VR技術(shù)在鐵路通信專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

劉蘇揚(yáng)

摘要：VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種重要的創(chuàng)建虛擬世界的仿真技術(shù)，將其應(yīng)用到鐵路通信專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，可以提供良好的人機(jī)互動(dòng)，讓學(xué)生充分參與到教學(xué)中來(lái)，達(dá)到良好的教學(xué)效果。本文以組建南京站視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目為例，詳細(xì)闡述了VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用過(guò)程以及巨大優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);鐵路通信;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）15-0095-02

1 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)介紹

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種重要的創(chuàng)建虛擬世界的仿真技術(shù)，將仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)融合在一起，通過(guò)三維立體逼真的環(huán)境模擬，結(jié)合必要的輔助設(shè)備，讓人具備聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力量、運(yùn)動(dòng)等多維度的感官體驗(yàn)。計(jì)算機(jī)記錄并處理體驗(yàn)者的動(dòng)作行為數(shù)據(jù)，并對(duì)體驗(yàn)者的多重輸入做出實(shí)時(shí)反饋，讓體驗(yàn)者擁有充分的“身臨其境”的感受，實(shí)現(xiàn)真正的人機(jī)交互。

2 VR虛擬現(xiàn)實(shí)在鐵路通信專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)多年的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)鐵路通信專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)受到諸多條件的限制，例如：實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴，占地空間大，采購(gòu)費(fèi)用和后期維護(hù)費(fèi)用高;實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)有限、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多年不變;通信技術(shù)更新?lián)Q代迅速，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備難以跟上鐵路現(xiàn)場(chǎng)水平;安排企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)實(shí)踐難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。這些問(wèn)題的存在，客觀上影響了專業(yè)教學(xué)效果，導(dǎo)致學(xué)生理論與實(shí)際脫節(jié)，動(dòng)手能力普遍較差，無(wú)法做到真正的學(xué)以致用，創(chuàng)造能力、拓展能力得不到提升。

而VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以讓學(xué)生置身于和真實(shí)環(huán)境幾乎無(wú)差別的虛擬環(huán)境中，借助良好的人機(jī)交互，讓學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)中來(lái)，親身體驗(yàn)，親自感受，從而獲得更好的學(xué)習(xí)效果。

在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用 VR 虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備是鐵路通信專業(yè)特點(diǎn)的需要。鐵路通信專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容具有理論知識(shí)體系龐大并且抽象，按大類分為有線通信、無(wú)線通信系統(tǒng)，而有線通信系統(tǒng)中分為交換子系統(tǒng)、光傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、接入網(wǎng)子系統(tǒng)等等。而相關(guān)理論的學(xué)習(xí)最終是要體現(xiàn)在實(shí)踐中，對(duì)通信設(shè)備的操作維護(hù)是我們檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要指標(biāo)，也是用人單位考量學(xué)生水平的重要參考。但是現(xiàn)場(chǎng)通信系統(tǒng)設(shè)備繁多，往往一個(gè)系統(tǒng)包含了機(jī)房中的多個(gè)機(jī)柜，機(jī)柜中還有各種板卡，此外還需要有監(jiān)控、存儲(chǔ)設(shè)備，設(shè)備與設(shè)備之間的聯(lián)系復(fù)雜，操作維護(hù)要求高、綜合性強(qiáng)等，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大，特別是在動(dòng)手操作方面顯得困難重重。

利用 VR 技術(shù)，可以充分發(fā)揮其在鐵路通信專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，比如可以完全做到和鐵路現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備同步，真實(shí)感強(qiáng)、可以反復(fù)進(jìn)行練習(xí)等特點(diǎn)。

2.1 可以跨越多個(gè)車站、區(qū)段

眾所周知，鐵路通信跨越多個(gè)路局、分局、站段、區(qū)間，這種跨多區(qū)域、多地點(diǎn)的特點(diǎn)導(dǎo)致學(xué)生很難在學(xué)校里對(duì)整個(gè)鐵路通信系統(tǒng)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D以及視頻資料又無(wú)法有直觀感受，因此有了VR設(shè)備，可以讓學(xué)生將分布在多個(gè)地址的不同設(shè)備連接起來(lái)，組成完整的通信網(wǎng)絡(luò)，加深對(duì)鐵路通信各個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

