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[摘要]本文在分析轨道交通类院校实践教学特点的基础上，提出了利用OpenTrack仿真平台设计开发适合于本科轨道交通专业教学的实验体系，解决轨道类专业传统现场实践教学问题的思路方案，即巩固加深了专业知识，又调动了学生学习兴趣和科学研究探索精神，提高了创新能力和就业能力。
[关键词]opentrack 仿真 教学研究 轨道交通
OpenTrack简介
OpenTrack源于本世纪90年代中期瑞士联邦研究院，是一款采用面向对象的思想开发、拥有友好用户界面的仿真软件，可来解决轨道运营、轨道交通仿真等问题，广泛应用于轨道交通工程的各个领域。各国的轨道交通行业，轨道交通系统供应商，大型咨询公司和大学等都在使用OpenTrack进行科研研究、仿真和教学。
OpenTrack功能与仿真
OpenTrack软件包括以下几部分：路网的图形编辑器，列车属性编辑器，时刻表管理数据库，仿真，结果输出等。其中，1）路网图形编辑器对轨道网拓扑及与运营有关的信息进行编辑，如设定行车路线的起终点等。2）列车属性编辑器可以对列车的技术参数进行修改，如重量、长度、速度等。3）时刻表管理数据库包括到达和出发时刻、停站时间及列车编组信息。为了找出无冲突的时刻表，只有通过仿真程序来分析。同时，在仿真程序中还可以进行外部影响因素的敏感性分析，如额外的停站时间延误。4）整个仿真过程可以在计算机屏幕上通过动画演示。同时，控制方案也可以作为仿真的输入，以体现运营中人工干预的情形。该软件可实现自动列车运行过程仿真，能够用于适合我国轨道交通信号工程应用，常用功能包括：
1）仿真列车运行调度方式；
2）仿真分析车站、线路的运能，能够用于分析车站接发车能力，从而确定车站设置到发线数量是否满足要求，辅助确定车站方案设计；
3）仿真分析大型站场咽喉区道岔布置，能够用于分析咽喉区道岔使用频率，从而确定道岔排列的合理性；
4）列车运行计划合理性分析及优化，能够用于分析过程中可输出预定运行计划与实际运行情况的对照图）；
5）仿真非正常情况行车组织
6）仿真列车运行过程中外部因素影响的敏感性分析
7）车辆特征曲线分析（对将投入使用的车辆性能进行仿真分析）；
8）仿真轨道占用情况，辅助制定合理利用轨道计划；
9）列车运行中功率和能耗的计算。
OpenTrack在教学中的应用研究
为满足城市轨道交通发展和教学需要，本文以OpenTrack仿真模拟软件为实验平台，进行了一系列的轨道交通通信与信号课程实验的的仿真模拟设计与开发的研究。
1.信号设备认知实验仿真
城市轨道交通和铁路运输里为了保障运输的安全可靠，存在大量的信号设备，例如信号机、转辙机、轨道电路等，教学过程中，学生对这些信号设备的学习和认知主要来源于课本和网络上的资源，很难具体的操作和使用这些设备进行必要的学习和使用。OpenTrack提供了这些信号设备的仿真，学生可在OpenTrack里使用这些仿真组件进行线路的设计和站场设计从而更好的认知这些信号设备的功能。下图是学生在实验课程上依据实验要求设计使用的信号机操作界面。
图1.信号机选择及参数设置
在两站之间依据运行距离和行车参数等要求设置通过信号机，在轨道交通车站站区设置了上下行进站、上下出站信号机、轨道电路等，通过本实验的设计可让学生更加的了解这些信号设备的功能和作用，提升了本专业学生的认知水平，提高了教学效果。
2.轨道区段认知实验设仿真
OpenTrack里用双节点代表轨道电路里的绝缘节，在教学过程中发现学生很难理解轨道区段这概念，故在应用OpenTrack进行教学实验仿真研究过程中，设计了轨道区段仿真实验。设计结构如下图所示。
图2.轨道区段选择及参数设置
从上图可以看出两双节点间是一轨道电路，两信号机间为轨道区段。在实验后续研究开发过程中还设计了要求学生依据设计结构，标注出轨道区段编号、道岔编号等小实验，从而加深了学生对轨道区段、区段名等基础概念的认知。
3.行车进路认知实验仿真
进路，是轨道交通和大铁运营组织里一个比较重要的概念，直接影响后续课程《计算机联锁》等课程的教学效果，为此在教学过程中设计了行车进路设计仿真实验，从而使得轨道交通信号专业的学生能够深刻的理解这一概念。下图是学生在实验课基于OpenTrack仿真平台设计实验结果。
图3.行车路线设定及参数设置
从上边的仿真结果图可帮助学生认知进路基本概念，可总结出进路是由多个基于信号机控制的轨道区段。
