公安院校道路交通仿真实验室建设研究

郭丽东

[摘 要]虚拟仿真技术可以营造出高仿真度的实验条件，公安院校的学生可以利用其在接近真实的环境中进行实践训练，避免了一些特殊实训场景的危险性和复杂性。本文通过分析虚拟仿真实验室的特点，提出建设道路交通虚拟仿真实验室的思路，并对实际建设中出现的问题进行论述，探讨其建设对加强交通管理工程专业建设的意义，期望虚拟仿真实验室在公安职业教育中发挥出更大的价值。

[关键词]虚拟仿真;道路交通;专业建设

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.04.087

[中图分类号]D035.3[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2019）04-0-03

近年来，随着大数据、云计算、人工智能等技术的兴起，公安院校进行了高等教育教学改革，建设虚拟仿真实验室成为提升办学质量的重要举措。从教育部出台的《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》来看，其鼓励高校建设虚拟仿真实验室，建立实验资源共享机制。根据《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》（教高函[2018]5号和《教育部办公厅关于开展2018年度國家虚拟仿真实验教学项目认定工作的通知》（教高厅函[2018]45号）的要求，我国要通过建设示范性的国家级虚拟仿真实验教学中心，推动高校在实验实训方面进行改革创新。

1     虚拟仿真实验室的特点

随着虚拟实验技术的逐渐成熟，人们开始认识到虚拟仿真实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校开展科研工作，在实验教学方面也具有利用率高、易维护等诸多优点。近年来，国内许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。虚拟仿真实验室解决了现场实验实训条件不足的问题，突破了时间和空间的限制，可以将教学中实验实训的多个环节集合在一起进行动态模拟，通过计算机软硬件结合的多媒体技术使内容形象更逼真，容易激发学生学习的兴趣，改变了过去实践教学中受实验场地、实验设施限制的弊端。

1.1   交互性强，便于提高学生积极性

虚拟仿真实验室采用计算机技术汇聚多种软硬件，能够为学生提供逼真的感知，与传统实验课程被动接受知识不一样，虚拟仿真技术可以使学生根据自身的认知情况去发挥自己的想象力，在虚拟仿真环境中更容易掌握重点和难点，并且仿真系统会随时为仿真实验操作提供反馈信息，能够培养学生的独立思考性和创新性。对教师来讲，与学生进行互动更容易知道学生理论掌握与实践应用的差距。

1.2   开放性强，利于学生自主学习

在虚拟仿真实验室，通过实验室资源共享和不同实验平台的优势互补，打破了空间和时间的限制，学生很容易结合自己的情况通过计算机登录虚拟仿真实验室进行自主实验实训，自主开展科学研究，自己去感受各种实验条件的变化过程，可以多层次对实验场景进行分析，提高了实验效率。

1.3   安全性高，避免对人身和仪器造成影响

一方面，虚拟仿真环境能够避免学生由于频繁操作而损坏贵重实验仪器的问题，尤其是一些基础性实验。另一方面，虚拟仿真环境可以避免学生在一些破坏性强、危险大的实验操作中由于失误带来人身伤害，且可以克服实验仪器数量不足的难题。

2     道路交通仿真实验室的建设目标和思路

公安院校道路交通仿真实验室具有面向公安实战化的特性，是公安理论知识与公安实践能力培养的结合。在科技强警的背景下，公安交通管理业务不再是以往的简单执法，而是大数据、人工智能等高新技术结合的智慧交通管理，在学生实践中，交通管理的控制措施对实际道路交通影响巨大，道路交通仿真实验室建设可以在虚拟场景中将理论教学与实际道路管控融为一体，解决公安院校交通管理工程专业与一线公安业务部门缺乏实验实训平台的问题。下面结合山西警察学院交通管理系分析道路交通仿真实验室的建设目标和思路。

2.1   建设目标和原则

把道路交通仿真实验室建设成贴近公安交通管理实务的场所，成为公安院校解决专业建设软硬件投入不足的途径，应把教学、科研和服务实战部门紧密结合起来。在建设过程中，公安院校应遵循科学性和分阶段性的原则，参考其他院校建设虚拟实验室的经验，也要结合自身专业建设发展情况，充分考虑后续的实验室建设扩展、更新等。

2.2   总体设计与功能框架

山西警察学院道路交通仿真实验室将以动手实践和科技引领为主线，对照交通管理工程技术体系和公安交通管理部门职能分工，由“虚”向“实”、先“连”后“评”转变，从道路交通仿真实验室起步，逐步打造集学生实践教学、交警培训和科学研究为一体的山西交通警察技能支持基地。公安院校应对照交通管理工程专业和公安交通管理部门职能分工划分为交通秩序管理、交通事故处置、车辆与驾驶人管理3大功能板块，进行全方位、立体化集成。

道路交通仿真实验室应通过一次规划、分步建设完成，依据客观实际和发展观，预期在2017-2020年依次开展“虚、实、连、评”4个不同主题的建设阶段，结合学院本科教学质量评估、山西省推进建设“1331”工程的契机，推动实验中心建成，为交通管理工程专业发展提供实验基础和技术支撑。

