楊正祥

(武漢交通職業(yè)學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院, 湖北 武漢 430065)

智能交通GPS與GIS技術(shù)課程建設(shè)與實踐

楊正祥

(武漢交通職業(yè)學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院, 湖北 武漢 430065)

根據(jù)高職院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求,從教學(xué)目標(biāo)定位、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、實訓(xùn)項目設(shè)立、實訓(xùn)條件改善等方面對“智能交通GPS與GIS技術(shù)”課程進行了改革,強化了新知識和新應(yīng)用,突出了實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)。整個教學(xué)過程在基本理論的基礎(chǔ)上大量穿插工程實踐內(nèi)容,取得了良好的教學(xué)效果。

智能交通； 教學(xué)改革； 實踐教學(xué)； GPS； GIS

智能交通系統(tǒng)(intelligent transportation system,ITS)以其實時、準(zhǔn)確、高效的特點,在交通工程現(xiàn)代化中發(fā)揮著重要的作用[1-2]。為了培養(yǎng)高職學(xué)生追蹤行業(yè)新動態(tài)、掌握行業(yè)新技術(shù)的能力,武漢交通職業(yè)學(xué)院交通安全與智能控制專業(yè)開設(shè)了“智能交通GPS與GIS技術(shù)”課程。該課程具有多學(xué)科交叉的特點,涉及現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信、交通信息采集與處理、道路交通控制等內(nèi)容,具有技術(shù)性和工程性,是專業(yè)核心課程[3],是“城市智能交通設(shè)備”、“城市軌道交通設(shè)備”、“高速公路機電系統(tǒng)”等后續(xù)課程的基礎(chǔ)。通過課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠較全面地掌握GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))和GIS(地理信息系統(tǒng))的基本理論，具有較強的系統(tǒng)軟件應(yīng)用能力，能獨立完成交通數(shù)據(jù)采樣、接收、編輯、處理、分析、制圖、建庫、輸出和定位導(dǎo)航等工作，具備一定的空間問題分析處理和交通流量預(yù)測的能力[4]。

1 一般教學(xué)中存在的問題

“智能交通GPS與GIS技術(shù)”課程是一門新興課程,在各高校相同或類似的課程中,教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和實訓(xùn)條件尚未成熟和統(tǒng)一。該課程融合了交通工程、信息工程、控制工程、通信、計算機等多學(xué)科領(lǐng)域的研究成果,因而它也是一門面向工程應(yīng)用的課程[5]。關(guān)于如何裁剪和交叉應(yīng)用多學(xué)科知識,采取何種教學(xué)模式,如何設(shè)計教學(xué)項目等問題也在探索之中。

一般的教學(xué)方法主要是從宏觀上介紹相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用,理論知識介紹得較多,實驗及實訓(xùn)內(nèi)容則較少,實際案例分析更少。有些實驗室所使用的設(shè)備和器件與工業(yè)生產(chǎn)中所使用的實際設(shè)備和器件有較大的差異,往往只能用模型或計算機仿真作為一種彌補的手段,學(xué)生所掌握的知識與真實生產(chǎn)系統(tǒng)尚有距離。而且智能交通技術(shù)的發(fā)展較快,傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段難以跟上這種變化。因此,筆者嘗試對“智能交通GPS與GIS技術(shù)”課程教學(xué)進行改革,開拓實訓(xùn)資源和項目,以理-實一體化教學(xué)模式開展教學(xué),使理論、實踐兩個環(huán)節(jié)在教學(xué)過程中緊密相連,體現(xiàn)現(xiàn)代職業(yè)教育以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能為核心的教育理念[6]。

2 課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

筆者經(jīng)過了前期大量的調(diào)研工作,在上海、深圳交通發(fā)達城市了解企業(yè)的用人需求、崗位需求及企業(yè)對學(xué)生的技能要求,并對畢業(yè)生進行了回訪,最終明確了交通職業(yè)院校學(xué)生的典型就業(yè)崗位；進而設(shè)計了學(xué)習(xí)任務(wù)、開發(fā)了實訓(xùn)項目。實訓(xùn)項目特別注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力,盡可能地適應(yīng)高職教育教學(xué)改革的新需求和新特點,面向智能交通領(lǐng)域GPS與GIS新技術(shù),與新應(yīng)用案例相結(jié)合[7-8]。