2.2 可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行多種操作

由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)老舊，并且數(shù)量有限，學(xué)生想感受真實(shí)設(shè)備，通常需要去鐵路現(xiàn)場(chǎng)，但是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都是正在運(yùn)行中，“只能看，不能摸”，不能插拔，更不能改變參數(shù)。因此，想要對(duì)真實(shí)設(shè)備深入了解非常困難。利用 VR 技術(shù)可以獲得和操作真實(shí)設(shè)備相同的感受，有3D動(dòng)態(tài)效果，空間體驗(yàn)感好，可以安裝機(jī)柜，可以連線，可以插拔辦卡，還有調(diào)試各種參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的時(shí)候，也很方便檢查原因，糾正錯(cuò)誤。雖然是虛擬環(huán)境，但是比真實(shí)環(huán)境更加有利學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐、

2.3 可以隨時(shí)操作，反復(fù)練習(xí)

鐵路通信專業(yè)理論知識(shí)抽象，而所有的理論學(xué)習(xí)最終都是為了能夠?qū)ο嚓P(guān)通信設(shè)備操作，實(shí)踐出真知，只有反復(fù)地進(jìn)行實(shí)踐操作，才能掌握相關(guān)技能，從而更好地理解理論知識(shí)。運(yùn)用 VR 技術(shù)，可以做到讓學(xué)生隨時(shí)操作，“想練就練”，盡可能多的體驗(yàn)鐵路通信中多個(gè)系統(tǒng)的組成，以及對(duì)多種設(shè)備的硬件軟件配置，這都是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，甚至是鐵路現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)設(shè)備無(wú)法提供的巨大優(yōu)勢(shì)。

目前，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，作為教學(xué)工具，它確實(shí)有著獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)，如果應(yīng)用得當(dāng)，可以大大節(jié)省學(xué)校對(duì)于實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)資源的投入，也可以大大提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)的效果。

3 鐵路通信專業(yè)虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目的實(shí)施

3.1教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1.1設(shè)計(jì)總體思路

基于VR技術(shù)的教學(xué)課堂不同于傳統(tǒng)的形式，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體性，因此教師只是教學(xué)的輔助者，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生構(gòu)建一個(gè)與教學(xué)內(nèi)容匹配的場(chǎng)景和環(huán)境，然后學(xué)生自己獨(dú)立操作VR設(shè)備，完成練習(xí)，做到真正的以生為本。

3.1.2設(shè)計(jì)VR場(chǎng)景

學(xué)生通過(guò)VR設(shè)備，進(jìn)入虛擬仿真的場(chǎng)景，學(xué)生可以進(jìn)入虛擬中的場(chǎng)景：車站、站臺(tái)、機(jī)房、監(jiān)控室等，接下來(lái)在虛擬場(chǎng)景中的機(jī)房中安裝設(shè)備。機(jī)房虛擬場(chǎng)景如圖1所示。

3.1.3設(shè)計(jì)設(shè)備的安裝

學(xué)生在虛擬的場(chǎng)景中可以安裝項(xiàng)目要求的通信設(shè)備，對(duì)設(shè)備進(jìn)行近距離的觀察、開關(guān)，一級(jí)插拔設(shè)備上的板卡。

3.1.4設(shè)計(jì)綜合排線布線

學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中可以進(jìn)行線纜的連接，學(xué)生使用饋線、網(wǎng)線、光纖線、電源線等，將各個(gè)通信設(shè)備連接起來(lái)，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.2教學(xué)過(guò)程（以組建南京站視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)為例）

3.2.1介紹整體組網(wǎng)

教師提供網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，介紹整個(gè)項(xiàng)目的要求：通過(guò)三臺(tái)傳輸系統(tǒng)環(huán)形連接，實(shí)現(xiàn)視頻終端、PC之間的互相通信

3.2.2系統(tǒng)安裝（安裝設(shè)備、安裝單板、連線）

按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的提示，在各個(gè)機(jī)房中安裝相應(yīng)的機(jī)柜，添加單板;安裝攝像頭等前端設(shè)備;并進(jìn)行設(shè)備之間的連線：

（1）在南京站中心機(jī)房中添加通信機(jī)柜并在機(jī)柜中添加設(shè)備OSN、交換機(jī)，終端監(jiān)控服務(wù)器、視頻服務(wù)器、PC，接口單元ODF、AMP;給OSN添加單板AUX、CXL4、EFT4。

（2）在南京站中心機(jī)房中安裝智能攝像頭。

（3）在南京站軌道一側(cè)安裝監(jiān)控?cái)z像頭。

（4）在南京站中心調(diào)度室中添加通信機(jī)柜并添加接口單元AMP、視頻終端。

（5）分別在江寧站站點(diǎn)機(jī)房中、溧水站站點(diǎn)機(jī)房中添加通信機(jī)柜并在機(jī)柜中添加設(shè)備OSN，接口單元ODF;給OSN添加單板AUX、CXL4、EFT4。

（6）在溧水站站點(diǎn)值班室中添加設(shè)備視頻終端。

（7）設(shè)備連線。

3.2.3 系統(tǒng)調(diào)試（參數(shù)配置）

在完成硬件安裝和連線之后，進(jìn)行具體的軟件配置。學(xué)生需要按順序逐一配置：OSN1硬件配置—板卡0、OSN1硬件配置—板卡1、OSN1硬件配置—板卡2—FE0、OSN1 VLAN、OSN1系統(tǒng)時(shí)鐘、OSN1保護(hù)環(huán)-0、OSN1 SDH業(yè)務(wù)、OSN2系統(tǒng)時(shí)鐘、OSN2 SDH業(yè)務(wù)、OSN3系統(tǒng)時(shí)鐘、交換機(jī)1硬件配置-HUB0-FE0、交換機(jī)1 VLAN配置、監(jiān)控服務(wù)器-硬件配置-網(wǎng)卡0-FE0、監(jiān)控服務(wù)器-添加監(jiān)控-0、監(jiān)控服務(wù)器-添加監(jiān)控-1、視頻服務(wù)器-硬件配置-網(wǎng)卡0-FE0、視頻服務(wù)器-GK配置-注冊(cè)GK、視頻服務(wù)器-添加會(huì)場(chǎng)-0、視頻服務(wù)器-添加會(huì)場(chǎng)-1、PC1-硬件配置-網(wǎng)卡0-FE0、PC2-硬件配置-網(wǎng)卡0-FE0、視頻終端1-硬件配置-FE0、視頻終端1-GK、視頻終端2-硬件配置-FE0、視頻終端2-GK參數(shù)配置、智能攝像頭-硬件配置-網(wǎng)卡0-FE0、監(jiān)控?cái)z像頭-設(shè)備信息、監(jiān)控?cái)z像頭-硬件配置-網(wǎng)卡0-FE0等內(nèi)容。

3.2.4結(jié)果驗(yàn)證

所有的配置完成后，進(jìn)行結(jié)果的驗(yàn)證，要求視頻終端之間相互能夠通信、PC之間相互能夠通信、智能攝像頭正常工作、監(jiān)控?cái)z像頭正常工作。全部完成后，要求學(xué)生提供文字和圖片說(shuō)明，最終效果如圖2所示。

3.3 項(xiàng)目總結(jié)

本次項(xiàng)目通過(guò)三臺(tái)設(shè)備形成環(huán)路，采用SDH光傳輸技術(shù)完成數(shù)據(jù)以及圖像、視頻的傳輸，并用交換機(jī)通過(guò)內(nèi)部交換矩陣，把數(shù)據(jù)包直接而迅速地傳送到目的節(jié)點(diǎn)。最后使監(jiān)控?cái)z像頭可以正常工作并成功實(shí)現(xiàn)兩個(gè)站點(diǎn)之間的視頻通信與數(shù)據(jù)通信，在業(yè)務(wù)上實(shí)現(xiàn)視頻終端、PC之間的互相通信。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)在鐵路通信專業(yè)課程的教學(xué)效果分析

借助VR設(shè)備，進(jìn)行鐵路通信專業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目的實(shí)施，可以讓學(xué)生近距離地接觸各種通信設(shè)備，并且可以進(jìn)行設(shè)備的安裝、布線等多種操作。這樣，有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，提升學(xué)生的實(shí)操能力，從而達(dá)到理想的教學(xué)效果。相信VR技術(shù)將會(huì)應(yīng)用在鐵路通信專業(yè)更多的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目中來(lái)。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】