王慶國

(武漢科技大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，湖北 武漢 430081)

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以“圖”為紐帶的測(cè)量學(xué)與GIS課程一體化實(shí)踐教學(xué)的研究

王慶國

(武漢科技大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，湖北 武漢 430081)

為適應(yīng)測(cè)繪信息化背景下測(cè)繪學(xué)科和測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展變化，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生測(cè)繪與地理信息綜合能力的培養(yǎng)，本文針對(duì)目前非測(cè)繪類工程專業(yè)中的測(cè)量學(xué)和GIS課程的實(shí)踐教學(xué)，研究了以“圖”為紐帶，對(duì)兩門課程進(jìn)行一體化實(shí)踐教學(xué)的改革。

測(cè)繪信息化；一體化教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；地圖；測(cè)量學(xué)；GIS

在測(cè)繪信息化發(fā)展的背景下，測(cè)繪學(xué)科的理論基礎(chǔ)、工程技術(shù)體系、研究領(lǐng)域和科學(xué)目標(biāo)等都發(fā)生了深刻的變化；測(cè)繪行業(yè)的服務(wù)對(duì)象和服務(wù)范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)測(cè)繪學(xué)的范疇，擴(kuò)大到與地理信息有關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代測(cè)繪學(xué)已經(jīng)成為包含空間數(shù)據(jù)的采集、分析、管理、存儲(chǔ)、顯示和利用等綜合研究的科學(xué)和技術(shù)，其工作重點(diǎn)從以地圖生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)向以提供實(shí)時(shí)有效的地理信息綜合服務(wù)為主，傳統(tǒng)的單一測(cè)繪分支學(xué)科已不能滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)地理空間信息的需求[1-3]。

測(cè)繪學(xué)科和測(cè)繪行業(yè)的這種發(fā)展變化，使得傳統(tǒng)的單一技術(shù)型人才已難以滿足應(yīng)用服務(wù)的需要，寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力的復(fù)合創(chuàng)新型人才成為社會(huì)需求的主流[4-5]。為適應(yīng)測(cè)繪學(xué)科和測(cè)繪行業(yè)的這種發(fā)展變化，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生測(cè)繪與地理信息綜合能力的培養(yǎng)，目前，許多非測(cè)繪類工程專業(yè)，如城市規(guī)劃、資源管理、交通、電力、農(nóng)林、采礦等，都在原已開設(shè)測(cè)量學(xué)課程的基礎(chǔ)上，又相繼開設(shè)了GIS類的課程。

從能力培養(yǎng)的角度看，測(cè)量學(xué)和GIS課程緊密相關(guān)，只有將兩者作為一個(gè)整體來考慮其教學(xué)的組織與安排，才有利于發(fā)揮兩者之間相輔相成的互補(bǔ)作用，達(dá)到相得益彰的效果，進(jìn)而提升兩門課程的教學(xué)效果和教學(xué)品質(zhì)。但目前的教學(xué)實(shí)踐，普遍均是將兩者孤立對(duì)待，割裂處理，這給課程的教學(xué)效果和人才的培養(yǎng)質(zhì)量都帶來十分不利的影響。

為順應(yīng)測(cè)繪信息化的發(fā)展要求，筆者提出了對(duì)測(cè)量學(xué)與GIS課程進(jìn)行一體化教學(xué)的改革思路，以拓寬教學(xué)口徑，強(qiáng)化綜合能力培養(yǎng)，提升課程教學(xué)品質(zhì)[6]。

在測(cè)量學(xué)和GIS課程的教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)具有極為重要的地位，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生測(cè)繪與地理信息方面的工程和創(chuàng)新實(shí)踐能力都具有無可替代的作用。作為一體化教學(xué)的重要組成部分，本文將主要探討以“圖”為紐帶的兩門課程的一體化實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施。

1 測(cè)量學(xué)與GIS課程的關(guān)系及實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 測(cè)量學(xué)與GIS課程的關(guān)系分析

