李超 邬鑫 贾建林 高利平

摘要：虚拟仿真技术下实验教学是新工科建设的重要组成部分，也是主动应对工科创新发展的重要举措。内蒙古工业大学土木工程学院积极探索应用虚拟仿真技术进行实验教学，平台建设从交通工程专业理论学习与实践教学融合的角度出发，制定交通信号智能控制系统、交通规划与仿真以及车路协同虚拟仿真实验教学内容，以现代信息技术为依托，实现开放与共享的实验资源，并以实验课程教学为切入点，让学生们自主学习的积极性得到提高，培养学生们解决实际问题的能力并积累工程实践经验，适应现代交通工程、交通运输工程创新人才的培养，同时为新工科建设背景下虚拟仿真系统建设提供参考。

关键词：新工科  虚拟仿真技术  交通工程专业  实验教学

中图分类号：G642  文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Construction of Experimental Teaching Platform of Traffic Engineering in Local Universities based on Virtual Simulation Technology in the Background of New Engineering

LI Chao  WU Xin  JIA Jianlin  GAO Liping

（Inner Mongolia University of Technology，College of Civil Engineering，Hohhot，Inner Mongolia Autonomous Region，010051， China）

Abstract：Experimental teaching under virtual simulation technology is an important part of the construction of new engineering and an important initiative to respond to the development of innovation in engineering. Inner Mongolia University of Technology College of Civil Engineering actively explore the application of virtual simulation technology for experimental teaching. Platform construction from the perspective of integration of theoretical learning and practical teaching of traffic engineering majors. Develop experimental teaching contents of traffic signal intelligent control system， traffic planning and simulation， and vehicle-road collaboration virtual simulation. Based on modern information technology， we realize the integration of experimental resources， the open sharing of experimental resources， and the interaction of experimental course teaching as the entry point. Motivate students to learn experiments， enhance their ability to solve practical engineering problems and accumulate practical engineering experience. It is suitable for the cultivation of innovative talents in modern traffic engineering and transportation engineering， and also provides reference for the construction of virtual simulation system in the context of new engineering construction.

Key Words： New engineering; Virtual simulation technology; Traffic engineering major; Experimental teaching

新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展，基于“一带一路”“中国制造2025”等一系列国家战略发展新需求，国际竞争新形势、以本为本，四个回归的新要求，促进了“新工科”概念的提出与发展，加速了工程教育改革创新的进度[1-2]。近年来，我国各地高等院校致力于建设新工科教育体系，既顺应了当前工科创新发展的新形势，也能在实践中探索中国式的工程教学，总结经验[3]。《交通强国建设纲要》提出，到2035年基本建成交通强国。其中，综合交通运输体系创新方面，要推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技術与交通行业的深度融合[4-5]。在“复旦共识”“天大行动”“北京指南”的引导下，许多高等院校主动探寻大数据、人工智能、增强现实及虚拟现实等技术对新时代人才培养模式和教育体系的新应用[6-7]。本科教学工作中实验课程教学环节受到各高校的重视程度在不断提高，而实验课程教学环节由于受到各种复杂因数的限制其具有特殊性，以先进的虚拟仿真技术为依托，在新工科背景下对交通工程专业实验课程教学环节展开相关研究，来弥补传统实验教学方式的不足对提高该专业学生的培养质量，无疑具有重要的现实意义。

内蒙古工业大学交通工程专业是2002年在道路与桥梁工程专业的基础上设置的，作为内蒙古自治区唯一交通运输工程一级学科所覆盖的本科专业，交通工程专业坚持“发挥人才培养和学科优势，服务民族地区经济社会发展”的办学特色，已经为自治区培养了一大批立足内蒙古，扎根边疆，奉献边疆踏实肯干的交通实践性人才。交通工程专业实验教学课程是本科教学中重要的组成部分，它能够帮助学生巩固并拓展课程知识、提高学生动手能力、提升学生创新水平，同时实验课程的开展、实验作业的评价同样是对学生知识掌握程度、知识创新能力评估重要的手段之一[8]。

1  实验教学平台建设思路

教学理念一贯坚持以学生为中心，出发点为培养学生的实际需求，强调将交通工程专业实践与理论相结合，制定规范合理的交通信号智能控制系统、交通规划与仿真以及车路协同实验教学内容，采用基于虚拟仿真实验教学手段，以现代信息技术为依托，实现实验资源整合、实验资源的开放共享、实验课程教学交互为切入点，将学生学习和实验的积极性最大限度地调动起来，积累工程实践经验并提高学生们解决实际工程问题的能力，适应现代交通工程、交通运输工程创新人才的培养。

2  实验教学平台建设解决的教学问题

交通工程专业实验教学平台的建设可以解决的主要实验教学问题有以下几个方面。

（1）通过虚拟仿真实验，帮助学生深度理解交通信号智能控制系统、交通规划与仿真以及车路协同系统的基础理论、掌握基本概念是要解决的主要教学问题之一。

（2）借助现代虚拟仿真实验技术，提高学生学习热情，增强动手能力，激发学习兴趣是要解决的主要教学问题之二。

（3）基于虚拟仿真技术可视化功能，革新交通规划和交通管理与控制教学方式和教学场景，解决工程实际问题，积累工程经验是要解决的主要教学问题之三。

（4）依托虚拟仿真技术可以实现交通工程专业实验资源管理、实验资源的开放共享、实验教学资源整合、实验课程教学交互，方便学生自主灵活参与实验，提高实验资源利用效率和实验教学效果是要解决的主要教学问题之四。

