大地测量学基础课实验教学模拟系统的设计与实现＊

董春来，陈 思，焦明连，王秀萍，孙佳龙，蒋廷臣

（淮海工学院 测绘工程学院，江苏 连云港 222005）

实验教学是大地测量学基础课程教学的重要组成部分。各教学单位普遍存在着实验课时少、内容多的问题，教学观念立意陈旧，实验内容抽象难解，实验操作时空不一，实验教学的方式、方法与手段等难以满足教学资源共享的需要。为了追求教学实践过程的分解、交互、透明与生动，更新完善课程实验教学内容与方法，展示先进的教学理念、独特的教学方法和丰硕的教学成果，传播大地测绘学科最新发展趋势和成果，推动实验教学方式方法的创新，促进优质资源的普及与共享，不仅需要量的变化，更需要质的飞跃。因此，很有必要设计开发大地测量学基础课实验教学模拟系统，研究实现教学实验数据处理软件、教学实验多媒体课件、教学实验指导演示与模拟实验教学操作等全面集成，加载现代信息技术的正能量，实施以模拟实验操作为导向的实验环境布局，创造性地建设大地测量学实验教学数字化平台，才能优化教学结构，提高教学效率。既有利于教师的教，又有利于学生的学，实现全方位全天候的开放实验教学，发挥最大的实验教学示范作用，这样才具有可信的现实意义。

1 系统总体架构

大地测量学基础课实验教学模拟系统是指以地球空间信息为学习对象的相互联系、相互作用的各要素（学生、教师、教学内容、学习过程、教学时间）所组成的不断进步发展的具有特定功能的整体系统，是对实验教学系列过程、学习方法及教学成果的高度综合。大地测量学基础课实验教学模拟系统设计与开发旨在以系统理论为指导，以全面提升课程实验教学质量为目标，以方便快捷服务为宗旨，以软件工程开发为主导，以自上而下、由整体到局部为原则，以VB高级语言为平台，以模拟实验操作为中心，以教学互动、教学相长为主线，全面设计与开发包含系统管理、实验模拟操作、实验教学演示、计算实验处理4个主要模块的系统。总体结构见图1。

图1 系统总体结构Fig.1 Overall system structure

2 系统模型设计与开发环境

系统模型设计是整个系统设计过程中的第一要务，是界面窗口制作、程序代码编写的基础。本系统模型设计借助第三方软件Axure实施。Axure作为一款功能强大的二维模型建立软件，常用于软件开发、网站制作等方面，其超强的模型建立与演示功能在软件开发过程中发挥着至关重要的作用。在Axure里添加元件，布设各个元件的位置，使之有序排列，从而实现整个过程的动态模拟演示。

大地测量学基础课实验教学模拟系统开发采用可视化的VB编程语言，充分运用Axure RP Pro 6.5，Adobe Flash 8，Adobe Premiere CS3等开发工具，设计成良好的交互界面，集开放性、交互性、自主性、集成性、舞美性等于一体，全面服务于大地测量学基础课程实验的教与学。

3 系统功能实现

大地测量学基础课实验教学模拟系统以教师教学指导与过程管理为主体，力求解决教学实验复杂和现实的共存问题，实现指导与实训、操作与演示、模拟与互动的功能，提高实验教学效果；解决教学实验时间与空间的矛盾问题，实现经典与现代、室内与野外、普通与高端的统一，提升实验教学水平；解决教学实验人文与法则的协调问题，实现定量与定性、文字与图表、成因与成果的综合，激发实验教学的兴趣；解决教学实验资源与环境的共享问题，实现3D与3S、网络与媒体、方法与手段的结合，促进优质资源的普及。

3.1 实验模拟操作开发

实验模拟操作模块作为系统的主要功能之一，主要利用Adobe Flsah软件，采用swf格式，制作实验教学动态模拟演示动画，实现水准仪整平、水准仪i角检验、二等水准测量、全站仪认知、三联脚架法导线测量等5个方面的功能演示。实验模拟操作功能模块窗口示例如图2、图3和图4所示。

图2 实验模拟操作主窗口Fig.2 Main window of experimental simulation operation

图3 二等水准测量模拟操作界面Fig.3 Interface of second－order leveling simulation

图4 三联脚架法导线测量模拟操作界面Fig.4 Analog interface of traverse survey of three－foot frame

其中部分主要代码如下：

Private Sub Animationzhengping－Click（）

Dim Animationzhengping As Integer

Animationzhengping＝Shell（“E：＼baofeng＼setup＼StormPlayer.exe C：＼Users＼Administrator＼Desktop＼软件集合＼动画＼水准仪整平.swf”）

End Sub

Private Sub Animationerdeng－Click（）

Dim Animationerdeng As Integer

Animationerdeng＝Shell（“E：＼baofeng＼setup＼StormPlayer.exe C：＼Users＼Administrator＼Desktop＼软件集合＼动画＼二等水准测量.swf”）

End Sub

Private Sub Animationsanlian－Click（）

Dim Animationsanlian As Integer

Animationsanlian＝Shell（“E：＼baofeng＼setup＼Storm Player.exe C：＼Users＼Administrator＼Desktop＼软件集合＼动画＼三联脚架法导线测量.swf”）

End Sub

3.2 实验教学演示系统

实验教学演示系统以视频编译系统软件为基础，加载暴风影音视频播放器，编译完成现代大地测量仪器认知使用、经典精密经纬仪操作、全站仪三联脚架测量、精密电子水准仪测量的全过程示范演示系统，全面实现测量操作、解说视听、模拟演示的实验教学。

