基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的城市軌道交通實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)研究

吳燕

摘要由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的在實(shí)訓(xùn)教學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出的優(yōu)越性，越來(lái)越多的高校、企業(yè)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合到日常實(shí)訓(xùn)或培訓(xùn)中。本文探討城市軌道交通實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合，通過(guò)城市軌道交通理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，提出基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的城市軌道交通實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)框架，為高校和企業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)，為城市軌道交通相關(guān)課程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、企業(yè)技能鑒定項(xiàng)目的設(shè)置提供參考。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 城市軌道交通實(shí)訓(xùn)平臺(tái) 建設(shè)

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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(guó)城市軌道交通新增運(yùn)營(yíng)線路再創(chuàng)歷史新高，與其快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)相比，行業(yè)高技能型專業(yè)人才不足、人才素質(zhì)與崗位不適配等問(wèn)題仍然突出。當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通類專業(yè)人才的培養(yǎng)在實(shí)踐教學(xué)方面存在一定的不足，實(shí)訓(xùn)設(shè)備昂貴、設(shè)備占地大、設(shè)備型號(hào)舊、設(shè)備故障率高等問(wèn)題長(zhǎng)期制約著專業(yè)人才的培養(yǎng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，為城市軌道交通的實(shí)踐教學(xué)帶來(lái)了新的活力，本次研究旨在探討城市軌道交通實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有機(jī)融合，提出基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)框架，為高校和企業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)，為城市軌道交通專業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、企業(yè)技能鑒定項(xiàng)目的設(shè)置提供參考，解決當(dāng)前實(shí)訓(xùn)平臺(tái)諸多限制對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)造成的制約，從而提高實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量和效果。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種涵蓋多領(lǐng)域的綜合技術(shù)，雖然它是近些年被人熟知的，但是它的出現(xiàn)較早，于90年代出現(xiàn)在美國(guó)，也就是人們俗稱的VR技術(shù)。該技術(shù)是在計(jì)算機(jī)的支持下、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的支持先結(jié)合而成的一種新技術(shù)，涵蓋觸覺(jué)聽(tīng)覺(jué)等多項(xiàng)功能，可引入多個(gè)產(chǎn)業(yè)并豐富人們娛樂(lè)生活的。

2基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的城市軌道交通實(shí)踐教學(xué)探索歷程

由于城市軌道交通行業(yè)人才將來(lái)所從事工作的特殊性，所以在教學(xué)過(guò)程中要培養(yǎng)學(xué)生掌握職業(yè)崗位所需的專業(yè)核心技能，僅通過(guò)觀看視頻、圖片等來(lái)提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力是不夠的。在城市不斷發(fā)展過(guò)程中，城市軌道交通相關(guān)技術(shù)、設(shè)備等也在不斷發(fā)展變化，這就要求在教學(xué)中盡可能創(chuàng)設(shè)接近現(xiàn)實(shí)的情境，有利于讓學(xué)生沉浸其中并高效性學(xué)習(xí)，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)將起到積極作用和影響，以勝任將來(lái)的城市軌道交通方面的工作。

在教育標(biāo)準(zhǔn)和教育要求逐漸提升的視域下，促成軌道交通與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合，已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)，這是教育改革下的產(chǎn)物和成果，它打破了以往教育保守格局，使得學(xué)生有了更多的學(xué)習(xí)、進(jìn)步、成長(zhǎng)空間，豐富了教學(xué)手段之余，也為學(xué)生學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)、探索精神塑造提供了協(xié)助和支持，這是兩者融合帶來(lái)的積極影響。為促成理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合，也賦予了一定的機(jī)會(huì)和可能。

不置可否的是，正在有越來(lái)越多的學(xué)校開(kāi)始關(guān)注和重視虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，已經(jīng)有院校專門開(kāi)設(shè)了以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為核心的研究室，這意味著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)走進(jìn)校園、引入課堂正在慢慢實(shí)現(xiàn)，為之后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的更廣泛使用、更全面應(yīng)用提前鋪路?，F(xiàn)在，軌道交通類學(xué)校利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)教學(xué)進(jìn)行改革、對(duì)課堂進(jìn)行優(yōu)化，目前，已經(jīng)取得了一些成果與成績(jī)，這是令人感到欣慰和欣喜的，自然強(qiáng)化了教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效率，已經(jīng)達(dá)到了傳統(tǒng)教學(xué)所不能企及的目標(biāo)。為此，現(xiàn)在對(duì)其的應(yīng)用和探索也越來(lái)越受關(guān)注，并在一些學(xué)校取得了不錯(cuò)的成果。

