數字技術在職校地質工程實訓中的應用探討★

孟 芹

(貴州交通職業技術學院，貴州 貴陽 550001)

1 項目背景

對于地質課程學習而言，系統的實訓教學有著非常重要的作用。長期以來，地質勘查工程專業人才培養的教學手段受到諸多條件的限制。校外實訓基地主要是采用野外實訓基地加校企合作實訓基地，野外實訓基地地質場景大多在野外的崇山峻嶺，交通出行不便，學生安全難以保證。實訓周期較長，短則數天，長則數月的影響，食宿所需基地建設耗資不菲；實訓指導教師數量亦不足；校企合作基地受企業生產任務安排和教學安排時間差異的影響，部分實訓涉及到工程的施工耗資較大，且不可逆轉，實驗無法重復再現，學生走馬觀花，視野極其受限，未能系統的獲得實訓技能。

從長遠角度來看，對于目前的實踐教學來說，野外豐富、經典的地質現象，也仍存在一些問題。隨著人們對自然資源的開發，實訓區一些經典的、不可再生的地質現象遭受破壞，嚴重影響室外教學的效果；實訓區均位于特定區域位置，進行的是對特定區域的地質作用及其地質記錄的觀察培訓，這種教學模式影響到跨區域就業學生在工作崗位中對工區的熟悉程度，制約著他們未來的發展；實訓區存在地質景觀有限，有教學資源不足的現象。

這些問題的存在，從客觀上影響了地質工程專業教學水平和質量的提高，學生動手能力、創新能力的培養也受到一定的客觀制約。隨著無人機，VR，BIM等數字技術的發展為地質實訓在校內進行提供了有利條件，使之突破以上制約變成可能。

2 幾種數字技術的應用概況

2.1 無人機技術在地質工程上的應用

隨著無人機技術的迅速發展，它將傳統的航空攝影技術與地面的立體三維技術和測繪技術進行綜合應用，無人機擁有多角度、立體式、全方位等諸多優點。無人機的遙感監測包含了災害遙感監測選項內容部分，補充了航空遙感、衛星遙感對地觀測頻度、精度和時效上的缺陷，完善了對地觀測技術在災害中的應用。通過無人機的低空多位鏡頭獲得立體高清影像數據、自動生成三維地理信息模型，快速實現獲取地理信息，相應的滿足了地質工程的不同條件的需求。

無人機在地質勘察、地質災害防治中已經得到了廣泛應用。在汶川大地震、貴州水城大型滑坡、寧夏彭陽縣大型滑坡等災害治理中，無人機都發揮了較大的作用。無人機可以多次拍攝不同角度不同層面的同一個地區，對這些拍攝照片進行數據分析就可以得到完整準確的事發現場的現狀，還可以對地質進行二次分析，如果地質災害發生了一次，那么無人機就可以對下次災害進行預測，對一些不穩定區域進行劃分。即使是在沒有發生地質災害的區域，只要被無人機遙感技術監測到危險情況或者分析出了不穩定的地殼運動，那么就可以及時對該地區進行調整，避免地質次生災害的發生，將人身和財產損失降到最低。

2.2 VR技術在地質工程上的應用

VR虛擬也叫做人工環境，也就是帶上VR眼鏡所看到的景象全部是虛擬的。VR技術是通過相機采集、影像制作，從而創建和體驗的計算機仿真系統生成一種虛擬世界的模擬環境。可以讓用戶感受不同地質條件下的三維虛擬環境。該技術的出現可廣泛應用到各大領域，如：地質工程、水利電力工程、橋梁道路工程等行業，尤其是在教育領域得到了大眾的認可。將VR技術應用在地質工程教學上，既可以減少經費又能解決學生在野外所帶來的安全隱患。

基于VR技術的多尺度地質數據3D式可視化與交互方法,為科學的地質工程的教學提供新思路,該方法既符合計算思維又符合地質專業理論。適用于地質數據的可視化與交互。南京地震科學館亮相可通過VR感受地震場景，親身體驗地震時地搖山動的驚險場景，點擊觸摸屏,立馬就能讓用戶了解地震發生后在不同地方的感受。四川省國土資源廳和香港特別行政區政府土木工程拓展署，于成都理工大學聯合舉辦“川港地質災害防治工作交流暨香港地質災害防治成就展”。該成就展引入了現代的VR科技，展示了VR泥石流體驗，從直升機駕駛員、汽車駕駛員、居民這三個不同角度感受山泥傾瀉帶來的影響。