對(duì)于測(cè)量學(xué)而言，地面點(diǎn)空間位置的確定是其最核心的研究對(duì)象，其教學(xué)內(nèi)容都是圍繞這一核心研究對(duì)象展開，培養(yǎng)學(xué)生通過測(cè)量工作獲取點(diǎn)的空間位置數(shù)據(jù)的能力[7]。而GIS作為一種空間信息系統(tǒng)，其最基本的內(nèi)容是對(duì)空間位置數(shù)據(jù)的處理。在位置數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)的屬性和空間關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行組織管理、分析處理、地理信息產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用服務(wù)等[8]。

在測(cè)繪信息化背景下，一方面，以數(shù)字測(cè)繪技術(shù)為支撐，測(cè)繪數(shù)據(jù)成果成為地理信息數(shù)據(jù)最直接和最重要的來源，可以直接進(jìn)入地理信息數(shù)據(jù)庫；另一方面，通過地理信息平臺(tái)對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)成果的加工處理，可以將測(cè)繪數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)化為豐富的地理信息產(chǎn)品，擴(kuò)展和延伸測(cè)繪數(shù)據(jù)成果的功能。因此，從實(shí)現(xiàn)地理信息綜合服務(wù)的角度來看，需要實(shí)現(xiàn)以地理信息數(shù)據(jù)采集為基本內(nèi)容的測(cè)繪系統(tǒng)與以地理信息組織管理、分析處理和應(yīng)用服務(wù)為主要內(nèi)容的地理信息系統(tǒng)之間的融合。

由此可見，測(cè)量學(xué)和GIS兩門課程在邏輯上一脈相承，前后承接關(guān)系十分清晰，從測(cè)繪與地理信息綜合能力培養(yǎng)的角度來看，兩者更是密不可分。

1.2 測(cè)量學(xué)與GIS課程實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀分析

雖然測(cè)量學(xué)與GIS課程之間關(guān)系緊密，內(nèi)容邏輯上一脈相承，在教學(xué)中理應(yīng)將兩者作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮。但目前的教學(xué)實(shí)踐，普遍均是將兩者孤立對(duì)待。本文從實(shí)踐教學(xué)的角度對(duì)兩門課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

目前，非測(cè)繪類工程專業(yè)的測(cè)量學(xué)課程的實(shí)踐教學(xué)普遍以“掌握小范圍大比例尺地形圖測(cè)繪及基本的施工放樣能力”為目標(biāo)，以測(cè)繪完成一幅小范圍的大比例尺地形圖作為最終成果。教學(xué)內(nèi)容主要是操作和使用測(cè)繪儀器，以及實(shí)踐測(cè)量工作的程序步驟和交會(huì)定點(diǎn)的方法。學(xué)生在實(shí)踐中只需要考慮如何通過測(cè)量工作將地表的地物和地貌通過地圖符號(hào)表達(dá)出來，而不用考慮地形圖的后續(xù)應(yīng)用，更無需考慮地形圖所具有的地理信息數(shù)據(jù)庫的屬性，以及從地形圖到地理信息產(chǎn)品的延伸。

而GIS課程的實(shí)踐教學(xué)則基本都是從計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的角度來組織教學(xué)內(nèi)容，以一種GIS軟件為基礎(chǔ)，讓學(xué)生實(shí)踐數(shù)據(jù)編輯、管理、空間分析處理、可視化表達(dá)等內(nèi)容，形成基本的地理信息處理能力。實(shí)踐教學(xué)中處理的數(shù)據(jù)通常由教師準(zhǔn)備好或由實(shí)踐教程或軟件供應(yīng)商附帶提供，學(xué)生無需考慮其來源如何。而這些數(shù)據(jù)在形式上，通常也不同于通過測(cè)繪工作制作的地形圖，因此學(xué)生很難將這些數(shù)據(jù)與測(cè)繪數(shù)據(jù)成果直接關(guān)聯(lián)起來，也很難直觀感受到地理信息處理對(duì)測(cè)繪成果的擴(kuò)展和延伸作用。