筆者確定的“智能交通GPS與GIS技術(shù)”課程的目標(biāo)崗位群是基于GPS與GIS的智能交通設(shè)備和交通安防電子產(chǎn)品的設(shè)計、制造、銷售、安裝、調(diào)試及維護,以及交通網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的生產(chǎn)、使用和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)[9]。據(jù)此,設(shè)計了6個典型學(xué)習(xí)任務(wù)(見表1),最后完成一個綜合實訓(xùn)項目“武漢市主城區(qū)道路與車輛動態(tài)管理信息系統(tǒng)設(shè)計”。

表1 智能交通GPS和GIS課程典型實訓(xùn)項目內(nèi)容設(shè)計

學(xué)習(xí)任務(wù)/項目學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)內(nèi)容1.車載定位與導(dǎo)航系統(tǒng)認識 (1)能描述GPS系統(tǒng)的組成、功能及工作原理(2)能夠描述GIS在智能交通中的應(yīng)用 (1)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)介紹(2)地理信息系統(tǒng)(GIS)介紹(3)定位與導(dǎo)航介紹2.車輛終端設(shè)備實現(xiàn) (1)能夠描述車載設(shè)備各外部接口功能及作用(2)能夠識別汽車電路保險圖,并準(zhǔn)確找到終端安裝電源(3)能夠識別常見汽車電路(4)能夠快速獨立安裝車載GPS終端系統(tǒng)(5)能夠?qū)K端設(shè)備進行現(xiàn)場調(diào)試(6)能夠現(xiàn)場處理車載GPS系統(tǒng)硬件故障 (1)常見汽車電路介紹(2)車載終端設(shè)備各外部接口功能及作用(3)GPS天線安裝位置及注意事項(4)終端設(shè)備調(diào)試方法及注意事項(5)終端設(shè)備登錄監(jiān)控平臺的方法(6)終端監(jiān)控設(shè)備及導(dǎo)航儀的使用方法(7)車載終端測試的流程與方法3.車輛監(jiān)控定位軟件實現(xiàn) (1)掌握監(jiān)控軟件的基本功能(2)能對監(jiān)控車輛出現(xiàn)的問題及時作出應(yīng)急反應(yīng)(3)能收集客戶的改進要求,修訂、改進方案(4)能協(xié)助軟件工程師進行監(jiān)控軟件的改進 (1)監(jiān)控軟件的安裝(2)監(jiān)控軟件的配置及聯(lián)網(wǎng)(3)監(jiān)控軟件的功能應(yīng)用(4)車輛監(jiān)控中的常見問題及處理方法4.車輛終端設(shè)備維修與維護 (1)能夠?qū)PS車載終端元件及電路進行資料收集和閱讀(2)能夠記錄故障現(xiàn)象,排查故障原因(3)能正確使用專業(yè)檢測工具(4)能熟練處理常見故障 (1)車載終端設(shè)備電路認識及主要元器件功能(2)故障排查方法(3)檢測工具的使用方法(4)故障排查方法(5)日常維護5.公共車輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng) (1)能實現(xiàn)車輛位置監(jiān)控和調(diào)度管理(2)能實現(xiàn)安全監(jiān)控(3)能實現(xiàn)軌跡回放和統(tǒng)計分析(4)能實現(xiàn)信息采集和處理 (1)數(shù)據(jù)流程圖的繪制(2)通信中心的設(shè)計(3)GPS數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(4)數(shù)據(jù)管理中心的設(shè)計6.出租車報警監(jiān)控調(diào)度管理 (1)能完成系統(tǒng)需求分析(2)能提供系統(tǒng)硬件解決方案(3)能提供系統(tǒng)監(jiān)控軟件解決方案 (1)相關(guān)汽車電路分析(2)監(jiān)控平臺的注意事項(3)常見系統(tǒng)故障分析

