轨道交通信号与控制专业实训基地建设策略研究

林俊亭 孙凤茹 齐现委

（ 1兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃 兰州，730070；2兰州城市学院城市经济与旅游文化学院，甘肃 兰州 730070；3 兰州铁道设计院有限公司，甘肃 兰州，730000）

“轨道交通信号与控制”专业是教育部在2012年增设的一批国家战略新兴产业发展和改善民生急需以及应用性强、行业针对性强的新专业之一[1]。

截止2014年3月，我国铁路营业里程已达10.3万公里[2]；根据国家“十二五”规划，预计到2015年，全国城市轨道交通营业里程也将突破4000公里。快速发展铁路和城市轨道交通行业对学校教学和企业职工技术培训，无论是从数量、规模还是层次上都提出了更新、更高的要求。各级院校及铁路职教部门针对轨道交通类人才的培养与培训，从生产实训基地建设、校企联合职工培训和“双师培养”以及校企联合实验室建设方面进行了研究[3，4]。

实训基地建设成本高、周期长，单纯由企业或高校一方建设受到经济和人员等诸多因素制约。校企联合实训基地建设的研究与实践，是实现“产学研用”的有效途径，是高等院校和生产企业共同面临的课题，也是各级院校依据专业教学需求，进行专业建设和学生培养的基础。

1 实训基地建设存在的问题

1.1 实训基地建设经费的匮乏

轨道交通信号与控制专业从专业方向可分为铁道信号、高速铁路和城市轨道交通三个方向。每个方向要建设的实训基地设备差异性很大。传统铁道信号方向要建设实训基地应包含：6502电气集中系统、区间信号系统、驼峰信号系统和信号基础设备等，各系统建设占地面积大，成本高；高速铁路方向实训基地需要包括全套列车运行控制系统（车载和地面）以及计算机联锁系统和调度集中系统；城市轨道交通方向实训基地建设更为复杂，各城市的轨道交通信号设备差异性大，通用性不强。因此，要建设完善的轨道交通与信号控制的实训基地，投资巨大。

1.2 校企合作实训基地建设的意愿分歧

学校以辅助教学和培养学生作为实训基地建设的动力，设备型企业则以技术开发与创新合作为需求，而运维型企业以职工教育和实战演练为目标。轨道交通信号与控制专业实训基地建设多以运维型企业（铁路公司或地铁公司）为主，学校一般以实习方式与运维型企业合作。此种合作由于运维型企业的生产任务重，导致合作时学校一方热情，而企业一方消极。

1.3 工学矛盾与教学的冲突

企业职工在承担繁重的日常工作的同时，很难抽出时间参加新技术学习和故障处理演练；同时已建成的实训基地随着新线开通，设备难以及时更新。学校安排学生实训实习，教学时长通常安排2-4周，到达实习单位，经过安全教育，再分岗实习，岗位分散组织管理难度较大。因此，企业和学校在职工教育和学生管理上都面临着难题。

1.5 产学研用效益难发挥

实训基地建设最终目的是教育学生和培训员工。目前浅层次的校企“产学研用”的合作现状，使得学生得不到充分的锻炼[5]，企业现有员工技术水平和后备力量不足，导致企业的长远利益受损。

2 实训基地建设的策略分析

2.1 拓展思路，破解建设经费瓶颈

实训基地建设要本着实用、可更新原则，并且要拓展思路。建设场地和实训设备无论对于企业还是学校都是制约实训基地建设的根本因素。可从以下几个方面进行突破：

1）研用结合，建设半实物基地。全实物的实训基地占地面积过大，且不能保证覆盖全部系统。可采取企业提供部分实物，学校研发部分仿真系统，形成半实物的仿真实验实训系统，如清华大学信息技术研究院与北京全路通信信号研究设计院有限公司和易程公司合作建立的面向高速铁路信号系统研究、设计、开发和测试的我国第一个全线路规模的CTCS-3级列控系统的半实物仿真平台[6]。

2）新旧结合，共建校企联合实验室。学校充分发挥教师和学生的动手能力，利用企业更新替换下来的既有设备，再结合自主开发的实验装置，改造为拆装实践基地，用于学生和企业学员学习掌握设备结构和动作原理。

2.2 互惠互利，建立双赢价值机制

“产学研用”合作不应该仅是学校关注，更需要设计单位、设备供应商、铁路公司和城市轨道交通公司等多方合作来共同完成。将实训基地建设和学生教育视为“一种有效回报的投资[7]”，树立校企“产学研用”合作是一种行之有效的长远人才战略理念。

各级院校也要从企业发展和需求出发，想企业之所想，急企业之所急。企业对于轨道交通信号与控制专业的人才需求量大、要求高，同时对现任员工的新技术和技能培训的需求也很迫切。学校在教学任务外，应积极承担职业教育培训和用人单位员工的新技术培训等；校建实验室及先进设备在合作的前提下对企业开放，科研单位或研究所根据企业需求提供研发支持，切实解决生产实际中面临的难题。

2.3 明确目标，确立产学合作项目

校企合作实训基地要满足企业与学校相关技术人员的互动交流。实训基地除了正常的教学培训任务外，更应该积极承担企业研发课题，并积极开拓创新，进行技术类科技开发和项目实验。企业与学校双方技术人员发挥各自特长，精诚合作使项目“研有所需、研有所用”。

