基于虛擬現實技術的城市軌道交通實訓平臺建設研究

吳燕

摘要由于虛擬現實技術的在實訓教學領域表現出的優越性，越來越多的高校、企業將虛擬現實技術結合到日常實訓或培訓中。本文探討城市軌道交通實訓項目與虛擬現實技術的融合，通過城市軌道交通理論教學與實踐教學的有機結合，提出基于虛擬現實技術的城市軌道交通實訓平臺建設框架，為高校和企業實訓平臺建設提供經驗，為城市軌道交通相關課程實訓項目、企業技能鑒定項目的設置提供參考。

關鍵詞 虛擬現實技術 城市軌道交通實訓平臺 建設

中圖分類號：G434文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.13.023

Research on the Construction of Urban Rail Transit Training Platform Based on Virtual Reality Technology

WU Yan

（Fuzhou Polytechnic， Fuzhou， Fujian 350000）

AbstractDue to the advantages of virtual reality technology in the field of practical teaching， more and more universities and enterprises combine virtual reality technology with daily practical training or training. This paper discusses the integration of urban rail transit training project and virtual reality technology. Through the organic combination of urban rail transit theory teaching and practice teaching， this paper puts forward the construction framework of urban rail transit training platform based on virtual reality technology， which provides experience for the construction of training platform for universities and enterprises， and provides reference for the construction of urban rail transit related courses to provide reference for the establishment of enterprise skill appraisal project.

Keywordsvirtual reality technlogy； urban rail transit training platform； construction

0前言

2020年我國城市軌道交通新增運營線路再創歷史新高，與其快速發展的態勢相比，行業高技能型專業人才不足、人才素質與崗位不適配等問題仍然突出。當前我國城市軌道交通類專業人才的培養在實踐教學方面存在一定的不足，實訓設備昂貴、設備占地大、設備型號舊、設備故障率高等問題長期制約著專業人才的培養。虛擬現實技術的出現和發展，為城市軌道交通的實踐教學帶來了新的活力，本次研究旨在探討城市軌道交通實訓項目與虛擬現實技術的有機融合，提出基于虛擬現實技術的實訓平臺建設框架，為高校和企業實訓平臺建設提供經驗，為城市軌道交通專業實訓項目、企業技能鑒定項目的設置提供參考，解決當前實訓平臺諸多限制對專業人才培養造成的制約，從而提高實踐教學的質量和效果。

1虛擬現實技術簡介

虛擬現實技術是一種涵蓋多領域的綜合技術，雖然它是近些年被人熟知的，但是它的出現較早，于90年代出現在美國，也就是人們俗稱的VR技術。該技術是在計算機的支持下、互聯網技術等相關技術的支持先結合而成的一種新技術，涵蓋觸覺聽覺等多項功能，可引入多個產業并豐富人們娛樂生活的。

2基于虛擬現實技術的城市軌道交通實踐教學探索歷程

由于城市軌道交通行業人才將來所從事工作的特殊性，所以在教學過程中要培養學生掌握職業崗位所需的專業核心技能，僅通過觀看視頻、圖片等來提升學生的實踐操作能力是不夠的。在城市不斷發展過程中，城市軌道交通相關技術、設備等也在不斷發展變化，這就要求在教學中盡可能創設接近現實的情境，有利于讓學生沉浸其中并高效性學習，對于學生學習和成長將起到積極作用和影響，以勝任將來的城市軌道交通方面的工作。

在教育標準和教育要求逐漸提升的視域下，促成軌道交通與虛擬現實技術融合，已經成為一種必然趨勢，這是教育改革下的產物和成果，它打破了以往教育保守格局，使得學生有了更多的學習、進步、成長空間，豐富了教學手段之余，也為學生學習興趣培養、探索精神塑造提供了協助和支持，這是兩者融合帶來的積極影響。為促成理論教學與實踐教學緊密結合，也賦予了一定的機會和可能。

不置可否的是，正在有越來越多的學校開始關注和重視虛擬現實技術，已經有院校專門開設了以虛擬現實技術為核心的研究室，這意味著虛擬現實技術走進校園、引入課堂正在慢慢實現，為之后虛擬現實技術的更廣泛使用、更全面應用提前鋪路。現在，軌道交通類學校利用虛擬現實技術對教學進行改革、對課堂進行優化，目前，已經取得了一些成果與成績，這是令人感到欣慰和欣喜的，自然強化了教學效果和學生學習效率，已經達到了傳統教學所不能企及的目標。為此，現在對其的應用和探索也越來越受關注，并在一些學校取得了不錯的成果。

