尚晶　趙建文

摘要：VR 技術(shù)既虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是當(dāng)今最紅的多媒體技術(shù)，是一種能有效地模擬人在環(huán)境中的各種感知系統(tǒng)行為的高級(jí)的人機(jī)交互技術(shù)。其擁有的即沉浸感、交互性和構(gòu)想的特性，使它天生在教學(xué)領(lǐng)域就具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。VR 技術(shù)在鐵路牽引供電專業(yè)接觸網(wǎng)課程的教學(xué)中得以應(yīng)用，大大的提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，激發(fā)了課堂興趣，并促進(jìn)了學(xué)生的動(dòng)手能力和思考能力。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù)；接觸網(wǎng)教學(xué)；職業(yè)教育

在當(dāng)今鐵路發(fā)展的大背景下， 始建于1958年的電氣化鐵路正在迎來(lái)歷史性的變革， 高速鐵路的發(fā)展推動(dòng)了以電牽引為動(dòng)力方式的電氣化化鐵路向著更快更好的方向發(fā)展，也催生了巨大的電氣化方面的人才需求。但是由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備更新快、資金投入大等原因，鐵路牽引供電專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的主要問(wèn)題如下：

（1）牽引供電系統(tǒng)設(shè)備多、連接關(guān)系復(fù)雜、設(shè)備智能化程度逐步提高，全面良好的掌握必要的知識(shí)難度高。

（2）受到場(chǎng)地、資金和運(yùn)營(yíng)條件等限制，大部分學(xué)校無(wú)法為學(xué)生提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)條件。

（3）教師缺乏高效、豐富的教學(xué)手段。

（4）學(xué)員缺乏對(duì)系統(tǒng)全面、連續(xù)、整體認(rèn)識(shí)，無(wú)法應(yīng)實(shí)際工作。

（5）學(xué)員對(duì)于未來(lái)的工作環(huán)境、工作內(nèi)容缺乏了解，對(duì)未來(lái)感到迷惑

而VR技術(shù)的出現(xiàn)，則給這些問(wèn)題給出了近乎完美的解決辦法， 通過(guò)運(yùn)用牽引變電所專業(yè)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維建模技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)科技手段，構(gòu)建一個(gè)先進(jìn)的、可視化直觀的、滿足接觸網(wǎng)課程高水平教學(xué)要求的模擬仿真教學(xué)環(huán)境。

1.VR技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Viaual Reality，VR），即利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬產(chǎn)生三維的虛擬世界，讓使用者及時(shí)、無(wú)限制地感知虛擬空間的事物。虛擬環(huán)境通常是由計(jì)算機(jī)生成并控制的，使用戶身臨其境地感知虛擬環(huán)境中的物體，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)的三維設(shè)備與物體接觸，從而真正地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。此技術(shù)一經(jīng)應(yīng)用就就向人們展示了誘人的前景，目前所涉及的研究應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)包括分子建模、神經(jīng)系統(tǒng)重建、航空航天駕駛、外科手術(shù)訓(xùn)練、軍事訓(xùn)練、工程訓(xùn)練等方面。VR技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為是21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)科以及影響人們生活的重要技術(shù)之一。

1968年在國(guó)外電力系統(tǒng)中變電所的運(yùn)營(yíng)與檢修方面人員的培訓(xùn)學(xué)習(xí)就已經(jīng)采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。我國(guó)直到上世紀(jì)八十年代才由華北電力學(xué)院由美國(guó)的SIMCON公司購(gòu)進(jìn)了第一套變電所仿真培訓(xùn)系統(tǒng)用于對(duì)變電所值班員的培訓(xùn)， 此后華北電力學(xué)院、山東電力設(shè)計(jì)院、天津大學(xué)等院校大力發(fā)展VR技術(shù)在此領(lǐng)域的發(fā)展，目前都已經(jīng)具備了非常成熟的技術(shù)手段。而對(duì)于采用特殊供電方式的電氣化鐵道系統(tǒng)來(lái)講，現(xiàn)階段采用的值班人員的實(shí)操培訓(xùn)主要由沙盤演示和”跑圖”結(jié)合來(lái)進(jìn)行的， 虛擬仿真系統(tǒng)還沒(méi)有真正的在國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)企業(yè)得到重視現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的一些高等院校已經(jīng)開(kāi)始涉獵該領(lǐng)域并取得了一些成果， 2014年武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院同武漢鐵路局共同合作研發(fā)了國(guó)內(nèi)第一套以普鐵為藍(lán)本的牽引變電所虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)?，F(xiàn)在階段國(guó)內(nèi)高鐵為藍(lán)本的牽引變電所虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)還是空白。