3 虚拟仿真技术在实训基地建设中的应用

实训基地一旦建成，既有设备更新换代迟缓、工学矛盾以及运营单位禁止随意动作设备的管理特点，使得轨道交通信号专业的教育培训工作面临前所未有的考验。

借助虚拟现实技术和网络技术，将设备的结构组成、设备原理、检修作业流程和常见故障处理用Web3D技术真实呈现，对提高学员的理论水平和设备故障分析判断能力有极大的帮助。

3.1 虚拟仿真技术

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物[8]。

虚拟现实技术（Virtual Reality， VR）是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物[9]。Web3D（Web Three Dimensional， 网络三维）技术是VR的一种表现方式，是随着互联网与VR的发展而产生的， 依靠软件技术来实现的桌面级非沉浸式的VR，其目的是在网络上实现具有动态效果并可实时交互的三维模型的在线浏览[10]。

3.2 基于网络的虚拟实训平台

铁路信号系统和城市轨道交通信号系统在系统组成和设备上存在较大差异，如此复杂的系统若全部用实物设备建设实训基地造价昂贵，占地面积大，设备套数限制实训人数等问题比较突出，而基于网络（局域网或互联网）构建的虚拟实训平台可解决以上问题。

3.2.1 网络的虚拟实训平台

网络的虚拟实训平台基于Web3D技术，由“虚拟实训平台门户网站”、“服务器管理子系统”、“客户端子系统”和“专用浏览器子系统”组成。

1）虚拟实训平台门户网站：一个动态Web系统，包括实训平台功能介绍、实训教学安排、实验管理队伍、校企实训合作模式、公告/实训系统开放通知等等。

2）服务器管理子系统：管理用户权限和服务器数据库，安排实训任务。

3）客户端子系统：管理模型数据、静态数据库、动态数据库及各类效果（3D/Flash）插件。

4）专用浏览器子系统：保证大容量的三维数据高速浏览和可靠传输，实时信息加密和实现特殊光影效果。

3.2.2 虚拟实训平台设计三种使用模式

场景模式、开放模式和任务模式，可满足学校实验教学和企业培训演练需求。

1）场景模式

用户以三维场景方式登录，学员可在场景中漫游，从一个宏观的大场景中学习掌握轨道交通信号与控制各相关子系统（室内与室外、车载与地面）的整体概况，并根据需要自主选择相应的系统、设备进行学习和实训联系。

2）开放模式

用户根据分配的账号和密码，在网络环境下以菜单方式登录，学员通过浏览设备菜单，自主选择相应的设备进行三维仿真场景下的学习、练习和模拟考试。

3）任务模式

实训教学管理人员根据实训教学或合作训练计划，登录后台管理系统，选择实训演练学员，在虚拟实训平台上设定学习、实训或考试任务，并进行网上定制发布。对演练内容、时间及成绩可进行统计分析。学员登录系统后，根据任务提醒，按要求完成任务中的学习、练习和考试任务。

4 结 语

轨道交通信号与控制技术随着世界铁路和城市轨道交通技术的发展在持续、快速地更新，新设备新系统不断被开发并应用。通过校企之间的良好合作，建设既能满足教学需求又能为企业所用的联合实训基地的研究与实践具有非常重要的意义。

将基于开放网络的虚拟仿真技术应用到实训基地建设与教学中，可根据专业技术发展对虚拟实训设备或系统进行更新，有效解决人员、设备和学习时间受限的问题，对提高学生和企业职工的理论水平和设备故障分析判断能力有极大的帮助。

[1]教育部.关于印发《普通高等学校本科专业目录（2012年）》 的 通 知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/ publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3882/201210/143152.html，2014-10-6.

[2]国家铁路局.2013年铁道统计公报[EB/OL]. http://www.nra.gov.cn/fwyd/zlzx/hytj/201404/t20140410_5830.htm , 2014-10-6.

[3]薄宜勇,赵德生.提升轨道交通类专业社会服务能力的探索与实践[J].教育与教学研究,2013,27(2):77-83.

[4]邸建红,邓晓燕,胡晓娟等. 铁道信号实训基地设[J].教育教学论坛,2013(12):191-192.

[5]刘继平,彭跃湘.共享型实训基地建设及其工学结合人才培养的践行[J]. 中国高教研究.2008,(3).69-71.

[6]清华大学信息技术研究院轨道交通控制技术研究中心. 突破高铁列控与客服关键技术[EB/OL].http://www.riit.tsinghua.edu.cn/docinfo/board5/boardlist.jsp?columnId=00 1011003&parentColumnId=0010110,2014-10-9.

[7]陈建明，顾俊，唐春刚.道路桥梁类专业生产性实训基地建设的问题与对策[J].中国建材科技，2014(1):106-108.

[8]北京润尼尔网络科技有限公司.虚拟仿真实验教学中心平台建设方案[EB/OL].http://www.rainier.net.cn/jjfa/crjysyjjfa/. 2014-10-8.

[9]张涛.多媒体技术与虚拟现实[M].北京:清华大学出版社,2008:3-21.

[10]艾达,乔明明,李敏.Web3D技术综述[J].微型机与应用,2014,33(2):4-7.