VR技术在铁路通信专业实践教学中的应用

刘苏扬

摘要：VR虚拟现实技术是一种重要的创建虚拟世界的仿真技术，将其应用到铁路通信专业实践教学中，可以提供良好的人机互动，让学生充分参与到教学中来，达到良好的教学效果。本文以组建南京站视频监控网络项目为例，详细阐述了VR技术在教学中的应用过程以及巨大优势。

关键词：VR技术;铁路通信;实践教学

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）15-0095-02

1 VR虚拟现实技术介绍

虚拟现实技术是一种重要的创建虚拟世界的仿真技术，将仿真技术与计算机技术、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术融合在一起，通过三维立体逼真的环境模拟，结合必要的辅助设备，让人具备听觉、触觉、力量、运动等多维度的感官体验。计算机记录并处理体验者的动作行为数据，并对体验者的多重输入做出实时反馈，让体验者拥有充分的“身临其境”的感受，实现真正的人机交互。

2 VR虚拟现实在铁路通信专业实践教学中的应用

根据多年的实际教学经验，我们发现铁路通信专业的实践教学受到诸多条件的限制，例如：实验设备价格昂贵，占地空间大，采购费用和后期维护费用高;实验设备台套数有限、实验内容多年不变;通信技术更新换代迅速，学校的实验设备难以跟上铁路现场水平;安排企业现场实习实践难度大、风险高。这些问题的存在，客观上影响了专业教学效果，导致学生理论与实际脱节，动手能力普遍较差，无法做到真正的学以致用，创造能力、拓展能力得不到提升。

而VR虚拟现实技术，可以让学生置身于和真实环境几乎无差别的虚拟环境中，借助良好的人机交互，让学生主动参与到教学中来，亲身体验，亲自感受，从而获得更好的学习效果。

在实践教学中应用 VR 虚拟现实设备是铁路通信专业特点的需要。铁路通信专业的教学内容具有理论知识体系庞大并且抽象，按大类分为有线通信、无线通信系统，而有线通信系统中分为交换子系统、光传输子系统、数据通信子系统、视频监控子系统、接入网子系统等等。而相关理论的学习最终是要体现在实践中，对通信设备的操作维护是我们检验教学效果的重要指标，也是用人单位考量学生水平的重要参考。但是现场通信系统设备繁多，往往一个系统包含了机房中的多个机柜，机柜中还有各种板卡，此外还需要有监控、存储设备，设备与设备之间的联系复杂，操作维护要求高、综合性强等，学生学习难度较大，特别是在动手操作方面显得困难重重。

利用 VR 技术，可以充分发挥其在铁路通信专业实践教学中的优势，比如可以完全做到和铁路现场的设备同步，真实感强、可以反复进行练习等特点。

2.1 可以跨越多个车站、区段

众所周知，铁路通信跨越多個路局、分局、站段、区间，这种跨多区域、多地点的特点导致学生很难在学校里对整个铁路通信系统进行全面、系统的认识，而通过网络拓扑图以及视频资料又无法有直观感受，因此有了VR设备，可以让学生将分布在多个地址的不同设备连接起来，组成完整的通信网络，加深对铁路通信各个系统的认识。

2.2 可以对设备进行多种操作

由于学校实验室的实验设备相对老旧，并且数量有限，学生想感受真实设备，通常需要去铁路现场，但是现场设备都是正在运行中，“只能看，不能摸”，不能插拔，更不能改变参数。因此，想要对真实设备深入了解非常困难。利用 VR 技术可以获得和操作真实设备相同的感受，有3D动态效果，空间体验感好，可以安装机柜，可以连线，可以插拔办卡，还有调试各种参数，当出现网络故障的时候，也很方便检查原因，纠正错误。虽然是虚拟环境，但是比真实环境更加有利学生的学习和实践、

2.3 可以随时操作，反复练习

铁路通信专业理论知识抽象，而所有的理论学习最终都是为了能够对相关通信设备操作，实践出真知，只有反复地进行实践操作，才能掌握相关技能，从而更好地理解理论知识。运用 VR 技术，可以做到让学生随时操作，“想练就练”，尽可能多的体验铁路通信中多个系统的组成，以及对多种设备的硬件软件配置，这都是传统的实验实训设备，甚至是铁路现场的真实设备无法提供的巨大优势。

目前，VR虚拟现实技术已经在很多领域得到应用，作为教学工具，它确实有着独一无二的优势，如果应用得当，可以大大节省学校对于实验实训资源的投入，也可以大大提升学生实验实训学习的效果。

