轨道交通信号与控制专业实践课程体系构建与实践

户 国， 魏丽丽， 李立明

(上海工程技术大学 城市轨道交通学院，上海 201620)

轨道交通信号与控制专业实践课程体系构建与实践

户 国， 魏丽丽， 李立明

(上海工程技术大学 城市轨道交通学院，上海 201620)

实践教学是高等教育结构中重要组成部分。针对当前我国对轨道交通信号与控制专业的人才需求，系统介绍了上海工程技术大学轨道交通信号与控制专业的实践课程体系。并从专业学科体系和关键技术入手，对理论教学体系、实践教学体系、实践教学基地建设三方面进行分析论述，最后总结了实践教学所取得的一些成绩和经验。

轨道交通信号与控制专业； 实践教学； 实践基地建设

0 引 言

为促进国家战略新兴产业发展、满足民生急切需求，教育部在《普通高等学校本科专业目录(2012年)》增设了“轨道交通信号与控制”专业，该专业的设置是为了满足铁路和城市轨道交通建设及安全运营需求，培养应用性强、行业针对性强的工程实践类人才[1-2]。截止至2016年，国家共批准北京交通大学、西南交通大学、兰州交通大学、上海工程技术大学等80多所高校开设轨道交通信号与控制专业，随着培养单位队伍的壮大，在本专业的培养目标、专业建设方案、课程体系设置等问题也众说纷纭，在教学指导委员会多次讨论下，确立了信号设备基础、列车运行控制系统和计算机联锁系统等理论核心骨干课程，但实践课程内容始终未能统一，该问题也成为高校开设轨道交通信号与控制专业的薄弱环节。

1 轨道交通信号与控制包含的学科体系和关键技术

轨道交通信号与控制专业沿袭于原铁道信号专业，培养具有计算机、通信、控制和交通运输等轨道交通行业相关专业知识，满足轨道交通信号与控制领域需要；掌握轨道交通信号与控制领域的基本理论与应用技术的应用型高级技术人才。其专业内容涉及计算机、通信、控制和交通运输等四大学科，毕业生可在铁路、城市轨道交通领域从事运营维护、系统设计和研发等工作。

轨道交通信号与控制学科源于对铁路信号灯的控制，伴随着运营需求的不断提升和科学技术的迅猛发展，新时代赋予信号学科更为深远的内涵，它是确保列车运行安全，有效提高列车在区间和车站内的运行效率的重要手段，其关键的技术包括轨道交通信号设备、区间闭塞理论、车站联锁理论和列车自动控制技术[3]。

1.1轨道交通信号设备

为了保证列车运行安全，将为其服务的列车定位、数据传输、数据处理、道岔控制、信号机控制、列车控制等硬件设备统称为轨道交通信号设备，除安全型计算机等通用设备外，其主要包括轨道电路、转辙机、信号机、继电器、应答器、计轴器等轨道交通信号专有设备。

1.2区间闭塞理论

为了保证列车在区间内运行安全，将区间划分为若干个区段，每个区段仅允许一列车运行的方式成为闭塞行车法，简称闭塞。该行车法可以确保每列车不侵占它车的运行空间，从而有效防止列车在区间内相撞，随着定位技术和通信传输技术的发展，闭塞行车法历经了人工闭塞、半自动闭塞、自动闭塞、准移动闭塞和移动闭塞5个时代。

1.3车站联锁理论

为了保证列车在车站内运行安全，将进路、道岔、信号机之间建立相互联系、相互锁闭、相互制约的关系，简称联锁。该方法可以确保车站内每条进路有且仅有一辆车使用，从而有效防止车站内的侧撞、对撞与追尾。联锁技术主要采用6502电气联锁和计算机联锁两类，计算机联锁已成为当今的主流技术。

1.4列车自动控制技术

列车自动控制技术是当今信号系统的最核心的技术，是通过轨旁和车载设备对线路上运行的每列列车进行精确定位，再通过无线通信方式将调度指挥中心的命令传输至列车，从而实现列车定位、列车间隔控制、列车速度控制等功能，最终保障列车的安全、高效运行，该技术集通信技术、控制技术、计算机技术为一体，是多学科交织的成果[4]。

2 轨道交通信号与控制专业的理论课程与实践课程体系

理论课程是实践课程的基础，实践课程是理论课程的升华，对于轨道交通信号与控制这类针对性极强的专业而言，人才培养课程体系应强调夯实理论基础，面向行业，提升实践能力，全面发展。

