基于半实物仿真平台的实验教学探索

周瑞鸿 黄凯峰 李彦 窦礼同

摘  要：为适应高速铁路的快速发展和培养适应性强的轨道交通信号及控制专业人才。高速铁路列控系统的半实物仿真平台，C3列控系统自动测试环境（C3-ATE），构建了C3列控系统集成测试系统。以实物为主，虚实结合的方式完成高速铁路ZPW-2000实验系统。提高综合性与设计型实验比例，增强专业学生的创新与动手能力。

关键词：高速铁路;列控系统;虚实结合;轨道交通

0 引言

2012年9月，教育部专业名录中增设轨道交通信号与控制后（普通高等学校本科专业目录第四次修订，专业代码080802T），山东交通学院、上海工程技术大学、中北大学、河南工业大学、昆明理工大学、江苏师范大学、徐州师范学院等80多所院校都开设了轨道交通信号及控制专业，并开始大力投入资金用于建设面向高速铁路或者城市轨道交通的实验室[1]。

半实物仿真平台的建立，将基本满足本科生、研究生和教师开展关于高速铁路区间信号控制（高速铁路200km/h-250km/h、300km/h-350km/h）学习、教学和科学研究的实验室要求[2]。在实验室现有设備基础之上，进一步开发相关实验项目，提高综合性与设计型实验比例，增强专业学生的创新与动手能力[3，4]。

1虚实结合的实验平台

仿真实验系统采用二维界面和三维模型场景交互结合来表现。三维交互以“身临其境”和“引导”功能构成了虚拟现实的交互特性[5]。用户可以与虚拟环境进行人机交互，将被动式观看变成更逼真地体验互动。设定设备现场场景，给使用者提供一个互动的学习、练习环境，通过场景分析、判断、标准化流程对室内外设备进行故障处理[6]。仿真设备图如图1所示。

（a） 轨旁设备 （b） 轨面电压测试

图1  现场设备3D仿真模型图

通过实物，让学生能够亲自动手实际操作与现场相同设备，解决系统实习难和现场设备不敢动、不能动的问题，提高学生的动手能力;以实为主，虚实结合。以最少成本建立最小系统解决与课程配套相关的实验设备需求[7]。

2实验教学改革特色

仿真实验系统应真实还原现场设备以及设备相关室内外状况包括模拟现场设备的工作原理、动作过程，结构组成，标准化检修作业程序，故障处理等。具有较强的交互性，实现人机互动学习方式。设定设备现场场景，给使用者提供一个互动的学习、练习环境，通过场景分析、判断、标准化流程对室内外设备进行故障处理。

采用以实物为主，虚实结合的方式完成高速铁路ZPW-2000实验系统。在柜内布置四个区段的发送、接受、衰耗等设备，并通过列控中心模拟软件控制设备收发，通过监测软件监测设备的运行工况。与列控中心仿真软件和监测维护终端进行联调集成测试;验证列控中心控制ZPW-2000设备信息发送、改变运行方向等项目;测试监测维护终端对于ZPW-2000设备的运行监测。

3结语

本文针对在轨道交通信号与控制专业开展虚实结合的实验实训教学，以实物为主，虚实结合的方式完成高速铁路ZPW-2000实验系统。改革成果显著，但是也暴露处了一些不足，为今后的教学提供改进的方向。

参考文献：

[1] 张正苏，高旭东，王鑫.基于“互联网+”视角下的大学生实验实践教学研究[J].黑龙江教师发展学院学报，2021，40（12）：48-50.

[2] 许书源.高校传媒实验室建设和管理研究——以苏州大学传媒与文学实验中心为例[J].传媒论坛，2021，4（23）：169-170.

[3] 王琦.本科实验教学实效性提升策略[J].现代职业教育，2021（50）：128-129.

[4] 方伟光，方磊，陈欣宇，漆文静.课堂实验衔接大创项目延伸式教学模式的探索[J].安徽化工，2021，47（06）：211-213.

[5] 李平，文福安，谷文忠，姬志敏.边远地区基础教育实验教学信息化实践现状、问题与对策研究——基于滇西边境地区虚拟仿真实验教学实践[J].中国电化教育，2021（12）：111-116.

[6] 李平，文福安，谷文忠，姬志敏.边远地区基础教育实验教学信息化实践现状、问题与对策研究——基于滇西边境地区虚拟仿真实验教学实践[J].中国电化教育，2021（12）：111-116.

[7] 李树谦，侯娜娜，王晓同，冯连元.基于科研项目的创新性实验建设路径探索——以河北水利电力学院“传热学”实验课程建设为例[J].科技与创新，2021（23）：35-36+39.

作者简介：周瑞鸿（1993-），男，甘肃天水人，助教，硕士，研究方向为交通运输，铁路信号，课程教学研究。