基于VRS的道路選線信息化教學(xué)探索

王廣政，梁進(jìn)軍，樊軍

摘要：通過分析道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中道路選線教學(xué)效果差這一瓶頸，在簡(jiǎn)要介紹基于三維可視化數(shù)字地形構(gòu)建的道路勘測(cè)選線模擬訓(xùn)練系統(tǒng)（VRS）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了基于VRS的道路選線教學(xué)設(shè)計(jì)，并詳細(xì)闡述了基于VRS環(huán)境進(jìn)行道路選線信息化教學(xué)的實(shí)踐探索，以供高校專業(yè)課程教學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：VRS；道路選線；信息化教學(xué)；探索

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）44-0084-02

一、引言

道路選線作為道路工程建設(shè)的基礎(chǔ)性工作，是根據(jù)實(shí)際地形、地質(zhì)條件，以及經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)保等方面的特定要求，合理確定出路線方向和基本位置的過程。它不僅關(guān)系到道路工程量的大小和施工的難易程度，而且直接關(guān)系到道路的使用質(zhì)量，是整個(gè)道路勘測(cè)設(shè)計(jì)工作中最關(guān)鍵性的一環(huán)。同時(shí)，道路選線作為道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)的重要內(nèi)容，也是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，不僅要求任課老師要有較強(qiáng)的理論素養(yǎng)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)手段也提出了更高的要求。因此，道路選線教學(xué)一直是道路勘測(cè)設(shè)計(jì)教學(xué)的重難點(diǎn)問題。現(xiàn)行的選線教學(xué)多采用課堂理論、方法教學(xué)與野外實(shí)習(xí)實(shí)踐相結(jié)合的方式。但由于課堂理論教學(xué)方法的平面化、野外選線實(shí)習(xí)地域、教學(xué)時(shí)限等方面的局限性，學(xué)生仍然不能直觀、透徹地理解選線原則和選線方法的內(nèi)涵。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和道路設(shè)計(jì)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了地形信息的數(shù)字化、三維化、可視化，這為數(shù)字化選線和三維數(shù)字地形上的選線教學(xué)提供了平臺(tái)[1]。利用現(xiàn)代信息技術(shù)和數(shù)字化選線設(shè)計(jì)技術(shù)探討新的教學(xué)方式，是解決道路選線教學(xué)這一瓶頸的重要途徑。

二、道路選線教學(xué)的現(xiàn)狀分析

道路線形作為一個(gè)空間三維線形實(shí)體，其選線的優(yōu)劣對(duì)道路的功能特性、行車的使用性能以及經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值等都具有十分重要的作用。由于選線工作的實(shí)踐性特征，以往的選線教學(xué)只能是抽象的課堂理論學(xué)習(xí)和有限區(qū)域的野外現(xiàn)地踏勘實(shí)習(xí)。課堂理論學(xué)習(xí)時(shí)通常采用多媒體等教學(xué)手段改善教學(xué)效果，這種教學(xué)形式不能讓學(xué)員體驗(yàn)選線原則的內(nèi)涵和選線方法的實(shí)踐運(yùn)用，學(xué)生在實(shí)際選線練習(xí)時(shí)，往往不知怎么選，甚至不會(huì)選。而野外現(xiàn)地踏勘是對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)用練習(xí)，由于地形不一，情況多變，工作量大，特別是山區(qū)地形尤甚。從而造成野外實(shí)習(xí)也只能是針對(duì)某一部分地形區(qū)域內(nèi)的選線練習(xí)，這既具有較大的局限性，又不能對(duì)所選的三維道路線優(yōu)劣進(jìn)行直觀的分析和判斷。

