基于虚拟现实技术的城市轨道交通实训平台建设研究

吴燕

摘要由于虚拟现实技术的在实训教学领域表现出的优越性，越来越多的高校、企业将虚拟现实技术结合到日常实训或培训中。本文探讨城市轨道交通实训项目与虚拟现实技术的融合，通过城市轨道交通理论教学与实践教学的有机结合，提出基于虚拟现实技术的城市轨道交通实训平台建设框架，为高校和企业实训平台建设提供经验，为城市轨道交通相关课程实训项目、企业技能鉴定项目的设置提供参考。

关键词 虚拟现实技术 城市轨道交通实训平台 建设

中图分类号：G434文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.13.023

Research on the Construction of Urban Rail Transit Training Platform Based on Virtual Reality Technology

WU Yan

（Fuzhou Polytechnic， Fuzhou， Fujian 350000）

AbstractDue to the advantages of virtual reality technology in the field of practical teaching， more and more universities and enterprises combine virtual reality technology with daily practical training or training. This paper discusses the integration of urban rail transit training project and virtual reality technology. Through the organic combination of urban rail transit theory teaching and practice teaching， this paper puts forward the construction framework of urban rail transit training platform based on virtual reality technology， which provides experience for the construction of training platform for universities and enterprises， and provides reference for the construction of urban rail transit related courses to provide reference for the establishment of enterprise skill appraisal project.

Keywordsvirtual reality technlogy； urban rail transit training platform； construction

0前言

2020年我國城市轨道交通新增运营线路再创历史新高，与其快速发展的态势相比，行业高技能型专业人才不足、人才素质与岗位不适配等问题仍然突出。当前我国城市轨道交通类专业人才的培养在实践教学方面存在一定的不足，实训设备昂贵、设备占地大、设备型号旧、设备故障率高等问题长期制约着专业人才的培养。虚拟现实技术的出现和发展，为城市轨道交通的实践教学带来了新的活力，本次研究旨在探讨城市轨道交通实训项目与虚拟现实技术的有机融合，提出基于虚拟现实技术的实训平台建设框架，为高校和企业实训平台建设提供经验，为城市轨道交通专业实训项目、企业技能鉴定项目的设置提供参考，解决当前实训平台诸多限制对专业人才培养造成的制约，从而提高实践教学的质量和效果。

1虚拟现实技术简介

虚拟现实技术是一种涵盖多领域的综合技术，虽然它是近些年被人熟知的，但是它的出现较早，于90年代出现在美国，也就是人们俗称的VR技术。该技术是在计算机的支持下、互联网技术等相关技术的支持先结合而成的一种新技术，涵盖触觉听觉等多项功能，可引入多个产业并丰富人们娱乐生活的。

2基于虚拟现实技术的城市轨道交通实践教学探索历程

由于城市轨道交通行业人才将来所从事工作的特殊性，所以在教学过程中要培养学生掌握职业岗位所需的专业核心技能，仅通过观看视频、图片等来提升学生的实践操作能力是不够的。在城市不断发展过程中，城市轨道交通相关技术、设备等也在不断发展变化，这就要求在教学中尽可能创设接近现实的情境，有利于让学生沉浸其中并高效性学习，对于学生学习和成长将起到积极作用和影响，以胜任将来的城市轨道交通方面的工作。

在教育标准和教育要求逐渐提升的视域下，促成轨道交通与虚拟现实技术融合，已经成为一种必然趋势，这是教育改革下的产物和成果，它打破了以往教育保守格局，使得学生有了更多的学习、进步、成长空间，丰富了教学手段之余，也为学生学习兴趣培养、探索精神塑造提供了协助和支持，这是两者融合带来的积极影响。为促成理论教学与实践教学紧密结合，也赋予了一定的机会和可能。

不置可否的是，正在有越来越多的学校开始关注和重视虚拟现实技术，已经有院校专门开设了以虚拟现实技术为核心的研究室，这意味着虚拟现实技术走进校园、引入课堂正在慢慢实现，为之后虚拟现实技术的更广泛使用、更全面应用提前铺路。现在，轨道交通类学校利用虚拟现实技术对教学进行改革、对课堂进行优化，目前，已经取得了一些成果与成绩，这是令人感到欣慰和欣喜的，自然强化了教学效果和学生学习效率，已经达到了传统教学所不能企及的目标。为此，现在对其的应用和探索也越来越受关注，并在一些学校取得了不错的成果。

