基于VRS的道路選線信息化教學探索

王廣政，梁進軍，樊軍

摘要：通過分析道路勘測設計課程教學中道路選線教學效果差這一瓶頸，在簡要介紹基于三維可視化數字地形構建的道路勘測選線模擬訓練系統（VRS）的基礎上，進行了基于VRS的道路選線教學設計，并詳細闡述了基于VRS環境進行道路選線信息化教學的實踐探索，以供高校專業課程教學參考。

關鍵詞：VRS；道路選線；信息化教學；探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）44-0084-02

一、引言

道路選線作為道路工程建設的基礎性工作，是根據實際地形、地質條件，以及經濟、技術、環保等方面的特定要求，合理確定出路線方向和基本位置的過程。它不僅關系到道路工程量的大小和施工的難易程度，而且直接關系到道路的使用質量，是整個道路勘測設計工作中最關鍵性的一環。同時，道路選線作為道路勘測設計課程教學的重要內容，也是一個實踐性很強的教學環節，不僅要求任課老師要有較強的理論素養和實踐經驗，對教學手段也提出了更高的要求。因此，道路選線教學一直是道路勘測設計教學的重難點問題。現行的選線教學多采用課堂理論、方法教學與野外實習實踐相結合的方式。但由于課堂理論教學方法的平面化、野外選線實習地域、教學時限等方面的局限性，學生仍然不能直觀、透徹地理解選線原則和選線方法的內涵。

隨著現代信息技術和道路設計自動化的不斷發展，實現了地形信息的數字化、三維化、可視化，這為數字化選線和三維數字地形上的選線教學提供了平臺[1]。利用現代信息技術和數字化選線設計技術探討新的教學方式，是解決道路選線教學這一瓶頸的重要途徑。

二、道路選線教學的現狀分析

道路線形作為一個空間三維線形實體，其選線的優劣對道路的功能特性、行車的使用性能以及經濟和社會價值等都具有十分重要的作用。由于選線工作的實踐性特征，以往的選線教學只能是抽象的課堂理論學習和有限區域的野外現地踏勘實習。課堂理論學習時通常采用多媒體等教學手段改善教學效果，這種教學形式不能讓學員體驗選線原則的內涵和選線方法的實踐運用，學生在實際選線練習時，往往不知怎么選，甚至不會選。而野外現地踏勘是對理論知識的運用練習，由于地形不一，情況多變，工作量大，特別是山區地形尤甚。從而造成野外實習也只能是針對某一部分地形區域內的選線練習，這既具有較大的局限性，又不能對所選的三維道路線優劣進行直觀的分析和判斷。

實際上，在道路工程選線設計工作中，道路的選線設計已經不再僅僅局限于幾何設計，更加強調道路三維空間的整體設計，同時也更加注重道路的整體布置以及道路與環境的協調性、美觀性[2]。傳統的道路選線教學無法體現三維化的道路選線過程，不能讓學生直觀地看到實際的三維地形和三維道路線形，也就難以讓學生理解選線原則和方法在選線過程中是如何貫穿的；野外選線實習階段的路線優劣也就無法得到客觀的評價，教學質量也就無法得到保證。因此，為提高道路選線教學的質量，有必要結合現代技術探討新的教學方式、方法。

三、基于VRS的道路選線教學設計

（一）道路勘測模擬訓練系統——VRS簡介

“道路勘測選線模擬訓練系統——VRS”是為公路與城市道路工程專業學生學習道路勘測設計課程而開發的基于三維數字地形圖上的模擬訓練系統和教學軟件。它是利用三維仿真和模擬技術將各種地形圖數字化后導入系統內，在可視化的三維數字地圖上，通過相應功能進行道路選線設計，并提供形象逼真的視覺效果。教師可以結合該系統進行選線理論的教學和教學示范，直觀形象；學生可以在VRS上模擬野外道路選線工作，自主進行道路勘測選線練習，以熟悉選線作業過程和選線方法。道路選線的信息可導出到專業道路設計軟件中，完成后續的路線設計。利用此系統進行選線教學，既能夠明顯提高道路選線效率，有助于對路線方案進行大范圍、多方案的比選論證，也能夠讓學生在計算機上能直觀地看到所選路線的三維效果，便于找出各影響因素之間的聯系，從而對公路選線方案進行可視化分析和評價，擇優汰劣。還可提高學生學習興趣，促進教學質量提升。

