“双高计划”背景下高职测绘...虚拟仿真实训室建设实践研究_李琳.pdf

工作研究2023 年1000 引言近年来，国家加快发展现代职业教育，紧扣技术技能人才培养的关键环节，把加强实训基地建设作为一项重要任务。职业教育是提高劳动者素质，加快技术技能人才培养的重要途径。现场实践教学与实训平台建设是高等职业教育对学生实施职业技能训练和职业素质培养的必备条件，也是职业教育办出特色、提高质量的保障基础。福建船政交通职业学院具有百年办学历史，入选中国特色高水平高职学校和专业建设计划。作为“双高计划”建设单位，学院大力推进信息化教学建设，针对目前测绘地理信息技术专业培养方案在理论、实践教学质量中存在的短板，提出打造基于测绘地理信息技术三维可视化虚拟仿真的实训中心，以实现“交通土建+现代智能测绘”的地理信息技术创新应用，有力支撑测绘地理信息技术专业的人才培养，服务产业转型升级与行业跨越发展。1 建设需求1.1 “双高计划”建设推动测绘地理信息技术专业发展作为船政学堂的传承校，福建船政交通职业学院是福建省唯一一所入选中国特色高水平高职学校建设单位（“双高计划”）的高职院校，在继续“弘扬船政精神，振兴职业教育”中正朝着致力建成“引领改革、支撑发展、中国特色、世界水平”的高职院校昂首奋进。在“双高”建设的新时代，学院形成以航海技术和安全技术与管理两个中国特色高水平专业群，建设为龙头的特色更加鲜明的海、陆、空、轨四位一体的全方位现代综合立体交通专业集群发展体系，给各专业（群）发展与建设带来新的机遇和挑战。在这一背景下，土木工程学院于2020年以原工程测量技术专业为基础，将常规测量与测绘高新技术紧密结合，依托地理信息技术、全球定位技术、遥感技术和计算机技术完成专业改造升级，形成交通土建专业群新的特色专业测绘地理信息技术专业。该专业主要培养具有良好的职业道德和创新意识，精益求精的工匠精神，较强的就业能力和可持续发展能力，熟悉测绘地理信息基本理论知识，掌握基础地理信息数据的采集、处理和数据质量评价的高素质技术技能人才。1.2 新专业建设与发展对实训教学平台提出新要求测绘领域正朝着信息化、智能化测绘时代迈进，信息化测绘的特点是信息的实时获取1-3，人才培育也需要紧跟新时代测绘新技术应用的发展趋势。测绘地理信息技术虚拟仿真实训室建设以培养学生实践能力、自主创新能力和提高教学水平为宗旨，以实验教学改革创新为重点4-6，以实验资源开放共享为核心，以进一“双高计划”背景下高职测绘地理信息技术虚拟仿真实训室建设实践研究李 琳 （福建船政交通职业学院 土木工程学院，福建 福州 350007）摘 要 作为“双高计划”建设单位，福建船政交通职业学院大力推进信息化教学建设，针对当前测绘地理信息课程教学方案理论与实践教学质量的不足，建设了基于测绘地理信息技术的三维可视化虚拟仿真实训室，可实现“交通土建+现代智能测绘”的地理信息技术创新应用，有力支撑“交通土建+现代智能测绘”人才培养，服务产业转型升级与行业跨越发展。关键词 双高计划；测绘地理信息技术；虚拟仿真 基金项目：2021年福建省职业技术教育中心职业教育教学改革研究课题 测绘地理信息技术虚拟仿真实训中心建设实践研究 （GA2021021）。作者简介：李琳（1984），女，研究生，硕士，副教授，研究方向为测绘地理信息技术应用。工作研究101第1 期（总第261 期）步提高教学水平及学生的实际操作能力为目标；并紧紧围绕新时代信息化测绘技术改革和当前实验教学新项目和教学方法创新，支撑无人机测绘应用培训及1+X无人机操作应用考证；组建模块化课程开发团队，开发测绘地理信息技术虚拟现实课程资源，为培养“交通土建+现代智能测绘”人才提供优良的实验服务平台。2 建设目标测绘地理信息虚拟仿真实训中心的建设，以“双高计划”为突破口，进一步推进实验教学管理体制改革创新，针对交通土建专业群各组群专业的特点，兼顾专业综合能力培养和行业技能培训，将虚拟仿真、无人机航测、北斗智能监测等先进技术和专业人才培养方案、专业特点、行业特色进行深度融合，以实现“交通土建+现代智能测绘”的地理信息技术创新应用，有力支撑交通土建专业群的人才培养，服务产业转型升级与行业跨越发展7。