虚拟仿真在测绘教学中的应用

虚拟仿真在测绘教学中的应用

王敏

湖南南方测绘科技有限公司

摘要:虚拟仿真技术是当前时代环境非常先进的一种技术，其能够根据使用者的需求构建完全一致的场景，方便使用者在虚拟场景中开展一系列仿真实验，从而使其在各相关领域均得到了充分的应用。测绘教学是一门实践性极强的学科，但因为实践教学具有较高的开设难度，故此教学质量一直停留在一个较低的水准，为此可以积极通过虚拟仿真技术优化整体教学质量。本文阐明了测绘教学应用虚拟仿真技术的必要性，并提出了测绘教学中应用虚拟仿真技术的具体路径，期望能够对相关教师起到参考作用。

关键词：虚拟仿真技术；测绘教学；应用路径

引言：

测绘专业是为我国测绘领域输送优质人才的主要阵地，从测绘教学的实际开展情况来看，其涵盖的大量知识都具备显著的实践性，需要学生在实践过程中才能充分消化，但是因为教学条件有限的缘故，能够从教学中明显看出理论教学与实践教学脱节的问题。为此需要通过合理手段积极创新教学模式，不断提升测绘教学的实效性。虚拟仿真技术的应用能够帮助学生在虚实结合的过程中提升理论与实践的结合速度，能够让学生突破环境与时空间的限制，获得更高质量的成长。故此，探索虚拟仿真技术在测绘教学的实际应用路径，对在当前环境进一步提升测绘教学的实际质量以及学生的成长质量有着极为强烈的现实意义。

一、测绘教学应用虚拟仿真技术的必要性

从目前测绘教学实况来看，必须要通过虚拟仿真进行教学优化创新的原因主要有四个方面：

（一）测绘设备不足且具有一定危险性

测绘教学对各类测绘设备有着极高的依赖性，这是测绘教学能够顺利进行的关键。但高校通常配备的测绘设备并不会特别齐全，因为各类测绘使设备都具备较高的价格，尤其是拥有各尖端技术的测绘设备更是有着昂贵的价格。即使是如无人机等一些价格始终的设备，也会因为较高的损耗率而无限拉高测绘教学的实际价格。同时，各类测绘设备的使用还具备一定的危险性，仍以无人机为例，学生在操控无人机进行测绘测量时，若发生坠机等问题，不仅会造成设备的损伤，同样有可能造成人员的伤害，这些问题的存在对测绘教学造成了极大的限制，所以如何在没有风险的情况下顺利进行教学，已然是测绘教学目前需要解决的燃眉之急。

（二）无法创设完全真实的实训环境

学生在未来从事测绘行业后必然会涉及到一些危险环境的测量工作，而只有学生能够提前熟知这类场景，才能在今后切实进入相关环境后可以顺利的开展工作。但是从实际情况来看，测绘教学目前并不具备搭设所有环境的教学条件，尤其是一些高危测量环境、特殊测量环境，更是无法在教学中进行搭建。例如，教学涉及到海洋测量方面的知识时，就需要学生在海上完成相应的测绘实践，但这显然并不现实，又如在一些矿山、隧道等危险场所进行实践，处于保证教学安全性等方面的考虑，也难以实现。而无法为学生提供多样化的实训场景，必然会导致教学质量严重下滑。

（三）实践教学时间严重不足

在进入实践教学环节，因为测量活动周期性过长的原因，所有很多实践教学并无法在课堂阶段完成，存在明显的单次测量时间长、测量周期长、高难度以及高风险等特征，继而导致学生无法获得优质的实践体验。同时，因为教学时间有限的原因，测绘教学并不具备频繁开展实践教学的能力，而学生却必须通过大量的实践教学来沉淀相应的知识，客观存在的冲突性必然会使教学的实际质量受到严重的影响，会导致学生无法掌握相关测绘测量技术的要领。