3 铁路通信专业虚拟仿真教学项目的实施

3.1教学设计

3.1.1设计总体思路

基于VR技术的教学课堂不同于传统的形式，充分体现了学生的主体性，因此教师只是教学的辅助者，教师根据教学内容，帮助学生构建一个与教学内容匹配的场景和环境，然后学生自己独立操作VR设备，完成练习，做到真正的以生为本。

3.1.2设计VR场景

学生通过VR设备，进入虚拟仿真的场景，学生可以进入虚拟中的场景：车站、站台、机房、监控室等，接下来在虚拟场景中的机房中安装设备。机房虚拟场景如图1所示。

3.1.3设计设备的安装

学生在虚拟的场景中可以安装项目要求的通信设备，对设备进行近距离的观察、开关，一级插拔设备上的板卡。

3.1.4设计综合排线布线

学生在虚拟场景中可以进行线缆的连接，学生使用馈线、网线、光纤线、电源线等，将各个通信设备连接起来，保证设备的正常运行。

3.2教学过程（以组建南京站视频监控网络为例）

3.2.1介绍整体组网

教师提供网络拓扑图，介绍整个项目的要求：通过三台传输系统环形连接，实现视频终端、PC之间的互相通信

3.2.2系统安装（安装设备、安装单板、连线）

按照网络拓扑图的提示，在各个机房中安装相应的机柜，添加单板;安装摄像头等前端设备;并进行设备之间的连线：

（1）在南京站中心机房中添加通信机柜并在机柜中添加设备OSN、交换机，终端监控服务器、视频服务器、PC，接口单元ODF、AMP;给OSN添加单板AUX、CXL4、EFT4。

（2）在南京站中心机房中安装智能摄像头。

（3）在南京站轨道一侧安装监控摄像头。

（4）在南京站中心调度室中添加通信机柜并添加接口单元AMP、视频终端。

（5）分别在江宁站站点机房中、溧水站站点机房中添加通信机柜并在机柜中添加设备OSN，接口单元ODF;给OSN添加单板AUX、CXL4、EFT4。

（6）在溧水站站点值班室中添加设备视频终端。

（7）设备连线。

3.2.3 系统调试（参数配置）

在完成硬件安装和连线之后，进行具体的软件配置。学生需要按顺序逐一配置：OSN1硬件配置—板卡0、OSN1硬件配置—板卡1、OSN1硬件配置—板卡2—FE0、OSN1 VLAN、OSN1系统时钟、OSN1保护环-0、OSN1 SDH业务、OSN2系统时钟、OSN2 SDH业务、OSN3系统时钟、交换机1硬件配置-HUB0-FE0、交换机1 VLAN配置、监控服务器-硬件配置-网卡0-FE0、监控服务器-添加监控-0、监控服务器-添加监控-1、视频服务器-硬件配置-网卡0-FE0、视频服务器-GK配置-注册GK、视频服务器-添加会场-0、视频服务器-添加会场-1、PC1-硬件配置-网卡0-FE0、PC2-硬件配置-网卡0-FE0、視频终端1-硬件配置-FE0、视频终端1-GK、视频终端2-硬件配置-FE0、视频终端2-GK参数配置、智能摄像头-硬件配置-网卡0-FE0、监控摄像头-设备信息、监控摄像头-硬件配置-网卡0-FE0等内容。

3.2.4结果验证

所有的配置完成后，进行结果的验证，要求视频终端之间相互能够通信、PC之间相互能够通信、智能摄像头正常工作、监控摄像头正常工作。全部完成后，要求学生提供文字和图片说明，最终效果如图2所示。

3.3 项目总结

本次项目通过三台设备形成环路，采用SDH光传输技术完成数据以及图像、视频的传输，并用交换机通过内部交换矩阵，把数据包直接而迅速地传送到目的节点。最后使监控摄像头可以正常工作并成功实现两个站点之间的视频通信与数据通信，在业务上实现视频终端、PC之间的互相通信。

4 虚拟现实VR技术在铁路通信专业课程的教学效果分析

借助VR设备，进行铁路通信专业实践项目的实施，可以让学生近距离地接触各种通信设备，并且可以进行设备的安装、布线等多种操作。这样，有助于加强学生对所学理论知识的理解，提升学生的实操能力，从而达到理想的教学效果。相信VR技术将会应用在铁路通信专业更多的实践教学项目中来。

参考文献：

[1] 杨雪.运用VR技术进行探究式教学[J].科技风，2020（5）：58.

[2] 温莹，曹莹，苗志刚，等.VR技术助力虚拟实验教学平台发展的策略研究[J].无线互联科技，2020，17（3）：119-120.

[3] 丁云吉.VR技术在初中物理教学中的运用[J].新课程导学，2020（2）：66.

【通联编辑：光文玲】