基于产教融合的"城市轨道交通光传输网络"虚拟一体化仿真平台的探究

基于产教融合的"城市轨道交通光传输网络"虚拟一体化仿真平台的探究

张荐,杨绚,刘金梅,薛瑞,李莉,彭永龙

北京交通运输职业学院 北京 100000

摘要：城市轨道交通通信信号技术专业的教学设备占地面积大、投资成本高、安全性低，多种情况导致实验无法正常进行教学，为解决仿真实践难的问题，将虚拟仿真技术与城市轨道交通光传输网络进行“系统性”顶层仿真设计，实现实训教学手段多元化、教学模式多元化。本文遵从城市轨道交通光传输网络仿真需求，精选几个模块的典型案例，分析传统实训教学过程中存在的问题，提出城轨通信信号技术专业领域“基于产教融合的《城市轨道交通光传输网络》虚拟一体化仿真平台”的校企合作开发与使用，并在此基础上构建本课程的评价考核体系，提升学生分析问题、解决复杂问题的综合能力，目标将学生培养成高水平技术技能型人才。

关键字：通信信号；虚拟仿真；光传输网络；人才培养方案；产教融合；

1.城市轨道交通通信传输虚拟仿真实训室建设必要性

高职院校在产教融合的实践背景下，与企业深入研讨企业岗位应掌握的职业能力，将学生在校的实践能力培养进行改革。由于城轨类实训装备占地面积大、投资成本高、安全系数低、多岗位系统间联动难等特点，高职院校实训设备条件滞后，非常有必要利用先进的虚拟仿真实验系统实现对实物的模拟操作和仿真演示，解决高职院校人才培养中学生实践课程操作能力欠缺的缺点。

2.城轨通信信号传输网络虚拟仿真实训平台建设目标

高校搭建虚拟仿真实训教学平台，依据城市轨道交通行业企业岗位职业能力要求，开发出专业核心课程的虚拟仿真软件，应用到本专业核心课程的教学实训环节，充分发挥学生主观能动性，为建立并实现高职院校功能完善的高质量的实训平台的建设目标，做到如下：

（1）利用虚拟仿真软件解决城轨交通通信传输与各子系统的联动、通信设备数量较多、危险性较大、重复难度高、占地面积大等问题。

（2）开发的城轨通信传输虚拟仿真实验案例的教学资源要具备典型性、创新性、吸引性，贴近企业岗位能力相匹配的实用案例，提升专业学习效果。

（3）借助虚拟仿真软件的强大功能，再促进实训教学、科学研究、技术技能提升的同时，真正促进高职院校教师实践能力水平的提高。

（4）研究本课程的考核方式、完善评价体系，制定符合高职院校城轨通信信号专业应用型人才培养的科学评价体系，形成培养过程的闭环质量监督。

3.城市轨道交通通信传输系统虚拟仿真实训系统设计

城市轨道交通通信传输系统仿真城市轨道光传输网络的整体规划组网及施工调试的全部过程，学生可以通过登录账户和密码，在系统内进行相关操作。城市轨道光传输网络仿真实验系统流程设计包括网络规划，系统安装，系统调试，教学管理4个模块。

3.1网络规划方案设计

网络规划分为前期规划、设备选型和数据组网规划。前期规划主要包含场景规划、实验项目规划等多个部分，后期数据配置需要完整地根据前期规划的内容来完成。设备选型提供了多种场景和设备选择，根据场景的需要可选择配置的设备数目、线缆、操作工时等相关数据，仿真实验系统流程网络规划设备选型4个平台，分别是业务平台（云服务器、本地服务器）、设备平台（OTN系列、ATN系列、IPPBX系列）、线缆平台（光纤、中继、网线、电话线、馈线）、终端平台（ONU终端、手机终端、电脑终端、电话终端）。

