虛擬仿真技術(shù)在交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)中的應(yīng)用探索

程英鴿　賀園園　劉石　王倩

摘 要：我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，交通行業(yè)也得到了迅速發(fā)展，交通運(yùn)輸情況從側(cè)面可以反映出一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，所以交通工程專業(yè)的人才培養(yǎng)尤為重要。從前一般都是單純地靠交警在路口執(zhí)勤，以現(xiàn)在交通行業(yè)的這種發(fā)展趨勢(shì)，交警指揮交通的單一模式的弊端越來越明顯，不能很好地滿足大家的需求。虛擬仿真技術(shù)針對(duì)這一弊端發(fā)揮了它特有的優(yōu)勢(shì)，本文匯總分析了當(dāng)前交通行業(yè)中存在的問題以及探索虛擬仿真技術(shù)在交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)中應(yīng)用。通過虛擬仿真技術(shù)，在人才培養(yǎng)方面可以更好地完成教學(xué)目標(biāo)，更清晰地去闡述原理。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 交通工程 人才培養(yǎng) 教學(xué)新模式

Application of Virtual Simulation Technology in the Training of Traffic Engineering Professionals

Cheng Yingge He Yuanyuan Liu Shi Wang Qian

Abstract：China is a country with a large population. With the continuous improvement of the economic level， the transportation industry has also developed rapidly. The transportation situation can reflect the economic strength of a country， so the training of transportation engineering professionals is particularly important. In the past， the traffic police used to perform duties at intersections. With the current development trend of the transportation industry， the disadvantages of the single mode of traffic police commanding traffic are becoming more and more obvious， which cannot meet everyone's needs well. Virtual simulation technology exerts its unique advantages against this drawback. This article summarizes and analyzes the current problems in the transportation industry and explores the application of virtual simulation technology in the training of traffic engineering professionals. Through virtual simulation technology， it is possible to better accomplish the teaching goals and explain the principles more clearly in terms of talent training.

Key words：virtual simulation， traffic engineering， talent training， new teaching mode

當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在交通工程中起著至關(guān)重要的作用，虛擬仿真技術(shù)也稱“模擬決策技術(shù)”。這是為了解決一些實(shí)際的問題而提出的，首先要進(jìn)行建模然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、匯總、分析得到想要的結(jié)果。交通工程承載著一個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生命，而我國(guó)對(duì)這一專業(yè)人才培養(yǎng)尤為重視，提高交通工程專業(yè)人才的專業(yè)性，可以解決實(shí)際中的許多方面的問題，比如道路規(guī)劃，線路設(shè)計(jì)，交通流量判斷，交通安全、施工和管理等方面的問題。交通工程專業(yè)的本科生需要依托虛擬仿真技術(shù)來模擬實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵趯I(yè)人才培養(yǎng)中不可能所有的教學(xué)都進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，開展的實(shí)驗(yàn)類課程進(jìn)行實(shí)地實(shí)驗(yàn)有多方面的限制因素，比如成本太高，時(shí)間消耗，不安全性，不能一一照應(yīng)到等，所以在專業(yè)人才培養(yǎng)的過程中虛擬仿真技術(shù)是不可或缺的一種教學(xué)模式，這種方式可以更直觀地讓學(xué)習(xí)者了解問題，簡(jiǎn)單易懂。

1 虛擬仿真技術(shù)在培養(yǎng)人才方面的優(yōu)勢(shì)

1.1 虛擬仿真技術(shù)可以解決許多危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)才能驗(yàn)證的問題，可以通過虛擬環(huán)境的模擬來達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，比如模擬隧道的場(chǎng)景，要求在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)其完整性、真實(shí)性、連續(xù)性，隧道中的燈光，隧道長(zhǎng)度，內(nèi)置廣告牌，護(hù)欄，實(shí)線等所有能看到感受到的場(chǎng)景全部模擬出來，讓體驗(yàn)者可以感覺身臨其境，建立起模型逼真的場(chǎng)景，有真實(shí)的駕駛體驗(yàn)，隧道中的光線問題容易使司機(jī)產(chǎn)生目眩，尤其是一進(jìn)一出的時(shí)候，有發(fā)生危險(xiǎn)的可能性，這就需要模擬出燈光的亮度選取，而且如果隧道過長(zhǎng)的話也容易產(chǎn)生視覺疲勞，重復(fù)的場(chǎng)景也容易使司機(jī)產(chǎn)生炫目，這就需要在在模擬駕駛體驗(yàn)中更好地解決這一實(shí)際問題，這就體現(xiàn)出虛擬仿真技術(shù)在人才培養(yǎng)方面的可重復(fù)性與便捷性，在實(shí)地驗(yàn)證中，很難去模擬建造一個(gè)隧道然后開車去一遍一遍驗(yàn)證，這消耗大量人力物力。而這一問題就可以在虛擬仿真技術(shù)中得到很好地解決。

