基于WebGIS綜合地質實習虛擬仿真教學平臺的設計

陳錦輝 李功權

摘 要：傳統的地質實習存在著一些弊端，可能會受到天氣、地形等因素的影響。為解決目前綜合地質實習面臨的這些問題，綜合地質實習就必須進行改革創新。隨著Internet技術的快速發展，我們可以借助webgis技術來構建一個綜合地質實習虛擬仿真教學平臺。從實際的野外地質實習任務出發，對平臺總體設計、數據庫設計、功能設計等方面進行了探討分析，采用WebGIS技術，基于B/S架構，設計了一個基于WebGIS綜合地質實習虛擬仿真教學平臺。

關鍵詞： WebGIS;虛擬仿真;地質實習;B/S架構;ArcGIS Server

0 引言

目前，我國的地質學教學基本包括三個環節：一是課堂教學，二是室內實驗教學，三是野外實習，其中野外實習是非常重要的環節，它主要培養學生的實踐能力和獨立工作能力，將理論與實際相結合，讓學生進一步理解地學相關的基本知識，并讓學生掌握地質實習的基本技能。但是，傳統的野外地質實習還面臨著許多問題，例如，野外地質實習會受到天氣、地形等因素的影響。為了解決這些問題，我們的野外地質實習就需要進行改革創新，突破傳統野外地質實習的局限性。近年來，隨著GIS在地學領域的發展與應用，將GIS技術應用于野外地質實習虛擬仿真教學日趨廣泛。因此，基于WebGIS綜合地質實習虛擬仿真教學平臺的研究是很有必要的。

1 總體設計

構建該虛擬仿真教學平臺，主要目的是讓學生掌握地學相關知識和技能。為此本平臺要盡力滿足學生具體實習任務要求，在能鍛煉學生思考問題解決問題的同時，還要完成相應的實習過程模擬，讓學生們能夠將理論知識和實踐相結合。本平臺還可以對學生進行針對性地教學，遇到問題，可以自己去平臺中找到解決辦法。

基于以上需求分析，該平臺設計主要包含三個模塊，用戶管理模塊、基礎學習模塊、虛擬仿真實驗模塊。用戶管理模塊主要實現平臺用戶個人信息管理，主要包括用戶權限管理，用戶注冊與登錄等功能;基礎學習模塊主要實現理論知識查詢、實習信息管理與查詢、地質實習工具的使用、教學視頻學習等功能;虛擬實驗模塊主要實現數據可視化、地圖導航、Web地質畫圖、地質實習虛擬仿真等功能。

本平臺是基于B/S架構來實現的。本平臺的B/S架構如下圖所示：

2 數據庫設計

平臺的設計開發主要是為了幫助學生完成劉家場實習基地的教學任務，因此，平臺所需要的數據大多是在劉家場實習基地野外采集獲取。平臺的數據庫設計，主要分為三大類，空間數據庫，屬性數據庫和維護數據庫，其中空間數據庫包括基礎地理數據庫和DEM數據庫;屬性數據庫包括基礎知識數據庫和教學資源數據庫;維護數據庫包括用戶管理數據庫和系統日志數據庫。

基礎地理數據庫主要存儲實習區域地形圖，實習路線和實習點分布圖等;DEM數據庫存儲實習區域的DEM數據，用于構建三維實習環境，還可生成剖面圖等;基礎知識數據庫主要存儲地學專業相關理論知識，便于實習過程中實習人員對相關理論知識的查詢學習;教學資源庫主要存儲實習路線和實習點具體信息，還包括教學相關圖片、文檔以及視頻資料等;用戶管理數據庫用來存儲管理用戶基本信息等。

3 平臺功能設計

平臺的功能設計主要包括以下三個部分：用戶管理模塊，基礎知識學習模塊，虛擬仿真實驗模塊。

用戶管理模塊：主要實現平臺用戶的注冊和登錄等功能。如果用戶沒有注冊，就只能進入基礎知識學習模塊，不能進入虛擬仿真實驗模塊，只有注冊并登錄了該平臺的用戶才能進入虛擬仿真實驗模塊，完成地質實習。

基礎知識學習模塊：主要包括理論知識學習模塊、實習工具學習模塊、實習點和實習路線信息預覽、教學視頻演示模塊等。用戶進入這個模塊，可以瀏覽和學習與專業相關的理論知識，也能了解地質實習工具的用途和操作等。該模塊還對實習路線和實習點信息做了一些基本介紹，幫助用戶更好地完成后面的實習任務。另外，此模塊還包含視頻庫，以供用戶學習參考。用戶通過對該模塊的瀏覽學習，可以夯實自己的理論基礎以及提高自己的專業能力。

虛擬仿真實驗模塊：該模塊是該系統最重要也是最難實現的部分，主要包括地圖導航模塊，地質實習虛擬仿真模塊，地質圖繪制模塊，實習報告輸出模塊等。

4 結語

綜合地質實習教學是地學相關專業中非常重要的環節，綜合地質實習虛擬仿真教學平臺對于學生以及其他地學相關專業從事者而言是一個非常重要的工具，能夠有效地降低人力資源的成本和投入，打破傳統綜合地質實習教學的局限性。本文對綜合地質實習過程中遇到的問題進行了探討和總結，并提出了將WebGIS、Arcgis Server、虛擬仿真等技術應用于綜合地質實習虛擬仿真教學平臺的建設，設計了一個基于B/S架構的綜合地質實習虛擬仿真教學平臺，為綜合地質實習虛擬仿真教學平臺開發提供了思路和技術參考。

參考文獻

[1]楊雪飛，許建，王興志.《地質與地貌學》峨眉山野外地質認識實習[J].教育現代化，2019，6（97）：244-245.

[2]蔡祥云. 虛擬地學實習平臺的構建[D].長江大學，2014.

[3]張鵬，徐洪鐘，隋志龍，張媛媛.基于Google Earth的野外地質實習三維模型的應用[J].大學教育，2019，（08）：48-50.

[4]劉善偉，萬劍華，祝德顯.采用GIS技術的地質實習輔助教學軟件開發[J].實驗技術與管理，2018，35（08）：153-156.

[5]祝德顯. 基于Web的虛擬野外地質實習系統設計與實現[J].內江科技，2013.

[6]舒娟，王鯨，隆長福等.基于GIS的虛擬地學實習演示系統設計與實現[J].測繪與空間地理信息，2014， 000（005）：71-73.