1.项目概况
行业特色课程虚拟仿真实验项目是和课程教学配套的实验项目,其目的是培养学生运用本课程所学知识解决问题的能力,往往比较单一。为满足社会对卓越工程技术人才的需求,制订的2010版交通信息类专业本科人才培养方案具有工程实践从新生开始,以工程项目为主线,学习围绕项目展开,能力通过项目培养的特点。
工程项目分为一级和二级。基于本专业和行业的工程实践典型案例建设一级项目,基于课程群建设二级项目。结合专业规范,课程体系设计6个一级和5个二级项目。学生通过不同层次多级别项目的实训,每个项目根据难度安排1~4周时间,要求学生组成团队,自主完成构思、设计、改进和运行的全过程。通过工程项目实践全面提高学生理论联系实际和分析解决问题的能力包括交流表达能力、组织管理能力和团队合作精神。
行业特色工程实践虚拟仿真实验项目就是围绕工程实践项目展开,其目的是培养学生根据工程实践项目的实际要求,提出设计方案并进行理论计算分析,运用虚拟仿真实验系统完成方案论证的能力。
已建行业特色工程实践虚拟仿真实验项目如表1所示,这些项目都是和真实工程实践项目配套的虚拟仿真实验项目。
表10 行业特色工程实践虚拟仿真实验项目
| 序号 |
实践项目名称 |
面向专业 |
目的和要求 |
| 1 |
交通电子设备课程设计 |
自动化 计算机科学与技术 交通工程 |
目的: 1) 掌握1种交通电子设备的工作原理、主要功能和技术指标。 2) 运用所学电路、电子技术、单片机和FPGA知识,提出各种设计方案。 3) 使用仿真软件检验其合理性。培养学生理论计算和工程设计能力。 要求: 1) 三人一组,提交设计方案。 2) PPT汇报和交流答辩。 |
| 2 |
城市交通控制系统课程设计 |
自动化 计算机科学与技术 交通工程 |
目的: 1)掌握交通信号灯的信号设置方法及相位设置方案。 2)运用所学的控制理论知识,设计信号控制方案。 3)使用仿真软件,验证所学交通信号控制方法的正确性和实用性。 要求: 1) 三人一组,提交设计方案。 2) PPT汇报和交流答辩。 |
| 3 |
智能汽车综合实验 |
自动化 电子信息工程 |
目的: 1) 掌握智能汽车的工作原理,根据学科竞赛的要求,确定系统的主要功能和技术指标。 2) 运用所学电子技术、控制理论、测控技术等,提出各种设计方案。 3) 使用仿真软件检验其合理性,验证控制算法的合理性,培养学生控制系统仿真的能力。 4) 进而设计智能汽车原型系统,培养学生的工程设计能力。 要求: 1)三人一组,提交设计方案。 2) PPT汇报和交流答辩。 3)选拔学生参加全国大学生飞思卡尔智能汽车竞赛。 |
| 4 |
隧道机电系统半实物仿真实验 |
自动化 计算机科学与技术 交通工程 |
目的: 1) 掌握隧道机电系统的系统组成、工作原理和技术参数。 2) 运用所学隧道机电系统相关知识,掌握隧道机电系统设计要求,学习相关设计方法。 3)应用半实物仿真平台验证设计方案合理性。培养学生理论计算和工程设计能力。 要求: 1) 三人一组,提交设计方案。 2) PPT汇报和交流答辩。 |
| 5 |
高速公路全程监控虚拟仿真实验 |
自动化 计算机科学与技术 交通工程 |
目的: 1)理解高速公路监控系统的基本原理,了解监控系统的基本构造和监控内容。 2)掌握高速公路的交通信息采集手段,以及交通信息的传输途径。 3)掌握交通信息的发布手段和方法。 要求: 1) 三人一组,提交设计方案。 2) PPT汇报和交流答辩。 |
| 6 |
交通事件应急处置虚拟仿真实验 |
自动化 计算机科学与技术 交通工程 |
目的: 1) 掌握交通事件应急处置的工作原则、处置流程及评价方法。 2) 运用所学交通工程、系统工程、交通控制与管理等知识,提出各种突发事件下的交通事件应急处置方案。 3) 使用虚拟仿真平台验证处置方案合理性。培养学生理论计算和工程管理能力。 要求: 1) 三人一组,提交设计方案。 2) PPT汇报和交流答辩。 |
2.系统功能
虚拟仿真实验中心提供行业特色工程实践的典型案例,供同学们参考。针对不同的工程实践项目,中心提供相应的选题指南,同学们也可自行选题。行业特色工程实践虚拟仿真实验项目论证完成后,实验室提供相应的实验教学设备供同学们实验验证。以十字路口交通信号灯设计为例,利用EDA技术完成虚拟控制仿真和实物验证,如图1、图2所示。

图1 十字路口交通信号灯虚拟控制仿真波形

图2 十字路口交通信号灯设计实物验证
通过该实验平台,学生可以进行微观和宏观交通行为进行观察和分析,将实验结果与理论进行对比研究。从微观的车辆行为分析,到中观的隧道运行模拟,再到宏观的交通监控和应急处置,可以进行系列的模拟仿真实验。通过实物与虚拟模型的结合实践,真正做到虚实结合,微观宏观相结合,形成一套循序渐进的实验教学体系。
3.效果与特色
1)虚实结合。实体模型和虚拟模型相结合进行仿真实验,对于一些交通场景,采用实体的模型,以加强实验的直观性,对于交通运行的动态变化因素,采用虚拟的模型,真正做到虚实相结合。既可以增强学生的实验兴趣,又可以方便地实现交通的动态仿真模拟。
2)宏观与微观相结合。建立了微观-中观-宏观的仿真实验体系,可以进行交通流的局部特征模拟,又可以进行宏观范围的交通管理与控制仿真。适应于不同的课程和科学研究的实验需求,帮助学生建立全方位的交通管控理念。
3)通过工程实践虚拟仿真实验项目的前期论证,减少了学生工程实践的盲目性,避免了因方案错误而导致原材料的损耗。