2.1轨道交通信号与控制专业理论课程体系

理论课程教学体系(见图1)主要分为基础课程、专业基础课程、专业课。

图1 轨道交通信号与控制专业理论课程体系

基础课程以开放、自主为原则，所选课程应满足教育部本科毕业相关要求，其内容包含思想政治类、数学类、英语类、体育类等；专业基础课程是基础课程与专业课的纽带，内容仍属于基础课程，但其宗旨是为专业课服务，按学科可划分为工程数学类、计算机类、控制理论类和通信技术类；专业课是培养体系的核心，是专业技术人才的理论依据，按教学指导委员会要求，课程大致包含轨道交通信号设备基础、计算机联锁、6502电气集中、区间信号和列车运行控制技术[5-7]。

2.2轨道交通信号与控制专业实践课程体系

实践课程教学体系(见图2)按内容主要分为基础类实践课、专业类实践课、毕业设计(论文)；按教学方式可分为课程实验、课程设计、课程实习、毕业设计。

图2 轨道交通信号与控制专业实践课程体系

轨道交通信号与控制专业基础类实践课程主要包含制造技术、轨道交通基础实习、微机原理与接口综合实验等内容，通过基础类实践课程的学习可以提升学生的常用工具使用能力、动手能力，培养专业素养，为日后的专业实践课程打下坚实的基础。专业类实践课程是整个实践教学体系的核心内容，其教学内容应尽量覆盖轨道交通信号与控制专业的全部理论授课内容，且能力的培养应贯穿于整个实践教学中，应包含但不限于以下能力：①工程实践能力；②维护管理能力；③自主学习能力；④故障分析与解决能力；⑤应急处理能力；⑥团队协作、组织、管理能力。毕业设计是实践课程体系的升华和最终成果，通过前期的理论与实践课程学习，在实际中寻找问题，再通过自主学习，解决问题[8]。

3 轨道交通信号与控制专业实践教学基地建设

实践教学基地是实践课程顺利开设的必要条件和实施场所，设备齐全、功能完善、针对性强的实践教学基地是提升实践能力的重要平台，建设一定数量稳定的、满足专业人才培养需要的、高质量的实践教学基地，不仅关系到实践教学的质量，也影响到学生各项能力的培养，这是每所高校都面临的一个重要问题[9-11]。

3.1轨道交通信号与控制专业实践教学基地建设理念

传统的校内实验室已经无法满足新形势下人才培养的需求，更多高校将目光瞄准至建设校企合作的校外实习基地的观点被广泛认同，并已取得一定成果，但由于建设理念落后、建设经费无法跟进等因素，使得校外实习基地建设仍存在些许不足。我院制定了校企结合，优势互补，协同育人的实践教学基地建设理念，依托与上海申通地铁集团合作的平台，建立了校内实验基地、校外实践基地，同时形成了独特的课堂理论教学、实验室综合训练、生产现场应用实践的“三位一体”、工学交替的人才培养模式，并遵循以下建设理念。

(1) 内外结合，优势互补。校内实验室与校外实习基地建设应采取同时并举的策略，不能因为校外实习基地比重提升而忽视校内实验室的建设。校外实习基地存在许多天然的不足，譬如实习场地、实习时间的不确定性，每次实习均需提前协商；涉及企业生产、企业安全的实习环节，学生无法现场实操等，而解决上述问题有效的方式就是加强校内实验室建设。采购与企业相同的设施设备，聘请企业导师进行校内指导，解决学生无法现场实操的问题[12]。

(2) 结合课程，有的放矢。实践教学基地的终极目标是服务学生，巩固、验证理论知识，提升工程实践能力，所以实践教学基地的建设不能与学生的培养目标、培养计划和课程体系脱节[13]。每一个实践环节均应有理论课程体系支撑，而每一个理论问题在实践环节均应有体现，使理论与实践相辅相成，相得益彰。

(3) 实中有虚，虚中有实，虚实结合。实践教学基地应以学生可用性、教师可维护性、切实提升工程实践能力为基本建设原则，校内外实践教学基地均应使用地铁现场实际设备，当涉及生产安全或实际设备台套数无法满足教学目标时，可采用虚拟仿真实训平台模式进行补充，同时应注重虚拟仿真与现实间的相符性，切勿发生虚拟场景与现实设备外观一致，机理相差较大，最终使学生理解产生偏差[14]。

(4) 紧跟行业，持续建设。轨道交通信号与控制专业具有较为鲜明的行业特色，行业发展也极为迅猛，这就要摒弃“毕其功于一役”的建设思想，不仅重视本专业发展过程中的验证类实验项目建设，还应紧跟时代最新技术，对校内外实践教学基地进行持续建设。

3.2轨道交通信号与控制专业校内实践教学基地建设

轨道交通信号与控制专业校内实验室是实践教学基地的灵魂，学生在校内实验室完成基础实验、创新实验。为培养符合行业需求的人才，耗资近600万元，已建成初具规模的校内实验室体系。