3 建设思路在教学阶段，主要侧重于传统的理论教育方式，而在相关教材的指导下，理论课的学习过程中，学生难以理解抽象的概念和困难的知识。在从教学到实训的转变过程中，不同于传统的教学模式，仿真实训可直接跳转到理想的训练，虚拟模拟教育实习基地引进从企业的生产实例中抽取的课题分析，并对国内外技术发展和现实的项目案例进行流程化解析，逐一向学生呈现学科前沿技术的优势特点、发展过程、应用场景及创作流程等内容8-9。（1）为实现信息化测绘技术创新的专业技术人员提供实习平台，现有的实习教学模式尚未彻底改变，必须根据实际情况，制定相应的实习课程改革方案。（2）通过研究VR技术及VR技术在无人机测绘领域的应用现状，了解VR技术存在的问题，并基于VR技术构建测绘地理信息技术虚拟仿真实践教学体系，建立仿真资源开发机制，开发无人机测绘三维实景建模、北斗智能监测等系列测绘地理信息虚拟仿真实验。（3）应用实践。在教学中运用虚拟模拟试验的方法，着重于解决实验中的难点和难点问题；在教学中，结合学生的反馈和实验结果，进行优化与完善，更好地提高学生工程实践能力与专业技能，从而提升复合型人才培养质量。4 建设内容测绘地理信息虚拟仿真实训室（见图1）的建设，将充分发挥学科特色和人才资源优势，以“整合资源、集聚优势、注重研发、突显特色、持续改进”的建设思路为指引，本着“虚实结合、能实不虚”的原则，针对由道路与桥梁工程技术、市政工程技术、测绘地理信息技术、建筑工程技术、建设工程管理等专业组成的交通土建专业群的特点，兼顾专业综合能力培养和行业技能培训，将虚拟仿真、人机交互、数据库、网络通信等先进技术和专业人才培养进行深度融合，以实现“交通土建+现代智能测绘”的地理信息技术创新应用，有力支撑交通土建专业群的人才培养，服务产业转型升级与行业跨越发展。图1 测绘地理信息技术虚拟仿真实训室测绘地理信息技术虚拟仿真实训室以实景三维建模工作站集群为硬件基础，搭配无人机航测与北斗智能监测虚拟仿真教学资源、遥感、地理信息系统、三维实景建模修模等软件。学生在该实训室不仅能够掌握基本的空间数据采集、处理、倾斜摄影实景三维建模等专业技能，同时结合技术服务、科研、双创教育、社会培训等活动，开展各项基于BIM+GIS集成技术的综合性实验，发掘空间数据采集教学深度，提升学生的技能水平，满足复合人才培养要求及促进专业发展。“双高计划”的“虚拟模拟”教学在借鉴传统教学方式的基础上，通过引入无人机测绘、北斗智能监测、三维激光等代表行业发展方向的前沿技术，为专业建设注入新的活力，使现代测绘信息技术融入实践教学当中，拓展实践教学时间和空间，提升实践教学的质量和水平；同时，导入企业精品工程，在实践中实现一种平稳的转换和高效的联系。4.1 无人机测绘虚拟仿真系统无人机测绘虚拟仿真实验系统（见图2）是在虚拟环境下培养学生空间数据采集的仿真教学项目，主要面向交通土建专业群。该项目以测绘无人机、室内地形地貌沙盘和数字摄影测量工作站为基础，模拟实际航空摄影测量及4D产品生产，设计航线规划、飞行模工作研究2023 年102拟、相机操控、数据处理软件使用、4D数据产品生产等实验内容，教授学生从遥感平台飞行航线规划到最终数据采集入库的完整技术流程。学生通过该平台上不仅能够掌握基本的空间数据采集技能，同时可开展无人机航测空间数据快速采集和处理、无人机地形构建、无人机环境与灾害监测等综合性实验，发掘空间数据采集教学深度，大幅度提升学生的技能水平。图2 无人机测绘虚拟仿真实验4.2 北斗智能监测虚拟仿真系统由于变形监控工作存在“高危险性”，具有难度大、周期长、单次观测周期长等特点，使得学生在实际实习中难以在实际环境下进行试验，不能全程参加。通过开发应用北斗智能监测虚拟仿真系统（见图3），建立桥梁、高层建筑、边坡等场景，并进行数值模拟，结合实验系统中包含的学、练、考等模块助力学生学习，并掌握基坑、建筑、边坡、水利大坝的监测知识与观测方法，更好地掌握智能监测的原理与应用。