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摘要：轨道交通信号专业为解决实验教学设备投资高、面积大、高危险导致实验无法实施的难题,对虚拟仿真技术与实验课程进行“系统性”顶层设计。本文结合专业特色和人才培养要求,分析传统实训中存在的问题,提出轨道交通信号实训平台的技术构架和运营效率虚拟仿真计算模块,构建在线实时的评价考核体系。轨道交通信号虚拟仿真实训将学生与实训内容联系起来,提升学生分析解决复杂工程问题的能力,达成培养高水平应用技术型人才的目标。
关键词：虚拟仿真；实验室建设；轨道交通信号
Construction and Practice of Virtual Simulation Training Platform for Rail Transit Signals
ZHU Juxiang1,ZHANG Zhaoliang1,PAN Fei2,QUAN Haiyang2
(1.Wuxi University College of Rail Transit,Wuxi Jiangsu 214105;2.Nanjing University of Information Science and Technology Automation College,Nanjing Jiangsu 210044)
【Abstract】：In order to solve the problem of high investment in experimental teaching equipment,large area,and high risk that the experiment cannot be implemented,the rail transit signal major has carried out a“Systematic“top-level design of virtual simulation technology and experimental courses.This article combines professional characteristics and talent training requirements,analyzes the problems existing in traditional training,proposes the technical framework of the rail transit signal training platform and the virtual simulation calculation module of operating efficiency,and builds an online real-time evaluation system.Rail transit signal virtual simulation training connects students with training content,improves students'ability to analyze and solve complex engineering problems,and achieves the goal of cultivating high-level applied technical talents.
【Key words】：virtual simulation;laboratory construction;rail transit signal
1轨道交通信号虚拟仿真实训室建设背景
轨道交通类实训设备存在着投资大、危险性高、多岗位联动难等问题,设备条件滞后于企业生产设备水平,实训教学损耗大,运营成本非常高实训功能区大多相互隔离[1]。传统铁道信号方向要建设实训基地应包含：6502电气集中系统、区间信号系统和信号基础设备等,各系统建设占地面积大,成本高；高速铁路方向实训基地需要包括全套列车运行控制系统(车载和地面)以及计算机联锁系统和调度集中系统；城市轨道交通方向实训基地建设更为复杂,各城市的轨道交通信号设备差异性大,通用性不强[2]。基于专业教学与技能训练的相关实验硬件建设技术要求高、开发成本高、占地面积大,利用先进的虚拟仿真技术可以实现实物操作和演示,解决学校人才培养实践操作能力不足的问题[3]。
2轨道交通信号虚拟仿真实验室建设目标
(1)利用虚拟仿真软件解决轨道交通信号与车辆、设备中涉及到的耗材过多、危险性较大、重复难度高等问题,降低成本,缩短实训周期,保证实训教学安全。
(2)开发出具有创新性和高质量的轨道交通信号与控制虚拟仿真实验等教学资源,激发学生的学习兴趣和提升整体专业学习效果。(3)借助虚拟仿真软件的强大功能,促进教学、科研、技术能力的提升,推动教学团队成员的成长和水平提升。(4)进行考核方式和评价体系的研究,制定符合应用型大学人才培养的评价体系,对人才培养质量监督形成闭环。轨道交通信号与控制虚拟仿真实训平台建设如图1所示。
3轨道交通信号虚拟仿真实训室建设内容
首先应先根据专业的研究方向、课程群、培养方案确定需要进行的实验实训的课程,在硬件、软件采购方面做到统筹规划,系统建设,实验平台、虚拟实训软件同步设计,同时根据实验教学规划,进行虚拟实验教学设计,制作虚拟实验相关的教学资源[4]。同时,实训室按照“模型演示、实物类比、视频再现、软件仿真”的思路和“虚实互补、以实为主”的原则,以学校为主体,整合优势资源、借助校企合作,构建以学生教学和科研实验需求为主导,多层次、多模式的自主学习式虚拟仿真实训教学体系[5]。项目建成后,通过实验使学生了解城市轨道交通信号系统结构、实现方法、逻辑设计、信号平面设计等高级应用学习要求,并通过参与设计练习,掌握工程项目的功能设计与实现。
3.1信号系统设计研究的技术构架
该平台基于B/S架构,用户可以在该平台上通过绘制图形和表格的形式设计信号系统的用户界面、线路车站、ATS关系、联锁逻辑、进路表、区域控制器算法、车载ATP防护算法、ATO自动驾驶算法等[6]。能够自动下载设计结果到配套的实验验证平台进行仿真,通过实验使学生了解城市轨道交通信号系统结构、实现方法、逻辑设计、信号平面设计、数据准备等高级应用学习要求,并通过参与设计练习实现应用技能的掌握。线路与车站合计模块通过线路配置、线路组件管理引擎,结合人机界面图元库、属性管理、色彩管理等,管理HMI上线路、轨道、道岔、车站等的显示样式,模块逻辑如图2所示。
用户配置好的站场图、逻辑算法、工程数据需要完整的地铁信号系统实验平台进行验证,该平台能够模拟完整地铁信号系统的内部和外部接口,闭环实现完整信号功能,通过运行现象发现线路车站、逻辑算法、数据配置过程中的错误,验证创新研究成果。
3.2城轨运营虚拟仿真验证模块
系统拓扑设计模块提供系统设备及网络架构搭建设计器,用户可通过该模块设计信号系统网络及设备架构、为每台设备分配IP地址及网络端口。同时能够监测网络上的设备工作状态及属性。系统也会实时监控系统中的设备工作状态,同时发出报警信息。可做到针对设备故障的快速定位、远程诊断和检修。该平台能够模拟完整地铁信号系统的内部和外部接口,闭环实现完整信号功能,通过运行现象发现信号平面布置、逻辑算法、数据配置中的错误,验证创新研究成果。主要虚拟仿真的内容包括：验证系统拓扑设计的正确性；熟悉城轨列车控制系统结构、接口、环境及操作；验证线路站场设计的正确性；验证信号逻辑设计正确性；验证信号工程数据配置正确性；中央ATS服务器功能及操作；车载ATP/ATO功能及操作[7]。虚拟仿真验证构架如图3所示。
4结语
将虚拟仿真技术应用到轨道交通专业,把学生的创新精神与实践能力的培养贯穿于实验教学的全过程。虚拟仿真技术中逼真、立体的表现形式让抽象的实验过程形象逼真演示出来,让学生对不可触摸的设备、危险性较高和重复难度大的实验有更好的认识和了解。同时,教师可结合实际的教学需求,最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势,提升教学效果,推动学生与社会生产接轨。
参考文献
[1]李正交,戴胜华,周兴,等.轨道交通通信与控制虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].实验技术与管理,2019(9):186-190.
[2]郭金丽,谢建豪.虚拟仿真技术在轨道交通信号基础课程中的应用研究[J].决策探索(中),2019(6):96.
[3]陈兆玮,邓涛,梁栋.城市轨道交通车辆结构装配虚拟仿真实验教学[J].科技资讯,2018(14):173+175.
[4]罗昊,张晓东.虚拟仿真实验教学中心开放共享模式的探索[J].实验技术与管理,2016(10):232-236.
[5]陈兆玮,邓涛,梁栋.虚拟仿真技术在城市轨道交通车辆专业教学中的应用[J].科技创新导报,2018(13):224+226.
[6]刘涛.地铁全自动运行控制中心信号系统冗余设计方案[J].铁道通信信号,2021(9):88-92.
[7]陈冠群.轨道车辆基地信号系统的设计应用[J].长江信息通信,2021,34(8):105-107.
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