陽凡林,劉智敏

(1.山東科技大學(xué)測繪學(xué)院,山東青島266510;2.海島(礁)測繪技術(shù)國家測繪局重點實驗室,山東 青島266510;3.山東省基礎(chǔ)地理信息與數(shù)字化技術(shù)重點實驗室,山東青島266510)

0 引 言

隨著空間定位技術(shù)和電子信息科學(xué)的發(fā)展,衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)技術(shù)(主要有GPS,GLONASS,COMPASS,Galileo,)已經(jīng)應(yīng)用到與導(dǎo)航、定位、授時、氣象有關(guān)的方方面面,可以說其應(yīng)用只受想象限制。GPS衛(wèi)星定位原理與數(shù)據(jù)處理也作為《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》設(shè)置的測繪工程本科專業(yè)的專業(yè)主干課程之一,受到相關(guān)院校的重視。目前畢業(yè)生工作單位反饋的主要問題是學(xué)生的軟件操作和編程能力弱,處理實際問題缺乏經(jīng)驗,無法滿足獨立完成項目的用人需要。通過教學(xué)團隊的分析和調(diào)研,以GPS數(shù)據(jù)處理課程為例探討教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)模式改進和考試方式調(diào)整等內(nèi)容進行課程體系的整合設(shè)置,以提高學(xué)生的專業(yè)實踐能力和發(fā)揮主觀能動性。這對于計算機軟件操作有關(guān)的專業(yè)課程教學(xué)有一定借鑒作用,理論基礎(chǔ)知識掌握后,通過上機實踐、生產(chǎn)實習(xí)去消化理論知識,積累實戰(zhàn)經(jīng)驗,增強自信力,培養(yǎng)實際工作能力,以滿足社會需求。

1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

GPS數(shù)據(jù)處理課時安排為20～32學(xué)時之間,前導(dǎo)課程為測量平差基礎(chǔ)、高級語言程序設(shè)計、GPS衛(wèi)星定位原理與方法,后續(xù)課程安排為GPS衛(wèi)星定位生產(chǎn)實習(xí)。其教學(xué)目的是:使學(xué)生了解GPS全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的一般過程與步驟,掌握在GPS外業(yè)基礎(chǔ)上的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理步驟與方法,主要包括預(yù)處理、坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、基線解算、網(wǎng)平差等過程[1]。學(xué)生畢業(yè)后,在實際生產(chǎn)實踐過程中,在外業(yè)數(shù)據(jù)采集和外業(yè)檢核結(jié)束的基礎(chǔ)上,能獨立完成內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及誤差分析與評定。

教學(xué)內(nèi)容設(shè)置為兩篇:一篇為數(shù)據(jù)處理過程—GPS坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、基線解算、網(wǎng)平差,以數(shù)學(xué)模型的建立和公式推導(dǎo)為主,通過數(shù)據(jù)流程設(shè)計為軟件的學(xué)習(xí)做準備;另一篇是數(shù)據(jù)處理軟件使用見表1所示。從教學(xué)目的上可以得出:本課程是為了生產(chǎn)實踐上進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及誤差分析與評定,是一門以軟件操作為主的課程。因此在課時安排上側(cè)重于第二篇?？紤]到目前GPS應(yīng)用的不同,數(shù)據(jù)處理軟件也有多種,那么介紹軟件分類及其使用特點就成為課程重點內(nèi)容之一。

GPS數(shù)據(jù)處理軟件可以采用專用軟件、商用軟件或隨機軟件,如專用軟件有檢核數(shù)據(jù)質(zhì)量評定的質(zhì)量評定軟件(T ranslation,Editing,and QualityChecking-TEQC),作為UNAVCO研制的一款功能強大的GPS/GLONASS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件,是目前國際上公認較為優(yōu)秀的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件;高精度的GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理也可以選用國際著名的GAMIT/GLOBK、BERNESE、GIPSY、EPOS等軟件,都是IGS數(shù)據(jù)分析處理中心所采用的軟件,具有數(shù)據(jù)處理精度高、解算功能強大、模塊結(jié)構(gòu)清晰、自動批處理穩(wěn)健、運算速度快等共同特點;為了滿足國內(nèi)GPS工程測量需要,我國自主研發(fā)的GPS控制網(wǎng)平差軟件,如PowerADJ軟件、科傻系統(tǒng)GPS工程測量網(wǎng)通用平差軟件、Caravel Net高精度控制網(wǎng)平差軟件等商用軟件,適于大規(guī)模GPS控制網(wǎng)的快速高精度解算,可以根據(jù)GPS工程控制網(wǎng)需要,進行一點一方位平差、高程擬合等功能,并帶有常用的工程測量計算工具,可以實現(xiàn)各種坐標轉(zhuǎn)換,及選擇多種測量規(guī)范對應(yīng)的控制網(wǎng)等級進行平差,輸出成果;隨機軟件有天寶測量辦公軟件(T rimble Geomatics Office,TGO),南方測繪的GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)平差軟件(South Survey GPS Data-Processing ADJustment,ADJ),中海達GPS數(shù)據(jù)處理HDS軟件等,適合測繪工程數(shù)據(jù)處理、科研分析和學(xué)生學(xué)習(xí)使用,廣大測繪工作者均可免費使用的軟件,操作簡單,易學(xué)易用[2]。