3基于虛擬現實技術的城市軌道交通實訓平臺建設要求

3.1 3D虛擬場景的搭建與設備建模

為了縮減虛擬情境與現實情境之間的距離且不讓人感覺不真實，應當嚴格審核圖紙并按照圖紙所示建模，更要根據合理比例建立更逼真的場景，這樣就可確保其真實性特質凸顯。當然，獲取數據的方式，除了依靠手頭上的測量工具外，還可從設計單位、設計廠商或軌道交通運營單位那里獲取，這些都是可行的，還需結合實際情況而定。期間，還可通過數學建模方式模擬設備參數和電氣參數，這對于數學模型的物理特性提出了不小的要求。建模完畢后，就要花費較多時間用于渲染，從而提高虛擬場景的真實性，當然，以貼圖的方式去優化模型也是可取的。

3.2沉浸式交互協同的設計

基于虛擬現實技術的城市軌道交通實訓平臺，還需關注和突出它的交互功能，需要大力采用虛擬仿真軟件并透過腳本文件的編程來實現動作與場景的交互，一些配套設備也要與平臺產生鏈接，包括虛擬頭盔、數字手套等，便可自由在虛擬平臺中進行體驗，真實度將得到保障。該平臺還需在互動中做出正確評判，有必要的時候，還要給予提示，以便輔助學生更好的完成虛擬體驗和實踐操作。當然，操作中的趣味性是必不可少的，還需做好背景設計、顏色貼圖等多方面工作。

3.3合理的虛實結合實現

虛擬現實平臺的設計和籌建，還需遵循“虛擬與現實緊密結合”的原則，從而讓學生融入沉浸其中并不能自拔，更要透過這種方式和做法，來進一步的為學生直觀化學習、研究提供助力，更要借助虛擬與現實設備的聯動，進一步提高城市軌道交通實訓平臺的教學成效。

3.4線上、線下混合式教學的實現

為了保障教學的全方面覆蓋，我們提倡將虛擬實訓軟件植入手機、計算機等不同平臺，從而彌補線下實訓平臺的實訓缺陷，即可構建線上+線下實訓格局，便可保障實訓資源充分使用、方可保障學生進步愈加明顯。

4基于虛擬現實技術的城市軌道交通實訓平臺構建

4.1實訓平臺的功能定位

基于虛擬現實技術的城市軌道交通實訓平臺主要是依賴計算機軟件設計模擬的三維視覺效果和逼真的聽覺體驗，輔以配套的外接設備，如手柄、座椅、頭盔等，實現學生對平臺內設實訓項目的沉浸式操作演練。通過對現有的軌道交通專業實訓場地進行資源整合、合理布局，構建一個多崗位、多工種、多工位的綜合性實訓實踐基地。在該實訓平臺建設完成之后，可以輻射城市軌道交通的多個專業，可以滿足專業學生或從業人員的實訓、實習、教學、考核、培訓、技能鑒定以及應急演練等。為此，應該滿足以下幾個功能：（1）校企合作，共建共享平臺資源庫，實現資源數據的統一；構建不同用戶角色，可以根據不同的角色來設定系統框架，針對不同的用戶提供多種功能的接口。（2）實訓平臺要具備評估考核的功能，學習者可以通過系統自評和強化知識點、技能點，實現自主學習。企業和院校教師也可以通過平臺設置考試，對學習者的技能水平和知識點掌握情況進行測試、驗收、評價等。（3）實訓平臺要能夠適應不同的用戶角色，有良好的擴展性，可以實現不同專業、不同程度用戶的學習和考核。（4）實訓平臺要符合課程需求和育人要求，并充分為各種內容服務，才可更好的達成教學和育人方面的任務，以便學生綜合實力提升。（5）該平臺要具備多項功能，方可滿足教學、科研等多項需求，更可為大賽的舉辦、課題的呈現、信息化教學項目等提供有力協助。（6）能夠為除學生和教師之外的校外人員提供培訓協助，從而提升其綜合價值并呈現其社會服務屬性。

4.2框架設計

基于虛擬現實技術的城市軌道交通實訓平臺是以各專業核心技能項目資源庫為基礎，通過訪問接口層對接6個子系統，分別對應6個城市軌道交通類專業。下面以城市軌道交通運營管理實訓項目子系統為例，闡述子系統的項目框架。