另外，兩門課程在教學(xué)組織與安排上，還經(jīng)常間隔較長(zhǎng)跨度。如測(cè)量學(xué)的教學(xué)安排在二年級(jí)下學(xué)期，而GIS課程安排在三年級(jí)下學(xué)期，中間間隔了差不多一年。這種教學(xué)組織與安排，實(shí)際上是將兩門課程孤立對(duì)待和割裂處理。而且，由于非測(cè)繪類工程專業(yè)在測(cè)繪與地理信息的背景課程設(shè)置，以及教學(xué)課時(shí)的安排方面，也存在許多明顯局限[9]，這在教學(xué)效果上，很難使學(xué)生自然順暢地建立起從基于測(cè)繪系統(tǒng)的地理信息數(shù)據(jù)采集，到基于地理信息平臺(tái)的地理信息數(shù)據(jù)的組織管理、分析處理及應(yīng)用服務(wù)的完整認(rèn)識(shí)，不利于學(xué)生測(cè)繪與地理信息綜合能力與意識(shí)的培養(yǎng)。

因此，為了盡可能幫助學(xué)生形成測(cè)繪與地理信息方面的工程和創(chuàng)新實(shí)踐能力，就需要以地理信息綜合服務(wù)的需求為引領(lǐng)，基于兩門課程之間的邏輯聯(lián)系和承接關(guān)系，實(shí)施一體化教學(xué)，以實(shí)現(xiàn)兩者之間的互補(bǔ)和相得益彰的效果。

2 以“圖”為紐帶的測(cè)量學(xué)與GIS課程一體化實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施

所謂測(cè)量學(xué)和GIS課程的一體化實(shí)踐教學(xué)，就是面向地理信息綜合服務(wù)的需要，以及測(cè)繪與地理信息綜合能力的培養(yǎng)，把測(cè)量工作和地理信息處理工作看成一個(gè)有機(jī)的整體，依據(jù)兩門課程之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系和承接關(guān)系，按照統(tǒng)一的思路設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，并組織實(shí)施教學(xué)活動(dòng)。

在測(cè)量學(xué)和GIS實(shí)踐中，“圖”既是測(cè)量成果的綜合與集中體現(xiàn)，又是GIS軟件處理的主要數(shù)據(jù)形式，因此本文提出了以“圖”為紐帶的測(cè)量學(xué)與GIS課程一體化實(shí)踐教學(xué)的思路。

2.1 “圖”對(duì)測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)的統(tǒng)領(lǐng)作用

傳統(tǒng)的測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)的綜合成果主要是大比例尺地形圖。隨著數(shù)字測(cè)繪技術(shù)的普遍應(yīng)用，以及測(cè)繪成果應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，圖的形式也日趨多樣，可以是各種專題地圖，也可以是基于測(cè)量數(shù)據(jù)成果構(gòu)建的多維地理空間模型。無論圖的形式如何，作為測(cè)量成果的綜合與集中體現(xiàn)，其對(duì)測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)具有重要的統(tǒng)領(lǐng)作用。

(1) 首先，測(cè)圖過程是對(duì)測(cè)量工作原則與程序的集中實(shí)踐過程。

在測(cè)量工作中，需要遵循一些基本的原則與程序，如從整體到局部、先控制后碎部等，以提高測(cè)量工作的效率和精度。測(cè)圖作為一項(xiàng)綜合性測(cè)量工作，雖然隨著測(cè)繪儀器設(shè)備的發(fā)展，其作業(yè)方式在發(fā)生變化，但是其整體作業(yè)過程仍遵循測(cè)量的基本原則和程序。如首先進(jìn)行圖根控制測(cè)量，然后進(jìn)行圖的碎部測(cè)量等。

(2) 其次，測(cè)圖的過程是對(duì)交會(huì)定點(diǎn)測(cè)量方法的集中實(shí)踐過程。

確定點(diǎn)的空間位置是測(cè)量工作最核心的任務(wù)，而確定點(diǎn)的空間位置的基本方法，就是交會(huì)法。即首先測(cè)量出直接的定位元素，然后由直接定位元素交會(huì)出點(diǎn)的位置。而測(cè)圖工作的基本思路，就是首先交會(huì)確定出點(diǎn)的位置，然后由點(diǎn)連成線，再由線連成面，進(jìn)而繪制成圖。因此，測(cè)圖工作的基礎(chǔ)就是交會(huì)定點(diǎn)。雖然隨著各種數(shù)字測(cè)繪儀器的發(fā)展與應(yīng)用，這種交會(huì)的過程變得隱晦，方式變得多樣，但是，其基本的定位原理仍然未改變。

