浅谈机车模拟驾驶实训室智能管控系统

摘 要：2018年6月7日，国家发布了《智慧校园总体框架》标准。教育部《教育信息化2.0行动计划》提出：加快建设在线智能教室、智能实验室、虚拟工厂（医院）等智能学习空间，积极探索基于区块链、大数据等新技术的智能学习效果记录、转移、交换、认证等有效方式，形成泛在化、智能化學习体系，推进信息技术和智能技术深度融入教育教学全过程，打造教育发展国际竞争新增长极。

关键词：机车模拟 驾驶实训 智能管控系统

Abstract：On June 7， 2018， the state released the standard of "General Framework of Smart Campus". The Ministry of Education's "Education Informatization 2.0 Action Plan" proposes to accelerate the construction of intelligent learning spaces such as online intelligent classrooms， intelligent laboratories， and virtual factories （hospitals）， and actively explore intelligent learning effect records based on new technologies such as blockchain and big data to form a ubiquitous and intelligent learning system， promote the deep integration of information technology and intelligent technology into the whole process of education and teaching， and create a new growth pole for international competition in education development.

Key words：locomotive simulation， driving training， intelligent management and control system

1 机车模拟驾驶实训教学管理的现状

随着我院铁道机车专业实训教室建设的投入不断增大，实训室在教室数量和设备质量上都得到较大提高，但随之而来带了实训室教学管理方面的问题，管理人数与实训室数量不成比例，实训室仍采用传统的人工管理方式，这显然不能够满足学生的学习需求，难以激发学习热情，导致教学管理者的工作效率低，运行成本高，缺乏统一且高效的运行管理以及监控手段，凸显出实训室利用率低、管理者工作量大、实训成绩评判方式单一且主观影响因素多、学生技能训练效果不佳等问题，并且这些问题对于后续教学的开展和质量的提升都起到了阻碍的作用。

2 机车模拟驾驶实训室智能管控系统的必要性

现有的智慧实训室管理系统大多能解决实训室设备远程控制、环境监测与报警、实训开放预约控制、设备使用数据统计等功能，但无法解决学生实训过程评价，涉及到机车模拟驾驶实训过程中设备操作、动作比划、口号呼唤等相互关联的技能操作评判，仍需要教师现场评价，对实训后的成绩和数据的的存储及使用相当不便，对学情分析及个性化技能指导带来一定困难。无法将教学资源库和线上教学平台对接，使实训室成为孤立单元，脱离了线上平台互动教学与管理，只提供课堂内技能练习，实训过程未参与至课前导学和课后回顾等整个教学环节，容易造成学生实训过程中的盲目性，实训后未有效进行技能巩固，对学生高质量技能培养的促进意义不大，在无人值守情况下对学生遇到的问题无法实时解决。如何把实训室管理好、维护好、使用好是一个亟需解决的问题。所以，改变现有实训室管理现状，建立一套网络化、智能化、开放共享、便于扩展的机车模拟驾驶实训室智能管控系统势在必行。

因此，针对机车模拟驾驶这种专业特点鲜明的实训室，除了实现环境、设备的智能控制外，还需对实训过程中设备操纵、动作比划、口号呼唤三个技能考核点增加收集、自动评判、实训成绩存储、学情分析等的智能评价功能，并且将教学信息、教学内容、实训数据、教学资源库等实训要素等通过云平台教学端有机融合在一起，实现学生端与教师端线上联动。通过以上的改进方法，设计一套机车模拟驾驶实训室智能管控系统，实现实训室远程监控、集中管理、故障自动报警的智能环境控制，学生课程智能预约、智能导学、云平台线上互动、远程指导，实训过程中语音、图像、操作全过程监控的智能评价，能自动评判学生技能操作状态，并通过云平台对学生实训全周期信息智能跟踪管理，达到学生自主实训、成绩自动评测、设备智能管理、数据智能分析并跟踪的目的。

3 机车模拟驾驶实训室智能管控系统介绍

机车模拟驾驶室智能管控系统是一个借助新技术，以智能自助实训、智能自动评测、智能运维管理、云平台智能管理等四大模块为核心的系统。该系统依托物联网、大数据技术等技术，解决了实训室远程监控、集中管理、故障自动报警等的智能环境控制。借助智能自动评测系统，解决机车模拟驾驶实训过程中设备操作、动作比划、呼唤口号等关键技能训练项点的数据抓取、能够对数据进行智能分析和自动评价，并对学生实训数据进行全周期自动记录，通过大数据分析平台，自动分析出学生个人的画像特征雷达图，使用云平台及人工智能技术，解决学生课程智能预约、智能导学、移动端远程线上互动、在线问答、实训指导等问题，通过教学资源库数字化管理，做到学生履历管理一人一账户，完成对学生全实践周期信息智能跟踪管理。通过以上技术实现了实训室管理智能化、自动化，实训室运行精细化、智慧化，实时掌控实训室运行状态，加强实训多维度全方位评价，提升实训室管理能力，保障实训室安全管理需求，提高运维效率和服务质量，有利于实训室管理工作全面协调可持续发展，具备可拓展性，并为后续类似实训室智慧化建设提供参考样本和经验。