3基于虚拟现实技术的城市轨道交通实训平台建设要求

3.1 3D虚拟场景的搭建与设备建模

为了缩减虚拟情境与现实情境之间的距离且不让人感觉不真实，应当严格审核图纸并按照图纸所示建模，更要根据合理比例建立更逼真的场景，这样就可确保其真实性特质凸显。当然，获取数据的方式，除了依靠手头上的测量工具外，还可从设计单位、设计厂商或轨道交通运营单位那里获取，这些都是可行的，还需结合实际情况而定。期间，还可通过数学建模方式模拟设备参数和电气参数，这对于数学模型的物理特性提出了不小的要求。建模完毕后，就要花费较多时间用于渲染，从而提高虚拟场景的真实性，当然，以贴图的方式去优化模型也是可取的。

3.2沉浸式交互协同的设计

基于虚拟现实技术的城市轨道交通实训平台，还需关注和突出它的交互功能，需要大力采用虚拟仿真软件并透过脚本文件的编程来实现动作与场景的交互，一些配套设备也要與平台产生链接，包括虚拟头盔、数字手套等，便可自由在虚拟平台中进行体验，真实度将得到保障。该平台还需在互动中做出正确评判，有必要的时候，还要给予提示，以便辅助学生更好的完成虚拟体验和实践操作。当然，操作中的趣味性是必不可少的，还需做好背景设计、颜色贴图等多方面工作。

3.3合理的虚实结合实现

虚拟现实平台的设计和筹建，还需遵循“虚拟与现实紧密结合”的原则，从而让学生融入沉浸其中并不能自拔，更要透过这种方式和做法，来进一步的为学生直观化学习、研究提供助力，更要借助虚拟与现实设备的联动，进一步提高城市轨道交通实训平台的教学成效。

3.4线上、线下混合式教学的实现

为了保障教学的全方面覆盖，我们提倡将虚拟实训软件植入手机、计算机等不同平台，从而弥补线下实训平台的实训缺陷，即可构建线上+线下实训格局，便可保障实训资源充分使用、方可保障学生进步愈加明显。

4基于虚拟现实技术的城市轨道交通实训平台构建

4.1实训平台的功能定位

基于虚拟现实技术的城市轨道交通实训平台主要是依赖计算机软件设计模拟的三维视觉效果和逼真的听觉体验，辅以配套的外接设备，如手柄、座椅、头盔等，实现学生对平台内设实训项目的沉浸式操作演练。通过对现有的轨道交通专业实训场地进行资源整合、合理布局，构建一个多岗位、多工种、多工位的综合性实训实践基地。在该实训平台建设完成之后，可以辐射城市轨道交通的多个专业，可以满足专业学生或从业人员的实训、实习、教学、考核、培训、技能鉴定以及应急演练等。为此，应该满足以下几个功能：（1）校企合作，共建共享平台资源库，实现资源数据的统一；构建不同用户角色，可以根据不同的角色来设定系统框架，针对不同的用户提供多种功能的接口。（2）实训平台要具备评估考核的功能，学习者可以通过系统自评和强化知识点、技能点，实现自主学习。企业和院校教师也可以通过平台设置考试，对学习者的技能水平和知识点掌握情况进行测试、验收、评价等。（3）实训平台要能够适应不同的用户角色，有良好的扩展性，可以实现不同专业、不同程度用户的学习和考核。（4）实训平台要符合课程需求和育人要求，并充分为各种内容服务，才可更好的达成教学和育人方面的任务，以便学生综合实力提升。（5）该平台要具备多项功能，方可满足教学、科研等多项需求，更可为大赛的举办、课题的呈现、信息化教学项目等提供有力协助。（6）能够为除学生和教师之外的校外人员提供培训协助，从而提升其综合价值并呈现其社会服务属性。

4.2框架设计

基于虚拟现实技术的城市轨道交通实训平台是以各专业核心技能项目资源库为基础，通过访问接口层对接6个子系统，分别对应6个城市轨道交通类专业。下面以城市轨道交通运营管理实训项目子系统为例，阐述子系统的项目框架。