（四）教学无法满足学生就业需求

也正是因为测绘教学存在诸多局限性，所以学生创新能力、问题解决能力受到了极大的限制，在面对实际测量工程时并不能灵活使用所学知识，在未来进入岗位后也需要经过一定时间的适应期，才能彻底适应岗位，这样的问题显然会降低学生的就业竞争力。

但是若能够将虚拟仿真技术在教学中进行灵活应用，上述问题均能够被充分解决。虚拟仿真技术的应用能够有效打破传统测绘教学的局限性，使教学挣脱场地与时空间的束缚。因为虚拟仿真技术的应用能够让学生随时随地依照自己的学习需求进行相应的模拟学习，如学生需要在矿山环境进行相应的测绘实践，基于虚拟仿真技术就能够为学生创设与实际矿山环境完全一致的模拟环境，且能够根据具体的需求实施调整矿山环境的具体数据，从而为学生提供完全真实的学习环境，继而让学生能够充分应用自身掌握的各项测绘知识，加速理论与实践的有机结合，为学生成为具有过硬技术力的测绘人才奠定扎实基础。结合目前的状况不难看出，虚拟仿真技术能够为测绘教学创造最大的价值就是可以为教学赋予更多的可能性，能够让以往教学中无法实现的内容均变为现实，从而为学生成长提供更全面的帮助。因此，积极应用虚拟仿真技术优化创新实践教学，是目前必须进行的重要任务。

二、测绘教学应用虚拟仿真技术的可行路径

（一）构建完善的虚拟仿真技术应用体系

构建虚拟仿真技术应用体系，是重塑测绘教学、是虚拟仿真技术能够充分融入教学的必要前提。首先，需要确立虚拟仿真技术的具体应用目标，在测绘教学中，目标可以定为帮助学生提升理论与实践的结合速度，使学生能够有效将各类不同知识转化为实际技能，并能够使学生在学习过程中有效淬炼自身的创新能力。当确立具体的教学目标后，虚拟仿真技术在测绘教学中的应用就可以获得更强的针对性。此外，也可以树立学、研、产一体化教学目标，从而使虚拟仿真技术的应用为教学、科研、生产一体化建设提供有效支持。其次，虚拟仿真技术的应用目前主要依托互联网进行，故此需要涉及涵盖测绘专业知识、具体操作技能等内容的客户端、网络服务器、虚拟仿真应用平台，这是集合所有虚拟仿真实验项目的基础平台。完成这些方面的建设，才能实现在线实践、实施评价等功能，并能够让学生随时应用虚拟仿真教学资源

[1]。最后，要为虚拟仿真实践平台接入大数据技术以及云计算技术，大数据技术的介入可以帮助实践平台不断更新数据，能够使各类仿真项目具备更加多元的特向，而云计算技术才能提升虚拟仿真实践平台的数据处理速度，优化学生的实际实践体验。此外，在学生实践过程中，也会产生大量的数据，通过大数据技术与云计算技术能够大幅提升这些数据的计算效率，继而有效节省测绘实践消耗的时间。同时，学生每次实践党的结果都可以实时上传至云端数据库进行保存，便于下次实践时对比具体数据差异，从而更好的判断自身的不足并及时与教师、同学进行沟通，确保在下次进行实践时，能够让各类问题得到有效的解决，从而使学生的测绘能力始终处于一个进步的态势。

（二）打造测绘设备仿真系统

学生是否能够在测绘过程中，准确规范的使用各类测绘设备是决定测绘质量的关键。对此需要通过虚拟仿真技术解决测绘设备有限的问题，使每位学生均能够获得充足的测绘设备操作时间，有效提升各类测绘设备的操作熟练度。首先，教师需要为学生提供各类仪器的规范操作视频，让学生能够随时学习各类测绘设备的使用方法，其次，需要在虚拟仿真实践平台中，引入全站仪、水准仪等测绘设备的模拟软件，要做到仪器结构、外观以及功能等与实际设备完全一致，使学生获得完全仿真的模拟实践体验[2]。如此，学生就能够在学习具体操作技能后，随时通过软件进行模拟，使仪器操作有效突破环境与时空间的限制，为提升学生测绘顺准奠定扎实的基础。