城市軌道交通運營管理實訓項目子系統結合地鐵車站站務崗位情況與1+X城市軌道交通站務職業技能等級要求，下設初級站務實訓模塊、中級站務實訓模塊、高級站務實訓模塊，分別對應地鐵站務員、值班員、值班站長崗位。每個模塊下均設置客運服務項目、票務運作項目、行車組織與施工組織項目。各項目下設置具體作業場景，建議結合職業技能等級要求或與合作企業共同擬定作業場景。

4.3實訓項目功能模塊的建設

4.3.1模塊功能及框架

初級站務實訓模塊與站務員崗位工作相匹配，該模塊下分設客運服務項目、票務服務項目以及行車組織與施工組織項目。其中，客運服務項目包含3個子項目（服務秩序維護、乘客事務處理、客流組織）和7個任務場景（設備狀態巡視、乘客狀態巡視、問詢與建議、尋人、尋物、疏導乘客有序進站、疏導乘客有序出站）；票務運作項目包含2個任務場景（當班現金票據管理、票務事務處理）和9個任務場景（配票、開窗售票、關窗或交接班、結賬、乘客無法進站事務處理、乘客無法出站事務處理、特殊乘客通行處理、應急情況退票與更新、閘機故障處理）；行車組織與施工組織項目包含3個子項目（站臺作業、站臺安全監控、非正常情況下的行車組織）和11個任務場景（站臺接崗、接法列車、終點站清客、站臺門故障處理、車門/站臺門夾人夾物處理、站車聯控、乘客物品掉落軌道處理、手搖道岔操作、特殊情況下手信號顯示、特殊情況下列車及站臺清客）。

中級站務實訓模塊與值班員崗位工作相匹配，該模塊下分設客運服務項目、票務服務項目以及行車組織與施工組織項目。其中，客運服務項目包含2個子項目（乘客事務處理、客運組織）和8個任務場景（特殊乘客服務、投訴處理、乘客受傷處理、應急信息報告和處理、失物招領、大客流控制前準備、客流組織、大客流控制后的恢復）；票務運作項目包含3個任務場景（票務設備運行維護、票務組織、乘客票務事務處理），8個任務場景（自動售票機日常運營操作、車站計算機監控、配票、結賬、打包返納、卡票、卡幣、少找零）；行車組織與施工組織項目包含5個子項目（行車臺站/調度命令記錄與執行、行車相關安全設備操控、站臺安全門監控、非正常情況下的行車組織、施工請銷點辦理）和13個任務場景（通信設備操控、聯鎖工作站操控、環控設備操控、自動消防設備操控、綜合后備盤操控、綜合監控系統操控、站車聯控、整側站臺門故障處理、聯鎖工作站操作、降級行車組織、施工請點、施工銷點、異地銷點）。

通過末端任務場景的搭建，輔助相應操作設備進行三維建模，最終實現值班員崗位技能的實訓、考核、培訓等功能。

4.3.2虛擬仿真交互式教學環境的構建

在虛擬技術投入軌道交通課堂中使用中，虛擬仿真交互式教學環境的開發是整個實訓平臺建設項目的重點，采用三維建模技術、虛擬仿真技術等實現實訓教學環境。以末端任務場景——自動售票機日常運營操作為例，闡述其教學環境的構建。主要的建設內容包括：

（1）三維立體教學模型建設，包含站廳環境、自動售票機及其內外細部結構、其他票務備品等操作所涉及的設備、工具建模。其中，站務崗位需操作的模塊（如硬幣找零、硬幣回收、紙幣找零、紙幣回收、票卡發售等模塊）的細節（包括鎖孔、蓋板、卡扣等）建模是建設的重點。

（2）VR教學模型建設，主要包含自動售票機開站作業流程、自動售票機關站作業流程、自動售票機補票作業流程、自動售票機補幣作業流程、自動售票機更換錢箱作業流程。其中，作業執行步驟的先后邏輯順序、執行過程中的響應動作、操作觸發的指引等是建模的重點。

5結束語

基于虛擬現實技術的城市軌道交通實訓平臺是一種智慧實訓體系，是今后城市軌道交通實訓、培訓、考核體系的應用趨勢，能有效提高實踐教學的質量與學生的學習熱情，為傳統實踐教學方式提供新的思路，促進城市軌道交通專業人才培養質量的提高。

基金課題：福州職業技術學院2019年度校級科研項目（科技類），課題編號：FZYKJJJC201907

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