軌道交通信號與控制專業(yè)實踐課程體系構建與實踐

戶 國， 魏麗麗， 李立明

(上海工程技術大學 城市軌道交通學院，上海 201620)

軌道交通信號與控制專業(yè)實踐課程體系構建與實踐

戶 國， 魏麗麗， 李立明

(上海工程技術大學 城市軌道交通學院，上海 201620)

實踐教學是高等教育結構中重要組成部分。針對當前我國對軌道交通信號與控制專業(yè)的人才需求，系統(tǒng)介紹了上海工程技術大學軌道交通信號與控制專業(yè)的實踐課程體系。并從專業(yè)學科體系和關鍵技術入手，對理論教學體系、實踐教學體系、實踐教學基地建設三方面進行分析論述，最后總結了實踐教學所取得的一些成績和經驗。

軌道交通信號與控制專業(yè)； 實踐教學； 實踐基地建設

0 引 言

為促進國家戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展、滿足民生急切需求，教育部在《普通高等學校本科專業(yè)目錄(2012年)》增設了“軌道交通信號與控制”專業(yè)，該專業(yè)的設置是為了滿足鐵路和城市軌道交通建設及安全運營需求，培養(yǎng)應用性強、行業(yè)針對性強的工程實踐類人才[1-2]。截止至2016年，國家共批準北京交通大學、西南交通大學、蘭州交通大學、上海工程技術大學等80多所高校開設軌道交通信號與控制專業(yè)，隨著培養(yǎng)單位隊伍的壯大，在本專業(yè)的培養(yǎng)目標、專業(yè)建設方案、課程體系設置等問題也眾說紛紜，在教學指導委員會多次討論下，確立了信號設備基礎、列車運行控制系統(tǒng)和計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)等理論核心骨干課程，但實踐課程內容始終未能統(tǒng)一，該問題也成為高校開設軌道交通信號與控制專業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)。

1 軌道交通信號與控制包含的學科體系和關鍵技術

軌道交通信號與控制專業(yè)沿襲于原鐵道信號專業(yè)，培養(yǎng)具有計算機、通信、控制和交通運輸?shù)溶壍澜煌ㄐ袠I(yè)相關專業(yè)知識，滿足軌道交通信號與控制領域需要；掌握軌道交通信號與控制領域的基本理論與應用技術的應用型高級技術人才。其專業(yè)內容涉及計算機、通信、控制和交通運輸?shù)人拇髮W科，畢業(yè)生可在鐵路、城市軌道交通領域從事運營維護、系統(tǒng)設計和研發(fā)等工作。

軌道交通信號與控制學科源于對鐵路信號燈的控制，伴隨著運營需求的不斷提升和科學技術的迅猛發(fā)展，新時代賦予信號學科更為深遠的內涵，它是確保列車運行安全，有效提高列車在區(qū)間和車站內的運行效率的重要手段，其關鍵的技術包括軌道交通信號設備、區(qū)間閉塞理論、車站聯(lián)鎖理論和列車自動控制技術[3]。

1.1軌道交通信號設備

為了保證列車運行安全，將為其服務的列車定位、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、道岔控制、信號機控制、列車控制等硬件設備統(tǒng)稱為軌道交通信號設備，除安全型計算機等通用設備外，其主要包括軌道電路、轉轍機、信號機、繼電器、應答器、計軸器等軌道交通信號專有設備。

1.2區(qū)間閉塞理論

為了保證列車在區(qū)間內運行安全，將區(qū)間劃分為若干個區(qū)段，每個區(qū)段僅允許一列車運行的方式成為閉塞行車法，簡稱閉塞。該行車法可以確保每列車不侵占它車的運行空間，從而有效防止列車在區(qū)間內相撞，隨著定位技術和通信傳輸技術的發(fā)展，閉塞行車法歷經了人工閉塞、半自動閉塞、自動閉塞、準移動閉塞和移動閉塞5個時代。

1.3車站聯(lián)鎖理論

為了保證列車在車站內運行安全，將進路、道岔、信號機之間建立相互聯(lián)系、相互鎖閉、相互制約的關系，簡稱聯(lián)鎖。該方法可以確保車站內每條進路有且僅有一輛車使用，從而有效防止車站內的側撞、對撞與追尾。聯(lián)鎖技術主要采用6502電氣聯(lián)鎖和計算機聯(lián)鎖兩類，計算機聯(lián)鎖已成為當今的主流技術。

