空管虛擬仿真實驗教學體系的建設與實踐

張亞宜 劉永欣 白鵬

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?以中國民航空中交通管理人才培養(yǎng)為背景，分析空管虛擬仿真實驗教學的必要性。根據(jù)空管人才能力形成過程及規(guī)律，構建了三級“進階”式的虛擬仿真實驗教學體系，論述了虛擬仿真實驗教學資源在專業(yè)教學中的重要作用。近年的實踐應用表明，教學質(zhì)量成效顯著，增強了院校培養(yǎng)實現(xiàn)崗位對接的可能性。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?虛擬仿真;實驗教學體系;民航空管

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2020）36-0032-02

一、引言

實現(xiàn)我國由民航大國到民航強國的跨越，離不開現(xiàn)代科技與人才的強大支撐。空管信息現(xiàn)代化對空中交通管理（簡稱空管）從業(yè)人員的職業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求。以安全、順暢、高效、綠色為核心特征的“新一代國家空管系統(tǒng)”不僅需要培養(yǎng)專業(yè)能力精湛、業(yè)務過硬的應用型人才，更迫切需要培養(yǎng)具備協(xié)同決策能力、能夠駕馭復雜系統(tǒng)的高技術、高素質(zhì)應用型工程技術和管理人才。培養(yǎng)滿足民航空管需要的專業(yè)人才是民航院校的職業(yè)使命，構建科學合理的空管虛擬實驗教學體系對空管人才培養(yǎng)起到非常重要的作用。

二、空管虛擬仿真實驗教學的必要性

空管系統(tǒng)作為民航空管部門實施對空指揮的核心系統(tǒng)，為空中交通管制人員（簡稱管制員）提供空中飛行態(tài)勢的顯示和各種飛行沖突及各種異常的警告。管制員作為實施空中交通管制的行為主體，對管理區(qū)域內(nèi)的飛機飛行活動進行監(jiān)視和控制，保證飛行安全和有秩序飛行。隨著國內(nèi)航班量的快速增長，空中交通管制流量的不斷加大，管制員在空中交通安全保障中占據(jù)著越來越重要的地位。

作為民航空管人才培養(yǎng)的高等院校，學生空管職業(yè)能力的培養(yǎng)離不開大量的工程實踐，由于民航的極高安全性要求，直接去崗位進行實踐練習是不現(xiàn)實的，而購置崗位空管設備系統(tǒng)需要極高的成本，在院校根本無法實現(xiàn)。為此，優(yōu)化配置空管虛擬仿真實驗資源、構建科學合理的空管虛擬仿真實驗教學體系，是空管人才培養(yǎng)的重要保證。

三、空管虛擬仿真實驗教學體系架構

在當前我國工程教育、“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”等教育理念的引領下，空管專業(yè)緊貼“新一代國家空管系統(tǒng)”人才需求，以能力培養(yǎng)為導向，根據(jù)空管人才能力形成過程及規(guī)律，構建了以“桌面級空管CBT（計算機輔助訓練）虛擬仿真實驗平臺”為基礎、“崗位級高保真虛擬仿真實驗平臺”為核心、“系統(tǒng)級高保真虛擬仿真實驗平臺”為延展的三級虛擬仿真實驗教學平臺，從整體上形成了與人才能力培養(yǎng)規(guī)律相一致的循序漸進、逐級加強、“無縫”對接的虛擬仿真實驗教學體系。經(jīng)過三級模擬仿真系統(tǒng)的實驗教學，學生將形成以初步認知、建立意識和實驗前準備為特征的初始能力，以具體空管崗位工程能力為特征的專項能力，以全局意識、系統(tǒng)思維、整體管控、協(xié)同決策為特征的高級能力，從而以“進階”式的實踐教學模式，達到人才工程實踐能力培養(yǎng)的目的。

四、虛擬仿真實驗教學資源的重要作用

從計算機房的桌面級—管制模擬機的崗位級—管制模擬機聯(lián)合運行的系統(tǒng)級三級虛擬仿真實驗資源平臺，在空管專業(yè)人才培養(yǎng)體系中發(fā)揮重要作用。

（一）桌面級空管CBT虛擬仿真實驗平臺

桌面級空管CBT虛擬仿真實驗平臺服務于空管專業(yè)基礎知識認知與初始能力訓練的實驗教學，實驗課時在計算機房完成。空管綜合工程能力是由若干基礎技能子項交織組合、有機聯(lián)系形成的，只有掌握了基礎能力，才能進入更高層級的能力培養(yǎng)階段。因此，在學生正式進入崗位級高保真虛擬仿真實驗室之前，需要借助此平臺將實驗室所需進行的綜合實驗進行任務分解，使學生進行一定學時的基礎知識學習和基本能力練習，直至掌握進入下一階段崗位級實驗室所必需的基本理論和能力，從而實現(xiàn)理論課程與實驗課程的有效銜接，提高高保真虛擬仿真實驗系統(tǒng)的使用效率，真正發(fā)揮高保真系統(tǒng)資源的作用。

空管CBT虛擬仿真實驗平臺利用虛擬現(xiàn)實、系統(tǒng)仿真、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡通訊技術，采用文字、聲音、圖片、動畫、圖像等多種信息手段對學生進行初始工程能力的自主式獨立訓練，徹底解決了管制員培養(yǎng)中由于大型綜合模擬仿真設備的規(guī)模與場地限制而無法開展的初始工程能力專項訓練問題。

（二）崗位級高保真虛擬仿真平臺

崗位級高保真虛擬仿真平臺作為空管人才專業(yè)技術培養(yǎng)核心實驗教學資源，以管制員崗位業(yè)務為主線，利用虛擬仿真技術將空管崗位工作環(huán)境進行高保真模擬構建，并通過搭建真實的工作席位和場景環(huán)境，以虛實結合的方法營造出近乎真實的工作環(huán)境，從而能夠培養(yǎng)學生更加貼近實際要求的專項實踐操作能力。

平臺資源包含程序管制模擬機、機場管制模擬機、雷達管制模擬機設備。程序管制模擬機將高仿真的虛擬程序管制運行環(huán)境與實際工作環(huán)境完全對接的實驗操作平臺相結合，實現(xiàn)了虛與實相結合的典型仿真實驗系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)程序管制運行環(huán)境進近扇區(qū)、區(qū)域扇區(qū)、飛行程序的逼真呈現(xiàn)。機場管制是空管工作中的重要工作內(nèi)容之一，其實踐能力的培養(yǎng)必須依賴機場管制模擬機（又稱“塔臺管制模擬機”）完成。該模擬機高逼真模擬真實的機場管制運行環(huán)境，與實際工作環(huán)境完全對接的實驗操作平臺相結合，實現(xiàn)了虛與實相結合的典型仿真實驗系統(tǒng)，見圖1。雷達管制實踐能力是空管專業(yè)學生必須掌握的核心能力，該能力的培養(yǎng)必須依賴于雷達管制模擬機完成。雷達管制模擬機能夠高度模擬真實的雷達管制運行環(huán)境，包括空域環(huán)境、航路航線、飛行動態(tài)、飛機性能等內(nèi)容，借助近似真實的管制席位、人機界面、通信系統(tǒng)，虛實結合，實現(xiàn)對學生雷達管制實踐能力的培養(yǎng)。