（1）“虚”阶段。利用已有场地，参照交警指挥中心，建设虚拟仿真实验中心，逐步完善各功能板块实验实训软件，引入先进的管理方法和工具。

（2）“实”阶段。利用实际条件在室内或校内道路建设智能交通工程，并接入实验中心，实现数据采集，远程联调、联控，引入可视化、大数据分析工具。

（3）“连”阶段。开展校局合作，利用公安网络接入省交管局、地市交通支队的视频监控、电子警察、信号控制、违法事故等系统，形成数据汇集。

（4）“评”阶段。进一步提高交通秩序、交通事故、交通参与者等管理业务运行监测、分析、评价和优化能力，形成全省交通管理技术支持中心。

结合现有建设及经费情况，在2017年和2018年开展一期建设：道路交通运行虚拟仿真实验平台重点建设交通秩序管理功能板块，同时搭建交通管理指挥实验平台。道路交通运行虚拟仿真实验平台组成架构如图1所示。

2.3   坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则

道路交通运行仿真实验平台应基于虚拟现实和大数据技术，通过微观交通仿真软件建立虚拟仿真实验环境，应用仿真交互机制实现大规模交通数据获取和动态、协同的对象控制，引入仿真实验管理方法使师生在仿真环境上轻松实现交通工程、交通组织、交通控制等课程的教学实验、理论验证和成果展示。同时，平台支持与实物沙盘、部分工程设备交互，通过数据接入及功能升级，可以建成城市交通在线仿真优化

研究平台。

交通违法管理实验系统实现了违法取证数据导入、违法信息录入、违法信息确认、违法信息管理和处罚信息管理等6個关键的交通违法后处理过程。在交通管理指挥实验平台上，校园交通视频监控软件接入了校园道路视频监控系统，管理、获取、并显示校园道路各视频源，实现视频源管理、视频搜索、单视频显示及多组视频源显示等功能，可以开展道路视频资源分析研判实训。学生根据课程中的初级仿真实验，利用软件进行交通管理方案模拟实验，在不同场景中验证仿真效果。在此基础上，结合公安交通管理一线部门实际的道路交通管控难点，在仿真环境中进行方案验证，同时也可以为公安交通管理部门提供参考。

3     道路交通仿真实验室建设中存在的问题

3.1   人才队伍配备不完善，实验项目缺乏科学性

仿真实验室与一般实验室对人才队伍的要求更高，需要懂信息技术、软硬件操作维护，熟悉专业课程和公安一线业务的复合型人才，由于编制问题、学历问题、个人教学水平等问题，最后由专任老师兼任实验管理人员，只能保证日常使用，没有对实验项目教学资源开发建设的动力，从而需要从学校发展角度完善人员配置。一些课程的实训项目仓促带领学生去验证实验，去分析仿真结果，忽视了仿真实验本来是实际道路管理虚拟，变成了一个普通的实验项目，对学生自身的实践能力没有帮助。

3.2   实验室共享程度低，多种资源整合不够

道路交通仿真实验室教学资源和实训项目主要是面向交通管理工程专业学生，没有进一步向其他公安类专业学生开放，也没有向其他单位和部门共享。由于建设时按照一次设计分期建设的原则，导致前期的软硬件必然和后期的新技术存在衔接问题。同时，道路交通仿真实验室教学资源和实训项目与公安实战部门紧密结合度不够，没有完全结合基层公安工作所需要的综合知识与技能。

4     道路交通仿真实验室对交通管理工程专业建设的意义

4.1   面向公安实战化教学改革与创新的需要

公安教学的实战化要求，使公安院校投入了大量的财力、物力进行实验实训基地建设，道路仿真实验室建设正是公安实战化在教学中的辅助。很多项目在教学中手段单一，不能很好地激发学生的主观能动性，难以满足新时代特色专业建设的需要，而仿真实验室使学生模拟处于一线执法管理过程中，结合互联网技术的计算机和软件，利用人机交互页面既能减少学生实验实训中的危险，又可以花费最少的投入得到最好的模拟训练效果。道路交通仿真实验室根据道路交通管理部门业务开发分层次、多样化的实验实训项目，将基础知识应用和综合创新相结合，有助于培养合格的公安应用型人才。

4.2   提升实践教学能力的需要

公安道路交通管理部门通过与交通管理工程专业进行合作，能够充分利用公安院校在理论教学方面的优势，建设交通管理业务仿真场景，通过仿真教学和模拟训练提高学生的实践能力。对教师来讲，道路交通仿真实验可以进一步梳理理论知识和公安业务知识，提高自身的教学能力;对一线交警来讲，可以通过模拟场景进行业务培训，提升道路交通管理的能力和素养。

4.3   增强学生对交通管理专业的认同感

道路交通仿真实验室基本上涵盖了道路交通管理工程专业本科教育的专业课程，构建了虚实结合、特色鲜明的开放式实验教学体系，使学生对道路交通管理专业和交通管理业务有完整的认知理解，培养其创新能力，对交管业务知识产生兴趣，提升自身的实践创新能力。

5     结 语

道路交通仿真实验室建设是公安院校实践教学建设的重要部分，是教育改革创新的着力点。警察培养的特殊性需要在接近真实的环境中进行实践训练，仿真技术通过将实际场景与虚拟互动结合，能够避免一些特殊实训场景中的危险性和复杂性，从而能够不断提升学生的实践创新能力。

主要参考文献

[1]梁策.基于模拟仿真实验室建设的优势特色专业建设路径探析[J].黑龙江科技信息，2017（13）.

[2]张勇刚，张新海，郑才城，等.面向实战的公安交通管理工程专业实验室建设研究[J].湖北警官学院学报，2015（6）.

[3]武烨.基于虚拟仿真实验室的创新性实验教学改革探索[J].科技资讯，2018（22）.

[4]赵力萱.校局合作框架下的道路交通控制综合仿真教学平台设计研[J].公安教育，2015（8）.