2.現(xiàn)今牽引變電所教學(xué)培訓(xùn)中存在的問(wèn)題

鐵路供電系統(tǒng)的特性決定了不能在實(shí)際運(yùn)營(yíng)設(shè)備上進(jìn)行學(xué)員的培訓(xùn)工作， 在實(shí)際變電所運(yùn)行人員的培訓(xùn)中，大多是理論講解和變電站跟班學(xué)習(xí)，通過(guò)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的積累來(lái)完成的，現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備是不能隨意操作的，一些技術(shù)工作大多由生產(chǎn)骨干來(lái)完成。有些故障只能在實(shí)際發(fā)生時(shí)才能得到實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，致使受訓(xùn)人員只有感性認(rèn)識(shí)，沒(méi)有實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)。受訓(xùn)人員一旦真正擔(dān)負(fù)起值班運(yùn)行人員的職責(zé)，往往對(duì)一些臨時(shí)操作和事故處理顯得束手無(wú)策，時(shí)常出現(xiàn)誤操作和事故擴(kuò)大等嚴(yán)重后果。因此怎么找到一條經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的途徑來(lái)提高操作人員和維護(hù)調(diào)試人員的技能水平，保證鐵路牽引供電系統(tǒng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，具有相當(dāng)大的現(xiàn)實(shí)意義。

3.VR技術(shù)在牽引變電所仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中的作用

基于VR技術(shù)所具有的仿真性、針對(duì)性、開(kāi)放性、自由性和安全性的特點(diǎn)，采用的是仿真的情景化教學(xué)模式，學(xué)生根據(jù)自己的課程知識(shí)進(jìn)行軟件的操作。采用虛擬仿真軟件的方式完成高鐵牽引變電所值班員和助理值班員的實(shí)訓(xùn)演練，系統(tǒng)培訓(xùn)架構(gòu)基于牽引供電系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，使值班員、助理值班員能夠按照現(xiàn)實(shí)的關(guān)系進(jìn)行協(xié)作演練、故障處理等，符合學(xué)員各自的職業(yè)環(huán)境及作業(yè)流程。具有如下作用：

（1） 采用VR技術(shù)構(gòu)建虛擬牽引變電所的方式，使學(xué)員猶如在真實(shí)工作環(huán)境中的操作設(shè)備既降低投資造價(jià)，有不減弱培訓(xùn)效果。

（2） 可以解決高壓、高溫等危險(xiǎn)環(huán)境的培訓(xùn)問(wèn)題，演練過(guò)程安全、培訓(xùn)效率高。

（3） 能夠使學(xué)員安全、準(zhǔn)確、高效、直觀的了解變電所的設(shè)備構(gòu)造、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程、多用戶協(xié)同配合作業(yè)、故障處理等能力。

（4） 將虛擬現(xiàn)實(shí)牽引變電所放置在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，其采購(gòu)成本遠(yuǎn)低于實(shí)際設(shè)備，維護(hù)費(fèi)用幾乎為零且管理方便；設(shè)備利用率高，不受學(xué)員人數(shù)限制即可進(jìn)行培訓(xùn)。

（5） 可以通過(guò)學(xué)校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)平臺(tái)共享，打破課堂的限制，使學(xué)生可以24小時(shí)隨時(shí)登陸系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)延伸至課堂外。

4.結(jié)論

通過(guò)在牽引變電所教學(xué)中加入對(duì)VR技術(shù)的應(yīng)用，在以下三個(gè)方面取得了十分明顯的良好效果。學(xué)生學(xué)習(xí)方面：模擬實(shí)務(wù)的真實(shí)環(huán)境，將理論知識(shí)與實(shí)踐操作通過(guò)三維可視化方式展現(xiàn)出來(lái)，使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的直觀感覺(jué)，彌補(bǔ)學(xué)生不能夠深度參與企業(yè)動(dòng)手排除故障的缺陷，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。教師教學(xué)方面：能將理論知識(shí)通過(guò)三維可視化的方式展現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)行綜合性授課、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化考核，便于深層次知識(shí)的講解和闡述。實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)方面：解決企業(yè)培訓(xùn)和學(xué)校設(shè)備需求與資源不足的有效手段。能有效的緩解學(xué)生數(shù)量增長(zhǎng)與實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地不足之間的矛盾。這足以說(shuō)明VR技術(shù)在牽引變電所教學(xué)中還有長(zhǎng)足的發(fā)展空間，它對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量、改善實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境、減少資金投入和提高學(xué)生興趣都有著重要作用。

參考文獻(xiàn)：

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