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測量學課堂虛擬仿真教學方法

來源:華盛論文網 發表時間:2020-04-10 08:34 隸屬于:工業論文 瀏覽次數:

摘要 摘要 針對傳統《測量學》授課方式中,課堂講授的儀器結構和測量原理過于抽象,學生接受困難的問題,本文基于虛擬仿真技術提出了《測量學》課堂虛擬仿真教學方法。主要內容包括

国产富二代app下载   摘要 針對傳統《測量學》授課方式中,課堂講授的儀器結構和測量原理過于抽象,學生接受困難的問題,本文基于虛擬仿真技術提出了《測量學》課堂虛擬仿真教學方法。主要內容包括儀器結構與原理、儀器操作、測量方法和測量方案設計與實施等4個教學模塊,通過課堂理論講解與學生交互操作可實現水準儀、全站儀和GNSS接收機的相關測量工作,可提高學生的課堂學習積極性、學習效率和對測量學內容的掌握質量。

国产富二代app下载   關鍵詞測量學,虛擬仿真,課堂教學

測量學課堂虛擬仿真教學方法

  1. 引言

  測量學主要講述測繪的基本原理和方法、現代測繪理論與技術的發展,為學生提供包括常用測量作業方法、儀器操作技能、地形圖測繪及應用、施工放樣等方面的訓練,從而為解決工程建設的勘測、規劃設計、施工、運營管理等各階段中有關工程測量問題打下基礎,完成地形圖測繪、施工放樣、利用地形圖進行城鄉規劃設計、資源調查、煤礦測量等工作。測量學也是土建、水利、電力、地質、地理、礦山、交通、規劃、國土、房產、市政、港口、航海、農林、資源、環保、防災、安全等專業的必修課程。一方面由于測量學要求學生的動手實踐能力較強,另一方面各專業的自身特點不同,多數專業的工作環境復雜且艱苦,傳統的測量教學方式無法提供學生“身臨其境”的教學感受,無法滿足不同專業的需求。

国产富二代app下载   近年來,隨著計算機技術的飛速發展,虛擬仿真技術得到了迅速發展。虛擬仿真技術是由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的人工三維信息虛擬環境,可以逼真地模擬現實世界存在的事物,或創造不存在的事物和環境[1]。在國家級虛擬仿真實驗教學中心建設引領下,各地方如湖北、湖南、四川、江蘇等省份也開展了省級虛擬仿真實驗教學中心建設,同樣強調虛擬仿真實驗教學資源的開放共享[2],如我校已獲批國家級虛擬仿真實驗教學中心“礦山測量虛擬仿真實驗教學中心”。虛擬仿真技術在測量學教學方面已有應用。文獻[3]和[4]針對測繪實習受天氣、環境和設備限制較大的不足,設計并實現了虛擬測繪實習平臺,可滿足學生測繪實習預習、模擬實習、實習數據管理等功能。文獻[5]提出基于Quest3D的虛擬測繪實驗室的解決方案。文獻[6]后運用3ds Max等專業的虛擬現實軟件,仿真水準測量過程,實現對水準儀模型的三維可視化操作、分析,使測繪儀器模型實現自動化、智能化、可視化。但現有成果在測量學的課堂教學內容與虛擬仿真結合的研究較少。目前,國內外對測量學的教學方式往往是課上講授,課下實驗和實習,課堂講解和課下實驗分離,無法實現理論與實踐的即時結合。因此,如何利用現有虛擬仿真技術實現隨講隨做、所學即所用的教學效果是一個亟待解決的難題。針對上述問題,本文提出并設計了測量學課堂虛擬仿真教學方法。

  2. 測量學虛擬仿真教學系統設計

  本系統的設計以理論與實際相結合、技術與應用相呼應為導向,充分分析相關專業的測繪需求,研究如何采用虛擬仿真技術,實現對測量設備、儀器操作、測量方法及測量方案設計的模擬,使學生置身于未來工作的“真實”場景,利用手機、平板或電腦學習相應理論知識在實際當中的應用,實現所學即所用,提高學生學習熱情和學習效率。這對加強測量學基礎課程建設,深化教育教學改革,提高新型人才培養的教學質量,具有重要的意義。

  測量工作的服務領域雖然十分廣泛,內容也很繁雜,但其含義不外乎兩大類,即地形圖測繪和施工放樣。其基本工作內容就是測角、測距和測高差[7]。我校已獲批國家級虛擬仿真實驗教學中心“礦山測量虛擬仿真實驗教學中心”,目前已建成礦井測量虛擬仿真實驗教學模塊、開采沉陷及控制虛擬仿真實驗教學模塊、礦體幾何虛擬仿真實驗教學模塊、礦區土地復墾虛擬仿真實驗教學模塊等仿真實驗教學模塊,形成了完善的虛擬仿真教學平臺。