实验教学演示系统的启动及使用界面如图5和图6所示。

其中部分主要代码如下：

Private Sub videojingmi－Click（）

Dim videojingmi As Integer

videojingmi＝Shell（“E：＼baofeng＼setup＼StormPlayer.exe C：＼Users＼Administrator＼Desk－top＼软件集合＼视频＼精密水准仪的介绍与使用.avi”）

End Sub

Private Sub videodaoxian－Click（）

Dim videodaoxian As Integer

videodaoxian＝Shell（“E：＼baofeng＼setup＼StormPlayer.exe C：＼Users＼Administrator＼Desktop＼软件集合＼视频＼J2全站仪导线测量.avi”）

End Sub

图5 实验系统启动演示Fig.5 Starting of the demo experiment system

图6 精密电子水准仪的使用演示Fig.6 Demo use of precision electronic level

3.3 大地测量数据处理管理子系统

大地测量学基础课是研究地球空间位置信息及其变化的基础学科，必然涉及地表面、椭球面及高斯平面等大地测量数据处理计算实验。为了更有效地提高实验教学效果，大地测量数据处理实验教学模块是大地测量学基础课实验教学模拟系统设计与开发的重点所在。本实验模块主要包括：坐标系统换算、大地主题解算、导线测量计算等。其示例实验演示操作界面如图7和图8所示。

图7 大地主题解算界面Fig.7 Interface of geodetic problem solution

图8 高斯投影换算界面Fig.8 Interface of Gauss projection conversion

其中，大地测量主题解算部分代码如下：

Private Sub cmd Calc－Click（）

Dim b1＃，L1＃，b2＃，L2＃，s＃，A12＃，A21＃

Dim Bm＃，Am＃，dB＃，dL＃，dA＃，dbb＃，dll＃，daa＃

If opt Calc.Value＝True Then

b1＝Angle To Radian（Val（txt B1.Text））

A12＝Angle To Radian（Val（txt A12.Text））

L1＝Angle To Radian（Val（txt L1.Text））

s＝Val（txtS.Text）

Bm＝b1：Am＝A12：dB＝0：dL＝0：dA＝0

Do

dbb＝dB：dll＝dL：daa＝dA

Call Calc（Bm，Am，s，dB，dL，dA）

b2＝b1＋dB：L2＝L1＋dL：A21＝A12＋dA

Bm＝（b1＋b2）／2：Am＝（A12＋A21）／2

Loop Until Abs（dbb－dB）＜ 0.0000000001 And Abs（dll－dL）＜0.0000000001And Abs（daa－dA）＜0.0000000001

If A21＞PI Then A21＝A21－PI

If A21＜PI Then A21＝A21＋PI

txt A21.Text ＝ Format （Radian To Angle（A21），“0.000000000”）

txt B2.Text＝Format（Radian To Angle（b2），“0.000000000”）

txt L2.Text＝Format（Radian To Angle（L2），“0.000000000”）

Else If opt Con.Value＝True Then

b1＝Ang le To Radian（Val（txt B1.Text））

b2＝Ang le To Radian（Val（txt B2.Text））

L1＝Ang le To Radian（Val（txt L1.Text））

L2＝Ang le To Radian（Val（txt L2.Text））

Call Con Calc（b1，L1，b2，L2，A12，A21，s）

txt A12.Text ＝ Format （Radian To Angle（A12），“0.000000000”）

txt A21.Text ＝ Format （Radian To Angle（A21），“0.000000000”）

txt S.Text＝Format（（s），“0.0000”）

End If

End Sub

4 系统特点

（1）设计内容系统化。大地测量学基础课实验教学模拟系统全面涵盖实验教学的项目与内容，系统界面友好，层次分明，操作简便，功能多样，从大地测量仪器的认知、使用，到大地测量实验的验证、操作、计算与综合，能全面辅助大地测量学基础课实验过程的教与学，保证了开发内容的实用性和系统化。

（2）教学演示形象化。大地测量学基础课实验教学模拟系统综合运用 Axure RP，Flash，Premiere，VB，Word以及Excel等实现系统开发，用文档、动画、图像、视频等方式全方位展现实验教学的设备讲解、操作模拟、测量过程、视频示范、数据处理等，力求表现方式生动形象，对于学生达到易学、易懂、易记、易会的效果。

（3）数据处理集成化。系统编程实现了大地测量学基础课程的一切数据处理计算，设计成问答式提示性操作方法和解算流程，支持主动性学习，充分运用大地测量数据处理子系统，实时实现作业与结果互助学习，是教师授课、学生验证的有力工具。

5 结束语

大地测量学基础课实验教学模拟系统从如何培养学生实践能力和创新意识出发，遵循边设计、边开发、边实践、边总结的研发思路，集合了软件工程、Flash动画制作、Visual Basic及音视频处理等知识，突破了实验教学主次模糊、分散实施的旧模式，整合了实验教学的以往经验与问题，创立了新颖、实用的实验教学手段，构建完成了集先进性、实用性、共享性为一体的实验教学演示系统，全面服务于实验教学的指导、演示、操作、计算、分析、互动与处理，内容丰富，方式灵活，交互方便，为培养“上手快、后劲足”的实用型测绘人才提供了前提，极大提升了学生实验研究的主动性、创新性和自信心。

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