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信息类论文范文文献 与面向轨道交通信息控制的《信息传输原理》教学改革实践方面论文范文检索

主题:信息论文写作 时间:2023-12-28

面向轨道交通信息控制的《信息传输原理》教学改革实践,该文是信息有关专科毕业论文范文跟轨道交通和《信息传输原理》和教学改革类专科毕业论文范文.

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欧冬秀,闫黄,陈丽璇,黄世泽,沈拓

(同济大学交通运输工程学院综合交通信息与控制工程系,上海201804)

摘 要:高速铁路与城市轨道交通快速发展过程中高速、高密度、高安全是目标,而控制中心与列车、轨旁设备的安全信息传输是实现列车安全运营的核心保障技术之一.本文重点探索轨道交通信息工程与控制专业人才培养的教学体系中专业基础课“信息传输原理”的教学内容和教学方法改革,分析新形式下交通信息交叉学科卓越人才培养中的工程能力培养需求,探索专业基础课中基础原理与工程的结合方法.实践表明,该教学内容和方法的改革,能有效提升学生的学习兴趣,帮助学生更好的明确课程学习的目的和自主学习,为后续专业课的学习奠定了良好的基础.

关键词:交通信息工程及控制;轨道交通;信息传输原理;工程能力

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)39-0095-04

一、交通工程卓越工程师培养

从上世纪70年代末恢复高考到现在,对于我国高等教育的办学条件、办学内容和办学要求这些方面,都发生了很大的变化,并且创新意识也已经成为了优秀人才的必要标志.在上世纪80年代末期,北京大学通过考察研究,提出了“加强基础,淡化专业,因材施教,分流培养”的16字教学改革方针,即在低年级进行通识教育,高年级进行宽口径的专业教育.据此,各重点大学也根据自己的教学定位和专业学科的特点,先后实施了按照学科大类招生和培养的制度.学生通过大类招生入校后,经过1~2年的基础培养,再根据兴趣和双向选择原则进行专业分流.

同济大学同样也是按学科大类招生的本科生培养方式,招生门类包括土木类、交通运输类、电气信息类、机械类等.交通运输类下的交通工程专业自1980年开始首批招收交通工程本科专业学生,该本科专业是从传统优势的土木工程学科专业群中延伸出来的新专业,2000年随着两校合并,集中两校原有的道路与铁道工程、交通工程与交通运输、交通信息工程等方面的教学力量,在现在的交通工程本科专业内分别设置了交通规划、道路与机场工程、交通信息工程和轨道交通工程等四个专业方向.交通信息工程专业方向是电子信息工程与交通运输工程这两大学科门类的全新融合,它是将信息科学技术完美地结合到现代交通运输系统中去,充分发挥信息技术在交通运输工程中的作用.因此,交通信息工程专业的培养目标应该是使前沿的信息技术更好地在交通运输工程中得到推广使用,以便更好的发展和推进交通运输事业的现代化和信息化.

面向“卓越工程师”目标的交通工程本科专业培养方案是为了培养卓越工程师,故需探索多元化教学方式,积极建设面向工程能力培养的卓越工程师培养体系,解决复杂工程问题能力的培养模式,培养能够胜任交通工程及相关信息系统、基础设施的规划、设计、施工、管理、控制、运行、维护、研究、教育以及投资开发等工作,并能面向未来,掌握解决现代交通问题的基本技能,掌握终身学习能力和国际视野的高级工程专门人才和拔尖创新人才.

二、面向交通信息的《信息传输原理》基础课建设

(一)课程与其他课程的衔接关系信息传输原理这门课程是交通与信息交叉中的一门属于电子信息类的专业基础课,它建立在电路分析基础、信号与系统、电子技术基础这些基础课之上,除了需要交通运输类常规的高等数学、线性代数的数学知识外,还需要电子类的数学基础课复变函数与积分变换.

由于轨道交通信息控制以及智能交通系统中的管理与控制平台、车路协同控制等都需要通信技术的支持,而信息传输原理是通信系统和技术的基础,因此该门专业基础课将支撑后续的轨道交通信号基础、车站与区间控制、轨道交通运行控制与管理、交通信息网网与通信技术、智能交通系统等.