3基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的城市軌道交通實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)要求

3.1 3D虛擬場(chǎng)景的搭建與設(shè)備建模

為了縮減虛擬情境與現(xiàn)實(shí)情境之間的距離且不讓人感覺(jué)不真實(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格審核圖紙并按照?qǐng)D紙所示建模，更要根據(jù)合理比例建立更逼真的場(chǎng)景，這樣就可確保其真實(shí)性特質(zhì)凸顯。當(dāng)然，獲取數(shù)據(jù)的方式，除了依靠手頭上的測(cè)量工具外，還可從設(shè)計(jì)單位、設(shè)計(jì)廠商或軌道交通運(yùn)營(yíng)單位那里獲取，這些都是可行的，還需結(jié)合實(shí)際情況而定。期間，還可通過(guò)數(shù)學(xué)建模方式模擬設(shè)備參數(shù)和電氣參數(shù)，這對(duì)于數(shù)學(xué)模型的物理特性提出了不小的要求。建模完畢后，就要花費(fèi)較多時(shí)間用于渲染，從而提高虛擬場(chǎng)景的真實(shí)性，當(dāng)然，以貼圖的方式去優(yōu)化模型也是可取的。

3.2沉浸式交互協(xié)同的設(shè)計(jì)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的城市軌道交通實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，還需關(guān)注和突出它的交互功能，需要大力采用虛擬仿真軟件并透過(guò)腳本文件的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作與場(chǎng)景的交互，一些配套設(shè)備也要與平臺(tái)產(chǎn)生鏈接，包括虛擬頭盔、數(shù)字手套等，便可自由在虛擬平臺(tái)中進(jìn)行體驗(yàn)，真實(shí)度將得到保障。該平臺(tái)還需在互動(dòng)中做出正確評(píng)判，有必要的時(shí)候，還要給予提示，以便輔助學(xué)生更好的完成虛擬體驗(yàn)和實(shí)踐操作。當(dāng)然，操作中的趣味性是必不可少的，還需做好背景設(shè)計(jì)、顏色貼圖等多方面工作。

3.3合理的虛實(shí)結(jié)合實(shí)現(xiàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和籌建，還需遵循“虛擬與現(xiàn)實(shí)緊密結(jié)合”的原則，從而讓學(xué)生融入沉浸其中并不能自拔，更要透過(guò)這種方式和做法，來(lái)進(jìn)一步的為學(xué)生直觀化學(xué)習(xí)、研究提供助力，更要借助虛擬與現(xiàn)實(shí)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，進(jìn)一步提高城市軌道交通實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的教學(xué)成效。

3.4線上、線下混合式教學(xué)的實(shí)現(xiàn)

為了保障教學(xué)的全方面覆蓋，我們提倡將虛擬實(shí)訓(xùn)軟件植入手機(jī)、計(jì)算機(jī)等不同平臺(tái)，從而彌補(bǔ)線下實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)訓(xùn)缺陷，即可構(gòu)建線上+線下實(shí)訓(xùn)格局，便可保障實(shí)訓(xùn)資源充分使用、方可保障學(xué)生進(jìn)步愈加明顯。

4基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的城市軌道交通實(shí)訓(xùn)平臺(tái)構(gòu)建

4.1實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的功能定位

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的城市軌道交通實(shí)訓(xùn)平臺(tái)主要是依賴計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)模擬的三維視覺(jué)效果和逼真的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)，輔以配套的外接設(shè)備，如手柄、座椅、頭盔等，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)平臺(tái)內(nèi)設(shè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的沉浸式操作演練。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的軌道交通專業(yè)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地進(jìn)行資源整合、合理布局，構(gòu)建一個(gè)多崗位、多工種、多工位的綜合性實(shí)訓(xùn)實(shí)踐基地。在該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)完成之后，可以輻射城市軌道交通的多個(gè)專業(yè)，可以滿足專業(yè)學(xué)生或從業(yè)人員的實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)、教學(xué)、考核、培訓(xùn)、技能鑒定以及應(yīng)急演練等。為此，應(yīng)該滿足以下幾個(gè)功能：（1）校企合作，共建共享平臺(tái)資源庫(kù)，實(shí)現(xiàn)資源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一；構(gòu)建不同用戶角色，可以根據(jù)不同的角色來(lái)設(shè)定系統(tǒng)框架，針對(duì)不同的用戶提供多種功能的接口。（2）實(shí)訓(xùn)平臺(tái)要具備評(píng)估考核的功能，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)系統(tǒng)自評(píng)和強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。企業(yè)和院校教師也可以通過(guò)平臺(tái)設(shè)置考試，對(duì)學(xué)習(xí)者的技能水平和知識(shí)點(diǎn)掌握情況進(jìn)行測(cè)試、驗(yàn)收、評(píng)價(jià)等。（3）實(shí)訓(xùn)平臺(tái)要能夠適應(yīng)不同的用戶角色，有良好的擴(kuò)展性，可以實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)、不同程度用戶的學(xué)習(xí)和考核。（4）實(shí)訓(xùn)平臺(tái)要符合課程需求和育人要求，并充分為各種內(nèi)容服務(wù)，才可更好的達(dá)成教學(xué)和育人方面的任務(wù)，以便學(xué)生綜合實(shí)力提升。（5）該平臺(tái)要具備多項(xiàng)功能，方可滿足教學(xué)、科研等多項(xiàng)需求，更可為大賽的舉辦、課題的呈現(xiàn)、信息化教學(xué)項(xiàng)目等提供有力協(xié)助。（6）能夠?yàn)槌龑W(xué)生和教師之外的校外人員提供培訓(xùn)協(xié)助，從而提升其綜合價(jià)值并呈現(xiàn)其社會(huì)服務(wù)屬性。

