以“图”为纽带的测量学与GIS课程一体化实践教学的研究

王庆国

(武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北 武汉 430081)



以“图”为纽带的测量学与GIS课程一体化实践教学的研究

王庆国

(武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北 武汉 430081)

为适应测绘信息化背景下测绘学科和测绘行业的发展变化，加强对学生测绘与地理信息综合能力的培养，本文针对目前非测绘类工程专业中的测量学和GIS课程的实践教学，研究了以“图”为纽带，对两门课程进行一体化实践教学的改革。

测绘信息化；一体化教学；实践教学；地图；测量学；GIS

在测绘信息化发展的背景下，测绘学科的理论基础、工程技术体系、研究领域和科学目标等都发生了深刻的变化；测绘行业的服务对象和服务范围已远远超出了传统测绘学的范畴，扩大到与地理信息有关的各个领域。现代测绘学已经成为包含空间数据的采集、分析、管理、存储、显示和利用等综合研究的科学和技术，其工作重点从以地图生产为主转向以提供实时有效的地理信息综合服务为主，传统的单一测绘分支学科已不能满足现代社会对地理空间信息的需求[1-3]。

测绘学科和测绘行业的这种发展变化，使得传统的单一技术型人才已难以满足应用服务的需要，宽口径、厚基础、强能力的复合创新型人才成为社会需求的主流[4-5]。为适应测绘学科和测绘行业的这种发展变化，加强对学生测绘与地理信息综合能力的培养，目前，许多非测绘类工程专业，如城市规划、资源管理、交通、电力、农林、采矿等，都在原已开设测量学课程的基础上，又相继开设了GIS类的课程。

从能力培养的角度看，测量学和GIS课程紧密相关，只有将两者作为一个整体来考虑其教学的组织与安排，才有利于发挥两者之间相辅相成的互补作用，达到相得益彰的效果，进而提升两门课程的教学效果和教学品质。但目前的教学实践，普遍均是将两者孤立对待，割裂处理，这给课程的教学效果和人才的培养质量都带来十分不利的影响。

为顺应测绘信息化的发展要求，笔者提出了对测量学与GIS课程进行一体化教学的改革思路，以拓宽教学口径，强化综合能力培养，提升课程教学品质[6]。

在测量学和GIS课程的教学中，实践教学具有极为重要的地位，对于培养学生测绘与地理信息方面的工程和创新实践能力都具有无可替代的作用。作为一体化教学的重要组成部分，本文将主要探讨以“图”为纽带的两门课程的一体化实践教学的实施。

1 测量学与GIS课程的关系及实践教学现状分析

1.1 测量学与GIS课程的关系分析

对于测量学而言，地面点空间位置的确定是其最核心的研究对象，其教学内容都是围绕这一核心研究对象展开，培养学生通过测量工作获取点的空间位置数据的能力[7]。而GIS作为一种空间信息系统，其最基本的内容是对空间位置数据的处理。在位置数据的基础上，对相关的属性和空间关系数据进行组织管理、分析处理、地理信息产品生产和应用服务等[8]。

在测绘信息化背景下，一方面，以数字测绘技术为支撑，测绘数据成果成为地理信息数据最直接和最重要的来源，可以直接进入地理信息数据库；另一方面，通过地理信息平台对测绘数据成果的加工处理，可以将测绘数据成果转化为丰富的地理信息产品，扩展和延伸测绘数据成果的功能。因此，从实现地理信息综合服务的角度来看，需要实现以地理信息数据采集为基本内容的测绘系统与以地理信息组织管理、分析处理和应用服务为主要内容的地理信息系统之间的融合。

由此可见，测量学和GIS两门课程在逻辑上一脉相承，前后承接关系十分清晰，从测绘与地理信息综合能力培养的角度来看，两者更是密不可分。

1.2 测量学与GIS课程实践教学的现状分析

虽然测量学与GIS课程之间关系紧密，内容逻辑上一脉相承，在教学中理应将两者作为一个整体进行考虑。但目前的教学实践，普遍均是将两者孤立对待。本文从实践教学的角度对两门课程的教学现状进行分析。

目前，非测绘类工程专业的测量学课程的实践教学普遍以“掌握小范围大比例尺地形图测绘及基本的施工放样能力”为目标，以测绘完成一幅小范围的大比例尺地形图作为最终成果。教学内容主要是操作和使用测绘仪器，以及实践测量工作的程序步骤和交会定点的方法。学生在实践中只需要考虑如何通过测量工作将地表的地物和地貌通过地图符号表达出来，而不用考虑地形图的后续应用，更无需考虑地形图所具有的地理信息数据库的属性，以及从地形图到地理信息产品的延伸。

而GIS课程的实践教学则基本都是从计算机信息系统的角度来组织教学内容，以一种GIS软件为基础，让学生实践数据编辑、管理、空间分析处理、可视化表达等内容，形成基本的地理信息处理能力。实践教学中处理的数据通常由教师准备好或由实践教程或软件供应商附带提供，学生无需考虑其来源如何。而这些数据在形式上，通常也不同于通过测绘工作制作的地形图，因此学生很难将这些数据与测绘数据成果直接关联起来，也很难直观感受到地理信息处理对测绘成果的扩展和延伸作用。