城市轨道交通运营管理实训项目子系统结合地铁车站站务岗位情况与1+X城市轨道交通站务职业技能等级要求，下设初级站务实训模块、中级站务实训模块、高级站务实训模块，分别对应地铁站务员、值班员、值班站长岗位。每个模块下均设置客运服务项目、票务运作项目、行车组织与施工组织项目。各项目下设置具体作业场景，建议结合职业技能等级要求或与合作企业共同拟定作业场景。

4.3实训项目功能模块的建设

4.3.1模块功能及框架

初级站务实训模块与站务员岗位工作相匹配，该模块下分设客运服务项目、票务服务项目以及行车组织与施工组织项目。其中，客运服务项目包含3个子项目（服务秩序维护、乘客事务处理、客流组织）和7个任务场景（设备状态巡视、乘客状态巡视、问询与建议、寻人、寻物、疏导乘客有序进站、疏导乘客有序出站）；票务运作项目包含2个任务场景（当班现金票据管理、票务事务处理）和9个任务场景（配票、开窗售票、关窗或交接班、结账、乘客无法进站事务处理、乘客无法出站事务处理、特殊乘客通行处理、应急情况退票与更新、闸机故障处理）；行车组织与施工组织项目包含3个子项目（站台作业、站台安全监控、非正常情况下的行车组织）和11个任务场景（站台接岗、接法列车、终点站清客、站台门故障处理、车门/站台门夹人夹物处理、站车联控、乘客物品掉落轨道处理、手摇道岔操作、特殊情况下手信号显示、特殊情况下列车及站台清客）。

中级站务实训模块与值班员岗位工作相匹配，该模块下分设客运服务项目、票务服务项目以及行车组织与施工组织项目。其中，客运服务项目包含2个子项目（乘客事务处理、客运组织）和8个任务场景（特殊乘客服务、投诉处理、乘客受伤处理、应急信息报告和处理、失物招领、大客流控制前准备、客流组织、大客流控制后的恢复）；票务运作项目包含3个任务场景（票务设备运行维护、票务组织、乘客票务事务处理），8个任务场景（自动售票机日常运营操作、车站计算机监控、配票、结账、打包返纳、卡票、卡币、少找零）；行车组织与施工组织项目包含5个子项目（行车台站/调度命令记录与执行、行车相关安全设备操控、站台安全门监控、非正常情况下的行车组织、施工请销点办理）和13个任务场景（通信设备操控、联锁工作站操控、环控设备操控、自动消防设备操控、综合后备盘操控、综合监控系统操控、站车联控、整侧站台门故障处理、联锁工作站操作、降级行车组织、施工请点、施工销点、异地销点）。

通过末端任务场景的搭建，辅助相应操作设备进行三维建模，最终实现值班员岗位技能的实训、考核、培训等功能。

4.3.2虚拟仿真交互式教学环境的构建

在虚拟技术投入轨道交通课堂中使用中，虚拟仿真交互式教学环境的开发是整个实训平台建设项目的重点，采用三维建模技术、虚拟仿真技术等实现实训教学环境。以末端任务场景——自动售票机日常运营操作为例，阐述其教学环境的构建。主要的建设内容包括：

（1）三维立体教学模型建设，包含站厅环境、自动售票机及其内外细部结构、其他票务备品等操作所涉及的设备、工具建模。其中，站务岗位需操作的模块（如硬币找零、硬币回收、纸币找零、纸币回收、票卡发售等模块）的细节（包括锁孔、盖板、卡扣等）建模是建设的重点。

（2）VR教学模型建设，主要包含自动售票机开站作业流程、自动售票机关站作业流程、自动售票机补票作业流程、自动售票机补币作业流程、自动售票机更换钱箱作业流程。其中，作業执行步骤的先后逻辑顺序、执行过程中的响应动作、操作触发的指引等是建模的重点。

5结束语

基于虚拟现实技术的城市轨道交通实训平台是一种智慧实训体系，是今后城市轨道交通实训、培训、考核体系的应用趋势，能有效提高实践教学的质量与学生的学习热情，为传统实践教学方式提供新的思路，促进城市轨道交通专业人才培养质量的提高。

基金课题：福州职业技术学院2019年度校级科研项目（科技类），课题编号：FZYKJJJC201907

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