为了紧密结合“一带一路”国家经济发展战略，满足人民群众日常出行需求，国家各城市均在积极规划、建设城市轨道交通系统。重庆市由于其城市地形高低不平，广大民众出行不便，为了改善该情况，重庆规划了“十七线一环”共十八条城市轨道交通线路（图1），到2050年，重庆市预计将建成18条轨道交通线路，构成轨道交通“环+放射”网络结构线网。届时，重庆城市轨道交通总长约820公里，其中主城区轨道交通线路约780公里。基于此，为了满足城市轨道交通车辆的快速发展，重庆市乃至全国各大中型城市急切需要大量的轨道交通车辆设计制造及自主开发人才。  

图1  重庆“十七线一环”城市轨道交通线路

   然而，对于各类交通装备，特别是车辆工程、城市轨道交通车辆及工程机械行业中的装备设计与制造，都是技术含量较高的部分，都需要对从业人员进行专门的培训与训练。目前的汽车专业、轨道专业及工程机械专业最大的特点是设备先进，自动化技术程度高，高昂的价格不适合学校和科研机构的教学应用，且对实验实训教学的要求更高。由于受诸多因素限制，传统的专业实验设备和技术条件有限，集成度低，完成的实验功能单一。同时，因为设备昂贵、台套数少，无法进行多人多任务实验和实训，不能满足教学需要。同时，由于传统实验实训装备数量不足，设备功能有限，无法有效考核教学质量。

   虚拟仿真实验教学资源，依托数字虚拟现实技术、计算机技术、360度全景展示技术、网络通讯技术和人机交互技术等现代教育信息化手段，能够实现的功能丰富，且不受台套数的限制，因此，建设虚拟仿真资源平台，满足交通装备类专业的虚拟仿真实验教学需求，是解决上述难题的有效手段。同时，还可以通过情景再现、模拟驾驶、事故预警技术，解决特殊工况难以展现，不可及、不可逆的操作难以实现的局限，为科学研究提供试验支撑和数据支持。此外，虚拟仿真实验教学平台可以实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，在涉及到高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时，提供可靠、安全和经济的实验项目。基于以上原因，为了加快交通装备行业急需的专业技术人才培养，满足经济社会发展的迫切需求，同时解决资金、设备、场地不足等问题，利用虚拟仿真技术建设集实践教学、科学研究、科技服务为一体，功能完备的交通装备类专业虚拟仿真实验教学平台，是行之有效的方法，具有非常重要的意义。

   重庆交通大学机电与车辆工程学院一直以轨道交通车辆为特色办学专业，为了发展该专业，学院建立了多个轨道交通车辆相关的实体实验室，同时购置有实体转向架供学生进行结构认知实验教学，也构建了基础性虚拟仿真实验项目，有利于培养学生轨道车辆结构设计、装配、列车运行控制等能力。此外，机电与车辆工程学院具有一个紧密结合我国和重庆市战略性新兴产业-城市轨道交通装备制造发展需要，形成的具有鲜明学科特色和学术优势的教学和科研创新团队。本创新团队在国内最早开展了跨座式单轨交通车辆研究工作，完成了我国单轨交通领域唯一的国家科技支撑计划项目“跨座式单轨交通装备研发”，主持、主研“跨座式单轨交通整车系统集成技术及应用”三个支撑计划课题，主持科委重点攻关项目“跨座式单轨交通安全保障关键技术”等。省部级奖3项，发明专利近20项。在国内城市轨道交通与车辆领域重要学术期刊上发表学术论文100余篇。单轨车辆总体研究水平尤其在整车系统集成、数字化设计与仿真和人机工程设计研究方面处于国内领先地位，形成了鲜明学术特色和学科优势，受到了中国工程院院士、城市轨道交通知名专家施仲衡院士的好评，在重庆市乃至西南地区具有广泛学术影响。另外，本团队的主要成员以“以学科竞赛驱动的‘四平台多维度’创新创业人才培养模式探索与实践”获得了重庆交通大学第五届校级教学成果特等奖。因此，无论在实验条件、专业优势、学术研究、教育教学方面都具备良好基础，特申请轨道交通车辆结构装配与运行控制虚拟实验教学项目，辅助实体实验教学和课堂教学，培养学生相关结构设计、装配、车辆控制等能力。

   更进一步，本虚拟实验平台提供了大量的接口程序，具备强大的二次开发功能，可用于提高指导教师及学生的编程、系统自主开发、自行设计能力。借助相关软件二次开发的技术手段，学生可以在熟知城市轨道交通车辆结构的基础上，培养相关结构的开发设计能力。学生通过人机交互界面，可自行设计开发新型的轮对、构架、牵引传动系统、车体等车辆重要零部件，并对自主开发设计的结构进行装配形成新型城市轨道交通车辆。然后，学生可对自主开发的车辆进行启动、制动等运行测试，并根据测试结果对结构设计进行优化。此外，学生还可以通过编程及二次开发的方式，对人机交互界面进行修改和优化设计，实现列车运行控制、信号通讯等系统操作方式和交互界面的创新设计与自主开发。

   借助本虚拟教学项目，针对城市轨道车辆构造课程，结合实体实验室中的转向架现场教学，使学生对城市轨道交通车辆的结构更为熟悉、对运行控制系统更为了解，并通过相关软件的二次开发技术，加强学生对轨道交通车辆结构的自主开发能力以及人机交互界面的自主设计能力。

   （1）基于Labview开发软件，开发虚拟现实软件平台，搭建虚拟轨道等虚拟环境，结合实体实验室现场教学与课堂讲授，学生通过听觉、触觉、视觉等感官及人机交互操作，对城市轨道交通车辆关键零部件结构更为熟悉，培养学生对车辆各结构部件的设计能力。

   （2）通过数据手套等人机交互和传感器技术，培养学生城市轨道交通车辆的装配能力。

   （3）加强学生对城市轨道交通车辆信号控制过程的了解，掌握城市轨道交通车辆在牵引、制动、正常行驶等情况下的运动状态。  

   （4）基于二次开发技术，使学生可以自主开发新型转向架、车体等城市轨道交通车辆等关键零部件，通过对其进行装配并最终形成学生自行设计开发的新型城市轨道交通车辆，可培养学生的编程及二次开发等技能，增强学生对城市轨道交通车辆自主开发设计的能力。

   （5）学生可对列车运行控制、信号传输系统等控制系统进行自主开发，设计新型的人机交互界面及操作方式，更进一步加强学生在城市轨道交通车辆设计、制造、装配、开发等方面的综合能力。