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        淺析《GPS測量原理與應(yīng)用》教學(xué)中程序設(shè)計(jì)的重要性

        2016-10-17 18:54:50常亮郭立新馮貴平
        科技視界 2016年21期
        關(guān)鍵詞:教學(xué)

        常亮 郭立新 馮貴平

        【摘 要】討論了近年來在《GPS測量原理與應(yīng)用》課程教學(xué)中進(jìn)行程序設(shè)計(jì)作業(yè)的重要性,并列舉了幾個(gè)“逆向思維”教學(xué)實(shí)例,總結(jié)了課程教學(xué)中存在的一些問題,并提出了今后的改進(jìn)方法。

        【關(guān)鍵詞】GPS;教學(xué);程序設(shè)計(jì)

        0 前言

        自20世紀(jì)70年代初期全球定位系統(tǒng)(GPS)誕生以來,GPS已廣泛應(yīng)用于大地測量學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、地球物理學(xué)、天體力學(xué)、載人航天學(xué)、全球海洋學(xué)和全球氣象學(xué)等領(lǐng)域,涵蓋了軍事國防、智能交通、郵電通信、礦業(yè)、石油、建筑、農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、環(huán)境監(jiān)測、金融、公安等部門和行業(yè)[1]。為滿足人才培養(yǎng)目標(biāo)需求,各高校的測繪類專業(yè)在制訂培養(yǎng)計(jì)劃時(shí),都將《GPS測量原理與應(yīng)用》課程放在重要位置。同時(shí),自上海海洋大學(xué)成立海洋測繪專業(yè)以來,《GPS測量原理與應(yīng)用》課程就成為該專業(yè)的一門必修課程。

        然而,由于該課程所涉及到的各專業(yè)理論廣泛且復(fù)雜,技術(shù)性強(qiáng),而且隨著世界各國對衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的重視與投入逐步加大,包括GPS在內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航原理與應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)更新較快,并與多學(xué)科交叉,導(dǎo)致其在實(shí)際教學(xué)中存在一定的難度。因此,在《GPS測量原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)中,如何讓學(xué)生更好地理解相關(guān)理論,提高課程的教學(xué)質(zhì)量,是值得教師認(rèn)真思考的問題。通過過去幾年上海海洋大學(xué)海洋測繪專業(yè)《GPS測量原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)實(shí)踐與嘗試,本文就實(shí)際教學(xué)中所實(shí)行的程序設(shè)計(jì)作業(yè)的重要性進(jìn)行探討,為進(jìn)一步提高學(xué)生的接受能力,并下一步繼續(xù)開展教學(xué)改革打下基礎(chǔ)。

        1 程序設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)例

        在進(jìn)行《GPS測量原理與應(yīng)用》課程的講授中,首先會(huì)根據(jù)上課班級的學(xué)生總?cè)藬?shù)對學(xué)生進(jìn)行分組。分組的具體方法可以采取自愿組合的方式,每組3到4人,這樣方便后面進(jìn)行任務(wù)分配以及對學(xué)生的掌握情況進(jìn)行考核。

        1.1 GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

        GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)處理及相關(guān)應(yīng)用的重要步驟。在課堂上進(jìn)行講授時(shí),學(xué)生往往難以深刻認(rèn)識(shí)到轉(zhuǎn)換過程中所需要注意的問題。例如,在進(jìn)行WGS84空間直角坐標(biāo)系到大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換過程中,需要學(xué)生能運(yùn)用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行迭代處理,已精確求出對應(yīng)的大地緯度。但是,如果沒有要求學(xué)生實(shí)際進(jìn)行轉(zhuǎn)換,學(xué)生往往由于惰性或其他方面的原因,將這個(gè)問題一帶而過。此外,通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,還可以考察學(xué)生對相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)與理解能力。比如在利用我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行坐標(biāo)估計(jì)時(shí),為實(shí)現(xiàn)其得到的大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換,這就需要學(xué)生能認(rèn)識(shí)CGCS2000與WGS84之間的聯(lián)系與區(qū)別。

        除了空間直角坐標(biāo)系到大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換外,還有空間直角坐標(biāo)系與站心直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換問題。一般地,我們可以選取常用的北東天(NEU)這一特殊的站心直角坐標(biāo)系為例來進(jìn)行學(xué)習(xí)。實(shí)踐證明,通過給學(xué)生布置程序設(shè)計(jì)更能讓學(xué)生加深對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中具體過程及注意事項(xiàng)的理解。

