黃華

武漢鐵路職業(yè)技術學院 湖北 武漢 430000

引言

虛擬現實在教育領域的應用十分廣泛，目前國內外不少學校都引進了虛擬現實技術，虛擬現實技術可以為學生提供更加直觀、形象的多重感官刺激，對學生的學習有很大的幫助。建成后的系統(tǒng)能逼真地模擬LKJ2000型監(jiān)控裝置和其他安全裝備的各種工作狀態(tài)及操作，車載線路數據、監(jiān)控模式、控制邏輯與機車實際設備效果保持一致。可以全面、真實地模擬機車乘務員一次乘務標準作業(yè)過程中對監(jiān)控裝置和其他安全裝備的各項操作，配合相應動畫、語音真實模擬實際現場作業(yè)、聯控情景，并記錄乘務員的模擬操作過程。

1 虛擬仿真技術的應用

VR虛擬仿真實訓系統(tǒng)采用三維建模技術、虛擬現實技術、人工智能(AI)技術構建出的具有強烈沉浸感和趣味性的實訓系統(tǒng)。

整個系統(tǒng)以三維引擎構建全三維虛擬仿真場景為基礎，結合三維模型、光影聲效等形式搭建與實際一致的仿真環(huán)境。該技術通過在虛擬環(huán)境中入現實場景信息，在虛擬世界、現實世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感。通過虛擬現實技術的引入，可建立一個基于現實世界的虛擬實訓平臺，做到教學場景實景化、打破教學時空限制、將虛擬和真實有機交互等。產品設計完全貼合機車作業(yè)規(guī)定，作業(yè)過程和與實際檢查工作流程完全一致，通過高精度模型真實再現了檢查環(huán)境和真實的機車，操作過程中均可選擇工具與部件進行交互，為學員提供了接近真實的檢查環(huán)境，從而提高實訓效率[1]。

采用技術軟件如Solidworks、3DsMax、Maya、AE、Unity、UE4等制作引擎，通過虛擬仿真技術完成對AR/VR/MR等多端虛擬仿真資源的建設。

2 行車安全裝備實訓系統(tǒng)組成

行車安全裝備實訓系統(tǒng)主要由安全裝備終端展示柜、行車安全設備柜、6A系統(tǒng)機柜、地面信號仿真設備、安全設備實訓臺和網絡化教學系統(tǒng)組成。

圖1 行車安全裝備實訓室整體布局圖

系統(tǒng)部署分為兩部分：認知展示區(qū)和實訓操作區(qū)。

2.1 認知展示區(qū)

設備認知展示區(qū)主要向學員展示真實行車安全設備，以及設備對應安裝在機上的真實位置，達到學員對真實設備的認知和系統(tǒng)的宏觀認識目的。展示設備包含6A機柜、行車安全設備柜、地面信號設備（含軌道、信號發(fā)碼器、地面信號燈、機感線圈）、安全裝備終端展示柜。

2.1.1 安全裝備終端展示柜。安全裝備展示柜由6A系統(tǒng)設備展示（6A各子系統(tǒng)終端設備按照相應位置排列）、信號設備展示（機感線圈）、LKJ2000終端設備展示（壓力傳感器、速度傳感器、雙針表）、人機交互終端（LKJ顯示器、6A顯示終端）和觸摸顯示屏組成。

2.1.2 行車安全設備柜。行車安全設備柜包括LKJ2000監(jiān)控主機仿真設備、TAX箱、機車信號主機仿真設備和機柜組成。結合地面信號仿真設備，培訓學員從信號發(fā)碼、地面信號顯示、車載信號顯示、LKJ2000運行控制等列控系統(tǒng)全過程認知培訓。

2.1.3 地面信號仿真設備。地面信號仿真設備由軌道、機車信號感應線圈、線圈盒、地面信號發(fā)碼主機、地面信號機和終端電纜盒組成。一是對地面信號相關設備進行認知教學，二可結合第三方設備柜進行列控系統(tǒng)認知教學。

2.1.4 安全裝備展示模型。行車安全裝備展示模型，以HXD型機車為基礎采用剖面模型的方式，直觀地展現行車安全裝備各系統(tǒng)機柜、設備、終端的安裝位置。

2.2 實訓操作區(qū)

通過安全裝備實訓臺完成行車安全裝備一系列實訓操作，同時教師機可以下達任務和故障注入，鍛煉學員的對于安全裝備實際操作能力以及應急處理能力。網絡化實訓區(qū)包含教員管理系統(tǒng)、安全設備實訓臺。

2.2.1 安全裝備教員臺。教員臺采用單監(jiān)控多屏顯示模式，內置工業(yè)控制計算機設備、司機控制器手柄、模擬制動閥手柄、警惕按鈕、麥克風、音響系統(tǒng)以及雙19寸液晶觸摸顯示屏。

2.2.2 安全裝備實訓臺。安全裝備實訓臺集成LKJ監(jiān)控裝置仿真設備、6A系統(tǒng)顯示器、機車信號顯示、CIR、司機控制器、大小閘制動設備，全面、真實地模擬機車乘務員一次乘務標準作業(yè)過程中對安全裝備的各項操作，配合相應動畫、語音真實模擬實際現場作業(yè)、聯控情景，對學員的安全設備操作進行實操實訓教學和考核。