4.2框架設(shè)計(jì)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的城市軌道交通實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是以各專業(yè)核心技能項(xiàng)目資源庫(kù)為基礎(chǔ)，通過(guò)訪問(wèn)接口層對(duì)接6個(gè)子系統(tǒng)，分別對(duì)應(yīng)6個(gè)城市軌道交通類專業(yè)。下面以城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目子系統(tǒng)為例，闡述子系統(tǒng)的項(xiàng)目框架。

城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目子系統(tǒng)結(jié)合地鐵車站站務(wù)崗位情況與1+X城市軌道交通站務(wù)職業(yè)技能等級(jí)要求，下設(shè)初級(jí)站務(wù)實(shí)訓(xùn)模塊、中級(jí)站務(wù)實(shí)訓(xùn)模塊、高級(jí)站務(wù)實(shí)訓(xùn)模塊，分別對(duì)應(yīng)地鐵站務(wù)員、值班員、值班站長(zhǎng)崗位。每個(gè)模塊下均設(shè)置客運(yùn)服務(wù)項(xiàng)目、票務(wù)運(yùn)作項(xiàng)目、行車組織與施工組織項(xiàng)目。各項(xiàng)目下設(shè)置具體作業(yè)場(chǎng)景，建議結(jié)合職業(yè)技能等級(jí)要求或與合作企業(yè)共同擬定作業(yè)場(chǎng)景。

4.3實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目功能模塊的建設(shè)

4.3.1模塊功能及框架

初級(jí)站務(wù)實(shí)訓(xùn)模塊與站務(wù)員崗位工作相匹配，該模塊下分設(shè)客運(yùn)服務(wù)項(xiàng)目、票務(wù)服務(wù)項(xiàng)目以及行車組織與施工組織項(xiàng)目。其中，客運(yùn)服務(wù)項(xiàng)目包含3個(gè)子項(xiàng)目（服務(wù)秩序維護(hù)、乘客事務(wù)處理、客流組織）和7個(gè)任務(wù)場(chǎng)景（設(shè)備狀態(tài)巡視、乘客狀態(tài)巡視、問(wèn)詢與建議、尋人、尋物、疏導(dǎo)乘客有序進(jìn)站、疏導(dǎo)乘客有序出站）；票務(wù)運(yùn)作項(xiàng)目包含2個(gè)任務(wù)場(chǎng)景（當(dāng)班現(xiàn)金票據(jù)管理、票務(wù)事務(wù)處理）和9個(gè)任務(wù)場(chǎng)景（配票、開(kāi)窗售票、關(guān)窗或交接班、結(jié)賬、乘客無(wú)法進(jìn)站事務(wù)處理、乘客無(wú)法出站事務(wù)處理、特殊乘客通行處理、應(yīng)急情況退票與更新、閘機(jī)故障處理）；行車組織與施工組織項(xiàng)目包含3個(gè)子項(xiàng)目（站臺(tái)作業(yè)、站臺(tái)安全監(jiān)控、非正常情況下的行車組織）和11個(gè)任務(wù)場(chǎng)景（站臺(tái)接崗、接法列車、終點(diǎn)站清客、站臺(tái)門故障處理、車門/站臺(tái)門夾人夾物處理、站車聯(lián)控、乘客物品掉落軌道處理、手搖道岔操作、特殊情況下手信號(hào)顯示、特殊情況下列車及站臺(tái)清客）。

