗中心，逐步完善各功能板塊實驗實訓軟件，引入先進的管理方法和工具。

（2）“實”階段。利用實際條件在室內或校內道路建設智能交通工程，并接入實驗中心，實現數據采集，遠程聯調、聯控，引入可視化、大數據分析工具。

（3）“連”階段。開展校局合作，利用公安網絡接入省交管局、地市交通支隊的視頻監控、電子警察、信號控制、違法事故等系統，形成數據匯集。

（4）“評”階段。進一步提高交通秩序、交通事故、交通參與者等管理業務運行監測、分析、評價和優化能力，形成全省交通管理技術支持中心。

結合現有建設及經費情況，在2017年和2018年開展一期建設：道路交通運行虛擬仿真實驗平臺重點建設交通秩序管理功能板塊，同時搭建交通管理指揮實驗平臺。道路交通運行虛擬仿真實驗平臺組成架構如圖1所示。

2.3 ? 堅持“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則

道路交通運行仿真實驗平臺應基于虛擬現實和大數據技術，通過微觀交通仿真軟件建立虛擬仿真實驗環境，應用仿真交互機制實現大規模交通數據獲取和動態、協同的對象控制，引入仿真實驗管理方法使師生在仿真環境上輕松實現交通工程、交通組織、交通控制等課程的教學實驗、理論驗證和成果展示。同時，平臺支持與實物沙盤、部分工程設備交互，通過數據接入及功能升級，可以建成城市交通在線仿真優化

研究平臺。

交通違法管理實驗系統實現了違法取證數據導入、違法信息錄入、違法信息確認、違法信息管理和處罰信息管理等6個關鍵的交通違法后處理過程。在交通管理指揮實驗平臺上，校園交通視頻監控軟件接入了校園道路視頻監控系統，管理、獲取、并顯示校園道路各視頻源，實現視頻源管理、視頻搜索、單視頻顯示及多組視頻源顯示等功能，可以開展道路視頻資源分析研判實訓。學生根據課程中的初級仿真實驗，利用軟件進行交通管理方案模擬實驗，在不同場景中驗證仿真效果。在此基礎上，結合公安交通管理一線部門實際的道路交通管控難點，在仿真環境中進行方案驗證，同時也可以為公安交通管理部門提供參考。

3 ? ? 道路交通仿真實驗室建設中存在的問題

3.1 ? 人才隊伍配備不完善，實驗項目缺乏科學性

仿真實驗室與一般實驗室對人才隊伍的要求更高，需要懂信息技術、軟硬件操作維護，熟悉專業課程和公安一線業務的復合型人才，由于編制問題、學歷問題、個人教學水平等問題，最后由專任老師兼任實驗管理人員，只能保證日常使用，沒有對實驗項目教學資源開發建設的動力，從而需要從學校發展角度完善人員配置。一些課程的實訓項目倉促帶領學生去驗證實驗，去分析仿真結果，忽視了仿真實驗本來是實際道路管理虛擬，變成了一個普通的實驗項目，對學生自身的實踐能力沒有幫助。

3.2 ? 實驗室共享程度低，多種資源整合不夠

道路交通仿真實驗室教學資源和實訓項目主要是面向交通管理工程專業學生，沒有進一步向其他公安類專業學生開放，也沒有向其他單位和部門共享。由于建設時按照一次設計分期建設的原則，導致前期的軟硬件必然和后期的新技術存在銜接問題。同時，道路交通仿真實驗室教學資源和實訓項目與公安實戰部門緊密結合度不夠，沒有完全結合基層公安工作所需要的綜合知識與技能。

4 ? ? 道路交通仿真實驗室對交通管理工程專業建設的意義

4.1 ? 面向公安實戰化教學改革與創新的需要

公安教學的實戰化要求，使公安院校投入了大量的財力、物力進行實驗實訓基地建設，道路仿真實驗室建設正是公安實戰化在教學中的輔助。很多項目在教學中手段單一，不能很好地激發學生的主觀能動性，難以滿足新時代特色專業建設的需要，而仿真實驗室使學生模擬處于一線執法管理過程中，結合互聯網技術的計算機和軟件，利用人機交互頁面既能減少學生實驗實訓中的危險，又可以花費最少的投入得到最好的模擬訓練效果。道路交通仿真實驗室根據道路交通管理部門業務開發分層次、多樣化的實驗實訓項目，將基礎知識應用和綜合創新相結合，有助于培養合格的公安應用型人才。

4.2 ? 提升實踐教學能力的需要

公安道路交通管理部門通過與交通管理工程專業進行合作，能夠充分利用公安院校在理論教學方面的優勢，建設交通管理業務仿真場景，通過仿真教學和模擬訓練提高學生的實踐能力。對教師來講，道路交通仿真實驗可以進一步梳理理論知識和公安業務知識，提高自身的教學能力;對一線交警來講，可以通過模擬場景進行業務培訓，提升道路交通管理的能力和素養。

4.3 ? 增強學生對交通管理專業的認同感

道路交通仿真實驗室基本上涵蓋了道路交通管理工程專業本科教育的專業課程，構建了虛實結合、特色鮮明的開放式實驗教學體系，使學生對道路交通管理專業和交通管理業務有完整的認知理解，培養其創新能力，對交管業務知識產生興趣，提升自身的實踐創新能力。

5 ? ? 結 語

道路交通仿真實驗室建設是公安院校實踐教學建設的重要部分，是教育改革創新的著力點。警察培養的特殊性需要在接近真實的環境中進行實踐訓練，仿真技術通過將實際場景與虛擬互動結合，能夠避免一些特殊實訓場景中的危險性和復雜性，從而能夠不斷提升學生的實踐創新能力。

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