2.2.3 網絡化教學系統(tǒng)。網絡化教學系統(tǒng)部署在教員計算機內，包括教學課件管理、三維教學管理、實訓臺配置管理、試題管理、試卷管理、考試成績管理等模塊[2]。

3 實訓系統(tǒng)功能

3.1 LKJ實作訓練及考試

對機車乘務員一次乘務標準作業(yè)過程中對監(jiān)控裝置的各項操作進行模擬仿真考試，配合相應動畫、語音真實模擬實際現場作業(yè)、聯控情景，并記錄學生的模擬操作過程，后臺自動對該過程進行分析比對，生成成績報表，讓學生清楚地知道自己錯在哪里，又可以將該報表傳達給教師，實現閉環(huán)管理。能夠以模板化的方式對各種試題進行編輯修改，系統(tǒng)中內置大量試題模板，只需要簡單設定車站信息，即可生成新的考試試題。

3.2 機車車載安全防護系統(tǒng)系統(tǒng)實訓

機車車載安全防護系統(tǒng)（6A系統(tǒng)）是針對機車運行過程中危及安全的重要事項、重點部件和部位，綜合集成、平臺化的安全防護裝置，用于空氣制動、防火、高壓絕緣、列車供電、走行部及視頻等部件或對象的監(jiān)控及記錄，具備各系統(tǒng)監(jiān)控功能（制動監(jiān)測、防火監(jiān)控、高壓絕緣檢測、列車供電監(jiān)測、走行部監(jiān)測、視頻監(jiān)控）、綜合診斷、數據存儲、音視頻顯示。

3.3 機車信號系統(tǒng)實訓

通過設置地面電碼化設備，調整低頻編碼來模擬地面不同信號機狀態(tài)，并通過機感線圈發(fā)送到機車信號主機，機車信號主機解碼地面信號機狀態(tài)的同時把相關信息傳送給LKJ系統(tǒng)，LKJ系統(tǒng)根據地面信號機狀態(tài)采取相應的速度控制信息。滿足機車專業(yè)關于信號相關業(yè)務的學習和實訓要求。

3.4 車載CIR操作顯示終端實訓

車載CIR操作顯示終端是列車正常行駛必不可少的部分，它集車次號注冊、語音通話、調度命令傳輸等功能于一體。在安全裝備實訓臺上集成了CIR仿真設備，通過該仿真設備對CIR設備形態(tài)、構成、工作原理進行認知教學。通過安全裝備實訓臺上的CIR設備，學習CIR電臺的基本操作：自動選擇線路、手動選擇線路、車次號設置與注冊、車次號注銷、閱讀和簽收調度命令。

3.5 機車信號系統(tǒng)實訓

通過設置地面電碼化設備，調整低頻編碼來模擬地面不同信號機狀態(tài)，并通過機感線圈發(fā)送到機車信號主機，機車信號主機解碼地面信號機狀態(tài)的同時把相關信息傳送給LKJ系統(tǒng)，LKJ系統(tǒng)根據地面信號機狀態(tài)采取相應的速度控制信息。滿足機車專業(yè)關于信號相關業(yè)務的學習和實訓要求。信號系統(tǒng)設備形態(tài)認知、構成及工作原理教學通過系統(tǒng)配備的地面信號設備（信號發(fā)碼器、軌道）、機車信號設備（機感線圈、機車信號主機、八顯示信號機）對信號系統(tǒng)設備形態(tài)、構成、工作原理進行認知教學。

3.6 信號與列控系統(tǒng)實訓教學

應用配備的安全裝備實訓臺，設置不同信號，通過操作LKJ2000監(jiān)控裝置仿真設備了解信號在列控系統(tǒng)中的作用，掌握不同信號對機車運行的影響。

3.7 列車尾部安全防護裝置

列車尾部安全防護裝置是保證列車運行的重要安全裝置，主要包括列車機車控制部分和列車尾部主機部分，主要作用用包括列車尾部風壓查詢、自動報警、尾部風壓排風輔助制動等功能。系統(tǒng)設備形態(tài)、構成及工作原理教學通過行車安全裝備展示柜通過靜態(tài)設備展示和三維教學兩種方式，對列車尾部安全防護裝置的系統(tǒng)組成、設備形態(tài)、工作原理進行認知教學。

基本操作實訓通過安全裝備臺上的CIR電臺，結合三維情況掌握查詢列車尾部風壓數據操作以及實施操作的條件時機；掌握使用列尾裝置進行輔助排風制定的操作以及操作的時機；掌握列尾裝置故障不能使用或丟失時的處置辦發(fā)[3]。

4 實訓室建設成效

本研究以提高職業(yè)院校鐵道機車專業(yè)教學質量和學生技能水平為目標，滿足職業(yè)院校學生自主學習和多樣化學習的需求，整體提升職業(yè)教育人才培養(yǎng)水平和質量。能有效解決院校硬件設備不足的問題?？砷_展的實訓有：《行車安全操作》、《機車非正常行車實訓》等，可在此實訓室進行《電力機車運用與規(guī)章》課程理實一體化教學，完成學生模擬練習與理論答題闖關，以及其他課程的相關課內實踐項目。同時本建設方案還可以開展社會服務，如校企合作員工技能培訓、與相關企業(yè)共同完成機車操作、司機崗位技能鑒定等社會服務功能。