基于半實(shí)物仿真平臺的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

周瑞鴻 黃凱峰 李彥 竇禮同

摘 ?要：為適應(yīng)高速鐵路的快速發(fā)展和培養(yǎng)適應(yīng)性強(qiáng)的軌道交通信號及控制專業(yè)人才。高速鐵路列控系統(tǒng)的半實(shí)物仿真平臺，C3列控系統(tǒng)自動測試環(huán)境（C3-ATE），構(gòu)建了C3列控系統(tǒng)集成測試系統(tǒng)。以實(shí)物為主，虛實(shí)結(jié)合的方式完成高速鐵路ZPW-2000實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。提高綜合性與設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)比例，增強(qiáng)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新與動手能力。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;列控系統(tǒng);虛實(shí)結(jié)合;軌道交通

0 引言

2012年9月，教育部專業(yè)名錄中增設(shè)軌道交通信號與控制后（普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄第四次修訂，專業(yè)代碼080802T），山東交通學(xué)院、上海工程技術(shù)大學(xué)、中北大學(xué)、河南工業(yè)大學(xué)、昆明理工大學(xué)、江蘇師范大學(xué)、徐州師范學(xué)院等80多所院校都開設(shè)了軌道交通信號及控制專業(yè)，并開始大力投入資金用于建設(shè)面向高速鐵路或者城市軌道交通的實(shí)驗(yàn)室[1]。

半實(shí)物仿真平臺的建立，將基本滿足本科生、研究生和教師開展關(guān)于高速鐵路區(qū)間信號控制（高速鐵路200km/h-250km/h、300km/h-350km/h）學(xué)習(xí)、教學(xué)和科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)室要求[2]。在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步開發(fā)相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高綜合性與設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)比例，增強(qiáng)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新與動手能力[3，4]。

1虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺

仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用二維界面和三維模型場景交互結(jié)合來表現(xiàn)。三維交互以“身臨其境”和“引導(dǎo)”功能構(gòu)成了虛擬現(xiàn)實(shí)的交互特性[5]。用戶可以與虛擬環(huán)境進(jìn)行人機(jī)交互，將被動式觀看變成更逼真地體驗(yàn)互動。設(shè)定設(shè)備現(xiàn)場場景，給使用者提供一個(gè)互動的學(xué)習(xí)、練習(xí)環(huán)境，通過場景分析、判斷、標(biāo)準(zhǔn)化流程對室內(nèi)外設(shè)備進(jìn)行故障處理[6]。仿真設(shè)備圖如圖1所示。

（a） 軌旁設(shè)備 （b） 軌面電壓測試

圖1 ?現(xiàn)場設(shè)備3D仿真模型圖

通過實(shí)物，讓學(xué)生能夠親自動手實(shí)際操作與現(xiàn)場相同設(shè)備，解決系統(tǒng)實(shí)習(xí)難和現(xiàn)場設(shè)備不敢動、不能動的問題，提高學(xué)生的動手能力;以實(shí)為主，虛實(shí)結(jié)合。以最少成本建立最小系統(tǒng)解決與課程配套相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備需求[7]。

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革特色

仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)真實(shí)還原現(xiàn)場設(shè)備以及設(shè)備相關(guān)室內(nèi)外狀況包括模擬現(xiàn)場設(shè)備的工作原理、動作過程，結(jié)構(gòu)組成，標(biāo)準(zhǔn)化檢修作業(yè)程序，故障處理等。具有較強(qiáng)的交互性，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動學(xué)習(xí)方式。設(shè)定設(shè)備現(xiàn)場場景，給使用者提供一個(gè)互動的學(xué)習(xí)、練習(xí)環(huán)境，通過場景分析、判斷、標(biāo)準(zhǔn)化流程對室內(nèi)外設(shè)備進(jìn)行故障處理。

采用以實(shí)物為主，虛實(shí)結(jié)合的方式完成高速鐵路ZPW-2000實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在柜內(nèi)布置四個(gè)區(qū)段的發(fā)送、接受、衰耗等設(shè)備，并通過列控中心模擬軟件控制設(shè)備收發(fā)，通過監(jiān)測軟件監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行工況。與列控中心仿真軟件和監(jiān)測維護(hù)終端進(jìn)行聯(lián)調(diào)集成測試;驗(yàn)證列控中心控制ZPW-2000設(shè)備信息發(fā)送、改變運(yùn)行方向等項(xiàng)目;測試監(jiān)測維護(hù)終端對于ZPW-2000設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測。

3結(jié)語

本文針對在軌道交通信號與控制專業(yè)開展虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，以實(shí)物為主，虛實(shí)結(jié)合的方式完成高速鐵路ZPW-2000實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。改革成果顯著，但是也暴露處了一些不足，為今后的教學(xué)提供改進(jìn)的方向。

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[6] 李平，文福安，谷文忠，姬志敏.邊遠(yuǎn)地區(qū)基礎(chǔ)教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化實(shí)踐現(xiàn)狀、問題與對策研究——基于滇西邊境地區(qū)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐[J].中國電化教育，2021（12）：111-116.

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作者簡介：周瑞鴻（1993-），男，甘肅天水人，助教，碩士，研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸，鐵路信號，課程教學(xué)研究。