4.运行路线和时刻表实验仿真
运行路线和时刻表是轨道交通和铁路运输里运营里一个重要基本概念，在《轨道交通通信与信号》课程里十分重要，不能正确的认知运行路线就无法深入理解轨道交通里的联锁控制技术，故授课过程中设计了基于OpenTrack平台的运行路线和时刻表的仿真设计教学研究，通过基于行车路线构建多条运行路线、通过列车运行时刻表控制行车，下图是运行路线和时刻表实验仿真实验设计结果。
从仿真截图可知，轨道交通运输首先要有行车路线，在行车时刻表的控制下才可有序、安全的进行行车，从而保证运营安全。但行车运行路线的设计需依据联锁关系，不可随意设计，在实验仿真过程中本专业学生可认知行车路线、行车时刻表、进路、联锁、敌对进路等重要概论，加深了对本专业知识的认知和理解。
5.仿真运行
OpenTrack可基于运行路线和时刻表仿真运行，输出动态可视化运行过程和各种数据，以便后续分析规划运营调度等研究。可调整机车运行各项参数从而得到不同的输出结果为合理设定运营最小调度时间提供模拟数据。从对仿真输出的数据绘制出的运营图修改可再次进行仿真运行，从而对轨道运营计划的调整、运营调度、发车时间的设定提供理论依据，更好的、高效的、安全的保证轨道交通运营。
在应用OpenTrack做仿真运行的仿真实验中，本专业学生可深刻体会到轨道信号设备在轨道交通运输过程中的巨大作用。
结束语
无论是在课堂教学还是在实验教学过程中，引入OpenTrack进行教学仿真，即加深了本专业学生对本专业知识的认知，激发了学生的学习兴趣，提高了学生动手能力，加深了学生对专业概念的理解，调动了学生主动科学研究的探索精神，对培养交通运输创新型、工程型专业人才具有重要作用。
本文系北京联合大学教育教学研究与改革项目《《轨道交通通信与信号》网络教学资源的建设及应用研究》研究成果。
[参考文献]
[1]高帆，谢世豪.基于opentrack的轨道交通运行仿真实验开发与设计[J].沿海企业与科技，2013.4.
[2]刘剑锋，丁勇，刘海冬.城市轨道交通多列车运行模拟系统研究[J].交通运输系统工程与信息.2005.01.015.
[3]魏然，高小珣.基于OpenTrack软件的列车技术作业过程仿真研究[J].铁道运输与经济.2013，35（5）.
[4]谢蜀劲.轨道交通运行仿真程序的发展现状及展望[J].城市轨道交通研究，2006.10
（作者单位：北京联合大学自动化学院交通工程系）
[关键词]opentrack 仿真 教学研究 轨道交通
OpenTrack简介
OpenTrack源于本世纪90年代中期瑞士联邦研究院，是一款采用面向对象的思想开发、拥有友好用户界面的仿真软件，可来解决轨道运营、轨道交通仿真等问题，广泛应用于轨道交通工程的各个领域。各国的轨道交通行业，轨道交通系统供应商，大型咨询公司和大学等都在使用OpenTrack进行科研研究、仿真和教学。
OpenTrack功能与仿真
OpenTrack软件包括以下几部分：路网的图形编辑器，列车属性编辑器，时刻表管理数据库，仿真，结果输出等。其中，1）路网图形编辑器对轨道网拓扑及与运营有关的信息进行编辑，如设定行车路线的起终点等。2）列车属性编辑器可以对列车的技术参数进行修改，如重量、长度、速度等。3）时刻表管理数据库包括到达和出发时刻、停站时间及列车编组信息。为了找出无冲突的时刻表，只有通过仿真程序来分析。同时，在仿真程序中还可以进行外部影响因素的敏感性分析，如额外的停站时间延误。4）整个仿真过程可以在计算机屏幕上通过动画演示。同时，控制方案也可以作为仿真的输入，以体现运营中人工干预的情形。该软件可实现自动列车运行过程仿真，能够用于适合我国轨道交通信号工程应用，常用功能包括：
1）仿真列车运行调度方式；
2）仿真分析车站、线路的运能，能够用于分析车站接发车能力，从而确定车站设置到发线数量是否满足要求，辅助确定车站方案设计；
3）仿真分析大型站场咽喉区道岔布置，能够用于分析咽喉区道岔使用频率，从而确定道岔排列的合理性；
4）列车运行计划合理性分析及优化，能够用于分析过程中可输出预定运行计划与实际运行情况的对照图）；
5）仿真非正常情况行车组织
6）仿真列车运行过程中外部因素影响的敏感性分析
7）车辆特征曲线分析（对将投入使用的车辆性能进行仿真分析）；
8）仿真轨道占用情况，辅助制定合理利用轨道计划；
9）列车运行中功率和能耗的计算。
OpenTrack在教学中的应用研究
