基于無線網(wǎng)絡(luò)自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)應(yīng)用

劉 曉 孫福振 張照錄 鄭家文 張 超

1.山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 山東淄博 255049

2.山東理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東淄博 255049

基于無線網(wǎng)絡(luò)自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)應(yīng)用

劉 曉1孫福振2張照錄1鄭家文1張 超1

1.山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 山東淄博 255049

2.山東理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東淄博 255049

針對(duì)傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行及維護(hù)中存在的問題進(jìn)行分析，并介紹了基于無線網(wǎng)絡(luò)的自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)配置及連接方法。對(duì)基于無線網(wǎng)的自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，總結(jié)了山東理工大學(xué)自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)運(yùn)行情況，并對(duì)這種專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

實(shí)驗(yàn)室；地理信息系統(tǒng)；無線網(wǎng)絡(luò)；自助式

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡(jiǎn)稱GIS)是測(cè)繪科學(xué)、信息科學(xué)、地球科學(xué)交叉融合形成的新學(xué)科，近年來呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，在眾多相關(guān)行業(yè)得到廣泛普及和深度應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)課程講授對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、存儲(chǔ)、分析、制圖的知識(shí)，其教學(xué)中實(shí)踐動(dòng)手能力的訓(xùn)練非常重要，涉及實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。為滿足地理信息系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)的要求，多數(shù)開設(shè)此門課程的高校結(jié)合專業(yè)機(jī)房建設(shè)了專門的地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室[1-5]。由于專業(yè)機(jī)房本身的特點(diǎn)，受到管理人員配置、維護(hù)技術(shù)水平的限制，其維護(hù)、管理水平與公共機(jī)房相比有較大差距[6,7]。同時(shí)由于地理信息系統(tǒng)軟件普遍體積較龐大、授權(quán)認(rèn)證較復(fù)雜、對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求較高、對(duì)操作系統(tǒng)中的服務(wù)及程序庫(kù)依賴度較高，故地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的軟件出錯(cuò)的概率很高，軟件維護(hù)難度及工作量非常大[8,9]。同時(shí)在傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式下，學(xué)生要使用正版GIS軟件只能在機(jī)房使用，受到較大的限制，不利于學(xué)生在課后進(jìn)行練習(xí)及自主學(xué)習(xí)，且存在軟件資源浪費(fèi)的弊端[10,11]。

在山東理工大學(xué)資環(huán)學(xué)院地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、運(yùn)行及維護(hù)過程中，我們積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，我們探索了學(xué)生自帶筆記本電腦，通過連入實(shí)驗(yàn)室的無線局域網(wǎng)獲取軟件運(yùn)行授權(quán)，并訪問局域網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)資源的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、運(yùn)行、管理方法。我們將該實(shí)驗(yàn)室命名為自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。這種基于無線局域網(wǎng)進(jìn)行軟件授權(quán)，充分利用學(xué)生自備的筆記本電腦的專業(yè)機(jī)房建設(shè)思路，特別適合類似地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室這種專業(yè)性強(qiáng)、受眾面小，對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求高的專業(yè)機(jī)房的建設(shè)、維護(hù)與管理，對(duì)其他機(jī)房建設(shè)、管理也有啟示作用。

1 傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介

地理信息系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,其實(shí)踐教學(xué)主要依托地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開展。傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室一般包括軟、硬件系統(tǒng)兩部分。硬件系統(tǒng)包括服務(wù)器、交換機(jī)、個(gè)人工作站微機(jī)、投影機(jī)以及文件服務(wù)器、圖形工作站、掃描儀、打印機(jī)等設(shè)備。軟件系統(tǒng)除了操作系統(tǒng)、機(jī)房管理軟件外，多選裝ArcGIS，MapGIS，SuperMap，GeoWay，Envi，Erdas Imaging，ER Mapper，VirtuoZo，IMAGIS等一種或多種地理信息系統(tǒng)軟件及軟件開發(fā)平臺(tái)[1,3]。除此之外，大量地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)及高水平的軟硬件操作管理人員也是地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室正常運(yùn)行必不可少的條件[5]。地理信息系統(tǒng)正版軟件價(jià)格非常昂貴，其軟件授權(quán)方式一般采用許可證管理的方法。一般在地理信息系統(tǒng)機(jī)房的服務(wù)器上安裝許可證服務(wù)，機(jī)房?jī)?nèi)部的電腦通過局域網(wǎng)訪問服務(wù)器，獲得正版授權(quán)并運(yùn)行軟件[9]。

2 傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室使用維護(hù)中的問題

地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室本質(zhì)上是專業(yè)化程度更高的計(jì)算機(jī)機(jī)房，在傳統(tǒng)模式運(yùn)行下有以下弊端。

