Transcript 数字高程模型及应用
《地理信息系统原理与技术》 课程教学改革相关情况介绍 信息工程大学测绘学院地图学与地理信息工程系 李宏伟 2010.11. 21 北京 1 一、学科背景 信息工程大学测绘学院是一所以测绘科学与 技术一级学科为背景的工科院校，基本上是按照 测绘科学与技术的二级学科来开设专业和组织教 学的，涵盖大地测量与工程测量、摄影测量与遥 感、地图制图与地理信息工程、卫星导航定位工 程等专业。 2 二、发展历程 计算机制图 （70年代末 至80年代初） 地图数据库 （80年代初至 90年代初） 1946年创办军事地图制图专业 50年代开始本科教育 1983年硕士学位授予权 地理信息工程 （90年代初~） 1986年博士学位授予权 1996年博士后流动站 2002国家重点学科 3 三、《地理信息系统原理与技术》课程性质 性质：全院“打通课程”，所有专业必修课； 学时：总学时安排为40学时，课堂授课28学时，课程 教学实习12个学时；（GIS专业50学时，课堂上 课35学时，实习15学时） 问题：28个学时课堂授课基本可以满足，12学时的课 程教学实习是杯水车薪； 策略：创新实践性教学内容、构建合理的实践教学内容 体系、充分发挥学员的能动性和创造性 ； 4 四、相关建设回顾 2004年赵军喜、华一新、李宏伟等完成了 “《地理信息系统概论》双语教学教学改革”项目， 通过示范讲课和几个班的试点，得出如下结论： 1、“双语教学”相对于汉语教学，不利于学员 掌握专业知识。 2、宜采用“外文教材、中文讲授”的形式，使 用“渗透式双语教学”模式。 3、 “双语教学”的关键是师资。 5 2005年赵军喜、武芳、李宏伟、阚映红等 完成《“地理信息系统概论” 课程建设》教改 项目，主要成果是规范了课程授课内容的设置， 编写了课程标准，制作了比较规范的多媒体课 件，建立了一个试题库。目前上课采用的主料 就是这套成果，但是主干教材本身更新滞后。 6 2006年，阚映红副教授主持完成《基于工具型GIS软 件的实践性教学研究》，取得三个方面的研究成果：一是 探索了基于工具型GIS软件开展实践教学与GIS课程教学相 结合的切入点，总结工具型的GIS软件在国内外大学地理及 信息科学教育中的应用和发展情况；二是探索了如何将基 于工具型GIS软件、符合“CESC”教学模式的实践性教学 引入到《地理信息系统概论》课程的教学中，提出了具体 的思路、方法、手段，对该课程的教学方法进行全面的改 革；三是初步建立了一套与GIS概论课程内容相适应、基于 工具型GIS软件进行实践性教学的课堂授课系统。 7 CESC： C---capability，指教学中强调学生的解决问 题能力和动手能力及分析能力； E----experience，教学中重视学生自身通过 实践来总结属于自己的工作经验； S----studying，教学过程中培养学生自学的 习惯，鼓励尝试和探索精神； C----cooperation，教学中增加对学生合作、 协作的培训，增强学生的协调能力 8 2007年，李宏伟等完成《地理信息系统专业核 心课程设置教学改革》项目，提出GIS专业课程设 置应从“数据组织、处理、管理”、“实现技术”、 “服务领域”等几个方面着眼，打造GIS教学综合 实习平台、高度重视和关注GIS工程实践的课程设 计思路，对促进GIS专业的教学产生了较好的效果 （详见《地理信息世界》，2007年第4卷第2期）。 9 空间数据处理 着眼数据组织与处理 空间数据库 计算机地图制图 GIS 专业 核心 课程 空间分析与建模 着眼实现技术 数字地形模型 空间数据可视化 着眼服务领域 专题地理信息系统 着眼GIS平台 GIS开发与应用 着眼工程实践 GIS软件设计与工程实践 10 2008年由华一新教授牵头，组织编写测绘学院新 版GIS教材，历时两年，几经修改，已经脱稿，交付 印刷，预计今年（2010）年底将公开出版、面世。 同时，赵军喜、王卉等对《GIS上机实习手册》 进行重新修编，使之更加适合多元化的实践教学需求， 将于今年（2010）年底作为内部教材出版。 11 2010年，阚映红副教授主持完成“《GIS原理与方法》实验教学 改革与探索” 教学改革项目。