（三）打造无人机数字测绘仿真系统

无人机是目前开展测绘工作所频繁使用的机器，所以学生需要具备良好的无人机操作能力。通过打造无人机数字测绘方针系统的方式能够极大降低因操作不当等原因导致设备损坏的问题发生，能够在充分安全的情况下学习无人机操作技术。与测绘设备方针系统一致，无人机数字测绘方针系统也需要具备完全仿真的特性，要让学生能够在仿真系统中获得足够真实的操作体验。在进行每次仿真操作时，教师需要为学生布置具体的操作任务，如数据采集任务、数据处理任务等，继而确保学生在仿真操作的过程中，能够具有针对性的进行操作，而不是漫无目的进行操作[3]。此外，系统需要具备追踪功能，便于教师实时观察学生的操作行为，从而及时对学生进行正确的指导，进而实现追踪式教学。当学生能够在虚拟系统中零失误完成教师制定的教学任务后，则可以引导学生开始实机操作，通过虚实结合的方式，进一步加深对无人机数字测图原理、影像数据处理技术和核心算法的理解。

（四）打造卫星导航综合应用仿真系统

卫星导航综合应用仿真系统，主要涵盖了基础实验、进阶实验以及创新实验三个模块，通过不同模块的模拟练习能够帮助学生对该部分知识进行深刻的理解掌握。基础实验模块主要能够帮助学生了解卫星导航定位方面的基础原理，进阶实验模块则能帮助学生了解卫星导航定位的具体应用方式，进一步深化学生对该部分知识的理解，而创新实验模块则能帮助学生更灵活的应用卫星导航定位技术，使学生能够在各个环境更灵活的使用该技术，如配合无人机使用卫星导航定位技术、配合地理信息系统使用微信导航定位技术等。测绘工作并不是一项一成不变的工作，实际测量环境中任何的变化都会导致测绘工作出现变化。故此，卫星导航综合应用系统需要具备灵活的变化能力，能够在学生模拟过程中引导学生灵活变化该技术的使用方式，从而为学生提供与真实环境完全一致的模拟体验。例如，测绘场景为城市测绘，则教师可以在后台随时控制建筑变化、气候变化等，让整个模拟过程能够实时进行变化，从而使学生能够获得变形监测的能力。此外，因为卫星导航定位技术能够与不同设备进行搭配使用，所有在模拟过程中，学生不能只是应用一种设备进行模拟，而是要完成激光三维扫描仪、监测传感器以及全站仪等各项测量设备的模拟应用，从而确保未来进入工作岗位后，能够顺利使用相应设备进行工作[4]。卫星导航综合应用仿真系统的构建，能够使理论教学与实践教学同步进行，继而使学生在接受相关知识的过程中，可以直接将相关知识转化为实际能力，同时也能够让学生随时进行自主学习实验，为学生强化相关能力提供有力的支持。

（五）打造多波束声呐测深仿真系统

海洋测绘也是测绘教学的重要内容之一，从实际情况来看催着海洋资源开发力度的增大，我国正在不断加大海洋测绘方面的投入。因为无论是海洋资源开采，还是海洋灾害检测等都需要精准的测绘数据做支持，因此海洋测绘教学的重要性也在不断提升。受限于海洋测绘难以实训的问题，校方因积极构建海洋测绘方针系统，而多波束声呐测深作为海洋测绘的主要技术，则需要围绕该技术打造仿真模拟实践系统。多波束声呐以测深技术作为一种具有高精度、高效率的测绘技术，学生主要需要掌握波束声波发射、接受等知识，所以在打造仿真系统时，需要将此类知识内容充分涵盖，确保学生能够通过模拟实践了解该技术的主要原理[5]。之后，当学生对该技术建立深层认知后，则可以通过仿真系统模拟声线跟踪、航向改正、多条带镶嵌等数操作，加速学生掌握多波束声呐测深技术的运用效率。