1.4列車自動控制技術

列車自動控制技術是當今信號系統(tǒng)的最核心的技術，是通過軌旁和車載設備對線路上運行的每列列車進行精確定位，再通過無線通信方式將調度指揮中心的命令傳輸至列車，從而實現(xiàn)列車定位、列車間隔控制、列車速度控制等功能，最終保障列車的安全、高效運行，該技術集通信技術、控制技術、計算機技術為一體，是多學科交織的成果[4]。

2 軌道交通信號與控制專業(yè)的理論課程與實踐課程體系

理論課程是實踐課程的基礎，實踐課程是理論課程的升華，對于軌道交通信號與控制這類針對性極強的專業(yè)而言，人才培養(yǎng)課程體系應強調夯實理論基礎，面向行業(yè)，提升實踐能力，全面發(fā)展。

2.1軌道交通信號與控制專業(yè)理論課程體系

理論課程教學體系(見圖1)主要分為基礎課程、專業(yè)基礎課程、專業(yè)課。

圖1 軌道交通信號與控制專業(yè)理論課程體系

基礎課程以開放、自主為原則，所選課程應滿足教育部本科畢業(yè)相關要求，其內容包含思想政治類、數(shù)學類、英語類、體育類等；專業(yè)基礎課程是基礎課程與專業(yè)課的紐帶，內容仍屬于基礎課程，但其宗旨是為專業(yè)課服務，按學科可劃分為工程數(shù)學類、計算機類、控制理論類和通信技術類；專業(yè)課是培養(yǎng)體系的核心，是專業(yè)技術人才的理論依據(jù)，按教學指導委員會要求，課程大致包含軌道交通信號設備基礎、計算機聯(lián)鎖、6502電氣集中、區(qū)間信號和列車運行控制技術[5-7]。

2.2軌道交通信號與控制專業(yè)實踐課程體系

實踐課程教學體系(見圖2)按內容主要分為基礎類實踐課、專業(yè)類實踐課、畢業(yè)設計(論文)；按教學方式可分為課程實驗、課程設計、課程實習、畢業(yè)設計。

圖2 軌道交通信號與控制專業(yè)實踐課程體系

軌道交通信號與控制專業(yè)基礎類實踐課程主要包含制造技術、軌道交通基礎實習、微機原理與接口綜合實驗等內容，通過基礎類實踐課程的學習可以提升學生的常用工具使用能力、動手能力，培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)，為日后的專業(yè)實踐課程打下堅實的基礎。專業(yè)類實踐課程是整個實踐教學體系的核心內容，其教學內容應盡量覆蓋軌道交通信號與控制專業(yè)的全部理論授課內容，且能力的培養(yǎng)應貫穿于整個實踐教學中，應包含但不限于以下能力：①工程實踐能力；②維護管理能力；③自主學習能力；④故障分析與解決能力；⑤應急處理能力；⑥團隊協(xié)作、組織、管理能力。畢業(yè)設計是實踐課程體系的升華和最終成果，通過前期的理論與實踐課程學習，在實際中尋找問題，再通過自主學習，解決問題[8]。

3 軌道交通信號與控制專業(yè)實踐教學基地建設

實踐教學基地是實踐課程順利開設的必要條件和實施場所，設備齊全、功能完善、針對性強的實踐教學基地是提升實踐能力的重要平臺，建設一定數(shù)量穩(wěn)定的、滿足專業(yè)人才培養(yǎng)需要的、高質量的實踐教學基地，不僅關系到實踐教學的質量，也影響到學生各項能力的培養(yǎng)，這是每所高校都面臨的一個重要問題[9-11]。

3.1軌道交通信號與控制專業(yè)實踐教學基地建設理念

傳統(tǒng)的校內實驗室已經無法滿足新形勢下人才培養(yǎng)的需求，更多高校將目光瞄準至建設校企合作的校外實習基地的觀點被廣泛認同，并已取得一定成果，但由于建設理念落后、建設經費無法跟進等因素，使得校外實習基地建設仍存在些許不足。我院制定了校企結合，優(yōu)勢互補，協(xié)同育人的實踐教學基地建設理念，依托與上海申通地鐵集團合作的平臺，建立了校內實驗基地、校外實踐基地，同時形成了獨特的課堂理論教學、實驗室綜合訓練、生產現(xiàn)場應用實踐的“三位一體”、工學交替的人才培養(yǎng)模式，并遵循以下建設理念。