为满足城市轨道交通发展和教学需要，本文以OpenTrack仿真模拟软件为实验平台，进行了一系列的轨道交通通信与信号课程实验的的仿真模拟设计与开发的研究。
1.信号设备认知实验仿真
城市轨道交通和铁路运输里为了保障运输的安全可靠，存在大量的信号设备，例如信号机、转辙机、轨道电路等，教学过程中，学生对这些信号设备的学习和认知主要来源于课本和网络上的资源，很难具体的操作和使用这些设备进行必要的学习和使用。OpenTrack提供了这些信号设备的仿真，学生可在OpenTrack里使用这些仿真组件进行线路的设计和站场设计从而更好的认知这些信号设备的功能。下图是学生在实验课程上依据实验要求设计使用的信号机操作界面。
图1.信号机选择及参数设置
在两站之间依据运行距离和行车参数等要求设置通过信号机，在轨道交通车站站区设置了上下行进站、上下出站信号机、轨道电路等，通过本实验的设计可让学生更加的了解这些信号设备的功能和作用，提升了本专业学生的认知水平，提高了教学效果。
2.轨道区段认知实验设仿真
OpenTrack里用双节点代表轨道电路里的绝缘节，在教学过程中发现学生很难理解轨道区段这概念，故在应用OpenTrack进行教学实验仿真研究过程中，设计了轨道区段仿真实验。设计结构如下图所示。
图2.轨道区段选择及参数设置
从上图可以看出两双节点间是一轨道电路，两信号机间为轨道区段。在实验后续研究开发过程中还设计了要求学生依据设计结构，标注出轨道区段编号、道岔编号等小实验，从而加深了学生对轨道区段、区段名等基础概念的认知。
3.行车进路认知实验仿真
进路，是轨道交通和大铁运营组织里一个比较重要的概念，直接影响后续课程《计算机联锁》等课程的教学效果，为此在教学过程中设计了行车进路设计仿真实验，从而使得轨道交通信号专业的学生能够深刻的理解这一概念。下图是学生在实验课基于OpenTrack仿真平台设计实验结果。
图3.行车路线设定及参数设置
从上边的仿真结果图可帮助学生认知进路基本概念，可总结出进路是由多个基于信号机控制的轨道区段。
4.运行路线和时刻表实验仿真
运行路线和时刻表是轨道交通和铁路运输里运营里一个重要基本概念，在《轨道交通通信与信号》课程里十分重要，不能正确的认知运行路线就无法深入理解轨道交通里的联锁控制技术，故授课过程中设计了基于OpenTrack平台的运行路线和时刻表的仿真设计教学研究，通过基于行车路线构建多条运行路线、通过列车运行时刻表控制行车，下图是运行路线和时刻表实验仿真实验设计结果。
从仿真截图可知，轨道交通运输首先要有行车路线，在行车时刻表的控制下才可有序、安全的进行行车，从而保证运营安全。但行车运行路线的设计需依据联锁关系，不可随意设计，在实验仿真过程中本专业学生可认知行车路线、行车时刻表、进路、联锁、敌对进路等重要概论，加深了对本专业知识的认知和理解。
5.仿真运行
OpenTrack可基于运行路线和时刻表仿真运行，输出动态可视化运行过程和各种数据，以便后续分析规划运营调度等研究。可调整机车运行各项参数从而得到不同的输出结果为合理设定运营最小调度时间提供模拟数据。从对仿真输出的数据绘制出的运营图修改可再次进行仿真运行，从而对轨道运营计划的调整、运营调度、发车时间的设定提供理论依据，更好的、高效的、安全的保证轨道交通运营。
在应用OpenTrack做仿真运行的仿真实验中，本专业学生可深刻体会到轨道信号设备在轨道交通运输过程中的巨大作用。
结束语
无论是在课堂教学还是在实验教学过程中，引入OpenTrack进行教学仿真，即加深了本专业学生对本专业知识的认知，激发了学生的学习兴趣，提高了学生动手能力，加深了学生对专业概念的理解，调动了学生主动科学研究的探索精神，对培养交通运输创新型、工程型专业人才具有重要作用。
本文系北京联合大学教育教学研究与改革项目《《轨道交通通信与信号》网络教学资源的建设及应用研究》研究成果。
[参考文献]
[1]高帆，谢世豪.基于opentrack的轨道交通运行仿真实验开发与设计[J].沿海企业与科技，2013.4.
[2]刘剑锋，丁勇，刘海冬.城市轨道交通多列车运行模拟系统研究[J].交通运输系统工程与信息.2005.01.015.
[3]魏然，高小珣.基于OpenTrack软件的列车技术作业过程仿真研究[J].铁道运输与经济.2013，35（5）.
[4]谢蜀劲.轨道交通运行仿真程序的发展现状及展望[J].城市轨道交通研究，2006.10
（作者单位：北京联合大学自动化学院交通工程系）