本项目通过分析既机车模拟驾驶实训室的管理现状，查找存在的问题，结合实训评价需求，依托学院智慧实训室建设指导意见与数据标准，研究并设计一套以智能自助实训、智能自动评测、智能运维管理、云平台智能管理等四大模块为核心的智能实训室监管系统，实现实训室的智能化和信息化管理，代替傳统的管理模式。建立一个面向教师、学生、管理部门等用户终端的集实训室基础数据采集、实训室监控管理、实训教学预约、学情分析、信息发布、智能考勤、远程指导、信息推送、实训自动评价等功能于一体的线上线下相结合的智能实训室监控系统，为实训教学管理部门提供管理及决策的数据服务，并以此为关联的纽带，通过整合线上教学资源库、线下技能考核数据，通过智能分析云平台，对学生进行精准教学指导、技能评价、全过程实训跟踪等。完善学院智慧校园建设中既有实训室智能化建设规范和数据标准，建立一个基于先进技术的机车模拟驾驶实训室智能管控系统管理工作机制，为学院智慧校园中实训室建设提供提供样本及理论支持，并期望对以后相关既有实训室智能化改造项目的研究和应用能起到借鉴作用。

4 机车实训室信息化建设的主要因素分析

同传统理论教学有所不同，借助实训教学，不仅能够提升机车驾驶学习者的综合实践能力与创新意识，使其将所学的理论知识运用于实践工作中来。同时，学习者还能够实现个人职业技能与素养的综合发展，这是一个长期的过程。机车实训教学的主要目的在于让所有的机车驾驶学习群体能够在短时间内掌握基本的实操技能、提升专业水平。但是由于机车驾驶在学习的内容方面比较庞杂且缺乏系统性，所涉及到的理论知识也是比较多的，因此常规的填鸭式教学是无法让学习者真正理解并掌握知识的。

由此，借助机车驾驶实训室教学的模式，学习者能够在实操演练中运用理论知识，加深理解与运用的能力，从而能够更好地内化知识与技能，切实提升自身技术水准与综合实战能力。此外，还能够培养学习者认真对待工作的基本态度以及坚持实事求是的工作作风。近些年来，伴随着信息时代的深入发展，信息技术被广泛运用于各行各业中来，机车驾驶实训室的信息化建设也是大势所趋的。所谓的实训室信息化就是指以现代信息化的设备作为教学的前提，借助便捷的互联网技术以及现有的实训场地来共同完成既定的教学任务。相较于传统的教学模式，实训室信息化的教学优势显著，如内容表现上更丰富多彩，具有教学吸引力和感染力，教学资源上更为多元化和共享化，能够极大程度上提升教学效率。

作为实训室教学的重要组成部分，实训室在信息化平台建设工作上需具备如下三个要素，第一个就是信息化的设备与环境。这是开展实训室信息化教学的重要物质前提，为了能够实现更好的教学效果，信息化的设备是不可或缺的，营造信息化的环境，更具代入感，从而更大程度上激发学生的参与性;第二是完善的教学设计。主要是由教学经验丰富的教师或是机车专家等对于当下的实训室信息化建设工作进行讨论，结合实际情况制定相对完善的教学方案以及组织结构，并且将该教学方式融入到技能实训以及教学评价制度中来;第三是透明且完备的教学评价制度。机车驾驶实训课程更为注重实训的过程表现，而非单一的结果，由此需要教学管理者能够构建出较为完备的新型教学评价制度，主要的评价标准涵盖了学习者的技能实操能力、创新能力以及应变能力等，对于表现出色的可予以评价奖励，这样学习者对于驾驶实训课程的掌握度有更为客观全面的认知。

5 机车模拟驾驶室智能管控系统建设目标与实现流程

5.1 系统建设目标

通过机车模拟驾驶实训室智能管控系统的建设主要实现以下目标：

1.建设智能自助实训模块，通过移动端APP程序，实现实训室空闲时段课程自助预约，预约查询、审核审批、课前训练计划推送，成绩报告自主推送;

2.完善智能自动评测模块，加装图像采集器、语音采集器，通过图像识别、语音识别、结合现有的专家库自动评判系统对学生的操作技能和操作状态进行自动评判，数据记录及学员信息自动跟踪更新;

3.建设智能运维管理模块，依托互联网、物联网技术，通过智能门禁、智能管理网关、智能环境监控等手段，实现教师通过管理平台或移动到APP程序，远程控制设备开关机，实训设备具备开机自检、实时检测、一旦检测到设备故障、异常行为（故意遮挡、破坏）、环境异常自动上报到管理平台，向相关管理负责人进行报警提醒。通过智能大数据看板，能够实时显示各个实训室的环境状态、运用状态、设备状态;