2.3 BIM技術在地質上的應用

BIM具有可視化、協調性、優化性、模擬性等特點，可用于地質勘查、建模，重現地質現象，解決地質問題。中國地質大學錢睿利用BIM核心建模軟件Civil 3D為建模和調試主程序,以某煤田地質勘查資料為項目依托,進行了煤礦區三維地質模型的應用研究,可以清晰展示礦區的地質特征,方便開展深入的地質研究和評價。通過三維地質模型,可以直觀和方便的查看和利用地質數據資料,將其復雜的內容通過圖像方式表達出來,更為清晰易讀和便于操作分析。

3 地質實訓數字化建設

3.1 建立地質資料數字資源平臺

通過現有的學校網站，增設地質實訓板塊，并創建相應的地質資料數據庫。結合學校大量畢業生在工程建設一線崗位，接觸大量工程實踐的優勢，網站內容主要包括教師教學視頻資源、實訓教學影音資源和畢業生工程現場實踐教學資源等三個方面的數據庫，課程平臺整體結構如圖1所示。通過網絡平臺，學生能夠隨時查閱相關資料，以便更好的學習地質方面的相關專業知識。

3.2 無人機在地質實訓中的應用

“橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同。不識廬山真面目，只緣身在此山中。”蘇軾的《題西林壁》富有哲理的闡述了當一個人站在不同的位置所觀察到的相同事物會有不同的感官認識。地質意義上的地形、地貌是在一個大的區域上所形成的概念，通過實地觀察也很難全方位的有一個總體認識，而且在短時間的野外實訓也很難有精力爬坡上坎的全面了解一個地形地貌。而通過無人機的不同視角能夠從不同角度宏觀上觀察地形地貌，更能直觀的理解地形地貌的真正含義。通過無人機我們能直觀的領略到卡斯特地貌的驚奇、風蝕地貌的蒼涼、平原地貌的廣袤、峰叢地貌的險峻和湖泊地貌的秀美。

地質災害的認識是地質工程中的重要環節，然而直觀的現場觀察地質災害既不安全也是可遇不可求的。當地質災害發生時，由當地的相關人員通過無人機拍攝上傳至數據平臺。學生通過引擎搜索則可以對泥石流、滑坡、崩塌、地面塌陷、軟土沉降等地質災害有直觀的感受。通過無人機不同視覺我們更能深入認識地質構造中背斜、向斜、褶皺、斷層的形態。

3.3 VR技術在地質實訓中的應用

VR教學就是利用VR技術使學習者融入虛擬的教學場景。從廣義上來講，地形、地貌、地質構造、地質演變都可以在虛擬的教學場景中進行VR教學。我們可以對滑坡、泥石流、崩塌、地陷、地震等地質災害進行數字化模擬，也可以對地質板塊碰撞、火山爆發、冰川侵蝕、褶皺扭曲、地層倒轉、溶洞形成、黃土沉積等地質演變進行虛擬，分類上傳至數據庫并通過VR可視化與交互給學生們帶來身臨其境的震撼。

3.4 BIM技術在地質實訓中的應用

在地質工程設計和施工方面BIM也得到了廣泛應用，在路橋隧工程中，由于地質和地形的誤差會導致原設計與實際施工有一定出入，這些問題常集中在邊坡支護、橋臺錐坡、隧道洞門、涵洞、擋土墻等地方。BIM技術是當前重點推廣的技術，讓學生們盡早學習這門技術也能夠在今后的工作中發揮重要作用。

4 結語

通過廣泛調研國內外數字技術的功能的分析以及這些技術在同類高職院校實訓場地建設中的應用，進一步加深對數字技術的認識。結合地質專業教學中的知識和能力培養目標，與現有室內外地質實訓條件和場地進行對比，梳理可進行數字化建設的實訓項目，進行實訓項目的數字技術方案的擬定。數字化技術在職業院校地質實訓的應用是可以實現的，而且應該可以廣泛運用。