VR技術在鐵路通信專業實踐教學中的應用

劉蘇揚

摘要：VR虛擬現實技術是一種重要的創建虛擬世界的仿真技術，將其應用到鐵路通信專業實踐教學中，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控網絡項目為例，詳細闡述了VR技術在教學中的應用過程以及巨大優勢。

關鍵詞：VR技術;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虛擬現實技術介紹

虛擬現實技術是一種重要的創建虛擬世界的仿真技術，將仿真技術與計算機技術、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網絡技術等多種技術融合在一起，通過三維立體逼真的環境模擬，結合必要的輔助設備，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據，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，實現真正的人機交互。

2 VR虛擬現實在鐵路通信專業實踐教學中的應用

根據多年的實際教學經驗，我們發現鐵路通信專業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;實驗設備臺套數有限、實驗內容多年不變;通信技術更新換代迅速，學校的實驗設備難以跟上鐵路現場水平;安排企業現場實習實踐難度大、風險高。這些問題的存在，客觀上影響了專業教學效果，導致學生理論與實際脫節，動手能力普遍較差，無法做到真正的學以致用，創造能力、拓展能力得不到提升。

而VR虛擬現實技術，可以讓學生置身于和真實環境幾乎無差別的虛擬環境中，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 虛擬現實設備是鐵路通信專業特點的需要。鐵路通信專業的教學內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，而有線通信系統中分為交換子系統、光傳輸子系統、數據通信子系統、視頻監控子系統、接入網子系統等等。而相關理論的學習最終是要體現在實踐中，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。但是現場通信系統設備繁多，往往一個系統包含了機房中的多個機柜，機柜中還有各種板卡，此外還需要有監控、存儲設備，設備與設備之間的聯系復雜，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，可以充分發揮其在鐵路通信專業實踐教學中的優勢，比如可以完全做到和鐵路現場的設備同步，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、區段

眾所周知，鐵路通信跨越多個路局、分局、站段、區間，這種跨多區域、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進行全面、系統的認識，而通過網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，組成完整的通信網絡，加深對鐵路通信各個系統的認識。

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，并且數量有限，學生想感受真實設備，通常需要去鐵路現場，但是現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。因此，想要對真實設備深入了解非常困難。利用 VR 技術可以獲得和操作真實設備相同的感受，有3D動態效果，空間體驗感好，可以安裝機柜，可以連線，可以插拔辦卡，還有調試各種參數，當出現網絡故障的時候，也很方便檢查原因，糾正錯誤。雖然是虛擬環境，但是比真實環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

鐵路通信專業理論知識抽象，而所有的理論學習最終都是為了能夠對相關通信設備操作，實踐出真知，只有反復地進行實踐操作，才能掌握相關技能，從而更好地理解理論知識。運用 VR 技術，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的組成，以及對多種設備的硬件軟件配置，這都是傳統的實驗實訓設備，甚至是鐵路現場的真實設備無法提供的巨大優勢。

目前，VR虛擬現實技術已經在很多領域得到應用，作為教學工具，它確實有著獨一無二的優勢，如果應用得當，可以大大節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技術的教學課堂不同于傳統的形式，充分體現了學生的主體性，因此教師只是教學的輔助者，教師根據教學內容，幫助學生構建一個與教學內容匹配的場景和環境，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，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控網絡為例）

3.2.1介紹整體組網

教師提供網絡拓撲圖，介紹整個項目的要求：通過三臺傳輸系統環形連接，實現視頻終端、PC之間的互相通信

3.2.2系統安裝（安裝設備、安裝單板、連線）

按照網絡拓撲圖的提示，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）在南京站軌道一側安裝監控攝像頭。

（4）在南京站中心調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 系統調試（參數配置）

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系統時鐘、OSN1保護環-0、OSN1 SDH業務、OSN2系統時鐘、OSN2 SDH業務、OSN3系統時鐘、交換機1硬件配置-HUB0-FE0、交換機1 VLAN配置、監控服務器-硬件配置-網卡0-FE0、監控服務器-添加監控-0、監控服務器-添加監控-1、視頻服務器-硬件配置-網卡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-網卡0-FE0、PC2-硬件配置-網卡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參數配置、智能攝像頭-硬件配置-網卡0-FE0、監控攝像頭-設備信息、監控攝像頭-硬件配置-網卡0-FE0等內容。

3.2.4結果驗證

所有的配置完成后，進行結果的驗證，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

本次項目通過三臺設備形成環路，采用SDH光傳輸技術完成數據以及圖像、視頻的傳輸，并用交換機通過內部交換矩陣，把數據包直接而迅速地傳送到目的節點。最后使監控攝像頭可以正常工作并成功實現兩個站點之間的視頻通信與數據通信，在業務上實現視頻終端、PC之間的互相通信。

4 虛擬現實VR技術在鐵路通信專業課程的教學效果分析

借助VR設備，進行鐵路通信專業實踐項目的實施，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技術將會應用在鐵路通信專業更多的實踐教學項目中來。

參考文獻：

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【通聯編輯：光文玲】