3 改革教學(xué)模式

3.1 有針對性地設(shè)計教學(xué)模式,體現(xiàn)學(xué)以致用

根據(jù)學(xué)生的文化基礎(chǔ)、接受能力和教育教學(xué)目標(biāo),采用“職業(yè)導(dǎo)向、能力目標(biāo)、學(xué)生主體、項目導(dǎo)向、任務(wù)訓(xùn)練”的教學(xué)模式,讓學(xué)生在做中學(xué),充分利用現(xiàn)代化教育技術(shù)手段和教學(xué)方式,形成立體化的教學(xué)體系。

基于工作過程設(shè)計任務(wù)、搭建學(xué)習(xí)情境；從應(yīng)用實踐出發(fā),經(jīng)過歸納和總結(jié)得到數(shù)學(xué)模型；結(jié)合實際應(yīng)用指導(dǎo)學(xué)生解決交通運輸管理中遇到的實際問題。

例如,要求學(xué)生創(chuàng)建一個教學(xué)情景,完成車輛定位顯示和導(dǎo)航功能,包括:(1)應(yīng)用GIS組織管理路網(wǎng)空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù),對路網(wǎng)建立拓撲關(guān)系；(2)GPS終端實時接收衛(wèi)星信號并轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)信息,與地圖數(shù)據(jù)進行匹配；(3)幫助司機選擇最佳路徑,并為司機提供道路預(yù)報信息,如道路轉(zhuǎn)彎、道路擁堵、道路施工、交通事故易發(fā)區(qū)等提示。

學(xué)生在了解GPS的工作原理和GIS數(shù)據(jù)分析方法后,再學(xué)習(xí)導(dǎo)航、定位工具軟件的使用及數(shù)據(jù)處理方法,進而完成建立電子地圖、接收GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)和地圖匹配,在電子地圖上顯示出車輛實際位置并實現(xiàn)導(dǎo)航功能。

3.2 案例導(dǎo)入、任務(wù)訓(xùn)練

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)遵循以職業(yè)技術(shù)能力培養(yǎng)為主線,兼顧一般能力培養(yǎng)的原則,培養(yǎng)學(xué)生在交通信息系統(tǒng)設(shè)計、施工和運行管理方面所必需的綜合應(yīng)用能力。每一項學(xué)習(xí)任務(wù)都設(shè)置一些引導(dǎo)問題,采用從簡單到復(fù)雜、從外圍到核心的原則合理安排學(xué)習(xí)任務(wù)。

強化課程的訓(xùn)練環(huán)節(jié),以專業(yè)能力為訓(xùn)練目標(biāo),以源于生活實際的典型案例(如車載導(dǎo)航儀)為載體,設(shè)計課程的訓(xùn)練過程。在每一個任務(wù)單元教學(xué)中,以一個主要案例為主線,準(zhǔn)備多項訓(xùn)練任務(wù)。例如:學(xué)生在學(xué)習(xí)“GPS產(chǎn)品的認識和使用”時,教師用GPS模塊演示,讓學(xué)生學(xué)習(xí)GPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、分類和應(yīng)用軟件,隨后學(xué)生即可在實訓(xùn)樓的不同地點完成GPS定位的實訓(xùn)和測試,真正實現(xiàn)教、學(xué)、做的一體化[10]。

3.3 跟蹤新技術(shù)、了解新應(yīng)用

因為智能交通GPS與GIS技術(shù)發(fā)展較快,為彌補教材內(nèi)容滯后的問題,筆者通過相關(guān)公司網(wǎng)站和最新科技論文等途徑獲得最新知識信息,向?qū)W生介紹該項技術(shù)的最新研究成果及在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用,開闊學(xué)生的視野并增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[11]。例如學(xué)生在查閱資料后,不但了解GPS系統(tǒng)的使用,也了解到使用該系統(tǒng)面臨的國家安全等問題,所以更關(guān)注我國建立的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。學(xué)生還可以進一步學(xué)習(xí)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS的異同點及各自的特點。