（二）基于VRS的道路選線教學設計思路

基于VRS道路選線教學設計的基本思路是：以實際道路選線任務為驅動，采用任務式教學法，依托構建的課程網絡教學平臺，引導學員對道路選線的理論知識進行課前自學，自主構建道路選線基本知識體系，并提交初步的選線方案；以VRS為教學平臺，引導學生對三維地形的認知、選線原則與選線方法的內化吸收、重難點問題的討論探究、道路選線的實踐應用和模擬訓練等，實現基于VRS的三維立體化課堂教學。通過這種基于三維可視化教學訓練系統的教學模式，真正實現學為主體、能力為本的教學思路，達到鍛煉學生對理論知識的內化吸收能力、對選線方法的實踐運用能力、對工程應用的創新能力等教學目的。

四、基于VRS的道路選線教學實踐

（一）基于VRS的道路選線理論教學

道路選線課堂教學的難點就在于，如何以形象直觀的手法讓學生將枯燥而抽象的選線原則和方法落實在不同地形上。傳統的道路選線課堂理論教學，只能結合不同的地形圖片等影像，講解選線基本原則和要求，至于為什么或者深層的原因，則無法用常規教學手段表達。而基于VRS，在三維可視化的數字地形模型上，可以以直觀、形象和交互式的表現手段，展現山區地形典型特征。進而探究道路選線的原則和方法，引導學員分析選線位置與經濟、技術指標等要素之間的關系，最終得到選線方案。另外，道路選線方案的優化和比選作為道路選線教學內容中的難點，也是傳統課堂教學無法有效解決的問題。傳統課堂教學由于不能全面準確地確定各個路線方案的參數，只能講解道路選線方案優化和比選的基本原則，很難做到真實的方案比選。而在基于VRS的數字化選線教學中，則可將每一條選擇出來的路線的實際參數以具體數據的形式顯示出來，便于引導學生進行路線方案的比選和優化，路線位置可視、形象，參數數據直觀、具體，便于引導學生分析指出各選線方案的優劣，得出路線優化方案。學生再針對課前提交的最初方案進行修正和總結，最終完成選線任務。據此，在三維可視化的教學環境中，就可以完成選線理論和方法的教學。

（二）基于VRS的道路選線實踐教學

在課堂理論教學的基礎上，引導學員利用VRS模擬野外選線過程進行室內模擬練習，進行課后的選線訓練，以鞏固課堂所學理論知識和實踐運用，提高選線基本技能。學生利用課堂所學針對自身情況，在三維模擬訓練場地內選擇不同的地形區域，進行測量練習、路線布設、山坡展線、方案參數優化、比選與路線確定等選線練習工作。通過這種交互式、三維可視化的選線練習，既可以在室內完成野外選線過程的教學實習，省時省力，又可以解決地形受限、練習范圍和強度不足的問題，還可以提高學生學習興趣，增強學習動力和積極性、創造性。

五、結語

近年來，隨著我校道路工程學科課程教學改革的不斷推進和發展，將教學內容與現代信息化技術有機結合已經成為增強教學效果的必然趨勢[3]，VRS在道路選線教學中也得到了廣泛的應用。基于VRS的教學實踐表明，在道路勘測設計課程教學中引入VRS教學訓練系統，可以解決道路選線課堂理論教學效果差、野外選線實習局限性強等瓶頸。隨著我國道路事業的不斷發展，新形勢下對道路工程方面的人才需求，也逐漸向應用型、創新型人才方向邁進。VRS等現代化信息技術在道路教學中的不斷運用，不僅促進新型教學方法和教學模式的改革，也可以更好地實現對道路工程實踐應用型、創新型人才的培養。

參考文獻：

[1]劉美朋.數字地理模型及其在道路選線中的應用研究[D].山東建筑大學，2010.

[2]秦建平.三維模型在公路選線教學中的研究[D].長安大學，2013.

[3]孫國富，鄧洪亮，馬宏偉等.道路勘測設計課程的數字化教學改革[J].高等建筑教育，2006，（2）：74-77.endprint