另外，两门课程在教学组织与安排上，还经常间隔较长跨度。如测量学的教学安排在二年级下学期，而GIS课程安排在三年级下学期，中间间隔了差不多一年。这种教学组织与安排，实际上是将两门课程孤立对待和割裂处理。而且，由于非测绘类工程专业在测绘与地理信息的背景课程设置，以及教学课时的安排方面，也存在许多明显局限[9]，这在教学效果上，很难使学生自然顺畅地建立起从基于测绘系统的地理信息数据采集，到基于地理信息平台的地理信息数据的组织管理、分析处理及应用服务的完整认识，不利于学生测绘与地理信息综合能力与意识的培养。

因此，为了尽可能帮助学生形成测绘与地理信息方面的工程和创新实践能力，就需要以地理信息综合服务的需求为引领，基于两门课程之间的逻辑联系和承接关系，实施一体化教学，以实现两者之间的互补和相得益彰的效果。

2 以“图”为纽带的测量学与GIS课程一体化实践教学的实施

所谓测量学和GIS课程的一体化实践教学，就是面向地理信息综合服务的需要，以及测绘与地理信息综合能力的培养，把测量工作和地理信息处理工作看成一个有机的整体，依据两门课程之间内在的逻辑联系和承接关系，按照统一的思路设计教学内容，并组织实施教学活动。

在测量学和GIS实践中，“图”既是测量成果的综合与集中体现，又是GIS软件处理的主要数据形式，因此本文提出了以“图”为纽带的测量学与GIS课程一体化实践教学的思路。

2.1 “图”对测量学实践教学的统领作用

传统的测量学实践教学的综合成果主要是大比例尺地形图。随着数字测绘技术的普遍应用，以及测绘成果应用领域的不断扩展，图的形式也日趋多样，可以是各种专题地图，也可以是基于测量数据成果构建的多维地理空间模型。无论图的形式如何，作为测量成果的综合与集中体现，其对测量学实践教学具有重要的统领作用。

(1) 首先，测图过程是对测量工作原则与程序的集中实践过程。

在测量工作中，需要遵循一些基本的原则与程序，如从整体到局部、先控制后碎部等，以提高测量工作的效率和精度。测图作为一项综合性测量工作，虽然随着测绘仪器设备的发展，其作业方式在发生变化，但是其整体作业过程仍遵循测量的基本原则和程序。如首先进行图根控制测量，然后进行图的碎部测量等。

(2) 其次，测图的过程是对交会定点测量方法的集中实践过程。

确定点的空间位置是测量工作最核心的任务，而确定点的空间位置的基本方法，就是交会法。即首先测量出直接的定位元素，然后由直接定位元素交会出点的位置。而测图工作的基本思路，就是首先交会确定出点的位置，然后由点连成线，再由线连成面，进而绘制成图。因此，测图工作的基础就是交会定点。虽然随着各种数字测绘仪器的发展与应用，这种交会的过程变得隐晦，方式变得多样，但是，其基本的定位原理仍然未改变。

(3) 最后，图的编绘过程实现了测量数据成果向地理信息数据库的扩展。

地理空间中的现象、状态与事件过程都与特定的位置相关联，为了实现对地理空间的完整认识，需要将位置信息与地理空间的现象、状态或事件过程等信息关联起来，并以一种有效的形式进行组织表达。测量工作获取了位置信息数据，图的编绘过程则实现了对空间位置数据的组织编码和可视化表达。而且，图能够承载一定的地理属性信息，并表现空间关系，具有地理信息数据库的属性，从而体现了测量工作作为地理信息数据采集工作的功能。

总之，图的测绘过程既实践了测量工作的基本程序原则和测量定位的基本方法，又实现了从测量数据成果向地理信息数据库的扩展，为后续的地理信息处理提供了数据源。

2.2 “图”对GIS实践教学的支承作用

现有的各种GIS平台处理的主要数据形式就是“图”，其生成的地理信息产品也主要以“图”的形式呈现，因此，“图”对GIS的实践教学起着基础支承作用。

(1) 首先，“图”是GIS的数据基础。

GIS处理的数据形式主要有3种：空间位置数据、属性数据和空间关系数据。图作为地理空间的可视化表达，实现了对空间位置数据、属性数据和空间关系数据的编码组织和有机关联，成为GIS的基础数据源和数据形式。

(2) 其次，“图”是地理空间信息的基本表现形式。

地理空间本质上是一个多维的可视空间。对于这样一个多维空间的信息表达，视觉信息有其特殊的优点。图作为地理空间信息可视的符号化模型，是地理空间信息表现的基本形式。随着相关科学技术的发展，图也从常规的二维静态形式发展到多维动态的形式，对地理空间表达的能力更强。