系统中城市轨道OTN设备仿真光端机，是智能光传送平台。ATN提供丰富的二、三层特性以及即插即用、免现场调测、远程维护管理特性，支持SDN虚拟接入，充分适应接入层设备大规模部署和综合业务接入的需求。SDH组网架构多样，可组成链网、环网等多种形式，这些组网形式都普遍应用在现实生活中。通过仿真软件提供“系统安装”模块，可进入3D物理安装界面进行组网规划，设计SDH各种组网架构模型，并在真实的场景中进行SDH设备的安装、连线完成组网构建。

3.2基于应用场景的系统安装设计

系统安装主要包含场景选择、硬件安装、线缆连接，真实仿真设备安装的全部过程，城市轨道光传输系统安装模块数据与城市轨道光传输系统调试模块数据相互关联，城市轨道光传输系统调试模块根据硬件连接来配置相关数据。

3.3.1 仿真实验系统场景选择与系统安装

城市轨道光传输系统提供了真实直观的各种3D场景，学生可在地图任意位置添加场景，可以在场景内组网，也可以跨场景组网。可供选择的场景有城市铁轨、中心机房、地上场景、地下场景等。从设备部分选择需要安装的相关设备，设备安装在机柜内后，根据规划进行设备单板添加。

图1 OTN设备安装效果图  

3.3.2 仿真实验系统线缆连接

城市轨道光传输系统提供各种所需线缆，选择对应的线缆进行设备连接，包含网线、光纤线、馈线等多种通信线缆。连接之后可以查看到设备之间的连接效果图，能够根据线缆连接位置展示设备与设备之间的连接路径。

3.3.3 设备检修保养

设备检修保养工作分日常保养、二级保养和小修保养三种。通过学习，了解城轨通信设备保养工作、方法、流程。首先，熟知常用通信设备保养内容，其次，能够独立完成传通信输设备的日常保养方法，最后掌握通信传输设备的管理、维检修方法。

4 虚拟仿真实训系统的应用

城市轨道光传输网络仿真实验系统默认设置为无故障模式，可选择典型故障模式模拟各种故障情况，包括设备故障、单板故障、数据故障、连线故障、随机故障等，根据故障提示，消除故障，使设备正常运行。

4.1光传输网络系统仿真调试功能

仿真实验系统也可模拟系统故障，对所安装设备进行参数设置、仿真调试，可以直观地查看到网络运行状态、消息协议流程、在线实时告警等内容，从而实现学生灵活组网、项目化学习。系统调试流程如下：

实验管理—>实验选择—>集中网管—>数据配置—>自检修正—>业务验证。

4.2光传输网络仿真系统教学管理

仿真平台管理端提供管理中心，可以对学生账号进行管理，比如：添加、删除、修改账号信息，可以登录学生账号查看实验情况。实验端提供个人中心，主要实现用户注册、登录的操作过程，能够在服务端提供个人账户进行登录学习、考试等操作。学生登录系统后，可以查看到相关学习资源，如操作指导书、正确操作视频、课件资料等，帮助学生快速掌握该软件的使用。教师可以在系统内上传理论题目作为题库保存在服务器上，考试时将题目下发给学生，学生按照教师设置的考试要求完成答题并提交，系统自动评分。

图2教师端成绩查询

4.结语

  虚拟仿真技术的应用在高职院校专业上的应用已成为必然趋势，同时，产教融合背景下亦成为推动学生创新精神与实践能力的培养的引擎。虚拟仿真技术中立体、逼真的画面、详细的操作文档、将抽象的实验过程形象地进行展示，使学生对不可触摸的设备、危险性较高和重复难度大的实验有更好的认知。同时，教师根据实际的教学需求，最大限度地利用虚拟元器件的资源，提升教学效果，推动学生与企业岗位能力的接轨。

参考文献

[1]罗昊,张晓东.虚拟仿真实验教学中心开放共享模式的探索 [J].实验技术与管理,2016(10):232-236.

[2]朱菊香.轨道交通信号虚拟仿真实训平台建设与实践[J].软件，2022，43(1):5-7