(3) 最后，圖的編繪過程實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)成果向地理信息數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展。

地理空間中的現(xiàn)象、狀態(tài)與事件過程都與特定的位置相關(guān)聯(lián)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)地理空間的完整認(rèn)識(shí)，需要將位置信息與地理空間的現(xiàn)象、狀態(tài)或事件過程等信息關(guān)聯(lián)起來，并以一種有效的形式進(jìn)行組織表達(dá)。測(cè)量工作獲取了位置信息數(shù)據(jù)，圖的編繪過程則實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間位置數(shù)據(jù)的組織編碼和可視化表達(dá)。而且，圖能夠承載一定的地理屬性信息，并表現(xiàn)空間關(guān)系，具有地理信息數(shù)據(jù)庫的屬性，從而體現(xiàn)了測(cè)量工作作為地理信息數(shù)據(jù)采集工作的功能。

總之，圖的測(cè)繪過程既實(shí)踐了測(cè)量工作的基本程序原則和測(cè)量定位的基本方法，又實(shí)現(xiàn)了從測(cè)量數(shù)據(jù)成果向地理信息數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展，為后續(xù)的地理信息處理提供了數(shù)據(jù)源。

2.2 “圖”對(duì)GIS實(shí)踐教學(xué)的支承作用

現(xiàn)有的各種GIS平臺(tái)處理的主要數(shù)據(jù)形式就是“圖”，其生成的地理信息產(chǎn)品也主要以“圖”的形式呈現(xiàn)，因此，“圖”對(duì)GIS的實(shí)踐教學(xué)起著基礎(chǔ)支承作用。

(1) 首先，“圖”是GIS的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

GIS處理的數(shù)據(jù)形式主要有3種：空間位置數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和空間關(guān)系數(shù)據(jù)。圖作為地理空間的可視化表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間位置數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和空間關(guān)系數(shù)據(jù)的編碼組織和有機(jī)關(guān)聯(lián)，成為GIS的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)形式。

(2) 其次，“圖”是地理空間信息的基本表現(xiàn)形式。

地理空間本質(zhì)上是一個(gè)多維的可視空間。對(duì)于這樣一個(gè)多維空間的信息表達(dá)，視覺信息有其特殊的優(yōu)點(diǎn)。圖作為地理空間信息可視的符號(hào)化模型，是地理空間信息表現(xiàn)的基本形式。隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，圖也從常規(guī)的二維靜態(tài)形式發(fā)展到多維動(dòng)態(tài)的形式，對(duì)地理空間表達(dá)的能力更強(qiáng)。

(3) 最后，“圖”是GIS處理的基礎(chǔ)。

雖然圖是GIS的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，但是，作為測(cè)繪成果的圖是圖形符號(hào)的集合，以信息傳輸為核心，側(cè)重于圖形表達(dá)的可視化效果。其屬性信息簡(jiǎn)單、圖形和屬性關(guān)聯(lián)度不高、要素之間的拓?fù)潢P(guān)系需要借助人的知識(shí)進(jìn)行解譯與識(shí)別。而GIS側(cè)重于位置基礎(chǔ)上的屬性數(shù)據(jù)的表達(dá)，以空間信息的分析與應(yīng)用為核心。其圖形相對(duì)簡(jiǎn)單，但具有豐富的屬性信息，能自動(dòng)生成要素之間的拓?fù)潢P(guān)系信息[10]。因此，作為測(cè)繪成果的圖并不完全等同于GIS數(shù)據(jù)，還難以勝任GIS的分析與應(yīng)用。為此，首先需要對(duì)圖進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)換為GIS的數(shù)據(jù)形式；另一方面，面向地理信息服務(wù)的需要，對(duì)GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

總之，面向地理信息綜合服務(wù)的需求，通過對(duì)作為測(cè)繪成果的圖的處理，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)從測(cè)繪數(shù)據(jù)成果到地理信息的轉(zhuǎn)換，另一方面能擴(kuò)展和延伸測(cè)繪數(shù)據(jù)成果的功能。

2.3 一體化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系的設(shè)計(jì)