取得重要成果：一是针对不同培养对 象，充实和整合实验教学内容，形成层次分明、有特色的实验教学内 容体系；二是改变传统的实验教学模式，增强非验证型实验和案例实 验，培养学生专业知识应用技能和创新能力，构建了基础性的验证型 实验、综合性的案例实验和创新型实验“金字塔”模型，实验内容的 难度从塔底向塔顶逐渐加大，充分反映出各种不同层次学员的不同学 习需求；三是建立了一个比较科学合理的实验成绩评定机制，加大过 程性控制，提高学生做实验的主动性和积极性；四是研制了一个初步 的适应多层次、不同专业方向学员的辅助实验内容教学系统，提高了 实验教学的可操作性，为教、学员实习提供了良好的实验辅助平台。 12 指挥类 GIS原 理与 方法 实验 教学 内容 体系 非GIS专业类 GIS专业类 地理数据的获取与编辑（验证型） 地理数据的查询与分析（验证型） 地理数据的可视化（验证型） 空间分析综合应用（结合军事指挥应用）（案例型） ……… 地理数据的获取与编辑（验证型） 地理数据的查询与分析（验证型） 地理数据的可视化（验证型） 空间数据格式转换（设计型） 空间分析综合应用（结合各专业特色）（案例型） ……… 地理数据的获取与编辑（验证型） 地理数据的查询与分析（验证型） 地理数据的可视化（验证型） 点、线、面捕捉算法的实现（设计型） 商业数据格式与军用数据格式的转换（设计型） 矢量数据的压缩（设计型） 空间分析综合应用（用GIS来解决实际问题）（案例型） ……… 《地理信息系统原理与方法》课程实验教学内容体系 13 创新实验 综合实验 基础实验 地理信息系统原理与方法课程实验教学内容体系“金字塔” 14 方案设计 （24分） 理解实验目的和 原理（2分） 操作熟练（3分） 软件操作 （6分） 地图质量 （50分） 实验方案设计，清楚实验方法和操作 过程，进行数据准备（20分） 文件名、层数及 数据格式正确完 整（5分） 每次上机实习的计划等 （2分） 上课认真（3分） 数学基础正确（包括投影、单位、 配准、控制点等）（10分） 属性精度（包括各属性表中的 属性项类型正确、完整，属性 记录正确、完整）（15分） 图形质量（包括图形的清晰度，线划平滑性，有无冗余，各要素关系是否合理、正确，图 形套盒的精度等）各要素图形正确、完整（20分） 实验报告 （20分） 实验内容、目的 （2分） 环境 (2分) 数据来源 （2分） 流程或步骤 （5分） 成果图 （5分） 实验体会和收获 （4分） （a）验证型实习成绩评分细则 15 功能实现 （50分） 需求分析和系统设计（20分） 功能是否完全实现 （30分） 系统的稳定 性（5分） 不死机（2分） 正确性（3分） 操作简洁 （5分） 界面的友好 性（10分） 响应迅速 （3分） 程序设计说明（代码注释等）（10分） 设计文档的完 备性（10分） 创新性 （5分） 实验报告 （20分） 便于学习、理解 （2分） 算法优化（2分） 代码简洁（3分） 研制环境 （2分） 功能模块 （5分） 数据模型、结构 设计和组织（2 分） 算法介绍 （2分） 运行结果截图 （2分） 人员分工 （2分） 算法介绍 （2分） 测试结果 （5分） （b）非验证型实习成绩评分细则 16 2010年，李宏伟教授主持的《GIS实践教学 内容体系及考核标准研究》获得教改立项，重点 放在探索GIS实践教学内容体系、教学打造GIS教 学综合实习平台、制定和完善考核标准标准上， 取得了初步的成果。 17 五、设计GIS实践教学内容体系的出发点 1、上机实习内容整体反映课堂教学内容 2、区别地理信息系统专业和非地理信息系统专业对 课程实习要求的差异 3、激发学员创造性，充分利用学员的业余时间，将 上机实习延伸到实验室之外 4、考虑学员学习能力的差异，在上机实习实验内容 的设计上注意区分能力层次 5、便于实习成绩的考核和实习效果的评定 6、编写或选取一本可操作性强的上机实习手册 18 六、GIS综合性实践教学体系构成 功能验证型实习 GIS 实 践 教 学 体 系 基础算法设计型实习 简单二次开发型实习 综合案例型实习 19 地图配准与显示 地图数据数字化 地图投影变换验证 功能验证型实习 空间信息查询验证 空间分析功能验证 地图制图与输出验证 …… 空间数据读取与显示 空间数据格式转换 空间数据压缩算法 基础算法设计型实习 空间数据索引算法 基本空间分析算法 基于DEM的分析算法 …… 20 动态库调用和封装 简单二次开发型实习 控件调用和封装 组件调用和开发 空间信息网络发布 …… 综合案例型实习 基于商业化软件的综合 案例设计与实现 基于自主程序设计的综 合案例设计与实现 21 1、功能验证型实习 该部分主要是利用商业化GIS软件平台，如 Arcgis、SuperMap等，使学员获得关于GIS功能的基 本认识，也是对学员学习GIS的最基本要求。