軌道交通信號與控制專業實訓基地建設策略研究

林俊亭 孫鳳茹 齊現委

（ 1蘭州交通大學自動化與電氣工程學院，甘肅 蘭州，730070；2蘭州城市學院城市經濟與旅游文化學院，甘肅 蘭州 730070；3 蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅 蘭州，730000）

“軌道交通信號與控制”專業是教育部在2012年增設的一批國家戰略新興產業發展和改善民生急需以及應用性強、行業針對性強的新專業之一[1]。

截止2014年3月，我國鐵路營業里程已達10.3萬公里[2]；根據國家“十二五”規劃，預計到2015年，全國城市軌道交通營業里程也將突破4000公里。快速發展鐵路和城市軌道交通行業對學校教學和企業職工技術培訓，無論是從數量、規模還是層次上都提出了更新、更高的要求。各級院校及鐵路職教部門針對軌道交通類人才的培養與培訓，從生產實訓基地建設、校企聯合職工培訓和“雙師培養”以及校企聯合實驗室建設方面進行了研究[3，4]。

實訓基地建設成本高、周期長，單純由企業或高校一方建設受到經濟和人員等諸多因素制約。校企聯合實訓基地建設的研究與實踐，是實現“產學研用”的有效途徑，是高等院校和生產企業共同面臨的課題，也是各級院校依據專業教學需求，進行專業建設和學生培養的基礎。

1 實訓基地建設存在的問題

1.1 實訓基地建設經費的匱乏

軌道交通信號與控制專業從專業方向可分為鐵道信號、高速鐵路和城市軌道交通三個方向。每個方向要建設的實訓基地設備差異性很大。傳統鐵道信號方向要建設實訓基地應包含：6502電氣集中系統、區間信號系統、駝峰信號系統和信號基礎設備等，各系統建設占地面積大，成本高；高速鐵路方向實訓基地需要包括全套列車運行控制系統（車載和地面）以及計算機聯鎖系統和調度集中系統；城市軌道交通方向實訓基地建設更為復雜，各城市的軌道交通信號設備差異性大，通用性不強。因此，要建設完善的軌道交通與信號控制的實訓基地，投資巨大。

1.2 校企合作實訓基地建設的意愿分歧

學校以輔助教學和培養學生作為實訓基地建設的動力，設備型企業則以技術開發與創新合作為需求，而運維型企業以職工教育和實戰演練為目標。軌道交通信號與控制專業實訓基地建設多以運維型企業（鐵路公司或地鐵公司）為主，學校一般以實習方式與運維型企業合作。此種合作由于運維型企業的生產任務重，導致合作時學校一方熱情，而企業一方消極。

1.3 工學矛盾與教學的沖突

企業職工在承擔繁重的日常工作的同時，很難抽出時間參加新技術學習和故障處理演練；同時已建成的實訓基地隨著新線開通，設備難以及時更新。學校安排學生實訓實習，教學時長通常安排2-4周，到達實習單位，經過安全教育，再分崗實習，崗位分散組織管理難度較大。因此，企業和學校在職工教育和學生管理上都面臨著難題。

1.5 產學研用效益難發揮

實訓基地建設最終目的是教育學生和培訓員工。目前淺層次的校企“產學研用”的合作現狀，使得學生得不到充分的鍛煉[5]，企業現有員工技術水平和后備力量不足，導致企業的長遠利益受損。

2 實訓基地建設的策略分析

2.1 拓展思路，破解建設經費瓶頸

實訓基地建設要本著實用、可更新原則，并且要拓展思路。建設場地和實訓設備無論對于企業還是學校都是制約實訓基地建設的根本因素?？蓮囊韵聨讉€方面進行突破：

1）研用結合，建設半實物基地。全實物的實訓基地占地面積過大，且不能保證覆蓋全部系統?？刹扇∑髽I提供部分實物，學校研發部分仿真系統，形成半實物的仿真實驗實訓系統，如清華大學信息技術研究院與北京全路通信信號研究設計院有限公司和易程公司合作建立的面向高速鐵路信號系統研究、設計、開發和測試的我國第一個全線路規模的CTCS-3級列控系統的半實物仿真平臺[6]。

2）新舊結合，共建校企聯合實驗室。學校充分發揮教師和學生的動手能力，利用企業更新替換下來的既有設備，再結合自主開發的實驗裝置，改造為拆裝實踐基地，用于學生和企業學員學習掌握設備結構和動作原理。

2.2 互惠互利，建立雙贏價值機制

“產學研用”合作不應該僅是學校關注，更需要設計單位、設備供應商、鐵路公司和城市軌道交通公司等多方合作來共同完成。將實訓基地建設和學生教育視為“一種有效回報的投資[7]”，樹立校企“產學研用”合作是一種行之有效的長遠人才戰略理念。

各級院校也要從企業發展和需求出發，想企業之所想，急企業之所急。企業對于軌道交通信號與控制專業的人才需求量大、要求高，同時對現任員工的新技術和技能培訓的需求也很迫切。學校在教學任務外，應積極承擔職業教育培訓和用人單位員工的新技術培訓等；校建實驗室及先進設備在合作的前提下對企業開放，科研單位或研究所根據企業需求提供研發支持，切實解決生產實際中面臨的難題。

2.3 明確目標，確立產學合作項目

校企合作實訓基地要滿足企業與學校相關技術人員的互動交流。實訓基地除了正常的教學培訓任務外，更應該積極承擔企業研發課題，并積極開拓創新，進行技術類科技開發和項目實驗。企業與學校雙方技術人員發揮各自特長，精誠合作使項目“研有所需、研有所用”。

