GPS數據處理教學課程體系設置探討

陽凡林,劉智敏

(1.山東科技大學測繪學院,山東青島266510;2.海島(礁)測繪技術國家測繪局重點實驗室,山東 青島266510;3.山東省基礎地理信息與數字化技術重點實驗室,山東青島266510)

0 引 言

隨著空間定位技術和電子信息科學的發(fā)展,衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)技術(主要有GPS,GLONASS,COMPASS,Galileo,)已經應用到與導航、定位、授時、氣象有關的方方面面,可以說其應用只受想象限制。GPS衛(wèi)星定位原理與數據處理也作為《普通高等學校本科專業(yè)目錄》設置的測繪工程本科專業(yè)的專業(yè)主干課程之一,受到相關院校的重視。目前畢業(yè)生工作單位反饋的主要問題是學生的軟件操作和編程能力弱,處理實際問題缺乏經驗,無法滿足獨立完成項目的用人需要。通過教學團隊的分析和調研,以GPS數據處理課程為例探討教學內容安排、教學模式改進和考試方式調整等內容進行課程體系的整合設置,以提高學生的專業(yè)實踐能力和發(fā)揮主觀能動性。這對于計算機軟件操作有關的專業(yè)課程教學有一定借鑒作用,理論基礎知識掌握后,通過上機實踐、生產實習去消化理論知識,積累實戰(zhàn)經驗,增強自信力,培養(yǎng)實際工作能力,以滿足社會需求。

1 教學內容設置

GPS數據處理課時安排為20～32學時之間,前導課程為測量平差基礎、高級語言程序設計、GPS衛(wèi)星定位原理與方法,后續(xù)課程安排為GPS衛(wèi)星定位生產實習。其教學目的是:使學生了解GPS全球定位系統(tǒng)數據處理的一般過程與步驟,掌握在GPS外業(yè)基礎上的內業(yè)數據處理步驟與方法,主要包括預處理、坐標系統(tǒng)的轉換、基線解算、網平差等過程[1]。學生畢業(yè)后,在實際生產實踐過程中,在外業(yè)數據采集和外業(yè)檢核結束的基礎上,能獨立完成內業(yè)數據處理及誤差分析與評定。

教學內容設置為兩篇:一篇為數據處理過程—GPS坐標系統(tǒng)的轉換、基線解算、網平差,以數學模型的建立和公式推導為主,通過數據流程設計為軟件的學習做準備;另一篇是數據處理軟件使用見表1所示。從教學目的上可以得出:本課程是為了生產實踐上進行內業(yè)數據處理及誤差分析與評定,是一門以軟件操作為主的課程。因此在課時安排上側重于第二篇?？紤]到目前GPS應用的不同,數據處理軟件也有多種,那么介紹軟件分類及其使用特點就成為課程重點內容之一。

GPS數據處理軟件可以采用專用軟件、商用軟件或隨機軟件,如專用軟件有檢核數據質量評定的質量評定軟件(T ranslation,Editing,and QualityChecking-TEQC),作為UNAVCO研制的一款功能強大的GPS/GLONASS數據預處理軟件,是目前國際上公認較為優(yōu)秀的數據質量檢查軟件;高精度的GPS網數據處理也可以選用國際著名的GAMIT/GLOBK、BERNESE、GIPSY、EPOS等軟件,都是IGS數據分析處理中心所采用的軟件,具有數據處理精度高、解算功能強大、模塊結構清晰、自動批處理穩(wěn)健、運算速度快等共同特點;為了滿足國內GPS工程測量需要,我國自主研發(fā)的GPS控制網平差軟件,如PowerADJ軟件、科傻系統(tǒng)GPS工程測量網通用平差軟件、Caravel Net高精度控制網平差軟件等商用軟件,適于大規(guī)模GPS控制網的快速高精度解算,可以根據GPS工程控制網需要,進行一點一方位平差、高程擬合等功能,并帶有常用的工程測量計算工具,可以實現各種坐標轉換,及選擇多種測量規(guī)范對應的控制網等級進行平差,輸出成果;隨機軟件有天寶測量辦公軟件(T rimble Geomatics Office,TGO),南方測繪的GPS靜態(tài)數據平差軟件(South Survey GPS Data-Processing ADJustment,ADJ),中海達GPS數據處理HDS軟件等,適合測繪工程數據處理、科研分析和學生學習使用,廣大測繪工作者均可免費使用的軟件,操作簡單,易學易用[2]。

