基于VR技術高鐵乘務實訓系統的設計與應用

胡曉麗 劉 艷 王明忠

（福建開放大學，福建福州，350003）

一、引言

自2008年8月1日京津城際鐵路開通以來，經過12年的發展，我國現有高鐵營業總里程達3萬公里，占世界總里程的三分之二。同時，我國計劃到2025年建成高速鐵路3.8萬公里。到2030年建成高速鐵路4.5萬公里，基本實現內外互聯互通、區際多路暢通、省會高鐵連通、地市快速通達、縣域基本覆蓋。

隨著高速鐵路的飛速發展，鐵路公司對高鐵乘務人員的需求量越來越大，對員工的素質和業務技能也越來越高。根據鐵路部門的走訪調研，鐵路部門認為，目前的畢業生，理論知識較為扎實，但設施設備的操作能力和靈活應對現場復雜環境的能力較為薄弱。總之，目前高鐵乘務專業傳統教學模式主要存在下列問題：第一，重理論，輕實作，學生實操能力弱；第二，注重形象氣質的塑造，缺少高鐵專業知識的學習；第三，實訓室設備單一，互動性差，缺少身臨其境的感覺，學習效果不佳；第四，學員難以深入鐵路部門實習，實習中只能觀看，不能進行實際操作；第五，教學考核方式單一，很難進行過程性考核。

由此可見，傳統教學模式已經無法滿足高鐵乘務專業的人才培養需求，亟需一種新的教學模式。本文將VR技術引入高鐵乘務專業教學中，以適應專業培養需求，使學生在課堂上就能體會到高鐵乘務員在動車組列車內的工作環境，熟悉各種設施設備和工作流程，處理乘務工作中遇到的問題，保證旅客運輸工作安全、有序。[1]

二、VR技術簡介

VR技術（Virtual Reality Technology）一種計算機仿真系統，它借助計算機系統及傳感器技術生成三維環境，創造出一種嶄新的人機交互方式，通過調動用戶各種感官（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等）來享受更加真實的、身臨其境的體驗。[2]近年來，基于VR技術良好的應用效益和獨特的優勢，越來越受到職業教育的廣泛關注和應用。[3]

三、VR技術高鐵乘務實訓系統設計

VR技術高鐵乘務實訓系統克服了傳統教學實訓的種種弊端，是目前高鐵乘務專業急需建設的實訓系統。該系統應用在教學活動中，需要模擬動車組列車的基礎設施、安全設備、乘務工作流程和應急處理演練，學生可以身臨其境地體會未來的工作環境，對主要設施設備進行操作，模擬乘務組中不同崗位的工作流程，處理突發事件。除此之外，系統還根據教與學的需求，設計了以演示為主的教學子系統，以單機操作為主的演練子系統和多機互動為主的考評子系統。教學子系統中，主要呈現系統的主要模塊及功能，便于教師的演示操作；演練子系統是單機環境下的學習和演練，學員單獨完成各項技能操作；考評子系統是在演練子系統的基礎上，加入了多人互動，主要考查學生對于技能的掌握情況和團隊合作的能力，增強團隊協作意識。[4]

（一）VR技術高鐵乘務實訓系統需求分析

為了滿足高鐵乘務專業的實訓需求，VR高鐵乘務實訓系統應有以下教學環境：

基礎設施。VR高鐵乘務實訓系統需要滿足學生對于動車組列車車體、車廂及內部服務設施等設備的認知，更好地了解動車組列車的組成結構。

安全設備。VR高鐵乘務實訓系統需實現學生對動車組列車安全設備的認知，使學生更熟悉地操作列車內不同的安全設備。

乘務工作流程。為了滿足學員對高鐵乘務工作的全面認識，VR高鐵乘務實訓系統需要模擬乘務工作中的不同流程，從而使學員更好地熟悉乘務組各崗位的工作職責。

列車應急處理演練。在VR高鐵乘務實訓系統中，應提供不同的列車突發事件場景，并給予應急處理過程進行指導，使學生掌握列車不同突發事故中的應急處理流程，鍛煉學生的應急處理能力，從而能夠處理列車上不同的突發事件。

（二）VR技術高鐵乘務實訓系統功能構建

VR技術高鐵乘務實訓系統是高鐵乘務專業內進行動車組模擬仿真學習的重要途徑，為了認識列車的基礎設施和安全設備，熟悉乘務工作流程和列車應急處理過程，VR實訓系統在功能上主要包括列車基礎設施、列車安全設備、列車乘務工作流程和列車應急處理演練四個模塊。VR實訓系統功能模塊框圖如圖1所示。

圖1 VR實訓系統功能框圖

（三）VR技術高鐵乘務實訓系統組成

根據VR技術高鐵乘務實訓系統功能構建，結合高鐵乘務專業的教學實訓需求，設計了四個教學模塊，分別是：動車組列車基礎設施、動車組列車安全設備、乘務工作組織流程和動車組列車應急處理演練。