国产富二代app下载   在此基礎上,本文提出了測量學虛擬仿真教學系統,其框架如圖1所示。本文以中國礦業大學出版社出版的高井祥教授主編的《測量學》第五版為教材,分別在水準測量、經緯儀測量、小地區控制測量和大比例尺地形圖測繪等章節進行課堂虛擬仿真教學。具體包括:儀器結構與原理、儀器操作、測量方法和測量方案設計與實施等4個教學子模塊,既包括細節的儀器結構和操作,又包括針對測量項目的方案設計與實施,使虛擬仿真教學貫穿整個測量過程。同時,每個子模塊分別由多個教學模塊組成。儀器結構與原理主要包括水準儀、全站儀和GNSS接收機等設備的結構與原理演示,儀器操作模塊包括水準儀、全站儀和GNSS接收機的整平、對中、設備操作等,測量方法模塊則對于測量中測角、測距和測高差的方法和過程進行動畫演示與交互操作,測量方案設計與實施模塊主要由測區的勘查選點、控制網設計、施測、處理及地形圖測繪等內容。

国产富二代app下载   3. 測量學虛擬仿真教學內容

  3.1. 儀器結構與原理

国产富二代app下载   儀器結構與原理虛擬仿真實驗教學系統是為了解決傳統課堂教學中學生對于抽象的結構與原理難以理解的問題,提供一種生動、形象的教學方法。通過動畫模擬儀器內部構造、光線傳播、信號傳播、映射等,說明水準儀、全站儀和GNSS接收機的構造和測量原理。如圖2為全站儀認知實驗界面,學生可在課堂通過講解和交互實現全站儀各部分的認知,使教學內容更易接受。

国产富二代app下载   3.2. 儀器操作模塊

国产富二代app下载   儀器操作模塊可實現虛擬的測量儀器操作環境,讓學生真實體驗測量過程,完成“儀器操作”模擬訓練。主要包含水準儀、全站儀和GNSS接收機的對中、整平以及其虛擬仿真模擬教學,涵蓋了教學過程中各類測量儀器的基本功能練習。圖3為全站儀鍵盤模擬操作界面,學生可利用實驗平臺進行全站儀的虛擬操作,儀器安置以動畫和用戶交互操作的方式,實現全站儀從開箱到架設好儀器的全部過程。另外系統設置了圓水準器和管水準器的氣泡移動窗口,便于學生了解全站儀粗平和精平的狀況(如圖4所示)

  3.3. 測量方法模塊

  該功能模塊基于水準儀、全站儀及GNSS接收機,針對測量學的測角、測距和測高差的基本內容,實現水準測量、角度觀測、三角高程測量和GNSS定位的模擬操作。圖5為全站儀測量模擬界面,包括儀器安置、角度測量、距離測量、坐標測量和三角高程測量。水準測量包括利用雙面尺法和變換儀器高法進行四等水準測量,GNSS定位測量虛擬教學中,通過仿真的手簿操作界面,實現單點定位和實時差分定位測量。

  3.4. 測量方案設計與實施模塊

国产富二代app下载   本模塊針地形圖測繪中所涉及的完整測量過程,首先采用虛擬仿真技術,以學生熟悉的校園環境為基礎,采集并處理校園數字正射影像、建筑紋理貼圖、基礎測繪數據,構建了三維虛擬校園系統,學生可瀏覽整個測區概況,進行勘測選點。在此基礎上,根據測量規范,進行GNSS、導線和水準控制測量,進行虛擬仿真測量,并對測得的數據進行處理。然后分別模擬全站儀和實時差分定位技術進行地形圖測繪,并基于測得的數據進行地形圖繪制(圖6)。

  4. 結束語

  針對測量學教學中理論與實際無法在課堂結合的不足,本文提出了測量學課堂虛擬仿真教學方法。該虛擬仿真教學方法,能克服傳統測量學教學過程中灌輸式教學方法在抽象的理論和原理教學方面的不足,提高學生學習的積極性和學習效率,提升學生實踐環節的理解程度和動力能力。本文中提出的課堂虛擬仿真教學系統還不夠完善,如測設內容還未進行設計,這是未來工作的內容之一。此外,測量學課堂虛擬仿真教學在理論課堂中的最佳應用方式還需在未來的教學中進一步探索,以提高學生對于測量學的理解程度和測量實踐中的動手能力。

  參考文獻

  [1]王衛國. 虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[J]. 實驗室研究與探索, 2013, 32(12): 5-8.

国产富二代app下载   [2]胡今鴻, 李鴻飛, 黃濤. 高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享機制探究[J]. 實驗室研究與探索, 2015, 34(2): 140-144.

  [3]毛自豪, 雷佳琪, 王成武, 等. 3S技術集成下的虛擬測繪實習平臺[J]. 測繪與空間地理信息, 2013(s1): 226-227.

  [4]趙強. 測繪虛擬實習系統的設計研究[J]. 測繪與空間地理信息, 2017, 40(10): 57-59.

  [5]范沖, 周鳳平, 周敏. 基于Quest3D的虛擬測繪實驗室的設計與實現[J]. 測繪通報, 2014(2): 119-121.

  《測量學課堂虛擬仿真教學方法》來源:《測繪科學技術国产富二代app下载》,作者:郝明,楊敏,范洪冬,張華。

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聲明:《測量學課堂虛擬仿真教學方法》