3  实验教学平台建设

3.1  实验教学平台建设的总体目标

（1）教学理念一贯坚持以学生为中心，出发点为培养学生的实际需求，强调将交通工程专业实践与理论相结合，以虚拟仿真技术为基础制定合理准确的交通信号智能控制系统、交通规划与仿真以及车路协同实验课程教学内容，培养学生们的基本实验能力、综合设计能力和创新研究能力，适应现代交通工程、交通运输工程创新人才的培养。

（2）运用先进的虚拟仿真教学为辅助的教学方法，以现代信息技术为依托，实现实验资源整合、实验资源的开放共享、实验课程教学交互为切入点，将学生学习和实验的积极性最大限度的调动起来，积累工程实践经验并提高学生们解决实际工程问题的能力，适应现代交通工程、交通运输工程创新人才的培养。

（3）基于虚拟仿真技术的交通工程专业实验教学平台建设项目，构建网络教学先进共享平台，建设完善交通工程、交通运输工程虚拟仿真实验项目，提高师资队伍的素质，建设优秀的实验教材。

3.2  已具备的建设条件

实验室现具备的硬件有计算机机房（100台PC机）、笔记本电脑一台、交通信号控制机6套、雷达测速仪1套以及相关设备;软件有transcad软件2套（2018年新引进学术版）、Vissim交通仿真系统1套。

3.3  实验教学平台建设的具体内容

3.3.1  交通工程专业虚拟仿真教学实验室管理平台

以浏览器为浏览客户端，通过数据与展示分离，客户端以浏览器为访问界面，通过嵌入虚拟化应用模块，实现高速访问虚拟化应用。图1是实验管理平台界面示意图。

3.3.2  交通信号智能控制虚拟仿真实验系统

基于vissim交通仿真软件信号控制接口进行二次开发，由交通仿真软件提供丰富的仿真道路路网及场景，模拟实际的道路路网、道路流量、车辆类型构成等，虚拟出真实的道路交通运行状况;利用在环仿真平台设计生成不同的信号配时方案，直接将控制策略下发到仿真软件路口，进行单路口定时、多时段控制、感应信号控制，多路口的干线协调控制，区域协调控制等信号设计及优化。

3.3.3  车路协同系统微缩实验平台

按照1∶10比例搭建微缩智能车路协同系统实验沙盘平台，平台包括智能微缩车、沙盘道路以及无线通信等交通设施。沙盘道路是宽度为35 cm的双车道，表面呈磨砂状，与实际路面摩擦系数基本一致，道路沙盘的几何特征与实际场景基本一致，智能微缩车和交通信号控制机均有无线通信模块，可以实现车路信息交互和命令控制。智能车辆在微缩交通场景中可以通过定位系统、测距雷达等先进技术实现车辆的自主驾驶，且车辆之间信息的交互可以通过车间通信实现。微缩智能车路协同系统实验沙盘具体见图2、图3。

3.3.4  交通规划与设计虚拟仿真实验

基于Transcad或交运之星交通规划与设计软件进行二次开发，通过调用GIS服务器的地理信息资源，在B/S或C/S平台的GIS地图上展现特定仿真路网的动态特性。同时也可用于数据融合，通过分析处理路网的历史数据与实时检测数据，在线产生全路网的动态OD流量、路段和路径交通状态等信息，该系统核心技术包括动态交通需求分析、动态交通分配、离散选择模型、路径处理、实时交通仿真、以及离线与在线系统参数标定等。GIS地图上展现路网和地图上动态OD分析具体见图4、图5。

4  結语

内蒙古工业大学交通工程专业虚拟仿真实验教学平台建设，运用虚拟仿真技术，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等手段，实现三维虚拟现实教学、云计算支撑平台、交通大数据展示与分析。平台经过1个周期的建设，推动了专业建设，增强了学生的实践能力，本科生培养质量有大幅度提升，就业质量有一定程度提高，就业质量和就业竞争力明显提升，本科毕业生满意度达到90%以上;专业教师教研项目、论文、成果等水平有一定程度提升，对自治区交通行业的建设和发展，起到积极的人才支撑作用。

参考文献

[1] 祝荣欣.新工科背景下物流工程创新卓越人才培养课程体系构建[J].教育教学论坛， 2020 （27）： 170-171.

[2] 孙雪. 改革开放以来我国教改实验的理论运用分析[D].济南：山东师范大学，2020.

[3] 邱欣，刘何音，童卫丰，等.新工科背景下交通运输专业人才培养路径研究[J].教育教学论坛，2021（10）：9-12.

[4] 王菁.新工科背景下轨道交通行车组织课程教学改革与探索[J].教育观察，2020，9（46）：80-82.

[5] 晋民杰，杨春霞，王晓军.新工科背景下交通工程专业实践教学一体化系统构建[J].新课程研究，2020（27）：13-16.

[6] 戴刚， 蔡春丽， 刘伟. 新工科背景下交通工程专业课程教学模式与考核方式改革探讨[J]. 教育教学论坛， 2020（29）： 129-130.

[7] 晋民杰，杨春霞，王晓军.新工科背景下交通工程专业实践教学一体化系统构建[J].新课程研究，2020（27）：13-16.

[8] 吴珺华.“互联网+”背景下交通工程专业土力学教改探讨[J]. 教育教学论坛， 2020， 51： 193-195.