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摘要：坚持以社会需求和行业发展为导向，以全面提高大学生工程实践和行业创新能力为宗旨，按照“能实不虚、以虚补实”的思路，通过自主开发、校企合作、科研成果转化和现有资源利用相结合的模式构建了“四层四模块”的开放型、综合型的虚拟仿真实验教学平台，对提高人才培养质量，促进科研发展起了积极的作用。
关键词：交通运输；虚拟仿真；实验教学；构建
引言
目前，全国设有交通运输专业的高等院校有100余家，实验教学普遍存在实验教学体系单一，演示实验多，学生动手少以及实验设备更新慢等问题，尤其对于那些涉及高危或不可逆的操作（如道路交通事故实验、交通行为安全实验），以及需要高成本、高消耗的大型或综合性实验项目（如车辆调度实验、汽车风洞实验等）更是难以实现。随着现代教育技术的飞速发展，虚拟仿真实验被普遍应用于实践教学中，其可以提供与真实实验近似的环境或条件，极大地弥补了传统实验教学模式的缺陷[1，2]，对人才工程实践和创新能力的培养起着重要的作用[3，4]。
江苏大学交通运输专业虚拟仿真实验教学平台将通过自主开发、校企合作、科研成果转化和现有资源利用相结合的模式构建了“四层四模块”的开放型、综合型的虚拟仿真实验教学平台，对于拓展实践领域、培养创新意识将起到了良好的作用。
1、平台结构
平台在框架方面主要分为四个层次：用户层、管理层、资源层和网络层。
（1）用户层
主要包括校内教师/学生个人用户、合作企业用户、其他高校团体用户、社会团体用户以及其他院校/企业个人用户等。
（2）管理层
主要包括教务管理、教师管理、学生管理、其他用户管理及系统管理。
（3）资源层
主要包含交通运输虚拟仿真教学课程资源及实验资源、学院相关专业实验教学资源、校内交通运输相关专业实验教学资源、合作企业交通运输相关实验教学资源、其他高校交通运输相关实验教学资源等。资源类型主要为虚拟仿真应用软件、多媒体课件、实验数据、实验影响等。
（4）网络层
包括校园网和互联网网络连接资源。
2、模块设置
针对交通运输专业多数实验具有“高成本、高消耗、高危险性”等“三高”特征，依据实验课程体系设立虚拟仿真实验项目。平台在内容设置方面主要分为交通运输、物流工程、交通安全和载运工具构造及性能四个模块，如图1所示。四个模块不仅涵盖了运输生产过程的组织、管理及优化，同时又体现了我校交通运输专业以工程应用为主的特色。其中，交通运输模块有车辆运输路径优化、车辆调度仿真和道路交通流仿真三个实验，主要为运输过程组织及优化提供实验环境。物流工程模块包含自动仓库模拟、物流厂址选址规划和物流装置配置三个实验，为场地和设备受限实验项目提供解决途径。交通安全模块设有道路交通事故虚拟仿真、汽车运行安全仿真和交通行为安全仿真三个实验，主要对运输生产过程中的高危、高成本以及不可逆过程进行模拟仿真，研究运输过程中的安全问题。载运工具构造及性能模块旨在让学生熟悉载运工具的构造、主要零部件的作用和性能以及载运工具本身的主要性能。其包括汽车零部件力学性能仿真、汽车发动机虚拟拆装和汽车风洞虚拟仿真三个实验。
3、典型实验
江苏大学交通运输虚拟仿真实验教学平台各模块典型实验项目如下：
（1）道路交通流仿真实验
实验中的TRANSMODELER交通仿真系统是美国Caliper公司为城市交通规划和仿真开发的一款交通仿真软件。该仿真系统可以把交通规划网络、GIS数据、航拍照片等导入作为背景数据，经过简单的加工后即可生成基础路网模型，可以对城市道路和高速公路路网模型进行模拟，也可以对市中心、交通走廊和交通带等特殊地理区域路网模型进行模拟。另外，该系统可以用来模拟以不同比例组成的公交车、小汽车和卡车交通流，还可以模拟包括收费站电子收费系统、车辆导流系统和动态监测系统在内的职能交通管理系统。TRANSMODELER系统开发的仿真实验场景如图2所示。