（六）打造地球物理三维虚拟仿真系统

从目前的测绘工作来看其中存在大量无法直接测量的工作，例如对地球内部结构的测量，因此类测量工作无法直接展开的员工，通常需要结合多种测绘技术才能获取足够精确的数据。地球物理观测量的主要内容是对地球运动、地磁以及地震等进行检测，该类测绘工作具有极高的不确定性，所有学生难以对此方面知识建立正确认知，也无法获得足够的实践机会。为此，可以通过打造地球物理三维虚拟仿真系统的方式，为学生提供模拟各类无法直接测绘工作的机会，如能够使地球运动、地磁以及地震等数据可视化呈现在学生面前，让学生能够根据直观图像思考该选用何种方式测绘这些数据，从而为算法验证等实验开展提供基础便利。

（七）利用虚拟仿真技术拓展测绘教学内容

虚拟仿真技术最显著的价值在于其能够对所有测绘技术进行仿真模拟，这一特性意味着测绘教学不用在局限于教材中的内容，而是能够在出现任何新颖的测绘技术后，均可以通过虚拟仿真技术进行教学，使学生测绘技术方面的知识得到有效拓展，进一步提升其的就业竞争力。此外，虚拟仿真技术也是验证各类想法的绝佳工具，当学生在学习过程中产生新颖的想法后，均能够通过虚拟仿真系统进行实验印证，继而使学生的创新能力能够得到有效提升[6]。这样的模式也能够有效提升学生的学习兴趣，使学生愿意更主动的开展自主学习，不但拓展现有知识面。但在利用虚拟仿真技术拓展测绘教学内容时，要在满足针对性原则的前提下进行拓展，如在引导学生掌握某种全新测绘技术时，需要将该技术的重点、关键点、难点进行突出，使学生能够高效学习，避免学习时间的浪费。

三、结束语

综上，在测绘教学中应用虚拟现实技术，学生能够获得多元、生动的学习体验，能够极大的拓展吹教学的边界，使学生的学习质量得到稳步提升。当虚拟仿真技术引入教学后，学生不用在受限于实训机会过少而无法完成理论与实践得体统一，能够在任何时候随时通过虚拟仿真系统完成知识的深化，无论是课堂教学还是个人自主学习均能够有效突破环境与时空间的限制，为学生未来进行岗位数量应用相关技术、相关设备奠定扎实基础。从宏观层面来看，在测绘教学中应用虚拟仿真技术，已然是测绘教学提升教学质量的必然趋势，因为该技术与测绘教学有着极高的契合度，能够为测绘教学提供更多的可能性。虚拟仿真技术的应用是对传统测绘教学的全面革新，它能够是学生在任何时刻均得到最有效的学习体验，能够大幅弥补过往教学条件不足对学生的不良影响，使学生测绘技术的提升获得更有力的支持。

参考文献

[1]杜晓圆,宁永香,陈胜华.新建地方应用型本科院校测绘工程虚拟仿真教学模式探索——以山西工程技术学院为例[J].创新创业理论研究与实践,2022,5(21):137-140.

[2]谭金石,高照忠,杨忞婧,祖为国,刘丽.基于虚拟仿真的测绘课程教学改革探索与实践[J].北京测绘,2022,36(09):1274-1279.DOI:10.19580/j.cnki.1007-3000.2022.09.028.

[3]李琳,梁昭阳,丁荣荣.虚拟仿真技术在无人机测绘实践教学中的应用研究[J].福建建材,2022(05):92-96.

[4]章迪,邹进贵,向东,张万威,贾剑钢.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):121-125.DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2020.10.029.

[5]齐庆会.虚拟仿真技术在测绘工程学科教学中应用研究[J].测绘与空间地理信息,2020,43(06):40-43.

[6]耿冰茹.虚拟仿真技术在网络教育教学中的应用价值探究——以测绘工程专业为例[J].智库时代,2019(29):271-272.