基于VR技术高铁乘务实训系统的设计与应用

胡晓丽 刘 艳 王明忠

（福建开放大学，福建福州，350003）

一、引言

自2008年8月1日京津城际铁路开通以来，经过12年的发展，我国现有高铁营业总里程达3万公里，占世界总里程的三分之二。同时，我国计划到2025年建成高速铁路3.8万公里。到2030年建成高速铁路4.5万公里，基本实现内外互联互通、区际多路畅通、省会高铁连通、地市快速通达、县域基本覆盖。

随着高速铁路的飞速发展，铁路公司对高铁乘务人员的需求量越来越大，对员工的素质和业务技能也越来越高。根据铁路部门的走访调研，铁路部门认为，目前的毕业生，理论知识较为扎实，但设施设备的操作能力和灵活应对现场复杂环境的能力较为薄弱。总之，目前高铁乘务专业传统教学模式主要存在下列问题：第一，重理论，轻实作，学生实操能力弱；第二，注重形象气质的塑造，缺少高铁专业知识的学习；第三，实训室设备单一，互动性差，缺少身临其境的感觉，学习效果不佳；第四，学员难以深入铁路部门实习，实习中只能观看，不能进行实际操作；第五，教学考核方式单一，很难进行过程性考核。

由此可见，传统教学模式已经无法满足高铁乘务专业的人才培养需求，亟需一种新的教学模式。本文将VR技术引入高铁乘务专业教学中，以适应专业培养需求，使学生在课堂上就能体会到高铁乘务员在动车组列车内的工作环境，熟悉各种设施设备和工作流程，处理乘务工作中遇到的问题，保证旅客运输工作安全、有序。[1]

二、VR技术简介

VR技术（Virtual Reality Technology）一种计算机仿真系统，它借助计算机系统及传感器技术生成三维环境，创造出一种崭新的人机交互方式，通过调动用户各种感官（视觉、听觉、触觉、嗅觉等）来享受更加真实的、身临其境的体验。[2]近年来，基于VR技术良好的应用效益和独特的优势，越来越受到职业教育的广泛关注和应用。[3]

三、VR技术高铁乘务实训系统设计

VR技术高铁乘务实训系统克服了传统教学实训的种种弊端，是目前高铁乘务专业急需建设的实训系统。该系统应用在教学活动中，需要模拟动车组列车的基础设施、安全设备、乘务工作流程和应急处理演练，学生可以身临其境地体会未来的工作环境，对主要设施设备进行操作，模拟乘务组中不同岗位的工作流程，处理突发事件。除此之外，系统还根据教与学的需求，设计了以演示为主的教学子系统，以单机操作为主的演练子系统和多机互动为主的考评子系统。教学子系统中，主要呈现系统的主要模块及功能，便于教师的演示操作；演练子系统是单机环境下的学习和演练，学员单独完成各项技能操作；考评子系统是在演练子系统的基础上，加入了多人互动，主要考查学生对于技能的掌握情况和团队合作的能力，增强团队协作意识。[4]

（一）VR技术高铁乘务实训系统需求分析

为了满足高铁乘务专业的实训需求，VR高铁乘务实训系统应有以下教学环境：

基础设施。VR高铁乘务实训系统需要满足学生对于动车组列车车体、车厢及内部服务设施等设备的认知，更好地了解动车组列车的组成结构。

安全设备。VR高铁乘务实训系统需实现学生对动车组列车安全设备的认知，使学生更熟悉地操作列车内不同的安全设备。

乘务工作流程。为了满足学员对高铁乘务工作的全面认识，VR高铁乘务实训系统需要模拟乘务工作中的不同流程，从而使学员更好地熟悉乘务组各岗位的工作职责。

列车应急处理演练。在VR高铁乘务实训系统中，应提供不同的列车突发事件场景，并给予应急处理过程进行指导，使学生掌握列车不同突发事故中的应急处理流程，锻炼学生的应急处理能力，从而能够处理列车上不同的突发事件。

（二）VR技术高铁乘务实训系统功能构建

VR技术高铁乘务实训系统是高铁乘务专业内进行动车组模拟仿真学习的重要途径，为了认识列车的基础设施和安全设备，熟悉乘务工作流程和列车应急处理过程，VR实训系统在功能上主要包括列车基础设施、列车安全设备、列车乘务工作流程和列车应急处理演练四个模块。VR实训系统功能模块框图如图1所示。

图1 VR实训系统功能框图

（三）VR技术高铁乘务实训系统组成

根据VR技术高铁乘务实训系统功能构建，结合高铁乘务专业的教学实训需求，设计了四个教学模块，分别是：动车组列车基础设施、动车组列车安全设备、乘务工作组织流程和动车组列车应急处理演练。