3 虛擬仿真技術在實訓基地建設中的應用

實訓基地一旦建成，既有設備更新換代遲緩、工學矛盾以及運營單位禁止隨意動作設備的管理特點，使得軌道交通信號專業的教育培訓工作面臨前所未有的考驗。

借助虛擬現實技術和網絡技術，將設備的結構組成、設備原理、檢修作業流程和常見故障處理用Web3D技術真實呈現，對提高學員的理論水平和設備故障分析判斷能力有極大的幫助。

3.1 虛擬仿真技術

虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業與信息技術深度融合的產物[8]。

虛擬現實技術（Virtual Reality， VR）是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內的事物[9]。Web3D（Web Three Dimensional， 網絡三維）技術是VR的一種表現方式，是隨著互聯網與VR的發展而產生的， 依靠軟件技術來實現的桌面級非沉浸式的VR，其目的是在網絡上實現具有動態效果并可實時交互的三維模型的在線瀏覽[10]。

3.2 基于網絡的虛擬實訓平臺

鐵路信號系統和城市軌道交通信號系統在系統組成和設備上存在較大差異，如此復雜的系統若全部用實物設備建設實訓基地造價昂貴，占地面積大，設備套數限制實訓人數等問題比較突出，而基于網絡（局域網或互聯網）構建的虛擬實訓平臺可解決以上問題。

3.2.1 網絡的虛擬實訓平臺

網絡的虛擬實訓平臺基于Web3D技術，由“虛擬實訓平臺門戶網站”、“服務器管理子系統”、“客戶端子系統”和“專用瀏覽器子系統”組成。

1）虛擬實訓平臺門戶網站：一個動態Web系統，包括實訓平臺功能介紹、實訓教學安排、實驗管理隊伍、校企實訓合作模式、公告/實訓系統開放通知等等。

2）服務器管理子系統：管理用戶權限和服務器數據庫，安排實訓任務。

3）客戶端子系統：管理模型數據、靜態數據庫、動態數據庫及各類效果（3D/Flash）插件。

4）專用瀏覽器子系統：保證大容量的三維數據高速瀏覽和可靠傳輸，實時信息加密和實現特殊光影效果。

3.2.2 虛擬實訓平臺設計三種使用模式

場景模式、開放模式和任務模式，可滿足學校實驗教學和企業培訓演練需求。

1）場景模式

用戶以三維場景方式登錄，學員可在場景中漫游，從一個宏觀的大場景中學習掌握軌道交通信號與控制各相關子系統（室內與室外、車載與地面）的整體概況，并根據需要自主選擇相應的系統、設備進行學習和實訓聯系。

2）開放模式

用戶根據分配的賬號和密碼，在網絡環境下以菜單方式登錄，學員通過瀏覽設備菜單，自主選擇相應的設備進行三維仿真場景下的學習、練習和模擬考試。

3）任務模式

實訓教學管理人員根據實訓教學或合作訓練計劃，登錄后臺管理系統，選擇實訓演練學員，在虛擬實訓平臺上設定學習、實訓或考試任務，并進行網上定制發布。對演練內容、時間及成績可進行統計分析。學員登錄系統后，根據任務提醒，按要求完成任務中的學習、練習和考試任務。

4 結 語

軌道交通信號與控制技術隨著世界鐵路和城市軌道交通技術的發展在持續、快速地更新，新設備新系統不斷被開發并應用。通過校企之間的良好合作，建設既能滿足教學需求又能為企業所用的聯合實訓基地的研究與實踐具有非常重要的意義。

將基于開放網絡的虛擬仿真技術應用到實訓基地建設與教學中，可根據專業技術發展對虛擬實訓設備或系統進行更新，有效解決人員、設備和學習時間受限的問題，對提高學生和企業職工的理論水平和設備故障分析判斷能力有極大的幫助。

[1]教育部.關于印發《普通高等學校本科專業目錄（2012年）》 的 通 知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/ publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3882/201210/143152.html，2014-10-6.

[2]國家鐵路局.2013年鐵道統計公報[EB/OL]. http://www.nra.gov.cn/fwyd/zlzx/hytj/201404/t20140410_5830.htm , 2014-10-6.

[3]薄宜勇,趙德生.提升軌道交通類專業社會服務能力的探索與實踐[J].教育與教學研究,2013,27(2):77-83.

[4]邸建紅,鄧曉燕,胡曉娟等. 鐵道信號實訓基地設[J].教育教學論壇,2013(12):191-192.

[5]劉繼平,彭躍湘.共享型實訓基地建設及其工學結合人才培養的踐行[J]. 中國高教研究.2008,(3).69-71.

[6]清華大學信息技術研究院軌道交通控制技術研究中心. 突破高鐵列控與客服關鍵技術[EB/OL].http://www.riit.tsinghua.edu.cn/docinfo/board5/boardlist.jsp?columnId=00 1011003&parentColumnId=0010110,2014-10-9.

[7]陳建明，顧俊，唐春剛.道路橋梁類專業生產性實訓基地建設的問題與對策[J].中國建材科技，2014(1):106-108.

[8]北京潤尼爾網絡科技有限公司.虛擬仿真實驗教學中心平臺建設方案[EB/OL].http://www.rainier.net.cn/jjfa/crjysyjjfa/. 2014-10-8.

[9]張濤.多媒體技術與虛擬現實[M].北京:清華大學出版社,2008:3-21.

[10]艾達,喬明明,李敏.Web3D技術綜述[J].微型機與應用,2014,33(2):4-7.