1.動車組列車基礎設施場景建模

動車組列車進行VR場景建模，除模擬列車外部及內部場景外，還模擬了動車組列車的主要設施，包括列車的編組情況、各車輛的主要配備設置、外部車門、內部門和鎖、車外標記、車廂設備、觀光區布置、VIP包間布置、客室座椅、旅客行李存放處、餐飲休閑設備、服務室設備、旅客信息系統、影視系統等，旨在1：1還原列車內的環境，讓學生沉浸式的學習，更好的熟悉未來的工作環境，如圖2所示：

圖2 動車組列車內部結構圖（部分）

2.動車組列車安全設備模擬操作

在VR場景建模的基礎上，系統介紹了各安全設備的操作范圍及操作要領，同時可通過交互手柄對系統內的安全設備進行模擬操作。在VR實訓系統中模擬了滅火器、緊急停車裝置、緊急用梯子、緊急逃生窗、緊急破窗錘、過渡板、防火隔斷門、煙火報警系統、應急照明燈和防護網等安全設備，當使用手柄光纖射向某個設備時，會彈出該設備的操作范圍和操作要領，根據操作要求可以用手柄對其進行模擬操作。

3.乘務工作流程模擬

VR實訓系統模擬乘務工作組織的整個工作流程，包括始發站的準備和檢查工作，開車后的巡視車廂、查驗車票，中途站的旅客乘降、站車交接，終到站的列車終到作業等，如圖3所示。在系統每個工作流程中，學員根據系統的提示，逐一完成每個操作步驟，熟悉各個步驟的操作內容，當所有流程完成后，系統根據學員的操作情況，進行評分反饋，便于及時了解學習效果。

4.應急處理演練

VR實訓系統中應急處理演練包括動車組列車突發火災事故的處理、精神異常旅客的處理、旅客突發疾病的處理、列車發生晚點的處理和遺失物品的處理等情況。為真實還原應急處理場景，在系統中設計了相應的劇情。在劇情中，可以實現1～5人的聯網模擬演練，學員可以扮演列車長、列車員、餐車服務員、隨車機械師等角色。同時，系統還可以隨機生成不同的團隊組合，共同處理發生的緊急情況，能夠讓參與者感受團隊協作的重要性，提高臨場配合度，增強團隊的應急處理能力。[5]

四、VR技術高鐵乘務實訓系統應用實例

本文依托福建開放大學高鐵乘務VR實訓室，對高鐵乘務VR實訓系統設計方案進行了實際應用，驗證該系統在高鐵乘務專業實訓教學中的可行性。福建開放大學以目前最新的復興號CR400a列車為模型，模擬動車組列車真實的環境，并用VR手柄操作安全設備、乘務作業流程以及應急事件的處理。下面以動車組列車突發火災事故為例，對VR仿真系統進行具體應用。

圖3 乘務工作組織流程圖

（一）劇情介紹

一列在行駛過程中的動車組列車，06號車廂中部突發火情，旅客發現后立即反饋給乘務員，乘務員立即上報給列車長，列車長收到險情后組織各崗位人員：機械師、乘務員、餐車服務員等進行協同處理，在本列車火情無法控制的情況下，將旅客轉移至熱備車。

（二）處理流程

在VR實訓系統中，設計流程如圖4所示。系統分為單人演練和多人考評兩種模式。單人演練模式，學員自行選擇角色，單機操作，根據流程提示完成所選角色的崗位職責，在分別熟練掌握列車長、乘務員、機械師、餐車服務員等角色的操作技能后，學員之間可以組隊進行多人考評模式的操作，系統根據團隊的完成情況進行評分，反饋學習效果。部分操作界面如圖5所示。

圖4 列車火災事故應急演練流程圖

圖5 VR技術高鐵乘務實訓系統部分操作界面圖

（三）教學效果分析

福建開放大學18級運輸2班，學生通過VR實訓系統的學習使用，熟悉了動車組列車的工作環境和車內的設施設備；同時掌握動車組乘務工作流程和列車突發火災事故的應急處理流程，提高了應急處理能力。根據系統的評分結果，教師可準確掌握學員的學習情況，對后續教學內容的安排起到很好的指導作用。經過對比，使用該系統能夠使學生達到更好的學習效果，提高了學員的實際操作能力，豐富了教學的形式，強化了理論知識的實際應用 能力。

五、結語

VR技術高鐵乘務實訓系統，從高鐵乘務專業特點出發，按照高鐵乘務專業的教學內容和實訓要求，逐步開發適用于高鐵乘務專業實訓的功能和模塊，師生足不出戶，即可在虛擬現實的環境中，“進入”復興號動車組列車，進行各種設施設備的認知和操作，方便師生進行交互式的乘務作業流程體驗，改善傳統教學模式中的弊端，培養學生學習興趣，增加學生的實際操作機會，提高教學質量和效果。[6]