(二)面向交通信息的特色教材建设

面向交通信息交叉学科的信息传输原理课程的后续课程都是交通信息方向的专业课,因此信息传输原理的教学内容较为广泛,不仅包括电子信息方面的相关基础知识,还包括通信控制和信号处理方面的专业领域知识,这是与电子通信工程专业的教学方案的不同之处.由此可见,信息传输原理教材不能简单地与通信原理等同视之,因为通信原理的后续课程还有各种分门别类的通信专业课.

信息传输是一切应用信息系统的核心,它不仅承担着将大量信息既要高效精准,又要安全可靠地有序流通和传播的任务,而且在一定程度上决定了信息系统的服务性能和使用价值.此外,信息传输技术也是在信息技术中发展得最快和使用得最广泛的热门课题之一,特别是在交通运输系统进入智能化时代之后,更是离不开信息传输技术的研究和开发应用.为此,特编写了《信息传输原理》教材,该教材包括2004年的第一版和2011年的第二版,其中第二版为普通高等教育“十一五”国家级规划教材.教材去除了现今已经逐步淘汰的模拟信息传输广泛,增加了应用广泛的光纤信息传输内容,并且补充了在现代数字信息传输中的新技术,使得教材内容更加充分全面,更加切合交通信息工程专业的实际需求.全书共有6章组成,具体内容包括第1章———信息与信息系统,第2章———信息编码技术原理,第3章———数字调制技术原理,第4章———移动信息传输原理,第5章———光纤信息传输原理,第6章———信息传输网络.

三、课程教学内容改革

课程的核心教学内容包括信息与信息系统、信息编码、数字调制、移动信息传输、光信息传输等,该课程内容多,原理复杂,涉及的知识面也很广泛,学生不易理解和掌握,很难做到融会贯通.如果不将理论与工程实践相结合,在单纯的理论讲解下,学生接受知识比较困难,因而对教学内容进行了改革,结合每章节的核心理论知识模块,将交通领域的典型应用中的理论知识进行贯穿讲解(见表1),一方面便于理论知识的理解,另一方面便于与后续的专业课程有效衔接.

与教材中的核心理论知识模块相比较,每个知识模块要与交通领域的详细用例相结合教学将更好地理解.以比较难于理解的数字调制技术原理为例,针对基带传输计算机串口传输、轨旁电子单元与可变应答器接口基带码型;而对于频带传输,即频率调制,则结合高速铁路信号系统中的两种车地信息传输方式:应答器与轨旁控制单元基带传输、音频轨道电路调制进行了调制方式讲解和综合性实验安排.

四、面向工程能力培养的实验教学改革

(一)实验教学内容及方式改革

1.多层次的实验类型设置.(1)验证性实验.对验证性实验,在硬件设备缺乏的情况下,可以采用Matlab仿真实验的教学方法.主要是选择不同的输入信号,观察中间及输出的信号波形.在模拟现实情况下,实现对理论知识的验证.(2)设计性实验.对“信息传输原理”课程的设计性实验,可以结合学时的数量并充分利用学生的课外时间和开放性实验室,主要是对通信系统的关键模块进行设计.譬如对线性分组码BC及循环冗余编码CRC模块的设计性实验,通过使用MATLAB编程方法对BC及CRC编码器进行模拟仿真,如果仿真结果和理论分析保持一致,即说明设计方法有效.通过这种方法,可以使学习者具备实际项目的研究手段,能更好地为今后的研究和实践做准备.(3)综合性实验.综合性实验是给定一个通信系统,通过分析系统各方面的性能指标,综合运用所学的理论知识,如编码、调制、编程等要求学生从理论上对系统建模,在Matlab平台仿真对实际的轨道交通车地通信系统进行实验,观察记录实验结果.

2.实验内容与方式改革.(1)理论与工程应用相结合.本课程针对理论知识模块共安排了8个实验项目和1个综合设计,即大作业(如表2所示),实验项目含基础实验和与轨道交通信息与控制信息传输密切结合的实验,如应答器和轨道电路音频信息传输.(2)发挥学生主导地位,完成双主体教学的体系.在课堂上,教师只需充当辅导学生的角色,当学生遇到困难时,对其进行引导性的解答,增强学生解决问题的能力.在实验操作过程中,教师应及时指出学生的错误做法,并在实验完成后,对学生的实验效果与掌握情况进行评价.(3)发掘课内外资源,构造综合型与设计型实验体系.依托同济大学道路与交通教育部重点实验室的开放性实验管理平台,对于课外实验,学生通过平台预约,在相对宽松的课外时间完成实验,开展由学生自主设计、自主实验、自主分析结果的综合设计型实验.整合实验教学内容,制定以学生为中心的体验式、启发式实验教学模式,构建如表2所示的实验课程体系.