為了實(shí)施兩門課程的一體化實(shí)踐教學(xué)，本文面向測(cè)繪與地理信息綜合能力的培養(yǎng)目標(biāo)，以圖為紐帶，基于一體化實(shí)踐教學(xué)的思路，設(shè)計(jì)了兩門課程一體化實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容體系，主要包括圖的生產(chǎn)實(shí)踐、面向GIS數(shù)據(jù)要求的圖的處理，以及基于圖的地理信息系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)3個(gè)方面。

(1) 圖的生產(chǎn)實(shí)踐主要面向測(cè)繪能力的培養(yǎng)。這一實(shí)踐過程主要包括各種測(cè)量?jī)x器的操作使用；水準(zhǔn)測(cè)量、角度測(cè)量和距離測(cè)量等基本測(cè)量工作的實(shí)施；圖根控制測(cè)量與圖的碎部測(cè)量；基于成圖軟件的圖的編繪，以及圖的輸出等內(nèi)容。

(2) 面向GIS數(shù)據(jù)要求的圖的處理工作，主要是對(duì)作為測(cè)量成果的圖的處理，為后續(xù)的GIS分析與應(yīng)用準(zhǔn)備合格的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從測(cè)量成果的圖到GIS數(shù)據(jù)成果的轉(zhuǎn)化。這一實(shí)踐過程主要包括圖的矢量化、地理要素的輸入與轉(zhuǎn)換、圖形的編輯、屬性數(shù)據(jù)的建庫、拓?fù)潢P(guān)系的構(gòu)建等內(nèi)容。

(3) 基于圖的地理信息系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，則是以GIS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在GIS軟件平臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)處理操作，根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，并生產(chǎn)地理信息產(chǎn)品。其主要包括地圖顯示與查詢、地理信息的分級(jí)分類顯示與制圖、多種空間分析處理、地理信息產(chǎn)品的可視化表達(dá)與綜合應(yīng)用等內(nèi)容。

上述三塊實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，相互關(guān)聯(lián)，層層遞進(jìn)，逐步深入，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。當(dāng)然，這些實(shí)踐內(nèi)容主要還是面向基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)，如果要形成更高層次的測(cè)繪與地理信息綜合能力，還需要在更多方面進(jìn)行拓展和深入。

3 結(jié) 語

測(cè)繪信息化的發(fā)展，對(duì)人才的培養(yǎng)提出了新的要求。傳統(tǒng)的單一技術(shù)型人才已難以滿足應(yīng)用服務(wù)的需要，寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力的復(fù)合創(chuàng)新型人才成為社會(huì)需求的主流。為適應(yīng)這一發(fā)展變化，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生測(cè)繪與地理信息綜合能力的培養(yǎng)，本文針對(duì)目前非測(cè)繪類工程專業(yè)中測(cè)量學(xué)與GIS課程在實(shí)踐教學(xué)方面存在的問題，提出了以“圖”為紐帶的一體化實(shí)踐教學(xué)的改革思路，并設(shè)計(jì)了一體化實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容，希望通過教學(xué)改革與實(shí)踐，提高課程教學(xué)效果，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

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Research on the Integrated Practice Instruction for Science of Surveying and GIS with the Link of Map

WANG Qingguo

(School of Vehicle and Traffic Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081，China)

Under the background of the informatization of surveying and mapping, in order to conform to the development and change of the subject and the industry of surveying and mapping, and strengthen the comprehensive ability training of surveying and mapping, and geographic information, the research on the integrated practice instruction for science of surveying and GIS with the link of map is given.

informatization of surveying and mapping; integrated instruction; practice instruction; map; science of surveying; GIS

王慶國.以“圖”為紐帶的測(cè)量學(xué)與GIS課程一體化實(shí)踐教學(xué)的研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(6)：142-145.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0209.

2016-06-21；

2017-01-11

國家自然科學(xué)基金(41571396)；湖北省教學(xué)研究項(xiàng)目(2015236)；武漢科技大學(xué)重點(diǎn)教學(xué)研究項(xiàng)目(2015Z016)

王慶國(1974—)，男，博士，副教授，主要從事數(shù)字測(cè)繪與GIS方面的教學(xué)與研究。E-mail：qgwang_123@163.com

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0494-0911(2017)06-0142-04