1.2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在許多共性的問題，比如應(yīng)試教學(xué)要比素質(zhì)教學(xué)占得權(quán)重更大，學(xué)生空有理論知識(shí)，缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，教師占據(jù)主導(dǎo)地位但也無(wú)能為力，學(xué)生占據(jù)主體地位也不能得到很多實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，在這種模式的種種弊端下培養(yǎng)出來的大部分學(xué)生短期內(nèi)不能很好地將理論與實(shí)踐結(jié)合并應(yīng)用于工作當(dāng)中，不能滿足交通工程對(duì)人才的需求。而在虛擬仿真技術(shù)中就能很好地解決這些問題，在培養(yǎng)人才的過程中更注重實(shí)踐，并將理論與實(shí)踐相結(jié)合，教師有了這一輔助教學(xué)工具，可以更好地起到主導(dǎo)學(xué)生的作用，更好地去開展實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的思考能力與實(shí)踐能力，提升學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。每個(gè)學(xué)生的理解能力是不一樣的，這一技術(shù)可以使學(xué)生們?nèi)シ磸?fù)體驗(yàn)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)多人協(xié)同，節(jié)省了實(shí)踐成本，也同樣達(dá)到了想要的效果。

2 虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)培養(yǎng)人才中的具體應(yīng)用

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做支撐，虛擬仿真技術(shù)是通過有依據(jù)，可驗(yàn)證，可記錄的方式通過計(jì)算機(jī)模擬出真是的環(huán)境。在教學(xué)中可以通過模擬交通來進(jìn)行路線設(shè)計(jì)、交通流量分析，設(shè)計(jì)出更合理的方案。虛擬仿真技術(shù)可以與線上多種方式進(jìn)行交匯，比如利用VISSIM交通仿真軟件可以將道路信息和交通流信息真實(shí)反映出來，通過建?？蓪?duì)方案的實(shí)施結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而選擇出更加合理的設(shè)計(jì)方案。通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可在人才培養(yǎng)過程中多激發(fā)學(xué)生們的積極性，開拓學(xué)生們的視野，使學(xué)生不僅局限于交通工程專業(yè)所學(xué)知識(shí)，還要將其與其他該新技術(shù)結(jié)合，去解決工程中的實(shí)際問題，進(jìn)而達(dá)到應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

2.2 在交通工程項(xiàng)目實(shí)施過程中可能會(huì)遇到一些具有破壞性或者危險(xiǎn)性（比如碰撞試驗(yàn)）的工藝問題。實(shí)際不好解決，這就需要通過虛擬仿真技術(shù)將這些工藝問題模擬出來，然后實(shí)施解決方案，通過數(shù)據(jù)選出最佳方案，在項(xiàng)目施工前，先要分析現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，地理因素，手機(jī)相關(guān)資料匯總分析，然后通過虛擬仿真技術(shù)建模。比如使用CAD創(chuàng)建三維模型，使用Fuzor制作施工模擬動(dòng)畫，在模擬中收集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，再對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，確定最終施工方案。合理地將項(xiàng)目分解為多個(gè)小的項(xiàng)目，根據(jù)所建的3D模型跟進(jìn)項(xiàng)目，確保在項(xiàng)目進(jìn)行的過程中進(jìn)度的確定。而學(xué)好虛擬仿真技術(shù)，可以將工程報(bào)價(jià)直觀地呈現(xiàn)出來，模擬在施工過程中可能會(huì)遇到的問題也保證了工程項(xiàng)目實(shí)施的安全性，對(duì)于零部件的損耗也可做出分析。通過虛擬仿真技術(shù)，提高了人才的專業(yè)能力，引導(dǎo)學(xué)生不僅局限于書本上的知識(shí)，去真正地利用虛擬仿真技術(shù)來理解并解決實(shí)際問題，開拓思維。

3 虛擬仿真技術(shù)在交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)的實(shí)例

3.1 在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于智能運(yùn)輸，在經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)后學(xué)生建設(shè)了3D智慧交通運(yùn)輸控制中心，這一項(xiàng)目依靠計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，將多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)融合。它將仿真模擬技術(shù)，電子傳感技術(shù)，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)融合在一個(gè)完整的項(xiàng)目體系中，從而實(shí)現(xiàn)了智慧交通運(yùn)輸。虛擬仿真技術(shù)模擬出逼真的場(chǎng)景，比如停車場(chǎng)場(chǎng)景、車輛流量合理分配、運(yùn)輸模擬過程、車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在運(yùn)輸方面的方案實(shí)施、行駛規(guī)劃等的運(yùn)輸過程中的環(huán)境模擬。還有在車輛運(yùn)輸過程中可能存在的安全問題，都在這一場(chǎng)景中被模擬發(fā)現(xiàn)，學(xué)生通過虛擬仿真技術(shù)模擬出逼真的場(chǎng)景，再結(jié)合其他相關(guān)高新技術(shù)可以掌握當(dāng)下現(xiàn)有模式下的運(yùn)輸流程。