4.搭建云平台智能管理，实现教学资源库数字化管理，移动端远程互动教学、在线问答、实训指导，学生履历管理做到一人一账户，对学生全实践周期信息智能跟踪管理。依托人工智能打通教育数据孤岛，分析学生实训情况、实训课程，合理配置教学资源，提供智能化推送和个性化教学。

5.2 系统建设布局

结合学院数字化校园建设实际综合考虑校园网络环境、软硬件环境，智能实训室管控系统在技术上拟实现四个层面的布局，即：实现从实训数据到应用的全覆盖;实现物理本体与数字本体孪生并存、精准映射;实训设备操作过程多维度与自动评测;实现以现实需求驱动虚拟服务、数据驱动决策;促进实训室管控智能化、服务一站式、前后端打通的实训室系统。重点从以下四方面进行：

1.感知层：主要包含传感器网关、传感器、摄像头、电源控制终端设备。传感器主要由温度、湿度、烟雾、红外等环境传感器和电压、电流、位置等设备状态检测传感器组成，用于采集实训室使用、维护、环境、设备状态等关键实时数据，然后把数据信息传给传感器网关，再由网关发送出去。

2.网络层：主要包含无线局域网、互联网、Zigbee 网络，实现对各个实训室主要设备的网络链接。一方面，将实训室组建物联网，通过互联网将各个局域网链接，将感知获取的信息传送至应用层的后台数据库。另一方面，根据服务器发出的控制命令，传送给感知层的物联网网关，实现硬件的控制。

3.评测层：主要包图像采集器、语音采集器，通过图像识别、设备操作端，通过图像和语音分析计算、结合现有的专家库自动评判系统对学生的操作技能和操作状态进行自动评判，数据记录及传输至云平台数据库;

4.应用层：主要包含实训室智能管控系统应用、云平台和底层服务器及数据库、中间件组成，用于实现对数据的实时存储及调用，主要数据分析及智能分析，在线资源库信息共享，移动端操作及线上互动。

5.3 系统主要功能

机车模拟驾驶实训室智能管控系统能够让实训室无人值守的情况下，实现学生智能自主实训、成绩智能自动评测、设备智能运维管理、线上资源及互动等云平台智能管理的功能

（1）智能自助实训功能：通过移动端APP程序，实现学生实训室空闲时段课程自助预约，预约查询、审核审批、课前训练计划推送，成绩报告自主推送;

（2）智能自动评测功能：通过图像识别、语音识别、结合现有的专家库自动评判系统对学生的操作技能和操作状态进行自动评判，数据记录及自动跟踪更新;

（3）智能能运维管理功能：实现教师通过管理平台或移动到APP程序，远程控制设备开关机，实训设备具备开机自检、实时检测、一旦检测到设备故障、异常行为（故意遮挡、破坏）、环境异常自动上报到管理平台，向相关管理负责人进行报警提醒。通过智能大数据看板，能够实时显示各个实训室的环境状态、运用状态、设备状态;

（4）云平台智能管理功能：实现教学资源库数字化管理，移动端远程互动教学、在线问答、实训指导，学生履历管理做到一人一账户，对学生全实践周期信息智能跟踪管理，分析学生实训情况、实训课程，合理配置教学资源，提供智能化推送和个性化教学。

（四）系统技术架构与开发要求

（1）技术架构

系统产品采用当前主流的J2EE技术路线，技术适用性强，产品技术成熟。总体架构采用B/S多层体系架构，支持各种主流操作系统平台。

（2）开发平台要求：平台的设计支持纯本地部署;支持Mysql、Oracle、SQLServer三种数据库，支持Windows Server、Linux Server等多种操作系统。

（3）APP端：采用HTML5，它具有跨平台性、产品迭代速度快等优点。

架构体系：HTML5+CSS+JS+JAVA2.

（4）性能要求：总体设计要求遵循以用户为中心的原则，支持主流浏览器IE、Edge、Firefox、Chrome、Safari、360浏览器，不需要另行安装插件。

（5）系统服务：实现智能实训系统的全方位、全时段监控与管理就要保证服务器端软件提供7*24小时不间断服务，一个实训周期内（60分钟），可满足12名学生的使用需求。

6 结束语

綜上分析，本项目依托现有机车模拟驾驶台操作考评系统，研究设计一套机车模拟驾驶实训室智能管控系统，通过物联网、大数据技术，人工智能技术，实现实训室远程监控、集中管理、故障自动报警的智能环境控制，实现学生课程智能预约、智能导学、云平台线上互动、远程指导，重点是建设集语音、图像、操作全过程监控的智能自动评测系统，能自动评判学生技能操作状态，并通过云平台对学生实训全周期信息智能跟踪管理，达到学生自主实训、成绩自动评测、设备智能管理、数据智能分析并跟踪的效果，以提升实训管理者的工作效率，方便师生线上线下多方位联动实训。

参考文献：

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[4]李倡平.高职实训基地功能定位与建设原则[J].教育与职业，2010（24）.

作者简介

吉久正：（1991.01—），男，青海西宁人，研究生，讲师。研究方向：铁道机车运用与维护。