VR技術(shù)在鐵路通信專業(yè)實踐教學中的應用

劉蘇揚

摘要：VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種重要的創(chuàng)建虛擬世界的仿真技術(shù)，將其應用到鐵路通信專業(yè)實踐教學中，可以提供良好的人機互動，讓學生充分參與到教學中來，達到良好的教學效果。本文以組建南京站視頻監(jiān)控網(wǎng)絡項目為例，詳細闡述了VR技術(shù)在教學中的應用過程以及巨大優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);鐵路通信;實踐教學

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）15-0095-02

1 VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)介紹

虛擬現(xiàn)實技術(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)與計算機技術(shù)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)等多種技術(shù)融合在一起，通過三維立體逼真的環(huán)境模擬，結(jié)合必要的輔助設備，讓人具備聽覺、觸覺、力量、運動等多維度的感官體驗。計算機記錄并處理體驗者的動作行為數(shù)據(jù)，并對體驗者的多重輸入做出實時反饋，讓體驗者擁有充分的“身臨其境”的感受，實現(xiàn)真正的人機交互。

2 VR虛擬現(xiàn)實在鐵路通信專業(yè)實踐教學中的應用

根據(jù)多年的實際教學經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)鐵路通信專業(yè)的實踐教學受到諸多條件的限制，例如：實驗設備價格昂貴，占地空間大，采購費用和后期維護費用高;實驗設備臺套數(shù)有限、實驗內(nèi)容多年不變;通信技術(shù)更新?lián)Q代迅速，學校的實驗設備難以跟上鐵路現(xiàn)場水平;安排企業(yè)現(xiàn)場實習實踐難度大、風險高。這些問題的存在，客觀上影響了專業(yè)教學效果，導致學生理論與實際脫節(jié)，動手能力普遍較差，無法做到真正的學以致用，創(chuàng)造能力、拓展能力得不到提升。

而VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以讓學生置身于和真實環(huán)境幾乎無差別的虛擬環(huán)境中，借助良好的人機交互，讓學生主動參與到教學中來，親身體驗，親自感受，從而獲得更好的學習效果。

在實踐教學中應用 VR 虛擬現(xiàn)實設備是鐵路通信專業(yè)特點的需要。鐵路通信專業(yè)的教學內(nèi)容具有理論知識體系龐大并且抽象，按大類分為有線通信、無線通信系統(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)理論的學習最終是要體現(xiàn)在實踐中，對通信設備的操作維護是我們檢驗教學效果的重要指標，也是用人單位考量學生水平的重要參考。但是現(xiàn)場通信系統(tǒng)設備繁多，往往一個系統(tǒng)包含了機房中的多個機柜，機柜中還有各種板卡，此外還需要有監(jiān)控、存儲設備，設備與設備之間的聯(lián)系復雜，操作維護要求高、綜合性強等，學生學習難度較大，特別是在動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)實踐教學中的優(yōu)勢，比如可以完全做到和鐵路現(xiàn)場的設備同步，真實感強、可以反復進行練習等特點。

2.1 可以跨越多個車站、區(qū)段

眾所周知，鐵路通信跨越多個路局、分局、站段、區(qū)間，這種跨多區(qū)域、多地點的特點導致學生很難在學校里對整個鐵路通信系統(tǒng)進行全面、系統(tǒng)的認識，而通過網(wǎng)絡拓撲圖以及視頻資料又無法有直觀感受，因此有了VR設備，可以讓學生將分布在多個地址的不同設備連接起來，組成完整的通信網(wǎng)絡，加深對鐵路通信各個系統(tǒng)的認識。

2.2 可以對設備進行多種操作

由于學校實驗室的實驗設備相對老舊，并且數(shù)量有限，學生想感受真實設備，通常需要去鐵路現(xiàn)場，但是現(xiàn)場設備都是正在運行中，“只能看，不能摸”，不能插拔，更不能改變參數(shù)。因此，想要對真實設備深入了解非常困難。利用 VR 技術(shù)可以獲得和操作真實設備相同的感受，有3D動態(tài)效果，空間體驗感好，可以安裝機柜，可以連線，可以插拔辦卡，還有調(diào)試各種參數(shù)，當出現(xiàn)網(wǎng)絡故障的時候，也很方便檢查原因，糾正錯誤。雖然是虛擬環(huán)境，但是比真實環(huán)境更加有利學生的學習和實踐、