(1) 內外結合，優(yōu)勢互補。校內實驗室與校外實習基地建設應采取同時并舉的策略，不能因為校外實習基地比重提升而忽視校內實驗室的建設。校外實習基地存在許多天然的不足，譬如實習場地、實習時間的不確定性，每次實習均需提前協(xié)商；涉及企業(yè)生產、企業(yè)安全的實習環(huán)節(jié)，學生無法現(xiàn)場實操等，而解決上述問題有效的方式就是加強校內實驗室建設。采購與企業(yè)相同的設施設備，聘請企業(yè)導師進行校內指導，解決學生無法現(xiàn)場實操的問題[12]。

(2) 結合課程，有的放矢。實踐教學基地的終極目標是服務學生，鞏固、驗證理論知識，提升工程實踐能力，所以實踐教學基地的建設不能與學生的培養(yǎng)目標、培養(yǎng)計劃和課程體系脫節(jié)[13]。每一個實踐環(huán)節(jié)均應有理論課程體系支撐，而每一個理論問題在實踐環(huán)節(jié)均應有體現(xiàn)，使理論與實踐相輔相成，相得益彰。

(3) 實中有虛，虛中有實，虛實結合。實踐教學基地應以學生可用性、教師可維護性、切實提升工程實踐能力為基本建設原則，校內外實踐教學基地均應使用地鐵現(xiàn)場實際設備，當涉及生產安全或實際設備臺套數(shù)無法滿足教學目標時，可采用虛擬仿真實訓平臺模式進行補充，同時應注重虛擬仿真與現(xiàn)實間的相符性，切勿發(fā)生虛擬場景與現(xiàn)實設備外觀一致，機理相差較大，最終使學生理解產生偏差[14]。

(4) 緊跟行業(yè)，持續(xù)建設。軌道交通信號與控制專業(yè)具有較為鮮明的行業(yè)特色，行業(yè)發(fā)展也極為迅猛，這就要摒棄“畢其功于一役”的建設思想，不僅重視本專業(yè)發(fā)展過程中的驗證類實驗項目建設，還應緊跟時代最新技術，對校內外實踐教學基地進行持續(xù)建設。

3.2軌道交通信號與控制專業(yè)校內實踐教學基地建設

軌道交通信號與控制專業(yè)校內實驗室是實踐教學基地的靈魂，學生在校內實驗室完成基礎實驗、創(chuàng)新實驗。為培養(yǎng)符合行業(yè)需求的人才，耗資近600萬元，已建成初具規(guī)模的校內實驗室體系。

(1) 軌道交通信號基礎設備實驗室?；A設備實驗室是將軌道交通信號專業(yè)所涉及的硬件設備進行整合，主要完成一些驗證性、測試性的實驗項目，其中設備主要包括繼電器及測試臺、轉轍機及測試臺、計軸設備、軌道電路等。

(2) 軌道交通信號傳輸實驗室。信號傳輸實驗室包含兩部分，有線通信和無線通信。有線通信是通過雙環(huán)自愈網模擬地鐵信號的傳輸系統(tǒng)，無線通信是模擬地鐵中的車地通信系統(tǒng)。同時，該實驗室還配備30張實驗臺，可以完成基礎光纖通信、單片機控制實驗。

(3) 軌道交通列車運行控制實驗室。6502繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)和基于通信的列車控制系統(tǒng)(Communication Based Train Control,CBTC)是構成列車運行控制實驗室的核心設備，6502繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)是中國鐵路信號史上經典的控制系統(tǒng)，也是最直接體現(xiàn)車站聯(lián)鎖關系的控制系統(tǒng)；CBTC是現(xiàn)今城市軌道交通信號系統(tǒng)的主流產品，它可以實時顯示列車的精確位置，實現(xiàn)列車進路的自動、手動排列，同時通過車地無線傳輸系統(tǒng)將行車命令發(fā)送至列車。