GPS數(shù)據(jù)處理軟件操作(一般教學(xué)用天寶TGO軟件)在多媒體教學(xué)+機房進行,教師一邊講解軟件的結(jié)構(gòu)一邊利用軟件平臺操作數(shù)據(jù)處理步驟,通過投影屏幕展示,使學(xué)生在機位上邊聽講邊上機實踐,可以快速入門,領(lǐng)會軟件功能和初步使用過程。再通過測量數(shù)據(jù)進行軟件操作,對于多時段、多歷元、不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)的選用對解算結(jié)果的影響,精度評定后對比分析。條件(課時、軟件和機房等試驗環(huán)境)允許的情況下,可以繼續(xù)對同類專業(yè)軟件(南方的GPS平差A(yù)DJ軟件,武測的Power-Net平差軟件,中海達GPS數(shù)據(jù)處理 HDS軟件等)的學(xué)習(xí)和操作,以同一組數(shù)據(jù)處理得出不同的結(jié)果和精度對比,了解在不同情況下適合選用的處理軟件。

2 教學(xué)模式優(yōu)化

GPS數(shù)據(jù)處理的講授主要結(jié)合衛(wèi)星定位原理與測量平差知識,進行數(shù)據(jù)處理模型推導(dǎo);高級語言程序設(shè)計與衛(wèi)星定位理論的交叉運用到程序設(shè)計流程中。作為第8/9學(xué)期開設(shè)的專業(yè)課程,不僅講授新理論新知識,還需要對前導(dǎo)課程內(nèi)容溫故知新,融會貫通,學(xué)知識是為了用知識去解決問題,這里得小試牛刀。為了方便公式書寫和流程圖繪制,采用CAI多媒體教學(xué)方式節(jié)省上課時間[3];在公式推導(dǎo)過程中,輔以“板書+粉筆”教學(xué)有助于學(xué)生的理解和思考[4]。并留出時間給同學(xué)們分組討論對于數(shù)據(jù)處理過程中子模塊的設(shè)計流程,如時間系統(tǒng)或坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、RINEX文件信息的讀取、觀測數(shù)據(jù)粗差剔除等。布置課后練習(xí)進行小模塊編程實現(xiàn),通過程序設(shè)計和調(diào)試培養(yǎng)學(xué)生的編程能力和對數(shù)學(xué)模型、數(shù)據(jù)流程的掌握程度,縮短與專業(yè)軟件的距離,子模塊和軟件就是小房子和樓群的關(guān)系,軟件就是足夠的人力、時間和技術(shù)指導(dǎo)的成果。為學(xué)生以后的軟件平臺二次開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。

表1 GPS數(shù)據(jù)處理教學(xué)方法設(shè)置

數(shù)據(jù)處理軟件的掌握是通過上機演示和操作,讓學(xué)生自己去熟悉軟件功能和處理實測數(shù)據(jù),在軟件操作學(xué)習(xí)中遇到的問題,通過獨立思考、同學(xué)相互討論協(xié)作、去嘗試多種解決方案,再和教師交流選擇最優(yōu)方案。以此調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。

課后提交讀書報告的教學(xué)要求,是應(yīng)對GPS數(shù)據(jù)處理算法發(fā)展、軟件更新、應(yīng)用領(lǐng)域拓展的特點,令學(xué)生去圖書館或是電子網(wǎng)絡(luò)查詢文獻資料[5-6],收集整理后做出讀書報告,以獲得相關(guān)領(lǐng)域的前沿發(fā)展最新信息,培養(yǎng)學(xué)習(xí)自主性和專業(yè)文獻檢索能力。

3 考核方式改革

進行考試形式改革,以開卷考試和平時作業(yè)成績綜合考核:

1)開卷考試,改進考試題型,要求同學(xué)定時在考場獨立完成。以數(shù)學(xué)模型、算法流程和程序設(shè)計為知識考點,可以翻閱參考資料。主要考察學(xué)生的理解、分析和解決問題的綜合能力。占總成績的60%。

2)讀書報告占10～20%。

3)上機操作,在有限時間內(nèi),對所給數(shù)據(jù)文件進行數(shù)據(jù)處理,按照要求展示處理結(jié)果報告,作為實踐技能操作的考核占20～30%。

應(yīng)對課程特點,采用開卷考試、上機考試等不同于傳統(tǒng)的閉卷考試形式,為了培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題的能力,提高了課程知識的掌握度,也在一定程度有效克服了考試作弊問題,起到了檢核學(xué)生成績的目的。

4 結(jié) 論

GPS數(shù)據(jù)處理作為專業(yè)理論與數(shù)學(xué)、計算機技術(shù)結(jié)合的課程,其理論性和實踐性都要求較高,在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上緊跟空間定位技術(shù)發(fā)展和社會技術(shù)需求的變化,同時在教學(xué)環(huán)節(jié)上利用多媒體、電子網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代教學(xué)環(huán)境,通過分組討論、讀書報告、上機實踐和開卷考試等多種教學(xué)模式結(jié)合,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新思維和獨立工作能力,滿足社會用人需求。

[1] 李征航,黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2005.

[2] 獨知行,劉智敏.GPS測量實施與數(shù)據(jù)處理[M].北京:測繪出版社,2010.

[3] 蔣廷臣,顧 磊.多媒體技術(shù)輔助測繪專業(yè)教學(xué)研究[J].測繪科學(xué),2008,33(16):226-228.

[4] 劉智敏,陽凡林,獨知行.衛(wèi)星定位原理及應(yīng)用的教學(xué)改革與實踐[J].測繪工程,2010,19(3):77-80.

[5] 常玉奎.“工程測量”課程多媒體課件開發(fā)與應(yīng)用[J].測繪通報,2007(3):76-77.

[6] 孫賢斌,尹 杰,熊才權(quán),等.“測量學(xué)”多媒體教學(xué)網(wǎng)站建設(shè)[J].測繪通報,2008(12):70-72.