3.2 從應(yīng)用型本科院校的生源來看，學(xué)生的層次多樣化，水平差異較大，且每個(gè)人的接受能力也不同?？偨Y(jié)學(xué)生們欠佳的幾個(gè)方面，針對(duì)性的來開展“模擬游戲”類的教學(xué)培養(yǎng)。比如應(yīng)用北京某公司研發(fā)出的交通運(yùn)輸沙盤產(chǎn)品進(jìn)行“模擬游戲”教學(xué)，這一產(chǎn)品可供學(xué)生進(jìn)行城市交通規(guī)劃并切實(shí)地模擬出其交通運(yùn)輸場(chǎng)景，進(jìn)而在沙盤模擬過程中學(xué)習(xí)城市交通規(guī)劃與運(yùn)輸管理的相關(guān)知識(shí)，熟悉工作流程;在模擬的過程中，學(xué)生們可以從管理者角度來看清城市交通規(guī)劃的全過程，也能夠從仿真模擬中親身體驗(yàn)到交通規(guī)劃的本質(zhì)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，思考問題并解決問題能力;并將此當(dāng)作為游戲，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中保持相對(duì)高度的注意力，進(jìn)而提高教學(xué)效果。

4 高新技術(shù)的融合發(fā)展及課堂未來發(fā)展趨勢(shì)

智慧交通系統(tǒng)也為交通工程專業(yè)發(fā)展提供了動(dòng)力，像高新技術(shù)對(duì)交通工程專業(yè)建設(shè)的啟示、交通工程專業(yè)項(xiàng)目建設(shè)的推進(jìn)、當(dāng)今時(shí)代下交通工程專業(yè)課程的改革與探索、交通工程專業(yè)未來發(fā)展的趨勢(shì)等多個(gè)方面。數(shù)字經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展，人工智能也日新月異，與人工智能相結(jié)合的交通工程專業(yè)方面也作為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略方針。許多高校為此開設(shè)新的專業(yè)，像大數(shù)據(jù)在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中很流行，通過樣本數(shù)據(jù)采集分析，得到一些想要的信息。人工智能專業(yè)也是近幾年新興的一門課程，屬于高端科學(xué)領(lǐng)域，包括許多模塊的知識(shí)，可以與交通工程專業(yè)相結(jié)合，具有非常大的潛力，針對(duì)這一背景下，交通工程專業(yè)人才的培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)就顯得非常重要，這也為今后交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)的發(fā)展提供了一個(gè)新的方向。

在交通工程專業(yè)傳統(tǒng)課堂上，老師一般是板書講解多一些，或結(jié)合PPT文稿演示。這種課堂對(duì)一些比較復(fù)雜的理論知識(shí)的講解顯得不是很直觀，會(huì)有一部分學(xué)生們也難以接受。學(xué)生在這一教學(xué)模式下只能是被動(dòng)接受，不如實(shí)踐來的通俗易懂。所以在人才培養(yǎng)方面這種教學(xué)模式應(yīng)該向著理論與實(shí)踐相結(jié)合的方向發(fā)展，通過模擬仿真技術(shù)來模擬一下場(chǎng)景，使課堂的氛圍變得活潑起來，學(xué)生們也能感受到學(xué)習(xí)的樂其。將交通工程與虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，并應(yīng)用于企業(yè)發(fā)展中，實(shí)現(xiàn)共贏。在虛擬仿真技術(shù)與交通工程課程相結(jié)合下，通過一些直觀的案例，可以提高學(xué)生們獨(dú)立思考并解決問題的能力，以及在工作中的創(chuàng)新能力。

5 結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)已有近90年的歷史，在逐步發(fā)展中形成了一項(xiàng)可以與其他專業(yè)相結(jié)合的高新技術(shù)。對(duì)于交通工程專業(yè)人才的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用，讓學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，更好地將所學(xué)本領(lǐng)服務(wù)于社會(huì)的發(fā)展。

項(xiàng)目名稱：VISSIM交通仿真軟件在"交通工程導(dǎo)論”課程教學(xué)中的應(yīng)用研究（項(xiàng)目編號(hào)：XJY213017）。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉仲波，李瑞濤. 虛擬仿真技術(shù)在城市軌道交通工程實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用[J]. 價(jià)值工程， 2012（12）：179.

[2]秦嚴(yán)嚴(yán)， 李淑慶， 何兆益. 人工智能背景下交通工程專業(yè)教學(xué)改革探索[J]. 科教導(dǎo)刊（中旬刊）， 2020， No.398（01）：25-26.

[3]崔永林， 楊廣亮， 張福勇. BIM虛擬仿真技術(shù)在交通行業(yè)的應(yīng)用[J]. 山東交通科技， 2019， No.174（05）：105-106+109.

[4]龍科軍. 基于VISSIM的交通類課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K建設(shè)[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理（12）.