        1.2 GPS衛(wèi)星星歷計(jì)算

        為了加深學(xué)生對GPS衛(wèi)星坐標(biāo)的理解,我們通過實(shí)驗(yàn)課的時(shí)間,為學(xué)生講解了GPS儀器的操作和GPS原始數(shù)據(jù)的采集方法,并要求學(xué)生根據(jù)自己采集的廣播星歷,根據(jù)書本上提供的GPS衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算的原理,自己動(dòng)身設(shè)計(jì)GPS衛(wèi)星的位置計(jì)算程序。一方面,培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力,另一方面,又通過學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì),加深了學(xué)生對導(dǎo)航文件中設(shè)計(jì)的參數(shù)的理解。此外,在通過導(dǎo)航文件進(jìn)行參數(shù)的提取了,還可以讓學(xué)生來認(rèn)識(shí)和理解GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)的RINEX格式。

        1.3 GPS偽距單點(diǎn)定位

        在課程進(jìn)行到后半段時(shí),可以布置這樣一個(gè)綜合性相對高點(diǎn)的題目讓學(xué)生們?nèi)ネ瓿?。在進(jìn)行GPS偽距單點(diǎn)定位的程序設(shè)計(jì)時(shí),需要學(xué)生對整個(gè)GPS數(shù)據(jù)格式,GPS基本觀測量,GPS衛(wèi)星精密星歷產(chǎn)品和GPS衛(wèi)星精密鐘差產(chǎn)品等概念有較為深刻的認(rèn)識(shí)和理解??紤]到衛(wèi)星星歷的時(shí)間分辨率較低,如果進(jìn)行任意時(shí)刻的定位就需要對GPS衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差進(jìn)行插值,這無疑增加了對本科生的要求和程序設(shè)計(jì)的難度。

        為此,可以首先學(xué)生采用國際GNSS服務(wù)組織(IGS)提供的間隔15分鐘的后處理精密星歷產(chǎn)品,并以15分鐘的時(shí)間間隔來進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位結(jié)果估計(jì)。相應(yīng)如果學(xué)生能夠完整地實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)程序設(shè)計(jì),那么對GPS相關(guān)概念的理解,相關(guān)問題的認(rèn)識(shí)等會(huì)上升到一個(gè)新的臺(tái)階。

        2 尚存在問題

        經(jīng)過幾個(gè)學(xué)期的程序設(shè)計(jì)教學(xué)摸索,整體上提高了學(xué)生在《GPS測量原理與應(yīng)用》學(xué)習(xí)中的積極性和主動(dòng)性,但是我們認(rèn)為還存在以下幾個(gè)問題,需要在后續(xù)的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn):

        2.1 如何更科學(xué)地進(jìn)行分組已更好地完成程序設(shè)計(jì)內(nèi)容

        雖然在分組之初我們要求每個(gè)組的學(xué)生必須承擔(dān)一定的任務(wù)。然而,在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)匯報(bào)時(shí)我們發(fā)現(xiàn),雖然每個(gè)組都會(huì)完成要求的程序設(shè)計(jì),但是在相當(dāng)多的小組中,僅部分人參與了方案的設(shè)計(jì)和程序的編寫,另一部分同學(xué)則處于游離狀態(tài)。

        2.2 如何杜絕抄襲網(wǎng)上已有程序的現(xiàn)象

        GPS在我國的發(fā)展已有幾十個(gè)年頭,在相關(guān)高等院校的教學(xué)也取得了長足發(fā)展。同時(shí),在互聯(lián)網(wǎng)越來越發(fā)達(dá)的今天,網(wǎng)上能獲取的與GPS相關(guān)的程序代碼也越來越多。在《GPS測量原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)中,我們后來發(fā)現(xiàn)有一部分同學(xué)交來的程序設(shè)計(jì)作業(yè)中有一大部分內(nèi)容均為網(wǎng)絡(luò)獲取得到的,這種現(xiàn)象的出現(xiàn),嚴(yán)重偏離了我們設(shè)計(jì)這種教學(xué)方案的初衷。因此,后續(xù)教學(xué)中,我們應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生對網(wǎng)上抄襲這方面的管理與引導(dǎo),更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

        3 結(jié)論

        在本文中,對上海海洋大學(xué)《GPS測量原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)實(shí)踐過程中的程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法進(jìn)行了探討,并針對存在的一些問題進(jìn)行了總結(jié)。其最終目的是為了改善《GPS測量原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)效果,提高教學(xué)質(zhì)量,增強(qiáng)與鞏固學(xué)生對GPS的認(rèn)識(shí)與理解。接下來幾年的時(shí)間,隨著我國北斗和歐盟GALILEO等GNSS系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展與完善,我們還將就改善程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法,為提高同學(xué)們對多衛(wèi)星星座在相關(guān)方面的認(rèn)識(shí)進(jìn)行更深入的研究和探索。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]徐紹銓,張華海,楊志強(qiáng),等.GPS測量原理及應(yīng)用(第三版)[M].武漢大學(xué)出版社,2008.

        [責(zé)任編輯:王楠]

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