實(shí)際上，在道路工程選線設(shè)計(jì)工作中，道路的選線設(shè)計(jì)已經(jīng)不再僅僅局限于幾何設(shè)計(jì)，更加強(qiáng)調(diào)道路三維空間的整體設(shè)計(jì)，同時(shí)也更加注重道路的整體布置以及道路與環(huán)境的協(xié)調(diào)性、美觀性[2]。傳統(tǒng)的道路選線教學(xué)無法體現(xiàn)三維化的道路選線過程，不能讓學(xué)生直觀地看到實(shí)際的三維地形和三維道路線形，也就難以讓學(xué)生理解選線原則和方法在選線過程中是如何貫穿的；野外選線實(shí)習(xí)階段的路線優(yōu)劣也就無法得到客觀的評(píng)價(jià)，教學(xué)質(zhì)量也就無法得到保證。因此，為提高道路選線教學(xué)的質(zhì)量，有必要結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)探討新的教學(xué)方式、方法。

三、基于VRS的道路選線教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）道路勘測(cè)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)——VRS簡(jiǎn)介

“道路勘測(cè)選線模擬訓(xùn)練系統(tǒng)——VRS”是為公路與城市道路工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程而開發(fā)的基于三維數(shù)字地形圖上的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)和教學(xué)軟件。它是利用三維仿真和模擬技術(shù)將各種地形圖數(shù)字化后導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)，在可視化的三維數(shù)字地圖上，通過相應(yīng)功能進(jìn)行道路選線設(shè)計(jì)，并提供形象逼真的視覺效果。教師可以結(jié)合該系統(tǒng)進(jìn)行選線理論的教學(xué)和教學(xué)示范，直觀形象；學(xué)生可以在VRS上模擬野外道路選線工作，自主進(jìn)行道路勘測(cè)選線練習(xí)，以熟悉選線作業(yè)過程和選線方法。道路選線的信息可導(dǎo)出到專業(yè)道路設(shè)計(jì)軟件中，完成后續(xù)的路線設(shè)計(jì)。利用此系統(tǒng)進(jìn)行選線教學(xué)，既能夠明顯提高道路選線效率，有助于對(duì)路線方案進(jìn)行大范圍、多方案的比選論證，也能夠讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上能直觀地看到所選路線的三維效果，便于找出各影響因素之間的聯(lián)系，從而對(duì)公路選線方案進(jìn)行可視化分析和評(píng)價(jià)，擇優(yōu)汰劣。還可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升。

（二）基于VRS的道路選線教學(xué)設(shè)計(jì)思路

基于VRS道路選線教學(xué)設(shè)計(jì)的基本思路是：以實(shí)際道路選線任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，采用任務(wù)式教學(xué)法，依托構(gòu)建的課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)員對(duì)道路選線的理論知識(shí)進(jìn)行課前自學(xué)，自主構(gòu)建道路選線基本知識(shí)體系，并提交初步的選線方案；以VRS為教學(xué)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)三維地形的認(rèn)知、選線原則與選線方法的內(nèi)化吸收、重難點(diǎn)問題的討論探究、道路選線的實(shí)踐應(yīng)用和模擬訓(xùn)練等，實(shí)現(xiàn)基于VRS的三維立體化課堂教學(xué)。通過這種基于三維可視化教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的教學(xué)模式，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)為主體、能力為本的教學(xué)思路，達(dá)到鍛煉學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的內(nèi)化吸收能力、對(duì)選線方法的實(shí)踐運(yùn)用能力、對(duì)工程應(yīng)用的創(chuàng)新能力等教學(xué)目的。

四、基于VRS的道路選線教學(xué)實(shí)踐

（一）基于VRS的道路選線理論教學(xué)