2.1 機(jī)房運(yùn)行成本高

由于地理信息系統(tǒng)軟件通常對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求較高，故地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代較快，導(dǎo)致了機(jī)房運(yùn)行成本較高。以40臺(tái)計(jì)算機(jī)的小型專業(yè)機(jī)房為例，計(jì)算機(jī)、服務(wù)器投資總共約15萬(wàn)元，正常運(yùn)行5年需要更新?lián)Q代，僅硬件貶值平均每年成本3萬(wàn)元。這對(duì)教學(xué)經(jīng)費(fèi)較緊張的一般地方高校來說是不小的負(fù)擔(dān)。

2.2 日常維護(hù)及軟件升級(jí)工作量大

隨著IT行業(yè)日新月異的發(fā)展， GIS技術(shù)不斷革新，GIS實(shí)驗(yàn)室在日常維護(hù)工作之外，還需要定期升級(jí)軟件，并解決不同地理信息系統(tǒng)軟件之間的沖突問題，其頻率及復(fù)雜度遠(yuǎn)高于一般計(jì)算機(jī)機(jī)房，這也是地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的重要特點(diǎn)。

2.3 豐富的軟件資源只能在實(shí)驗(yàn)室使用

地理信息系統(tǒng)正版軟件價(jià)格昂貴，軟件授權(quán)采用許可證管理的方法。這種授權(quán)模式?jīng)Q定了正版軟件只能在局域網(wǎng)范圍內(nèi)使用，在無形中限制了學(xué)生進(jìn)行技能訓(xùn)練的時(shí)間和空間范圍，剝奪了學(xué)生自由使用軟件，利用課余時(shí)間進(jìn)行自主訓(xùn)練的可能性。

2.4 學(xué)生訓(xùn)練連續(xù)性差

由于機(jī)房的計(jì)算機(jī)一般安裝了還原卡，在重啟后對(duì)計(jì)算機(jī)硬盤所做的更改將全部清除。這在減輕機(jī)房維護(hù)管理工作量的同時(shí)，導(dǎo)致了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)連續(xù)性較差。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中如遇到計(jì)算機(jī)重啟，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。學(xué)生在一堂課內(nèi)沒有做完的工作，只能用優(yōu)盤保存數(shù)據(jù)，并等待下次上機(jī)時(shí)在地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)完成。

3 基于無線網(wǎng)絡(luò)的自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及學(xué)生經(jīng)濟(jì)水平的提高，現(xiàn)在的大學(xué)生基本都有筆記本電腦。這些筆記本電腦配置一般較高，由學(xué)生自己進(jìn)行維護(hù)，主要供學(xué)生在課余時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)及娛樂，利用效率較低。能否充分利用學(xué)生的筆記本電腦，基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，依托傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)全新的實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行與管理？結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，我們探索了自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的新模式，其硬件配置如表1所示。

表1 自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室硬件配置

自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在原有的地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上改建而成，主要通過企業(yè)級(jí)無線路由器，對(duì)實(shí)驗(yàn)室及周邊環(huán)境提供了無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并能實(shí)現(xiàn)高密度無線網(wǎng)絡(luò)連接功能。實(shí)驗(yàn)室給上機(jī)的學(xué)生提供電源及無線網(wǎng)絡(luò)，上機(jī)課的時(shí)候?qū)W生用自己的電腦安裝專業(yè)軟件，通過無線網(wǎng)連接進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的局域網(wǎng)后獲取軟件運(yùn)行授權(quán)。教師授課的時(shí)候通過投影儀進(jìn)行軟件操作的講解，學(xué)生在自己的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行軟件操作的訓(xùn)練。自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)連接示意圖如圖1所示。

圖1 基于無線網(wǎng)絡(luò)的自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

4 自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)缺點(diǎn)

自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室彌補(bǔ)了傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的很多弊端，是未來類似實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的重要方向。對(duì)山東理工大學(xué)基于無線網(wǎng)絡(luò)的自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及運(yùn)行情況進(jìn)行總結(jié)，有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)充分利用了學(xué)生手中的筆記本電腦。一般而言大學(xué)二年級(jí)以上學(xué)生都有筆記本電腦，而且都是入學(xué)后新購(gòu)置的，軟硬件配置較高。自助式地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)運(yùn)行模式可以充分利用學(xué)生手中的筆記本電腦，極大降低了機(jī)房的投資及運(yùn)行成本。

(2)簡(jiǎn)化了機(jī)房管理，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。在這種模式下機(jī)房的管理簡(jiǎn)化為無線網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)及對(duì)軟件授權(quán)的管理，大大降低了實(shí)驗(yàn)室管理員的工作量。學(xué)生在維護(hù)自己筆記本電腦的過程中學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)知識(shí)，這對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的提高有非常多的好處。