（2）道路交通事故虚拟仿真实验
该实验主要实现机动车与行人、非机动车道路交通事故虚拟仿真试验及车辆翻滚与车内乘员保护虚拟仿真试验，如图3。学生可以选择不同类型车辆与不同类型的行人或非机动车进行碰撞虚拟仿真实验，观察不同车速下车辆与行人或非机动车碰撞在运动上的差异、抛距的变化规律以及车辆与行人或非机动车撞击位置不同而导致的差异；也可以选择不同类型车辆（客车或轿车），按照不同的翻滚模式进行车辆翻滚虚拟仿真实验。观察车内乘员的运动姿态，并评价车内乘员的损伤情况及抛射风险。
（3）汽车运行安全仿真实验
该仿真实验可以演示根据车车通信、车路通信进行实时路况播报、智能选择行车路线，从而避开拥挤路段或者由道路交通突发事件造成的瘫痪路段。
实验选用Prescan中自带的不同的通信手段，对比分析各种通信手段的效果，选择合适的车车通信、车路通信手段；实现车-车通信、车-路通信、车-后台通信等搭建及信息交互过程模拟测试，如图4所示。
（4）自动仓库模拟实验
自动仓库模拟实验通过Flexsim虚拟物流系统中强大的实体库，将仓库货架模块、堆垛起重机模块、出/入库工作台模块、自动运进/运出模块及操作控制模块进行拖放，直接在3D环境下建立自动化立体仓库模型。该自动化立体仓库模型不仅具有仿真传统仓库的基本功能，同时具有自动标签、自动分拣、理货功能，以及在不直接进行人工处理的情况下，自动存储和取出物料的功能。学生通过Flexsim建模操作，可以及时获得系统运行效果，直观了解不同物流系统的运作原理和流程。自动化立体仓库模拟实验场景如图5所示。
（5）汽车零部件虚拟拆装实验
该虚拟拆装实验具有原理、结构、拆卸和安装流程、手动拆卸和手动安装、考核等功能。平台在3D虚拟现实环境下1：1建模而成，把相关部件真实再现到电脑上，实现零部件的多维360度旋转、平移、缩放等功能，并且通过爆炸图和透视结构相结合的模式辅助教学模式，让学生在虚拟环境中进行零部件的构造、原理的认识和实习。拆装部分包括自动拆装和手动拆装，自动拆装部分严格按照厂家维修手册流程，采用三维模型制作成动画，向学生生动、详尽的介绍汽车组成的零件结构及拆装过程，使学员迅速准确地掌握原本枯燥、难于理解的内容。手动拆装部分要求学生通过课程的学习，在电脑上模拟实际情况进行拆装。考核部分是在屏蔽步骤、零部件等提示的情况下进行拆装考核，并根据错误情况以及用时对学生的操作进行打分，辅助学生对拆装过程的理解和记忆，提升学生的学习效果。实验场景展示如图6所示。
4.结束语
江苏大学交通运输虚拟仿真实验教学平台建设以社会需求和行业发展为导向，以全面提高大学生实践和创新能力为宗旨，立足自主研发、科研成果转化和校企合作，整合优质虚拟实验教学资源，探索并建立了多层次、立体化、虚实结合、教研互补的实验教学体系，为培养新时期创新型、复合型人才提供重要保障，同时对促进科研的发展起到了积极作用。
参考文献：
[1]李琰.构建网络虚拟实验室及虚拟现实技术应用[J].长春理工大学学报，2007，30（2）：59-62.
[2]唐明翔，杨艳彬，蒋彩虹.浅谈“虚拟实验室”在高校教学中的应用[J].成都教育学院学报，2006，20（3）：75-77.
[3]杨志强.强化实验教学示范中心建设，促进创新人才培养实验室研究与探索[J].实验室研究与探索，2013，32（12）： 130-132.