道路選線課堂教學(xué)的難點(diǎn)就在于，如何以形象直觀的手法讓學(xué)生將枯燥而抽象的選線原則和方法落實(shí)在不同地形上。傳統(tǒng)的道路選線課堂理論教學(xué)，只能結(jié)合不同的地形圖片等影像，講解選線基本原則和要求，至于為什么或者深層的原因，則無法用常規(guī)教學(xué)手段表達(dá)。而基于VRS，在三維可視化的數(shù)字地形模型上，可以以直觀、形象和交互式的表現(xiàn)手段，展現(xiàn)山區(qū)地形典型特征。進(jìn)而探究道路選線的原則和方法，引導(dǎo)學(xué)員分析選線位置與經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)等要素之間的關(guān)系，最終得到選線方案。另外，道路選線方案的優(yōu)化和比選作為道路選線教學(xué)內(nèi)容中的難點(diǎn)，也是傳統(tǒng)課堂教學(xué)無法有效解決的問題。傳統(tǒng)課堂教學(xué)由于不能全面準(zhǔn)確地確定各個(gè)路線方案的參數(shù)，只能講解道路選線方案優(yōu)化和比選的基本原則，很難做到真實(shí)的方案比選。而在基于VRS的數(shù)字化選線教學(xué)中，則可將每一條選擇出來的路線的實(shí)際參數(shù)以具體數(shù)據(jù)的形式顯示出來，便于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行路線方案的比選和優(yōu)化，路線位置可視、形象，參數(shù)數(shù)據(jù)直觀、具體，便于引導(dǎo)學(xué)生分析指出各選線方案的優(yōu)劣，得出路線優(yōu)化方案。學(xué)生再針對(duì)課前提交的最初方案進(jìn)行修正和總結(jié)，最終完成選線任務(wù)。據(jù)此，在三維可視化的教學(xué)環(huán)境中，就可以完成選線理論和方法的教學(xué)。

（二）基于VRS的道路選線實(shí)踐教學(xué)

在課堂理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)員利用VRS模擬野外選線過程進(jìn)行室內(nèi)模擬練習(xí)，進(jìn)行課后的選線訓(xùn)練，以鞏固課堂所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)踐運(yùn)用，提高選線基本技能。學(xué)生利用課堂所學(xué)針對(duì)自身情況，在三維模擬訓(xùn)練場(chǎng)地內(nèi)選擇不同的地形區(qū)域，進(jìn)行測(cè)量練習(xí)、路線布設(shè)、山坡展線、方案參數(shù)優(yōu)化、比選與路線確定等選線練習(xí)工作。通過這種交互式、三維可視化的選線練習(xí)，既可以在室內(nèi)完成野外選線過程的教學(xué)實(shí)習(xí)，省時(shí)省力，又可以解決地形受限、練習(xí)范圍和強(qiáng)度不足的問題，還可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)力和積極性、創(chuàng)造性。

五、結(jié)語(yǔ)

近年來，隨著我校道路工程學(xué)科課程教學(xué)改革的不斷推進(jìn)和發(fā)展，將教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代信息化技術(shù)有機(jī)結(jié)合已經(jīng)成為增強(qiáng)教學(xué)效果的必然趨勢(shì)[3]，VRS在道路選線教學(xué)中也得到了廣泛的應(yīng)用。基于VRS的教學(xué)實(shí)踐表明，在道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中引入VRS教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，可以解決道路選線課堂理論教學(xué)效果差、野外選線實(shí)習(xí)局限性強(qiáng)等瓶頸。隨著我國(guó)道路事業(yè)的不斷發(fā)展，新形勢(shì)下對(duì)道路工程方面的人才需求，也逐漸向應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才方向邁進(jìn)。VRS等現(xiàn)代化信息技術(shù)在道路教學(xué)中的不斷運(yùn)用，不僅促進(jìn)新型教學(xué)方法和教學(xué)模式的改革，也可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)道路工程實(shí)踐應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉美朋.數(shù)字地理模型及其在道路選線中的應(yīng)用研究[D].山東建筑大學(xué)，2010.

[2]秦建平.三維模型在公路選線教學(xué)中的研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

[3]孫國(guó)富，鄧洪亮，馬宏偉等.道路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程的數(shù)字化教學(xué)改革[J].高等建筑教育，2006，（2）：74-77.endprint