(3)提高了地理信息系統(tǒng)專業(yè)軟件的使用效率。學(xué)生使用自己的筆記本電腦，在實(shí)驗(yàn)室周圍的教室里就可以通過無線網(wǎng)連接進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的局域網(wǎng)，進(jìn)而可以使用正版軟件。這種方法方便快捷，使學(xué)生較少受到實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間及空間位置的限制，提高了軟件的利用率。

(4)進(jìn)一步保障了學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)的效果。學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)過程中，數(shù)據(jù)保存在自己的計(jì)算機(jī)上，降低了數(shù)據(jù)丟失的可能性。學(xué)生每次上機(jī)時(shí)可以繼續(xù)上次上機(jī)課沒完成的工作，不必?fù)?dān)心軟硬件環(huán)境的變化。

同時(shí)在這種自助式實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過程中，也暴露出很多問題，主要問題及解決思路如下所示。

(5)軟件運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜。學(xué)生用的筆記本電腦型號(hào)復(fù)雜、操作系統(tǒng)不一，其中安裝的某些軟件，如殺毒軟件、防火墻軟件等會(huì)影響地理信息系統(tǒng)軟件的正常運(yùn)行。一般學(xué)生的電腦知識(shí)有限，碰到這種情況非常著急。解決該問題一般通過清理電腦病毒及垃圾文件、卸載特定軟件、甚至重裝電腦解決。

(6)上課紀(jì)律問題。某些學(xué)生在上機(jī)課時(shí)用自己的電腦做其他與上課無關(guān)的事情，甚至玩游戲、看電影，并導(dǎo)致其他學(xué)生上課分心。該類問題可以通過加強(qiáng)課堂管理，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等途徑解決。

5 結(jié)論與展望

從2013年開始，山東理工大學(xué)勘查技術(shù)與工程系的地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室不斷淘汰舊的計(jì)算機(jī)，新購(gòu)置企業(yè)級(jí)無線路由器及交換機(jī)，并對(duì)服務(wù)器進(jìn)行升級(jí)。現(xiàn)在該實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成了預(yù)定的改造目標(biāo)，能夠滿足40人同時(shí)使用筆記本電腦上機(jī)，并額外配置了10臺(tái)臺(tái)式計(jì)算機(jī)，方便沒有筆記本電腦的學(xué)生。經(jīng)過2個(gè)學(xué)期的試用看出，這種機(jī)房建設(shè)模式投資少，運(yùn)行穩(wěn)定，管理便捷，學(xué)生使用正版地理信息系統(tǒng)軟件方便。根據(jù)許可證服務(wù)器監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)，學(xué)生在晚上及周末時(shí)間使用地理信息系統(tǒng)軟件的總時(shí)數(shù)，與教學(xué)安排中的實(shí)驗(yàn)課總時(shí)數(shù)基本相當(dāng)。地理信息系統(tǒng)軟件通過無線網(wǎng)絡(luò)向?qū)W生開放，為學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)、掌握技能、開展課外科技創(chuàng)新提供了良好的軟件支持。

基于無線局域網(wǎng)架設(shè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，充分利用學(xué)生自備的筆記本電腦的專業(yè)機(jī)房建設(shè)思路，也適合于其他專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理。這種自助式專業(yè)機(jī)房建設(shè)模式特別適合專業(yè)針對(duì)性強(qiáng)、服務(wù)學(xué)生面小、對(duì)特定軟件有需求的專業(yè)機(jī)房的建設(shè)與管理。在后期隨著信息技術(shù)的深度應(yīng)用，計(jì)算機(jī)軟硬件價(jià)格的降低，這種專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式將在更多專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中發(fā)揮重要作用。

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Wi-Fi Based Self-service Geography Information System Laboratory and It's Application

Liu Xiao, Sun Fuzhen, Zhang Zhaolu, Zheng Jiawen, Zhang Chao

Shandong University of Technology, Zibo, 255049, China

The problems found in the operation of traditional GIS laboratory was analyzed. The configuration and network connectivity of self-service GIS laboratory based on wireless network was introduced. The merit and demerit of self-service GIS laboratory based on wireless network was analyzed. The construction and operation of self-service GIS laboratory in Shandong university of technology was summarized. The future prospect of this kind of professional laboratory construction mode was discussed.

laboratory; geography information system; wireless network; self-service

劉曉，博士，副教授，勘查技術(shù)與工程系系主任。

山東省研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：SDYY 14093)；山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：ZR2014DQ005)。