[4]胡曉松，潘克俭，张晓，等.依托虚拟仿真实验教学平台促进医学生实践创新能力[J].中国现代教育装备，2015，1： 6-8.
关键词：交通运输；虚拟仿真；实验教学；构建
引言
目前，全国设有交通运输专业的高等院校有100余家，实验教学普遍存在实验教学体系单一，演示实验多，学生动手少以及实验设备更新慢等问题，尤其对于那些涉及高危或不可逆的操作（如道路交通事故实验、交通行为安全实验），以及需要高成本、高消耗的大型或综合性实验项目（如车辆调度实验、汽车风洞实验等）更是难以实现。随着现代教育技术的飞速发展，虚拟仿真实验被普遍应用于实践教学中，其可以提供与真实实验近似的环境或条件，极大地弥补了传统实验教学模式的缺陷[1，2]，对人才工程实践和创新能力的培养起着重要的作用[3，4]。
江苏大学交通运输专业虚拟仿真实验教学平台将通过自主开发、校企合作、科研成果转化和现有资源利用相结合的模式构建了“四层四模块”的开放型、综合型的虚拟仿真实验教学平台，对于拓展实践领域、培养创新意识将起到了良好的作用。
1、平台结构
平台在框架方面主要分为四个层次：用户层、管理层、资源层和网络层。
（1）用户层
主要包括校内教师/学生个人用户、合作企业用户、其他高校团体用户、社会团体用户以及其他院校/企业个人用户等。
（2）管理层
主要包括教务管理、教师管理、学生管理、其他用户管理及系统管理。
（3）资源层
主要包含交通运输虚拟仿真教学课程资源及实验资源、学院相关专业实验教学资源、校内交通运输相关专业实验教学资源、合作企业交通运输相关实验教学资源、其他高校交通运输相关实验教学资源等。资源类型主要为虚拟仿真应用软件、多媒体课件、实验数据、实验影响等。
（4）网络层
包括校园网和互联网网络连接资源。
2、模块设置
针对交通运输专业多数实验具有“高成本、高消耗、高危险性”等“三高”特征，依据实验课程体系设立虚拟仿真实验项目。平台在内容设置方面主要分为交通运输、物流工程、交通安全和载运工具构造及性能四个模块，如图1所示。四个模块不仅涵盖了运输生产过程的组织、管理及优化，同时又体现了我校交通运输专业以工程应用为主的特色。其中，交通运输模块有车辆运输路径优化、车辆调度仿真和道路交通流仿真三个实验，主要为运输过程组织及优化提供实验环境。物流工程模块包含自动仓库模拟、物流厂址选址规划和物流装置配置三个实验，为场地和设备受限实验项目提供解决途径。交通安全模块设有道路交通事故虚拟仿真、汽车运行安全仿真和交通行为安全仿真三个实验，主要对运输生产过程中的高危、高成本以及不可逆过程进行模拟仿真，研究运输过程中的安全问题。载运工具构造及性能模块旨在让学生熟悉载运工具的构造、主要零部件的作用和性能以及载运工具本身的主要性能。其包括汽车零部件力学性能仿真、汽车发动机虚拟拆装和汽车风洞虚拟仿真三个实验。
3、典型实验
江苏大学交通运输虚拟仿真实验教学平台各模块典型实验项目如下：
（1）道路交通流仿真实验
实验中的TRANSMODELER交通仿真系统是美国Caliper公司为城市交通规划和仿真开发的一款交通仿真软件。该仿真系统可以把交通规划网络、GIS数据、航拍照片等导入作为背景数据，经过简单的加工后即可生成基础路网模型，可以对城市道路和高速公路路网模型进行模拟，也可以对市中心、交通走廊和交通带等特殊地理区域路网模型进行模拟。另外，该系统可以用来模拟以不同比例组成的公交车、小汽车和卡车交通流，还可以模拟包括收费站电子收费系统、车辆导流系统和动态监测系统在内的职能交通管理系统。TRANSMODELER系统开发的仿真实验场景如图2所示。
