以“圖”為紐帶的測量學與GIS課程一體化實踐教學的研究

王慶國

(武漢科技大學汽車與交通工程學院，湖北 武漢 430081)

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以“圖”為紐帶的測量學與GIS課程一體化實踐教學的研究

王慶國

(武漢科技大學汽車與交通工程學院，湖北 武漢 430081)

為適應測繪信息化背景下測繪學科和測繪行業的發展變化，加強對學生測繪與地理信息綜合能力的培養，本文針對目前非測繪類工程專業中的測量學和GIS課程的實踐教學，研究了以“圖”為紐帶，對兩門課程進行一體化實踐教學的改革。

測繪信息化；一體化教學；實踐教學；地圖；測量學；GIS

在測繪信息化發展的背景下，測繪學科的理論基礎、工程技術體系、研究領域和科學目標等都發生了深刻的變化；測繪行業的服務對象和服務范圍已遠遠超出了傳統測繪學的范疇，擴大到與地理信息有關的各個領域。現代測繪學已經成為包含空間數據的采集、分析、管理、存儲、顯示和利用等綜合研究的科學和技術，其工作重點從以地圖生產為主轉向以提供實時有效的地理信息綜合服務為主，傳統的單一測繪分支學科已不能滿足現代社會對地理空間信息的需求[1-3]。

測繪學科和測繪行業的這種發展變化，使得傳統的單一技術型人才已難以滿足應用服務的需要，寬口徑、厚基礎、強能力的復合創新型人才成為社會需求的主流[4-5]。為適應測繪學科和測繪行業的這種發展變化，加強對學生測繪與地理信息綜合能力的培養，目前，許多非測繪類工程專業，如城市規劃、資源管理、交通、電力、農林、采礦等，都在原已開設測量學課程的基礎上，又相繼開設了GIS類的課程。

從能力培養的角度看，測量學和GIS課程緊密相關，只有將兩者作為一個整體來考慮其教學的組織與安排，才有利于發揮兩者之間相輔相成的互補作用，達到相得益彰的效果，進而提升兩門課程的教學效果和教學品質。但目前的教學實踐，普遍均是將兩者孤立對待，割裂處理，這給課程的教學效果和人才的培養質量都帶來十分不利的影響。

為順應測繪信息化的發展要求，筆者提出了對測量學與GIS課程進行一體化教學的改革思路，以拓寬教學口徑，強化綜合能力培養，提升課程教學品質[6]。

在測量學和GIS課程的教學中，實踐教學具有極為重要的地位，對于培養學生測繪與地理信息方面的工程和創新實踐能力都具有無可替代的作用。作為一體化教學的重要組成部分，本文將主要探討以“圖”為紐帶的兩門課程的一體化實踐教學的實施。

1 測量學與GIS課程的關系及實踐教學現狀分析

1.1 測量學與GIS課程的關系分析

對于測量學而言，地面點空間位置的確定是其最核心的研究對象，其教學內容都是圍繞這一核心研究對象展開，培養學生通過測量工作獲取點的空間位置數據的能力[7]。而GIS作為一種空間信息系統，其最基本的內容是對空間位置數據的處理。在位置數據的基礎上，對相關的屬性和空間關系數據進行組織管理、分析處理、地理信息產品生產和應用服務等[8]。

在測繪信息化背景下，一方面，以數字測繪技術為支撐，測繪數據成果成為地理信息數據最直接和最重要的來源，可以直接進入地理信息數據庫；另一方面，通過地理信息平臺對測繪數據成果的加工處理，可以將測繪數據成果轉化為豐富的地理信息產品，擴展和延伸測繪數據成果的功能。因此，從實現地理信息綜合服務的角度來看，需要實現以地理信息數據采集為基本內容的測繪系統與以地理信息組織管理、分析處理和應用服務為主要內容的地理信息系統之間的融合。

由此可見，測量學和GIS兩門課程在邏輯上一脈相承，前后承接關系十分清晰，從測繪與地理信息綜合能力培養的角度來看，兩者更是密不可分。

1.2 測量學與GIS課程實踐教學的現狀分析

雖然測量學與GIS課程之間關系緊密，內容邏輯上一脈相承，在教學中理應將兩者作為一個整體進行考慮。但目前的教學實踐，普遍均是將兩者孤立對待。本文從實踐教學的角度對兩門課程的教學現狀進行分析。

目前，非測繪類工程專業的測量學課程的實踐教學普遍以“掌握小范圍大比例尺地形圖測繪及基本的施工放樣能力”為目標，以測繪完成一幅小范圍的大比例尺地形圖作為最終成果。教學內容主要是操作和使用測繪儀器，以及實踐測量工作的程序步驟和交會定點的方法。學生在實踐中只需要考慮如何通過測量工作將地表的地物和地貌通過地圖符號表達出來，而不用考慮地形圖的后續應用，更無需考慮地形圖所具有的地理信息數據庫的屬性，以及從地形圖到地理信息產品的延伸。