(4) 軌道交通列車運行仿真實驗室。列車運行仿真實驗室主體設備是基于無線通信的列車運行仿真沙盤系統(tǒng)，系統(tǒng)中的列車與地面可實現(xiàn)雙向、實施、大容量的通信，系統(tǒng)設控制中心和聯(lián)鎖集中站，可實現(xiàn)中心、車站兩級控制，同時也可實現(xiàn)列車進路的自動、手動排列等功能。

3.3軌道交通信號與控制專業(yè)校外實踐教學基地建設

我院依托校企合作平臺，與上海申通地鐵集團合建了涵蓋浦匯塘繼電器實踐教學基地、劍川路轉轍機實踐教學基地在內的一系列校外實踐基地，校外實踐教學基地實現(xiàn)了校內理論學習與現(xiàn)場工程實踐的零對接。

(1) 上海申通地鐵集團浦匯塘繼電器實踐教學基地。浦匯塘繼電器實踐教學基地是軌道交通信號專用安全型繼電器的專項檢測基地，學生在實踐教學基地可完成繼電器工作原理認知、繼電器機械性能檢測、繼電器電氣性能檢測和繼電器故障檢修等實習內容。

(2) 上海申通地鐵集團劍川路轉轍機實踐教學基地。劍川路轉轍機實踐教學基地是轉轍機專項檢測檢修基地，學生在實踐教學基地可完成ZD6轉轍機的拆裝、道岔控制電路配線、ZD6轉轍機的機械性能和電氣性能檢測、道岔的密貼調整，ZD6轉轍機的故障處理與維修等實習項目。

(3) 上海申通地鐵集團張江高科CBTC實踐教學基地。張江高科CBTC實踐教學基地是由一個真實站和兩個虛擬站構成，三站兩區(qū)間均采用現(xiàn)場實際設備，可實現(xiàn)列車人工駕駛、列車定位、進路排列等功能，學生在實踐教學基地可完成CBTC系統(tǒng)的實踐教學內容。

3.4理論課程、實踐課程、實踐基地的交互關系

脫離理論教學的實踐教學則虛，脫離實踐教學的理論教學則浮，只有當理論與實踐環(huán)環(huán)相扣，相輔相成，才能培養(yǎng)出最優(yōu)秀的應用型工程實踐人才。圖3所示為軌道交通信號與控制專業(yè)理論課程體系、實踐課程體系和實踐教學基地的交互關系。

圖3 理論課程、實踐課程、實踐基地的交互關系

4 結 語

近幾年來，我院在探討軌道交通信號與控制專業(yè)實踐教學基地建設方面做出許多有益的探索和實踐，信號專業(yè)在實踐教學基地建設上取得了明顯的成效，實踐教學效果明顯，學生工程實踐能力顯著提高[15]。2011年軌道交通信號與控制專業(yè)入選教育部卓越工程師培養(yǎng)計劃；2016年，《城市軌道交通信號基礎》課程獲批上海市精品課程。軌道交通信號與控制還屬于一個新興專業(yè)，正在快速發(fā)展，構建信號專業(yè)實踐教學體系，對于促進軌道交通人才培養(yǎng)及行業(yè)發(fā)展都有著積極的作用。

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TheConstructionandPracticeforCurriculumSystemofSignalControlinRailwayTransportation

HUGuo，WEILili，LILiming

(School of Urban Track Traffic， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620，China)

In the higher education, the practice teaching is an important part. Aiming at the current personal needs of signal control in railway transportation, this paper introduces the professional practice curriculum of rail traffic’s signal control in Shanghai University of Engineering Science. Starting with the professional discipline system and key technology, it analyzes and discusses three aspects, i.e., theory teaching system, practice system and practice teaching bases. Then, a lot of achievements and experience gained in the practice teaching are summarized.

signal control in rail traffic; practice teaching; construction of practice base

U 231；G 642.44

A

1006-7167(2017)09-0199-04

2016-10-17

上海市精品課程建設項目(A1-8908-16-010301)；上海工程技術大學課程建設項目(p201410002)

戶 國(1983-)，男，黑龍江大慶人，碩士，實驗師，城市軌道交通學院實驗中心副主任，主要研究軌道交通信號與控制方向。Tel.:15121025553，021-67791010；E-mail：huguo@sues.edu.cn