2.3 可以隨時操作，反復練習

鐵路通信專業(yè)理論知識抽象，而所有的理論學習最終都是為了能夠?qū)ο嚓P(guān)通信設備操作，實踐出真知，只有反復地進行實踐操作，才能掌握相關(guān)技能，從而更好地理解理論知識。運用 VR 技術(shù)，可以做到讓學生隨時操作，“想練就練”，盡可能多的體驗鐵路通信中多個系統(tǒng)的組成，以及對多種設備的硬件軟件配置，這都是傳統(tǒng)的實驗實訓設備，甚至是鐵路現(xiàn)場的真實設備無法提供的巨大優(yōu)勢。

目前，VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應用，作為教學工具，它確實有著獨一無二的優(yōu)勢，如果應用得當，可以大大節(jié)省學校對于實驗實訓資源的投入，也可以大大提升學生實驗實訓學習的效果。

3 鐵路通信專業(yè)虛擬仿真教學項目的實施

3.1教學設計

3.1.1設計總體思路

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

3.1.2設計VR場景

學生通過VR設備，進入虛擬仿真的場景，學生可以進入虛擬中的場景：車站、站臺、機房、監(jiān)控室等，接下來在虛擬場景中的機房中安裝設備。機房虛擬場景如圖1所示。

3.1.3設計設備的安裝

學生在虛擬的場景中可以安裝項目要求的通信設備，對設備進行近距離的觀察、開關(guān)，一級插拔設備上的板卡。

3.1.4設計綜合排線布線

學生在虛擬場景中可以進行線纜的連接，學生使用饋線、網(wǎng)線、光纖線、電源線等，將各個通信設備連接起來，保證設備的正常運行。

3.2教學過程（以組建南京站視頻監(jiān)控網(wǎng)絡為例）

3.2.1介紹整體組網(wǎng)

教師提供網(wǎng)絡拓撲圖，介紹整個項目的要求：通過三臺傳輸系統(tǒng)環(huán)形連接，實現(xiàn)視頻終端、PC之間的互相通信

3.2.2系統(tǒng)安裝（安裝設備、安裝單板、連線）

按照網(wǎng)絡拓撲圖的提示，在各個機房中安裝相應的機柜，添加單板;安裝攝像頭等前端設備;并進行設備之間的連線：

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

（2）在南京站中心機房中安裝智能攝像頭。

（3）在南京站軌道一側(cè)安裝監(jiān)控攝像頭。

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

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

（6）在溧水站站點值班室中添加設備視頻終端。

（7）設備連線。

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，進行具體的軟件配置。學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)時鐘、OSN1保護環(huán)-0、OSN1 SDH業(yè)務、OSN2系統(tǒng)時鐘、OSN2 SDH業(yè)務、OSN3系統(tǒng)時鐘、交換機1硬件配置-HUB0-FE0、交換機1 VLAN配置、監(jiān)控服務器-硬件配置-網(wǎng)卡0-FE0、監(jiān)控服務器-添加監(jiān)控-0、監(jiān)控服務器-添加監(jiān)控-1、視頻服務器-硬件配置-網(wǎng)卡0-FE0、視頻服務器-GK配置-注冊GK、視頻服務器-添加會場-0、視頻服務器-添加會場-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)控攝像頭-設備信息、監(jiān)控攝像頭-硬件配置-網(wǎng)卡0-FE0等內(nèi)容。

3.2.4結(jié)果驗證

所有的配置完成后，進行結(jié)果的驗證，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)控攝像頭正常工作。全部完成后，要求學生提供文字和圖片說明，最終效果如圖2所示。

3.3 項目總結(jié)

本次項目通過三臺設備形成環(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，并用交換機通過內(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。最后使監(jiān)控攝像頭可以正常工作并成功實現(xiàn)兩個站點之間的視頻通信與數(shù)據(jù)通信，在業(yè)務上實現(xiàn)視頻終端、PC之間的互相通信。

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

借助VR設備，進行鐵路通信專業(yè)實踐項目的實施，可以讓學生近距離地接觸各種通信設備，并且可以進行設備的安裝、布線等多種操作。這樣，有助于加強學生對所學理論知識的理解，提升學生的實操能力，從而達到理想的教學效果。相信VR技術(shù)將會應用在鐵路通信專業(yè)更多的實踐教學項目中來。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】