（2）道路交通事故虚拟仿真实验
该实验主要实现机动车与行人、非机动车道路交通事故虚拟仿真试验及车辆翻滚与车内乘员保护虚拟仿真试验，如图3。学生可以选择不同类型车辆与不同类型的行人或非机动车进行碰撞虚拟仿真实验，观察不同车速下车辆与行人或非机动车碰撞在运动上的差异、抛距的变化规律以及车辆与行人或非机动车撞击位置不同而导致的差异；也可以选择不同类型车辆（客车或轿车），按照不同的翻滚模式进行车辆翻滚虚拟仿真实验。观察车内乘员的运动姿态，并评价车内乘员的损伤情况及抛射风险。
（3）汽车运行安全仿真实验
该仿真实验可以演示根据车车通信、车路通信进行实时路况播报、智能选择行车路线，从而避开拥挤路段或者由道路交通突发事件造成的瘫痪路段。
实验选用Prescan中自带的不同的通信手段，对比分析各种通信手段的效果，选择合适的车车通信、车路通信手段；实现车-车通信、车-路通信、车-后台通信等搭建及信息交互过程模拟测试，如图4所示。
（4）自动仓库模拟实验
自动仓库模拟实验通过Flexsim虚拟物流系统中强大的实体库，将仓库货架模块、堆垛起重机模块、出/入库工作台模块、自动运进/运出模块及操作控制模块进行拖放，直接在3D环境下建立自动化立体仓库模型。该自动化立体仓库模型不仅具有仿真传统仓库的基本功能，同时具有自动标签、自动分拣、理货功能，以及在不直接进行人工处理的情况下，自动存储和取出物料的功能。学生通过Flexsim建模操作，可以及时获得系统运行效果，直观了解不同物流系统的运作原理和流程。自动化立体仓库模拟实验场景如图5所示。
（5）汽车零部件虚拟拆装实验
该虚拟拆装实验具有原理、结构、拆卸和安装流程、手动拆卸和手动安装、考核等功能。平台在3D虚拟现实环境下1：1建模而成，把相关部件真实再现到电脑上，实现零部件的多维360度旋转、平移、缩放等功能，并且通过爆炸图和透视结构相结合的模式辅助教学模式，让学生在虚拟环境中进行零部件的构造、原理的认识和实习。拆装部分包括自动拆装和手动拆装，自动拆装部分严格按照厂家维修手册流程，采用三维模型制作成动画，向学生生动、详尽的介绍汽车组成的零件结构及拆装过程，使学员迅速准确地掌握原本枯燥、难于理解的内容。手动拆装部分要求学生通过课程的学习，在电脑上模拟实际情况进行拆装。考核部分是在屏蔽步骤、零部件等提示的情况下进行拆装考核，并根据错误情况以及用时对学生的操作进行打分，辅助学生对拆装过程的理解和记忆，提升学生的学习效果。实验场景展示如图6所示。
4.结束语
江苏大学交通运输虚拟仿真实验教学平台建设以社会需求和行业发展为导向，以全面提高大学生实践和创新能力为宗旨，立足自主研发、科研成果转化和校企合作，整合优质虚拟实验教学资源，探索并建立了多层次、立体化、虚实结合、教研互补的实验教学体系，为培养新时期创新型、复合型人才提供重要保障，同时对促进科研的发展起到了积极作用。
参考文献：
[1]李琰.构建网络虚拟实验室及虚拟现实技术应用[J].长春理工大学学报，2007，30（2）：59-62.
[2]唐明翔，杨艳彬，蒋彩虹.浅谈“虚拟实验室”在高校教学中的应用[J].成都教育学院学报，2006，20（3）：75-77.
[3]杨志强.强化实验教学示范中心建设，促进创新人才培养实验室研究与探索[J].实验室研究与探索，2013，32（12）： 130-132.
[4]胡曉松，潘克俭，张晓，等.依托虚拟仿真实验教学平台促进医学生实践创新能力[J].中国现代教育装备，2015，1： 6-8.