而GIS課程的實踐教學則基本都是從計算機信息系統的角度來組織教學內容，以一種GIS軟件為基礎，讓學生實踐數據編輯、管理、空間分析處理、可視化表達等內容，形成基本的地理信息處理能力。實踐教學中處理的數據通常由教師準備好或由實踐教程或軟件供應商附帶提供，學生無需考慮其來源如何。而這些數據在形式上，通常也不同于通過測繪工作制作的地形圖，因此學生很難將這些數據與測繪數據成果直接關聯起來，也很難直觀感受到地理信息處理對測繪成果的擴展和延伸作用。

另外，兩門課程在教學組織與安排上，還經常間隔較長跨度。如測量學的教學安排在二年級下學期，而GIS課程安排在三年級下學期，中間間隔了差不多一年。這種教學組織與安排，實際上是將兩門課程孤立對待和割裂處理。而且，由于非測繪類工程專業在測繪與地理信息的背景課程設置，以及教學課時的安排方面，也存在許多明顯局限[9]，這在教學效果上，很難使學生自然順暢地建立起從基于測繪系統的地理信息數據采集，到基于地理信息平臺的地理信息數據的組織管理、分析處理及應用服務的完整認識，不利于學生測繪與地理信息綜合能力與意識的培養。

因此，為了盡可能幫助學生形成測繪與地理信息方面的工程和創新實踐能力，就需要以地理信息綜合服務的需求為引領，基于兩門課程之間的邏輯聯系和承接關系，實施一體化教學，以實現兩者之間的互補和相得益彰的效果。

2 以“圖”為紐帶的測量學與GIS課程一體化實踐教學的實施

所謂測量學和GIS課程的一體化實踐教學，就是面向地理信息綜合服務的需要，以及測繪與地理信息綜合能力的培養，把測量工作和地理信息處理工作看成一個有機的整體，依據兩門課程之間內在的邏輯聯系和承接關系，按照統一的思路設計教學內容，并組織實施教學活動。

在測量學和GIS實踐中，“圖”既是測量成果的綜合與集中體現，又是GIS軟件處理的主要數據形式，因此本文提出了以“圖”為紐帶的測量學與GIS課程一體化實踐教學的思路。

2.1 “圖”對測量學實踐教學的統領作用

傳統的測量學實踐教學的綜合成果主要是大比例尺地形圖。隨著數字測繪技術的普遍應用，以及測繪成果應用領域的不斷擴展，圖的形式也日趨多樣，可以是各種專題地圖，也可以是基于測量數據成果構建的多維地理空間模型。無論圖的形式如何，作為測量成果的綜合與集中體現，其對測量學實踐教學具有重要的統領作用。

(1) 首先，測圖過程是對測量工作原則與程序的集中實踐過程。

在測量工作中，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，以提高測量工作的效率和精度。測圖作為一項綜合性測量工作，雖然隨著測繪儀器設備的發展，其作業方式在發生變化，但是其整體作業過程仍遵循測量的基本原則和程序。如首先進行圖根控制測量，然后進行圖的碎部測量等。

(2) 其次，測圖的過程是對交會定點測量方法的集中實踐過程。

確定點的空間位置是測量工作最核心的任務，而確定點的空間位置的基本方法，就是交會法。即首先測量出直接的定位元素，然后由直接定位元素交會出點的位置。而測圖工作的基本思路，就是首先交會確定出點的位置，然后由點連成線，再由線連成面，進而繪制成圖。因此，測圖工作的基礎就是交會定點。雖然隨著各種數字測繪儀器的發展與應用，這種交會的過程變得隱晦，方式變得多樣，但是，其基本的定位原理仍然未改變。

(3) 最后，圖的編繪過程實現了測量數據成果向地理信息數據庫的擴展。

地理空間中的現象、狀態與事件過程都與特定的位置相關聯，為了實現對地理空間的完整認識，需要將位置信息與地理空間的現象、狀態或事件過程等信息關聯起來，并以一種有效的形式進行組織表達。測量工作獲取了位置信息數據，圖的編繪過程則實現了對空間位置數據的組織編碼和可視化表達。而且，圖能夠承載一定的地理屬性信息，并表現空間關系，具有地理信息數據庫的屬性，從而體現了測量工作作為地理信息數據采集工作的功能。