(1) 轨道交通信号基础设备实验室。基础设备实验室是将轨道交通信号专业所涉及的硬件设备进行整合，主要完成一些验证性、测试性的实验项目，其中设备主要包括继电器及测试台、转辙机及测试台、计轴设备、轨道电路等。

(2) 轨道交通信号传输实验室。信号传输实验室包含两部分，有线通信和无线通信。有线通信是通过双环自愈网模拟地铁信号的传输系统，无线通信是模拟地铁中的车地通信系统。同时，该实验室还配备30张实验台，可以完成基础光纤通信、单片机控制实验。

(3) 轨道交通列车运行控制实验室。6502继电联锁系统和基于通信的列车控制系统(Communication Based Train Control,CBTC)是构成列车运行控制实验室的核心设备，6502继电联锁系统是中国铁路信号史上经典的控制系统，也是最直接体现车站联锁关系的控制系统；CBTC是现今城市轨道交通信号系统的主流产品，它可以实时显示列车的精确位置，实现列车进路的自动、手动排列，同时通过车地无线传输系统将行车命令发送至列车。

(4) 轨道交通列车运行仿真实验室。列车运行仿真实验室主体设备是基于无线通信的列车运行仿真沙盘系统，系统中的列车与地面可实现双向、实施、大容量的通信，系统设控制中心和联锁集中站，可实现中心、车站两级控制，同时也可实现列车进路的自动、手动排列等功能。

3.3轨道交通信号与控制专业校外实践教学基地建设

我院依托校企合作平台，与上海申通地铁集团合建了涵盖浦汇塘继电器实践教学基地、剑川路转辙机实践教学基地在内的一系列校外实践基地，校外实践教学基地实现了校内理论学习与现场工程实践的零对接。

(1) 上海申通地铁集团浦汇塘继电器实践教学基地。浦汇塘继电器实践教学基地是轨道交通信号专用安全型继电器的专项检测基地，学生在实践教学基地可完成继电器工作原理认知、继电器机械性能检测、继电器电气性能检测和继电器故障检修等实习内容。

(2) 上海申通地铁集团剑川路转辙机实践教学基地。剑川路转辙机实践教学基地是转辙机专项检测检修基地，学生在实践教学基地可完成ZD6转辙机的拆装、道岔控制电路配线、ZD6转辙机的机械性能和电气性能检测、道岔的密贴调整，ZD6转辙机的故障处理与维修等实习项目。

(3) 上海申通地铁集团张江高科CBTC实践教学基地。张江高科CBTC实践教学基地是由一个真实站和两个虚拟站构成，三站两区间均采用现场实际设备，可实现列车人工驾驶、列车定位、进路排列等功能，学生在实践教学基地可完成CBTC系统的实践教学内容。

3.4理论课程、实践课程、实践基地的交互关系

脱离理论教学的实践教学则虚，脱离实践教学的理论教学则浮，只有当理论与实践环环相扣，相辅相成，才能培养出最优秀的应用型工程实践人才。图3所示为轨道交通信号与控制专业理论课程体系、实践课程体系和实践教学基地的交互关系。

图3 理论课程、实践课程、实践基地的交互关系

4 结 语

近几年来，我院在探讨轨道交通信号与控制专业实践教学基地建设方面做出许多有益的探索和实践，信号专业在实践教学基地建设上取得了明显的成效，实践教学效果明显，学生工程实践能力显著提高[15]。2011年轨道交通信号与控制专业入选教育部卓越工程师培养计划；2016年，《城市轨道交通信号基础》课程获批上海市精品课程。轨道交通信号与控制还属于一个新兴专业，正在快速发展，构建信号专业实践教学体系，对于促进轨道交通人才培养及行业发展都有着积极的作用。

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TheConstructionandPracticeforCurriculumSystemofSignalControlinRailwayTransportation

HUGuo，WEILili，LILiming

(School of Urban Track Traffic， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620，China)

In the higher education, the practice teaching is an important part. Aiming at the current personal needs of signal control in railway transportation, this paper introduces the professional practice curriculum of rail traffic’s signal control in Shanghai University of Engineering Science. Starting with the professional discipline system and key technology, it analyzes and discusses three aspects, i.e., theory teaching system, practice system and practice teaching bases. Then, a lot of achievements and experience gained in the practice teaching are summarized.

signal control in rail traffic; practice teaching; construction of practice base

U 231；G 642.44

A

1006-7167(2017)09-0199-04

2016-10-17

上海市精品课程建设项目(A1-8908-16-010301)；上海工程技术大学课程建设项目(p201410002)

户 国(1983-)，男，黑龙江大庆人，硕士，实验师，城市轨道交通学院实验中心副主任，主要研究轨道交通信号与控制方向。Tel.:15121025553，021-67791010；E-mail：huguo@sues.edu.cn