基于半實物仿真平臺的實驗教學探索

周瑞鴻 黃凱峰 李彥 竇禮同

摘 ?要：為適應高速鐵路的快速發(fā)展和培養(yǎng)適應性強的軌道交通信號及控制專業(yè)人才。高速鐵路列控系統(tǒng)的半實物仿真平臺，C3列控系統(tǒng)自動測試環(huán)境（C3-ATE），構建了C3列控系統(tǒng)集成測試系統(tǒng)。以實物為主，虛實結合的方式完成高速鐵路ZPW-2000實驗系統(tǒng)。提高綜合性與設計型實驗比例，增強專業(yè)學生的創(chuàng)新與動手能力。

關鍵詞：高速鐵路;列控系統(tǒng);虛實結合;軌道交通

0 引言

2012年9月，教育部專業(yè)名錄中增設軌道交通信號與控制后（普通高等學校本科專業(yè)目錄第四次修訂，專業(yè)代碼080802T），山東交通學院、上海工程技術大學、中北大學、河南工業(yè)大學、昆明理工大學、江蘇師范大學、徐州師范學院等80多所院校都開設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面向高速鐵路或者城市軌道交通的實驗室[1]。

半實物仿真平臺的建立，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）學習、教學和科學研究的實驗室要求[2]。在實驗室現(xiàn)有設備基礎之上，進一步開發(fā)相關實驗項目，提高綜合性與設計型實驗比例，增強專業(yè)學生的創(chuàng)新與動手能力[3，4]。

1虛實結合的實驗平臺

仿真實驗系統(tǒng)采用二維界面和三維模型場景交互結合來表現(xiàn)。三維交互以“身臨其境”和“引導”功能構成了虛擬現(xiàn)實的交互特性[5]。用戶可以與虛擬環(huán)境進行人機交互，將被動式觀看變成更逼真地體驗互動。設定設備現(xiàn)場場景，給使用者提供一個互動的學習、練習環(huán)境，通過場景分析、判斷、標準化流程對室內(nèi)外設備進行故障處理[6]。仿真設備圖如圖1所示。

（a） 軌旁設備 （b） 軌面電壓測試

圖1 ?現(xiàn)場設備3D仿真模型圖

通過實物，讓學生能夠親自動手實際操作與現(xiàn)場相同設備，解決系統(tǒng)實習難和現(xiàn)場設備不敢動、不能動的問題，提高學生的動手能力;以實為主，虛實結合。以最少成本建立最小系統(tǒng)解決與課程配套相關的實驗設備需求[7]。

2實驗教學改革特色

仿真實驗系統(tǒng)應真實還原現(xiàn)場設備以及設備相關室內(nèi)外狀況包括模擬現(xiàn)場設備的工作原理、動作過程，結構組成，標準化檢修作業(yè)程序，故障處理等。具有較強的交互性，實現(xiàn)人機互動學習方式。設定設備現(xiàn)場場景，給使用者提供一個互動的學習、練習環(huán)境，通過場景分析、判斷、標準化流程對室內(nèi)外設備進行故障處理。

采用以實物為主，虛實結合的方式完成高速鐵路ZPW-2000實驗系統(tǒng)。在柜內(nèi)布置四個區(qū)段的發(fā)送、接受、衰耗等設備，并通過列控中心模擬軟件控制設備收發(fā)，通過監(jiān)測軟件監(jiān)測設備的運行工況。與列控中心仿真軟件和監(jiān)測維護終端進行聯(lián)調(diào)集成測試;驗證列控中心控制ZPW-2000設備信息發(fā)送、改變運行方向等項目;測試監(jiān)測維護終端對于ZPW-2000設備的運行監(jiān)測。

3結語

本文針對在軌道交通信號與控制專業(yè)開展虛實結合的實驗實訓教學，以實物為主，虛實結合的方式完成高速鐵路ZPW-2000實驗系統(tǒng)。改革成果顯著，但是也暴露處了一些不足，為今后的教學提供改進的方向。

參考文獻：

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[5] 李平，文福安，谷文忠，姬志敏.邊遠地區(qū)基礎教育實驗教學信息化實踐現(xiàn)狀、問題與對策研究——基于滇西邊境地區(qū)虛擬仿真實驗教學實踐[J].中國電化教育，2021（12）：111-116.

[6] 李平，文福安，谷文忠，姬志敏.邊遠地區(qū)基礎教育實驗教學信息化實踐現(xiàn)狀、問題與對策研究——基于滇西邊境地區(qū)虛擬仿真實驗教學實踐[J].中國電化教育，2021（12）：111-116.

[7] 李樹謙，侯娜娜，王曉同，馮連元.基于科研項目的創(chuàng)新性實驗建設路徑探索——以河北水利電力學院“傳熱學”實驗課程建設為例[J].科技與創(chuàng)新，2021（23）：35-36+39.

作者簡介：周瑞鴻（1993-），男，甘肅天水人，助教，碩士，研究方向為交通運輸，鐵路信號，課程教學研究。