總之，圖的測繪過程既實踐了測量工作的基本程序原則和測量定位的基本方法，又實現了從測量數據成果向地理信息數據庫的擴展，為后續的地理信息處理提供了數據源。

2.2 “圖”對GIS實踐教學的支承作用

現有的各種GIS平臺處理的主要數據形式就是“圖”，其生成的地理信息產品也主要以“圖”的形式呈現，因此，“圖”對GIS的實踐教學起著基礎支承作用。

(1) 首先，“圖”是GIS的數據基礎。

GIS處理的數據形式主要有3種：空間位置數據、屬性數據和空間關系數據。圖作為地理空間的可視化表達，實現了對空間位置數據、屬性數據和空間關系數據的編碼組織和有機關聯，成為GIS的基礎數據源和數據形式。

(2) 其次，“圖”是地理空間信息的基本表現形式。

地理空間本質上是一個多維的可視空間。對于這樣一個多維空間的信息表達，視覺信息有其特殊的優點。圖作為地理空間信息可視的符號化模型，是地理空間信息表現的基本形式。隨著相關科學技術的發展，圖也從常規的二維靜態形式發展到多維動態的形式，對地理空間表達的能力更強。

(3) 最后，“圖”是GIS處理的基礎。

雖然圖是GIS的數據基礎，但是，作為測繪成果的圖是圖形符號的集合，以信息傳輸為核心，側重于圖形表達的可視化效果。其屬性信息簡單、圖形和屬性關聯度不高、要素之間的拓撲關系需要借助人的知識進行解譯與識別。而GIS側重于位置基礎上的屬性數據的表達，以空間信息的分析與應用為核心。其圖形相對簡單，但具有豐富的屬性信息，能自動生成要素之間的拓撲關系信息[10]。因此，作為測繪成果的圖并不完全等同于GIS數據，還難以勝任GIS的分析與應用。為此，首先需要對圖進行處理，使其轉換為GIS的數據形式；另一方面，面向地理信息服務的需要，對GIS數據進行處理，使其實現相關功能。

總之，面向地理信息綜合服務的需求，通過對作為測繪成果的圖的處理，一方面能夠實現從測繪數據成果到地理信息的轉換，另一方面能擴展和延伸測繪數據成果的功能。

2.3 一體化實踐教學內容體系的設計

為了實施兩門課程的一體化實踐教學，本文面向測繪與地理信息綜合能力的培養目標，以圖為紐帶，基于一體化實踐教學的思路，設計了兩門課程一體化實踐教學的內容體系，主要包括圖的生產實踐、面向GIS數據要求的圖的處理，以及基于圖的地理信息系統功能實現3個方面。

(1) 圖的生產實踐主要面向測繪能力的培養。這一實踐過程主要包括各種測量儀器的操作使用；水準測量、角度測量和距離測量等基本測量工作的實施；圖根控制測量與圖的碎部測量；基于成圖軟件的圖的編繪，以及圖的輸出等內容。

(2) 面向GIS數據要求的圖的處理工作，主要是對作為測量成果的圖的處理，為后續的GIS分析與應用準備合格的數據，實現從測量成果的圖到GIS數據成果的轉化。這一實踐過程主要包括圖的矢量化、地理要素的輸入與轉換、圖形的編輯、屬性數據的建庫、拓撲關系的構建等內容。

(3) 基于圖的地理信息系統功能實現，則是以GIS數據為基礎，在GIS軟件平臺上進行相關處理操作，根據要求實現相關功能，并生產地理信息產品。其主要包括地圖顯示與查詢、地理信息的分級分類顯示與制圖、多種空間分析處理、地理信息產品的可視化表達與綜合應用等內容。

上述三塊實踐教學內容，相互關聯，層層遞進，逐步深入，構成一個有機的整體。當然，這些實踐內容主要還是面向基礎能力的培養，如果要形成更高層次的測繪與地理信息綜合能力，還需要在更多方面進行拓展和深入。

3 結 語

測繪信息化的發展，對人才的培養提出了新的要求。傳統的單一技術型人才已難以滿足應用服務的需要，寬口徑、厚基礎、強能力的復合創新型人才成為社會需求的主流。為適應這一發展變化，加強對學生測繪與地理信息綜合能力的培養，本文針對目前非測繪類工程專業中測量學與GIS課程在實踐教學方面存在的問題，提出了以“圖”為紐帶的一體化實踐教學的改革思路，并設計了一體化實踐教學的內容，希望通過教學改革與實踐，提高課程教學效果，提高人才培養的質量。

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[5] 黃張裕，徐佳，劉志強. 面向信息化測繪的實踐教學體系構建[J]. 測繪工程, 2014, 23(4): 76-80.

[6] 王慶國.測量學與GIS課程一體化教學的研究[J].測繪通報,2013(5):108-110.

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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”為紐帶的測量學與GIS課程一體化實踐教學的研究[J].測繪通報，2017(6)：142-145.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0209.

2016-06-21；

2017-01-11

國家自然科學基金(41571396)；湖北省教學研究項目(2015236)；武漢科技大學重點教學研究項目(2015Z016)

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

G64

A

0494-0911(2017)06-0142-04