(二)轨道交通信息控制特色的综合性实验案例

1.理论知识的工程应用场景.应答器是铁路信号车地信息传输的主要设备之一,如图2.应答器可向CTCS-3级列控系统车载设备提供等级转换、建立无线通信、位置等信息,同时对CTCS-2级列控系统车载设备提供线路坡度、轨道电路、线路速度、临时限速等线路参数信息.应答器报文信息格式采用了统一的技术规范,应答器设置满足CTCS-3系统、兼容CTCS-2系统的要求.应答器工作原理功能模块图如图3所示.

2.实验目的及其与理论知识点对应.本次实验内容包括应答器通信系统的搭建和仿真实现,其主要目的是:首先,通过铁路应答器车地信息传输案例,让学生熟悉信源编码、信道编码的方法和作用;其次,学生熟悉二元数字频率调制2FSK工作原理及铁路应答器A口FSK信息传输方式,并对该数字调制系统进行建模仿真,运用MATLAB的Simulink工具箱搭建完整信号调制解调系统;通过对比信号基带波形与解调后的波形差异,了解FSK信号调制解调系统的优劣.本次实验可以与信息传输原理中的多个理论知识模块(见图4)对应,包括:(1 )应答器信源报文编码.了解应答器报文信息格式的技术标准,如表3所示,其为信源编码的常规编码方式.(2)应答器信道CRC信道编码.应答器传输包围的数据格式如图5所示,包括加扰的数据报文、控制位、扰乱位、修正位和校验位.重点运用信息传输原理中关于信道编码的循环冗余编码方法,实现应答器传输报文检验位编码.(3)空中A口调制与解调.应答器传输系统是安全点式传输系统,通过应答器实现地面设备与车载设备之间的安全信息传输.地面应答器与车载天线之间的接口为A接口,采用电磁感应发送,接口为A1和A4.其中,A1为应答器向天线单元传输上行链路应答器报文的接口,A4为天线单元向应答器传输应答器所需电源的接口(远程供电信号).

应答器向天线单元传输上行链路信号要求采用连续相位FSK调制方式.发送逻辑“0”(fL)频率为3.951MHz,发送逻辑“1”(fH)频率为4.516MHz,中心频率为(fL+fH)/2等于4.234MHz&plun;200kHz.

2FSK信号的包络检波法解调方框图,经包络检测后取出包络,通过抽样判决器进行比较,把两路包络信号送到抽样判决器进行对比,从而判决输出基带数字信号.

3.实际线路应答器信息传输实验设计.(1)根据实际线路区段信息,编写应答器地对车信息传输报文.线路区段示例如图6,其在区段L1、L2、L3、L4各段的线路限速信息分别对应v1、v2、v3、v4,通过应答器报文传输给车载控制器.(2)运用MATLAB读取文件中已编写的应答器数据报文.(3)运用MATLAB的Simulink工具箱搭建完整的2FSK调制解调系统,模拟铁路应答器地对车A口FSK传输系统.该系统输入为应答器的数据报文,由基带M-FSK调制与解调器模拟2FSK调制解调,采用加性高斯白噪声信道,最后配上速率转换器及显示器显示应答器的数据报文的调制与解调结果.

五、结语

交通工程卓越工程师的培养需要宽专业、厚基础,然后基础课教学存在公式偏多、难于理解、与实际工程问题脱节的现实问题,本文以交通工程专业信息方向的专业基础课《信息传输原理》为例,面向轨道交通信息控制行业为对象,分析了课程的基础知识对后续专业课程的支撑作用,结合后续工程应用,对原理课程的知识模块进行分解,每个核心内容配备相应的实验内容,并对实验内容和方式进行了改进,增加了学生对课程的理解,同时也提高了学生解决复杂工程问题的能力.

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