4 實踐教學(xué)條件的建設(shè)與使用

我院以智能交通省級教學(xué)改革試點專業(yè)、省級實訓(xùn)基地的建設(shè)為契機,積極推進實驗室建設(shè)。目前實驗室已有GPS/GIS車輛調(diào)度實訓(xùn)系統(tǒng)、汽車GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示教板、GPS/GSM移動車輛監(jiān)控管理實驗系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航儀、GIS軟件系統(tǒng)等軟硬件實驗設(shè)備,具備了較好的實訓(xùn)條件,并計劃利用“中央財政支持實訓(xùn)基地”的資金繼續(xù)建設(shè)和完善實訓(xùn)條件。

以GPS/GSM移動車輛監(jiān)控管理實驗系統(tǒng)為例,該系統(tǒng)包括GPS/GPRS車載終端和移動車輛監(jiān)控中心兩部分,車輛監(jiān)控中心又包括GSM通信網(wǎng)絡(luò)、電子顯示屏、監(jiān)控終端、主控計算機和應(yīng)用軟件等組成部分。它支持Google地圖顯示坐標(biāo)、車輛位置顯示、軌跡回放、車輛監(jiān)控等功能,主要用于引導(dǎo)學(xué)生對全球移動定位系統(tǒng)(GPS)的入門及應(yīng)用,熟悉GPS移動定位系統(tǒng)的使用,加強對數(shù)字移動通信網(wǎng)(GSM)的認識、理解與應(yīng)用,為學(xué)生提供一個當(dāng)今生活中應(yīng)用非常廣泛的移動定位監(jiān)控系統(tǒng)平臺。學(xué)生可將它作為課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計的硬件開發(fā)平臺,在此基礎(chǔ)上自主進行GPS/GSM移動車輛防盜反劫、定位追蹤、調(diào)度管理等智能型控制系統(tǒng)的研發(fā)[12-13]。

5 結(jié)束語

“智能交通GPS與GIS技術(shù)”課程以項目作為邏輯主線組織教學(xué)內(nèi)容和實施課程教學(xué),不再墨守以知識傳授為主要特征的傳統(tǒng)學(xué)科課程教學(xué)模式,而是將完成工作任務(wù)必需的相關(guān)理論知識構(gòu)建于項目之中。學(xué)生在完成具體項目的過程中學(xué)會完成相應(yīng)工作任務(wù),掌握本專業(yè)必備的理論知識、訓(xùn)練職業(yè)能力,達到了預(yù)期的實驗教學(xué)效果?！爸悄芙煌℅PS與GIS技術(shù)”課程的建設(shè)實踐對于我院建設(shè)智能交通專業(yè)群“省級改革試點專業(yè)”、“省級實訓(xùn)基地”也有借鑒作用。

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Construction and practice of GPS and GIS Technology on Intelligent Transportation course

Yang Zhengxiang

(Department of Electronics and Information, Wuhan Technical College of Communications, Wuhan 430065, China)

According to the requirements for application-oriented talent training in higher vocational colleges, this paper has made considerable changes of GPS and GIS Technologies Applied in Intelligent Transport course, in terms of setting teaching goals, design of the teaching content, the establishment of practical training programs, improvements in practical training conditions, and so on. It reinforces new knowledge and applications and highlights the practical training period. The whole teaching process has reached an impressive teaching effect by integrating the basic theory with many examples of engineering practice.

intelligent transportation; reform in teaching; practical teaching; GPS; GIS

2015- 06- 16 修改日期：2015- 10- 28

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目“基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的武漢城市圈貨運量預(yù)測方法與應(yīng)用”(Q20106401)；全國交通運輸職業(yè)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會2015年交通運輸職業(yè)教育科研項目(2015B44)

楊正祥(1976—),男,湖北漢川,博士,副教授,主要研究方向為交通信息化、智能算法和實驗教學(xué).

G712

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1002-4956(2015)12- 0170- 03