loading基于虚拟仿真平台的CBTC系统实验教学创新研究
张雁鹏 陈永刚 胥亚丽
【摘 要】依托兰州交通大学轨道交通信息与控制国家级虚拟仿真实验教学中心，遵循最新行业技术标准，研发了结构完整、功能全面、与实际运营场景保持一致、能够展现列车运行控制全过程的城市轨道交通CBTC系统虚拟仿真实验创新平台。该平台强化学生的工程创新能力，能够从不同角度培养铁路信号专业人才的综合能力，满足不同层次的教学需求，提升新工科建设的专业竞争力和人才培养质量。同时，结合兰州交通大学网络教学平台，深入研究在线实验教学方法和创新人才培养机制，旨在为素质教育背景下轨道交通信号与控制专业课程的实验教学改革提供一些借鉴。 【期刊名称】《中国现代教育装备》 【年(卷),期】2019(000)019 【总页数】5
【关键词】城市轨道交通；虚拟仿真；实验教学；教学改革
基金项目：兰州交通大学本科教学改革项目“新工科背景下虚实结合的调度集中课程教学改革与实践”(编号：JGZ201819)；兰州交通大学实验教学改革项目“基于‘理虚实’一体化的调度集中课程综合创新实验教学研究”(编号：2019049)。
在我国高速铁路和城市轨道交通迅猛发展的今天，轨道交通信号与控制(原铁道信号)专业技术人才需求旺盛，培养适应轨道交通行业发展的本专业学生已成为当务之急。实验环节对提高学生对专业知识的理解能力和自主学习能力有着极其重要的意义[1]。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[2]。将虚拟仿真技术与铁路信号技术有机地结合在一起，模拟真实的铁路运营场景，可以实现学生在安全的虚拟实验环境中完成传统实验教学中无法完成的操作和实验，既解决了设备投资大、损耗率高的问题，也降低了学生外出实习的安全风险。虚拟仿真实验平台真实直观地展现室内计算机操作和现场信号设备动作之间的逻辑关系和具体的铁路作业流程，让学生在实验过程中有身临其境的真实感受，极大地提高了学生的学习兴趣和效率，为素质教育背景下轨道交通信号与控制专业实验课程的教学改革提供借鉴。
1 我校虚拟仿真实验教学平台
2016年，兰州交通大学成功申报成立轨道交通信息与控制国家级虚拟仿真实验教学中心，在培养创新型人才的国家战略方针指导下，确立了结构完整、功能全面、与实际运营场景保持一致、实现完整的轨道交通仿真实验教学体系，建立了校企合作共享的实验机制，充分发挥学校的学术优势和企业的技术优势，联合优秀企业共建、共享虚拟仿真实验教学项目，探索了虚拟仿真实验教学可持续发展的新途径。
虚拟仿真实验教学项目的研发高度依赖先进技术的支撑，必须综合应用富媒体、三维建模、人机交互、虚拟现实、增强现实等技术手段[3]。这种新的实验教学模式的应用将推动过程控制实验课程教学的改革，可作为工程类专业实验课程开展虚拟仿真实验教学模式的借鉴[4]。本文主要介绍在兰州交通大学轨道交通信息与控制国家级虚拟仿真实验教学中心支持下基于虚拟仿真平台的城市轨道交通CBTC(Communication Based Train Control，基于通信的列车控制)系统实验教学创新方法和内容，旨在为素质教育背景下轨道交通信号与控制专业实
验课程的教学改革做进一步创新与探索。该系统平台包含列车自动监控、自动防护、自动驾驶及运行图管理和场景重构5个子系统。如图1所示为ATO自动驾驶子系统实验平台，其具有虚拟驾驶台、三维视景系统及速度表盘等，能够帮助学生或驾驶员熟悉列车司机控制台上的仪表、按钮、转换开关、控制器等设备，掌握司机显示器的操作使用，熟悉列车运行线路的环境以及纵横断面图[5]。
如图2所示为城市轨道交通CBTC虚拟仿真平台仿真环境中王家庄站部分线路图，从图中可以清晰了解王家庄站信号机的信号状态、道岔位置状态、应答器和站台布置情况及股道区段的占用或空闲等状态。
2 虚拟仿真实验平台构建
基于虚拟仿真平台的CBTC系统将模拟列车控制过程、虚拟列车运营场景、真实线路数据巧妙地融合在一起，实现完整的轨道交通列车运行控制全功能。基于通信的列车控制系统CBTC采用连续、高速、双向的数据通信技术，其借助于先进的车-地无线通信技术，实现真正意义的移动闭塞，运行间隔大大缩短，增加系统在线实时性，从而提高运能与安全性，实现对列车运行高效连续的控制[6]。CBTC是新一代的列车自动控制系统，具有ATS(Automatic Train Supervision，列车自动监控)、ATP(Automatic Train Protection，列车超速防护)、ATO(Automatic Train Operation，列车自动驾驶)等功能[7]。
城市轨道交通CBTC实验系统由沙盘室、集中站信号设备室、OCC(Operation Control Center，运行控制中心)和车站ATS工作站4部分构成。轨道交通信号与控制专业实验教学一般有ATP功能实验、ATS功能实验、ATO功能实验、车-地通信等重要功能实验[8]。