(3) 最后，“图”是GIS处理的基础。

虽然图是GIS的数据基础，但是，作为测绘成果的图是图形符号的集合，以信息传输为核心，侧重于图形表达的可视化效果。其属性信息简单、图形和属性关联度不高、要素之间的拓扑关系需要借助人的知识进行解译与识别。而GIS侧重于位置基础上的属性数据的表达，以空间信息的分析与应用为核心。其图形相对简单，但具有丰富的属性信息，能自动生成要素之间的拓扑关系信息[10]。因此，作为测绘成果的图并不完全等同于GIS数据，还难以胜任GIS的分析与应用。为此，首先需要对图进行处理，使其转换为GIS的数据形式；另一方面，面向地理信息服务的需要，对GIS数据进行处理，使其实现相关功能。

总之，面向地理信息综合服务的需求，通过对作为测绘成果的图的处理，一方面能够实现从测绘数据成果到地理信息的转换，另一方面能扩展和延伸测绘数据成果的功能。

2.3 一体化实践教学内容体系的设计

为了实施两门课程的一体化实践教学，本文面向测绘与地理信息综合能力的培养目标，以图为纽带，基于一体化实践教学的思路，设计了两门课程一体化实践教学的内容体系，主要包括图的生产实践、面向GIS数据要求的图的处理，以及基于图的地理信息系统功能实现3个方面。

(1) 图的生产实践主要面向测绘能力的培养。这一实践过程主要包括各种测量仪器的操作使用；水准测量、角度测量和距离测量等基本测量工作的实施；图根控制测量与图的碎部测量；基于成图软件的图的编绘，以及图的输出等内容。

(2) 面向GIS数据要求的图的处理工作，主要是对作为测量成果的图的处理，为后续的GIS分析与应用准备合格的数据，实现从测量成果的图到GIS数据成果的转化。这一实践过程主要包括图的矢量化、地理要素的输入与转换、图形的编辑、属性数据的建库、拓扑关系的构建等内容。

(3) 基于图的地理信息系统功能实现，则是以GIS数据为基础，在GIS软件平台上进行相关处理操作，根据要求实现相关功能，并生产地理信息产品。其主要包括地图显示与查询、地理信息的分级分类显示与制图、多种空间分析处理、地理信息产品的可视化表达与综合应用等内容。

上述三块实践教学内容，相互关联，层层递进，逐步深入，构成一个有机的整体。当然，这些实践内容主要还是面向基础能力的培养，如果要形成更高层次的测绘与地理信息综合能力，还需要在更多方面进行拓展和深入。

3 结 语

测绘信息化的发展，对人才的培养提出了新的要求。传统的单一技术型人才已难以满足应用服务的需要，宽口径、厚基础、强能力的复合创新型人才成为社会需求的主流。为适应这一发展变化，加强对学生测绘与地理信息综合能力的培养，本文针对目前非测绘类工程专业中测量学与GIS课程在实践教学方面存在的问题，提出了以“图”为纽带的一体化实践教学的改革思路，并设计了一体化实践教学的内容，希望通过教学改革与实践，提高课程教学效果，提高人才培养的质量。

[1] 宁津生, 陈俊勇, 李德仁，等. 测绘学概论[M]. 武汉：武汉大学出版社, 2008:1-26.

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[3] 宁津生, 王正涛. 面向信息化时代的测绘科学技术新进展[J]. 测绘科学, 2010, 35(5): 5-10.

[4] 林卉，赵长胜，梁亮，等．创新型测绘工程复合型人才培养机制 的研究[J]．测绘通报，2015(10)：130-132.

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[6] 王庆国.测量学与GIS课程一体化教学的研究[J].测绘通报,2013(5):108-110.

[7] 卞正富. 测量学[M]. 北京：中国农业出版社, 2011.

[8] 陆守一.地理信息系统[M]. 北京：高等教育出版社, 2004.

[9] 贾泽露. 非GIS专业地理信息系统课程教学思考[J]. 测绘科学, 2008,33(5): 230-232.

[10] 崔先国, 苏国猛, 李云岭. 数字测图与GIS数据扩展的探讨[J]. 测绘通报, 2009(3): 5-7.

Research on the Integrated Practice Instruction for Science of Surveying and GIS with the Link of Map

WANG Qingguo

(School of Vehicle and Traffic Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081，China)

Under the background of the informatization of surveying and mapping, in order to conform to the development and change of the subject and the industry of surveying and mapping, and strengthen the comprehensive ability training of surveying and mapping, and geographic information, the research on the integrated practice instruction for science of surveying and GIS with the link of map is given.

informatization of surveying and mapping; integrated instruction; practice instruction; map; science of surveying; GIS

王庆国.以“图”为纽带的测量学与GIS课程一体化实践教学的研究[J].测绘通报，2017(6)：142-145.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0209.

2016-06-21；

2017-01-11

国家自然科学基金(41571396)；湖北省教学研究项目(2015236)；武汉科技大学重点教学研究项目(2015Z016)

王庆国(1974—)，男，博士，副教授，主要从事数字测绘与GIS方面的教学与研究。E-mail：qgwang_123@163.com

G64

A

0494-0911(2017)06-0142-04