目的是 使学员理解和掌握GIS的基本功能、基本操作、数据 导入导出、地图制图与输出等，获得关于 GIS 全工 作流程性的理解。这部分对所有学员都适用，尤其 适合于编程能力相对较弱的学员。 22 2、基础算法设计型实习 该部分要求学员有较好的编程基础和数学功底，如 熟悉Visual C#高级编程语言，对GIS中的算法原理能够从 数学的角度清晰地进行分析和理解。同时对主要的空间数 据格式、分类编码体系等有较全面的了解，编程实现相应 算法，并显示运算结果。如编程实现“道格拉斯—普克法 (Douglas—Peucker)算法”，首先需要将原始数据加以 显示，再将经过算法压缩之后的数据加以显示，压缩前和 压缩后的数据显示在一起进行比对，分析和讨论压缩效果。 23 3、简单二次开发型实习 基于商业化GIS平台提供的开发组件或者对自己编写的程 序加以封装，学员通过简单的编程实现对组件或封装好接口 的动态库或控件进行调用，结合应用案例进而实现自己的功 能。如基于MapX组件开发简单的地图显示和查询系统、基于 MapObject组件实现地图的调用和空间分析；对于封装好 的.dll或.OCX等空间，通过API函数等方式加以调用。这种实 习既熟悉了GIS组件的开发技术，又强化了学员的编程能力， 而且通过与具体应用案例的结合，增强学员的学习兴趣和成 就感。 24 4、综合案例型实习 综合性案例实习较之简单二次开发又前进一步， 要求也更高。区分为两种情况，基于商业化软件的综合 案例设计与实现和基于自主程序设计的综合案例设计与 实现。前者依然属于商业化软件二次开发的范畴，但是 案例的设计和实施是以项目的形式提出的，需要学员对 案例进行系统的规划和设计，所以要求更高。后者属于 从底层开发的方式，除了对案例系统规划和设计外，还 必须具有更高的程序开发能力，这部分实习适合于动手 能力强、编程水平好的学员，避免了高水平学员“吃不 饱”的现象，也有利于拔尖人才的脱颖而出。 25 七、新一轮地理信息系统专业教学改革 目标：基于学院“10+x”专业教育课程公共平台， 结合专业需求，建设优质课程群，培养具有宽知 识视野、专、深人才。 “10”： 现代测量学、大地测量学、误差理论与测量 平差、摄影测量学、遥感技术基础、地图学、计 算机图形学、地理信息系统原理与方法、军事地 理学、导航定位理论与方法 26 “10”课程均是测绘学院的最优质课程。其中，现 代测量学、大地测量学、摄影测量学、地图学等已 经建设成为国家级精品课程，其它课程均为军队精 品课程，具有深厚的积淀。 这些课程也是目前全院的“打通课程”，是测 绘科学技术一级学科下的各个专业必修的。 “X”代表专业教育课程平台是可以扩展的。目 前已扩展了“测绘学概论”、“一体化测绘生产流 程”等课程。 27 在课程设置方案上也有新变化。专业教育课程平 台划分为专业核心课、专业方向课和专业拓展课。以 地理信息系统工程专业为例，除了“10”门打通必修专 业核心课外，还根据该专业的特点，开设地图投影与 变换、地理数据库系统、地图设计与编绘、数字制图 原理与技术、地理信息系统设计与开发、地图印刷原 理、地貌分析与表达等专业核心课，这些课也是必修 的。专业核心课总学时910学时左右。 28 专业方向课设置上，考虑人才培养需求，又划分 为两个专业方向，即数字地图制图与出版、地理信息 系统工程。针对这两个方向，又分别设置了专业方向 课，有必修，有选修，总学时180学时。以地理信息系 统工程方向为例，开设GIS空间分析、数字高程模型、 嵌入式GIS技术、空间数据可视化、地理信息服务技术、 多尺度空间数据处理、空间数据质量等众多课程。 专业拓展课80学时，全部为选修，如“无人机 测绘”、“识图用图与定向越野”等。 29 八、结语 《地理信息系统原理和技术》是一门全院打通课程，其授课质 量和实习内容的筛选直接影响到各专业学员的学习兴趣、能力培养， 加之学时的限制，对该课程的教学提出了很高的要求，所以在有限 的时间里打造高质量的教学实习内容至为关键。我们在多年的教学 实践中，对教学实习内容进行了认真的筛选、梳理和组织，构建了 一个比较理想的实践性教学内容实习体系，较好地照顾到了学员个 人的能力和水平，既有必做选项，也有拓展空间。同时在教学实习 的实施过程中，我们仍在不断的改进和调整，进一步增强针对性。 打造精品实习教学内容体系是一个长期的过程，期望与国内同行展 开交流，为全面提升高校GIS人才的培养水平共同努力。 30 31