GPS數據處理軟件操作(一般教學用天寶TGO軟件)在多媒體教學+機房進行,教師一邊講解軟件的結構一邊利用軟件平臺操作數據處理步驟,通過投影屏幕展示,使學生在機位上邊聽講邊上機實踐,可以快速入門,領會軟件功能和初步使用過程。再通過測量數據進行軟件操作,對于多時段、多歷元、不同衛(wèi)星數據的選用對解算結果的影響,精度評定后對比分析。條件(課時、軟件和機房等試驗環(huán)境)允許的情況下,可以繼續(xù)對同類專業(yè)軟件(南方的GPS平差ADJ軟件,武測的Power-Net平差軟件,中海達GPS數據處理 HDS軟件等)的學習和操作,以同一組數據處理得出不同的結果和精度對比,了解在不同情況下適合選用的處理軟件。

2 教學模式優(yōu)化

GPS數據處理的講授主要結合衛(wèi)星定位原理與測量平差知識,進行數據處理模型推導;高級語言程序設計與衛(wèi)星定位理論的交叉運用到程序設計流程中。作為第8/9學期開設的專業(yè)課程,不僅講授新理論新知識,還需要對前導課程內容溫故知新,融會貫通,學知識是為了用知識去解決問題,這里得小試牛刀。為了方便公式書寫和流程圖繪制,采用CAI多媒體教學方式節(jié)省上課時間[3];在公式推導過程中,輔以“板書+粉筆”教學有助于學生的理解和思考[4]。并留出時間給同學們分組討論對于數據處理過程中子模塊的設計流程,如時間系統(tǒng)或坐標系統(tǒng)的轉換、RINEX文件信息的讀取、觀測數據粗差剔除等。布置課后練習進行小模塊編程實現,通過程序設計和調試培養(yǎng)學生的編程能力和對數學模型、數據流程的掌握程度,縮短與專業(yè)軟件的距離,子模塊和軟件就是小房子和樓群的關系,軟件就是足夠的人力、時間和技術指導的成果。為學生以后的軟件平臺二次開發(fā)打下良好的基礎。

表1 GPS數據處理教學方法設置

數據處理軟件的掌握是通過上機演示和操作,讓學生自己去熟悉軟件功能和處理實測數據,在軟件操作學習中遇到的問題,通過獨立思考、同學相互討論協(xié)作、去嘗試多種解決方案,再和教師交流選擇最優(yōu)方案。以此調動學生的學習興趣,培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。

課后提交讀書報告的教學要求,是應對GPS數據處理算法發(fā)展、軟件更新、應用領域拓展的特點,令學生去圖書館或是電子網絡查詢文獻資料[5-6],收集整理后做出讀書報告,以獲得相關領域的前沿發(fā)展最新信息,培養(yǎng)學習自主性和專業(yè)文獻檢索能力。

3 考核方式改革

進行考試形式改革,以開卷考試和平時作業(yè)成績綜合考核:

1)開卷考試,改進考試題型,要求同學定時在考場獨立完成。以數學模型、算法流程和程序設計為知識考點,可以翻閱參考資料。主要考察學生的理解、分析和解決問題的綜合能力。占總成績的60%。

2)讀書報告占10～20%。

3)上機操作,在有限時間內,對所給數據文件進行數據處理,按照要求展示處理結果報告,作為實踐技能操作的考核占20～30%。

應對課程特點,采用開卷考試、上機考試等不同于傳統(tǒng)的閉卷考試形式,為了培養(yǎng)學生利用所學知識解決實際問題的能力,提高了課程知識的掌握度,也在一定程度有效克服了考試作弊問題,起到了檢核學生成績的目的。

4 結 論

GPS數據處理作為專業(yè)理論與數學、計算機技術結合的課程,其理論性和實踐性都要求較高,在教學內容設置上緊跟空間定位技術發(fā)展和社會技術需求的變化,同時在教學環(huán)節(jié)上利用多媒體、電子網絡等現代教學環(huán)境,通過分組討論、讀書報告、上機實踐和開卷考試等多種教學模式結合,提高學生的自主學習、創(chuàng)新思維和獨立工作能力,滿足社會用人需求。

[1] 李征航,黃勁松.GPS測量與數據處理[M].武漢:武漢大學出版社,2005.

[2] 獨知行,劉智敏.GPS測量實施與數據處理[M].北京:測繪出版社,2010.

[3] 蔣廷臣,顧 磊.多媒體技術輔助測繪專業(yè)教學研究[J].測繪科學,2008,33(16):226-228.

[4] 劉智敏,陽凡林,獨知行.衛(wèi)星定位原理及應用的教學改革與實踐[J].測繪工程,2010,19(3):77-80.

[5] 常玉奎.“工程測量”課程多媒體課件開發(fā)與應用[J].測繪通報,2007(3):76-77.

[6] 孫賢斌,尹 杰,熊才權,等.“測量學”多媒體教學網站建設[J].測繪通報,2008(12):70-72.