1.动车组列车基础设施场景建模

动车组列车进行VR场景建模，除模拟列车外部及内部场景外，还模拟了动车组列车的主要设施，包括列车的编组情况、各车辆的主要配备设置、外部车门、内部门和锁、车外标记、车厢设备、观光区布置、VIP包间布置、客室座椅、旅客行李存放处、餐饮休闲设备、服务室设备、旅客信息系统、影视系统等，旨在1：1还原列车内的环境，让学生沉浸式的学习，更好的熟悉未来的工作环境，如图2所示：

图2 动车组列车内部结构图（部分）

2.动车组列车安全设备模拟操作

在VR场景建模的基础上，系统介绍了各安全设备的操作范围及操作要领，同时可通过交互手柄对系统内的安全设备进行模拟操作。在VR实训系统中模拟了灭火器、紧急停车装置、紧急用梯子、紧急逃生窗、紧急破窗锤、过渡板、防火隔断门、烟火报警系统、应急照明灯和防护网等安全设备，当使用手柄光纤射向某个设备时，会弹出该设备的操作范围和操作要领，根据操作要求可以用手柄对其进行模拟操作。

3.乘务工作流程模拟

VR实训系统模拟乘务工作组织的整个工作流程，包括始发站的准备和检查工作，开车后的巡视车厢、查验车票，中途站的旅客乘降、站车交接，终到站的列车终到作业等，如图3所示。在系统每个工作流程中，学员根据系统的提示，逐一完成每个操作步骤，熟悉各个步骤的操作内容，当所有流程完成后，系统根据学员的操作情况，进行评分反馈，便于及时了解学习效果。

4.应急处理演练

VR实训系统中应急处理演练包括动车组列车突发火灾事故的处理、精神异常旅客的处理、旅客突发疾病的处理、列车发生晚点的处理和遗失物品的处理等情况。为真实还原应急处理场景，在系统中设计了相应的剧情。在剧情中，可以实现1～5人的联网模拟演练，学员可以扮演列车长、列车员、餐车服务员、随车机械师等角色。同时，系统还可以随机生成不同的团队组合，共同处理发生的紧急情况，能够让参与者感受团队协作的重要性，提高临场配合度，增强团队的应急处理能力。[5]

四、VR技术高铁乘务实训系统应用实例

本文依托福建开放大学高铁乘务VR实训室，对高铁乘务VR实训系统设计方案进行了实际应用，验证该系统在高铁乘务专业实训教学中的可行性。福建开放大学以目前最新的复兴号CR400a列车为模型，模拟动车组列车真实的环境，并用VR手柄操作安全设备、乘务作业流程以及应急事件的处理。下面以动车组列车突发火灾事故为例，对VR仿真系统进行具体应用。

图3 乘务工作组织流程图

（一）剧情介绍

一列在行驶过程中的动车组列车，06号车厢中部突发火情，旅客发现后立即反馈给乘务员，乘务员立即上报给列车长，列车长收到险情后组织各岗位人员：机械师、乘务员、餐车服务员等进行协同处理，在本列车火情无法控制的情况下，将旅客转移至热备车。

（二）处理流程

在VR实训系统中，设计流程如图4所示。系统分为单人演练和多人考评两种模式。单人演练模式，学员自行选择角色，单机操作，根据流程提示完成所选角色的岗位职责，在分别熟练掌握列车长、乘务员、机械师、餐车服务员等角色的操作技能后，学员之间可以组队进行多人考评模式的操作，系统根据团队的完成情况进行评分，反馈学习效果。部分操作界面如图5所示。

图4 列车火灾事故应急演练流程图

图5 VR技术高铁乘务实训系统部分操作界面图

（三）教学效果分析

福建开放大学18级运输2班，学生通过VR实训系统的学习使用，熟悉了动车组列车的工作环境和车内的设施设备；同时掌握动车组乘务工作流程和列车突发火灾事故的应急处理流程，提高了应急处理能力。根据系统的评分结果，教师可准确掌握学员的学习情况，对后续教学内容的安排起到很好的指导作用。经过对比，使用该系统能够使学生达到更好的学习效果，提高了学员的实际操作能力，丰富了教学的形式，强化了理论知识的实际应用 能力。

五、结语

VR技术高铁乘务实训系统，从高铁乘务专业特点出发，按照高铁乘务专业的教学内容和实训要求，逐步开发适用于高铁乘务专业实训的功能和模块，师生足不出户，即可在虚拟现实的环境中，“进入”复兴号动车组列车，进行各种设施设备的认知和操作，方便师生进行交互式的乘务作业流程体验，改善传统教学模式中的弊端，培养学生学习兴趣，增加学生的实际操作机会，提高教学质量和效果。[6]