中級(jí)站務(wù)實(shí)訓(xùn)模塊與值班員崗位工作相匹配，該模塊下分設(shè)客運(yùn)服務(wù)項(xiàng)目、票務(wù)服務(wù)項(xiàng)目以及行車組織與施工組織項(xiàng)目。其中，客運(yùn)服務(wù)項(xiàng)目包含2個(gè)子項(xiàng)目（乘客事務(wù)處理、客運(yùn)組織）和8個(gè)任務(wù)場(chǎng)景（特殊乘客服務(wù)、投訴處理、乘客受傷處理、應(yīng)急信息報(bào)告和處理、失物招領(lǐng)、大客流控制前準(zhǔn)備、客流組織、大客流控制后的恢復(fù)）；票務(wù)運(yùn)作項(xiàng)目包含3個(gè)任務(wù)場(chǎng)景（票務(wù)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、票務(wù)組織、乘客票務(wù)事務(wù)處理），8個(gè)任務(wù)場(chǎng)景（自動(dòng)售票機(jī)日常運(yùn)營(yíng)操作、車站計(jì)算機(jī)監(jiān)控、配票、結(jié)賬、打包返納、卡票、卡幣、少找零）；行車組織與施工組織項(xiàng)目包含5個(gè)子項(xiàng)目（行車臺(tái)站/調(diào)度命令記錄與執(zhí)行、行車相關(guān)安全設(shè)備操控、站臺(tái)安全門監(jiān)控、非正常情況下的行車組織、施工請(qǐng)銷點(diǎn)辦理）和13個(gè)任務(wù)場(chǎng)景（通信設(shè)備操控、聯(lián)鎖工作站操控、環(huán)控設(shè)備操控、自動(dòng)消防設(shè)備操控、綜合后備盤操控、綜合監(jiān)控系統(tǒng)操控、站車聯(lián)控、整側(cè)站臺(tái)門故障處理、聯(lián)鎖工作站操作、降級(jí)行車組織、施工請(qǐng)點(diǎn)、施工銷點(diǎn)、異地銷點(diǎn)）。

通過(guò)末端任務(wù)場(chǎng)景的搭建，輔助相應(yīng)操作設(shè)備進(jìn)行三維建模，最終實(shí)現(xiàn)值班員崗位技能的實(shí)訓(xùn)、考核、培訓(xùn)等功能。

4.3.2虛擬仿真交互式教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建

在虛擬技術(shù)投入軌道交通課堂中使用中，虛擬仿真交互式教學(xué)環(huán)境的開(kāi)發(fā)是整個(gè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目的重點(diǎn)，采用三維建模技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境。以末端任務(wù)場(chǎng)景——自動(dòng)售票機(jī)日常運(yùn)營(yíng)操作為例，闡述其教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建。主要的建設(shè)內(nèi)容包括：

（1）三維立體教學(xué)模型建設(shè)，包含站廳環(huán)境、自動(dòng)售票機(jī)及其內(nèi)外細(xì)部結(jié)構(gòu)、其他票務(wù)備品等操作所涉及的設(shè)備、工具建模。其中，站務(wù)崗位需操作的模塊（如硬幣找零、硬幣回收、紙幣找零、紙幣回收、票卡發(fā)售等模塊）的細(xì)節(jié)（包括鎖孔、蓋板、卡扣等）建模是建設(shè)的重點(diǎn)。

（2）VR教學(xué)模型建設(shè)，主要包含自動(dòng)售票機(jī)開(kāi)站作業(yè)流程、自動(dòng)售票機(jī)關(guān)站作業(yè)流程、自動(dòng)售票機(jī)補(bǔ)票作業(yè)流程、自動(dòng)售票機(jī)補(bǔ)幣作業(yè)流程、自動(dòng)售票機(jī)更換錢箱作業(yè)流程。其中，作業(yè)執(zhí)行步驟的先后邏輯順序、執(zhí)行過(guò)程中的響應(yīng)動(dòng)作、操作觸發(fā)的指引等是建模的重點(diǎn)。

5結(jié)束語(yǔ)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的城市軌道交通實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是一種智慧實(shí)訓(xùn)體系，是今后城市軌道交通實(shí)訓(xùn)、培訓(xùn)、考核體系的應(yīng)用趨勢(shì)，能有效提高實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量與學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方式提供新的思路，促進(jìn)城市軌道交通專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

基金課題：福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院2019年度校級(jí)科研項(xiàng)目（科技類），課題編號(hào)：FZYKJJJC201907

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