图3 北斗智能监测虚拟仿真实验4.3 三维空间环境的虚拟模拟试验三维空间环境的虚拟模拟实验项目是在仿真环境下培养学生的三维地理实体建模技能（见图4），主要面向交通土建专业群。该项目基于摄影测量工作站所产生的建筑物与构筑物的边界数据，通过虚拟环境下三维地理场景的仿真教学，教授学生利用仿真平台构建三维地理实体的理论与方法。学生在此基础上，结合数字城市与智慧城市的地理场景构建方法，能够了解数字三维测图技术与GIS在数字城市与智慧城市三维场景仿真中的应用。图4 福建船政交通职业学院南区三维地理实体建模5 建设成果5.1 教学成果测绘地理信息虚拟仿真实训室建成后，增加实训工位55个；为“无人机及其工程应用”“工程变形监测”“数字测图”等课程新增实训项目，教师在授课过程中充分融入虚拟仿真资源，教学效果得到有效提高。交通土建专业群学生在指导老师的悉心指导与自身努力下，分别在2020年第一届“南方测绘杯”福建省大学生虚拟仿真测图技能大赛与2021年“南方测绘杯”首届全国测绘地理信息职业院校学生虚拟仿真技能大赛中获团队特等奖1项、单项特等奖2项、单项一等奖1项；参加2022年福建省职业院校技能大赛（高职组）工程测量赛项获二等奖。以测绘地理信息虚拟仿真实训室为平台，校企共同开发虚拟仿真课程资源，并鼓励学生参加相关虚拟仿真竞赛，不仅能够提高教学质量，同时能够加强校企合作，深化人才培养。5.2 科研成果测绘地理信息虚拟仿真实训室配备专业的实景三维建模工作站及大疆智图与DP Modeler修模软件，教师可利用该实训室开展基于无人机倾斜摄影三维实景建模、BIM与GIS技术相结合的数字孪生平台可视化研究。该实验室自2021年8月份建设至今，测绘地理信息技术教研室教师基于该实验室已立项1个厅级重点课题、3个教育厅课题。教师在开展科研项目的研究时可请学生共同参与，通过参与实际科研项目，能够提升学生对专业知识学习的兴趣，更好地理解专业知识体系逻辑工作研究103第1 期（总第261 期）及其应用，对后续课程的学习及就业打下坚实基础。5.3 “双创”成果测绘地理信息技术虚拟仿真实训室的建设改变传统实验教学方式，重建测绘地理信息技术专业实训教学体系（见图5），提高学生的实践能力和综合分析能力，同时也能激发学生创新创业的思维与兴趣。学生可以利用测绘地理信息技术虚拟仿真实训室的软硬件设备，在指导教师、测绘技能大师及行业专家顾问的共同指导下，设计开发产品，化被动为主动，并作为项目负责人参加双创竞赛，获得第七届互联网+大学生福建省创新创业竞赛铜奖。这不仅让学生更加深刻地掌握专业技能，更重要的是提升团队沟通能力和协作精神，同时将测绘地信与无人机倾斜摄影实景三维建模的专业知识应用到施工行业，解决施工过程中的安全问题。图5 测绘地理信息技术专业实训教学体系6 结论通过测绘地理信息技术虚拟仿真实验室硬件上配置实景三维建模工作站集群，软件上开发无人机测绘虚拟仿真系统与北斗智能监测虚拟仿真系统及三维空间虚拟环境的模拟，为交通土建专业群的平台课程“无人机及其工程应用”及测绘地理信息技术专业核心课“数字测图”“工程变形监测”提供了集学、练、考于一体的虚拟仿真课程资源。在实操难度较大的课程中融入虚拟仿真资源，将抽象的知识具象地呈现给学生，帮助学生更好地突破重难点、掌握专业知识。同时师生基于该实验室，不仅在测绘虚拟仿真技能竞赛取得了良好成绩，并且在科研与“双创”方面都开展了相应工作且取得一定成绩。测绘地理信息技术虚拟仿真实验室的建设将继续紧跟测绘与交通土建的行业发展，立足社会需求，夯实实践能力，强化工程技能，培育工匠精神，建立面向信息化测绘的“分阶段培养、多层次提升、全方位实训”的实训教学新体系，提升应用型高职交通土建工程专业办学水平，助力高水平高职学校和专业建设。参考文献1 章迪.测绘地理信息虚拟仿真实验教学中心建设J.实验技术与管理,2020,37（10）: