楊正祥

(武漢交通職業(yè)學院 電子與信息工程學院, 湖北 武漢 430065)

智能交通GPS與GIS技術課程建設與實踐

楊正祥

(武漢交通職業(yè)學院 電子與信息工程學院, 湖北 武漢 430065)

根據(jù)高職院校應用型人才培養(yǎng)要求,從教學目標定位、教學內(nèi)容設計、實訓項目設立、實訓條件改善等方面對“智能交通GPS與GIS技術”課程進行了改革,強化了新知識和新應用,突出了實踐訓練環(huán)節(jié)。整個教學過程在基本理論的基礎上大量穿插工程實踐內(nèi)容,取得了良好的教學效果。

智能交通； 教學改革； 實踐教學； GPS； GIS

智能交通系統(tǒng)(intelligent transportation system,ITS)以其實時、準確、高效的特點,在交通工程現(xiàn)代化中發(fā)揮著重要的作用[1-2]。為了培養(yǎng)高職學生追蹤行業(yè)新動態(tài)、掌握行業(yè)新技術的能力,武漢交通職業(yè)學院交通安全與智能控制專業(yè)開設了“智能交通GPS與GIS技術”課程。該課程具有多學科交叉的特點,涉及現(xiàn)代網(wǎng)絡通信、交通信息采集與處理、道路交通控制等內(nèi)容,具有技術性和工程性,是專業(yè)核心課程[3],是“城市智能交通設備”、“城市軌道交通設備”、“高速公路機電系統(tǒng)”等后續(xù)課程的基礎。通過課程的學習,學生能夠較全面地掌握GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))和GIS(地理信息系統(tǒng))的基本理論，具有較強的系統(tǒng)軟件應用能力，能獨立完成交通數(shù)據(jù)采樣、接收、編輯、處理、分析、制圖、建庫、輸出和定位導航等工作，具備一定的空間問題分析處理和交通流量預測的能力[4]。

1 一般教學中存在的問題

“智能交通GPS與GIS技術”課程是一門新興課程,在各高校相同或類似的課程中,教學內(nèi)容設計和實訓條件尚未成熟和統(tǒng)一。該課程融合了交通工程、信息工程、控制工程、通信、計算機等多學科領域的研究成果,因而它也是一門面向工程應用的課程[5]。關于如何裁剪和交叉應用多學科知識,采取何種教學模式,如何設計教學項目等問題也在探索之中。

一般的教學方法主要是從宏觀上介紹相關技術及其應用,理論知識介紹得較多,實驗及實訓內(nèi)容則較少,實際案例分析更少。有些實驗室所使用的設備和器件與工業(yè)生產(chǎn)中所使用的實際設備和器件有較大的差異,往往只能用模型或計算機仿真作為一種彌補的手段,學生所掌握的知識與真實生產(chǎn)系統(tǒng)尚有距離。而且智能交通技術的發(fā)展較快,傳統(tǒng)的教學內(nèi)容和教學手段難以跟上這種變化。因此,筆者嘗試對“智能交通GPS與GIS技術”課程教學進行改革,開拓實訓資源和項目,以理-實一體化教學模式開展教學,使理論、實踐兩個環(huán)節(jié)在教學過程中緊密相連,體現(xiàn)現(xiàn)代職業(yè)教育以培養(yǎng)學生職業(yè)技能為核心的教育理念[6]。

2 課程教學內(nèi)容設計

筆者經(jīng)過了前期大量的調(diào)研工作,在上海、深圳交通發(fā)達城市了解企業(yè)的用人需求、崗位需求及企業(yè)對學生的技能要求,并對畢業(yè)生進行了回訪,最終明確了交通職業(yè)院校學生的典型就業(yè)崗位；進而設計了學習任務、開發(fā)了實訓項目。實訓項目特別注重培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力,盡可能地適應高職教育教學改革的新需求和新特點,面向智能交通領域GPS與GIS新技術,與新應用案例相結合[7-8]。

筆者確定的“智能交通GPS與GIS技術”課程的目標崗位群是基于GPS與GIS的智能交通設備和交通安防電子產(chǎn)品的設計、制造、銷售、安裝、調(diào)試及維護,以及交通網(wǎng)絡通信設備的生產(chǎn)、使用和網(wǎng)絡建設[9]。據(jù)此,設計了6個典型學習任務(見表1),最后完成一個綜合實訓項目“武漢市主城區(qū)道路與車輛動態(tài)管理信息系統(tǒng)設計”。

表1 智能交通GPS和GIS課程典型實訓項目內(nèi)容設計

學習任務/項目學習目標學習內(nèi)容1.車載定位與導航系統(tǒng)認識 (1)能描述GPS系統(tǒng)的組成、功能及工作原理(2)能夠描述GIS在智能交通中的應用 (1)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)介紹(2)地理信息系統(tǒng)(GIS)介紹(3)定位與導航介紹2.車輛終端設備實現(xiàn) (1)能夠描述車載設備各外部接口功能及作用(2)能夠識別汽車電路保險圖,并準確找到終端安裝電源(3)能夠識別常見汽車電路(4)能夠快速獨立安裝車載GPS終端系統(tǒng)(5)能夠對終端設備進行現(xiàn)場調(diào)試(6)能夠現(xiàn)場處理車載GPS系統(tǒng)硬件故障 (1)常見汽車電路介紹(2)車載終端設備各外部接口功能及作用(3)GPS天線安裝位置及注意事項(4)終端設備調(diào)試方法及注意事項(5)終端設備登錄監(jiān)控平臺的方法(6)終端監(jiān)控設備及導航儀的使用方法(7)車載終端測試的流程與方法3.車輛監(jiān)控定位軟件實現(xiàn) (1)掌握監(jiān)控軟件的基本功能(2)能對監(jiān)控車輛出現(xiàn)的問題及時作出應急反應(3)能收集客戶的改進要求,修訂、改進方案(4)能協(xié)助軟件工程師進行監(jiān)控軟件的改進 (1)監(jiān)控軟件的安裝(2)監(jiān)控軟件的配置及聯(lián)網(wǎng)(3)監(jiān)控軟件的功能應用(4)車輛監(jiān)控中的常見問題及處理方法4.車輛終端設備維修與維護 (1)能夠對GPS車載終端元件及電路進行資料收集和閱讀(2)能夠記錄故障現(xiàn)象,排查故障原因(3)能正確使用專業(yè)檢測工具(4)能熟練處理常見故障 (1)車載終端設備電路認識及主要元器件功能(2)故障排查方法(3)檢測工具的使用方法(4)故障排查方法(5)日常維護5.公共車輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng) (1)能實現(xiàn)車輛位置監(jiān)控和調(diào)度管理(2)能實現(xiàn)安全監(jiān)控(3)能實現(xiàn)軌跡回放和統(tǒng)計分析(4)能實現(xiàn)信息采集和處理 (1)數(shù)據(jù)流程圖的繪制(2)通信中心的設計(3)GPS數(shù)據(jù)庫的設計(4)數(shù)據(jù)管理中心的設計6.出租車報警監(jiān)控調(diào)度管理 (1)能完成系統(tǒng)需求分析(2)能提供系統(tǒng)硬件解決方案(3)能提供系統(tǒng)監(jiān)控軟件解決方案 (1)相關汽車電路分析(2)監(jiān)控平臺的注意事項(3)常見系統(tǒng)故障分析

3 改革教學模式

3.1 有針對性地設計教學模式,體現(xiàn)學以致用

根據(jù)學生的文化基礎、接受能力和教育教學目標,采用“職業(yè)導向、能力目標、學生主體、項目導向、任務訓練”的教學模式,讓學生在做中學,充分利用現(xiàn)代化教育技術手段和教學方式,形成立體化的教學體系。

基于工作過程設計任務、搭建學習情境；從應用實踐出發(fā),經(jīng)過歸納和總結得到數(shù)學模型；結合實際應用指導學生解決交通運輸管理中遇到的實際問題。

例如,要求學生創(chuàng)建一個教學情景,完成車輛定位顯示和導航功能,包括:(1)應用GIS組織管理路網(wǎng)空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù),對路網(wǎng)建立拓撲關系；(2)GPS終端實時接收衛(wèi)星信號并轉換為坐標信息,與地圖數(shù)據(jù)進行匹配；(3)幫助司機選擇最佳路徑,并為司機提供道路預報信息,如道路轉彎、道路擁堵、道路施工、交通事故易發(fā)區(qū)等提示。

學生在了解GPS的工作原理和GIS數(shù)據(jù)分析方法后,再學習導航、定位工具軟件的使用及數(shù)據(jù)處理方法,進而完成建立電子地圖、接收GPS坐標數(shù)據(jù)和地圖匹配,在電子地圖上顯示出車輛實際位置并實現(xiàn)導航功能。

3.2 案例導入、任務訓練

實踐教學環(huán)節(jié)遵循以職業(yè)技術能力培養(yǎng)為主線,兼顧一般能力培養(yǎng)的原則,培養(yǎng)學生在交通信息系統(tǒng)設計、施工和運行管理方面所必需的綜合應用能力。每一項學習任務都設置一些引導問題,采用從簡單到復雜、從外圍到核心的原則合理安排學習任務。

強化課程的訓練環(huán)節(jié),以專業(yè)能力為訓練目標,以源于生活實際的典型案例(如車載導航儀)為載體,設計課程的訓練過程。在每一個任務單元教學中,以一個主要案例為主線,準備多項訓練任務。例如:學生在學習“GPS產(chǎn)品的認識和使用”時,教師用GPS模塊演示,讓學生學習GPS系統(tǒng)的結構、分類和應用軟件,隨后學生即可在實訓樓的不同地點完成GPS定位的實訓和測試,真正實現(xiàn)教、學、做的一體化[10]。

3.3 跟蹤新技術、了解新應用

因為智能交通GPS與GIS技術發(fā)展較快,為彌補教材內(nèi)容滯后的問題,筆者通過相關公司網(wǎng)站和最新科技論文等途徑獲得最新知識信息,向學生介紹該項技術的最新研究成果及在相關領域的應用,開闊學生的視野并增強學生的學習興趣[11]。例如學生在查閱資料后,不但了解GPS系統(tǒng)的使用,也了解到使用該系統(tǒng)面臨的國家安全等問題,所以更關注我國建立的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。學生還可以進一步學習北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)與GPS的異同點及各自的特點。

4 實踐教學條件的建設與使用

我院以智能交通省級教學改革試點專業(yè)、省級實訓基地的建設為契機,積極推進實驗室建設。目前實驗室已有GPS/GIS車輛調(diào)度實訓系統(tǒng)、汽車GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)示教板、GPS/GSM移動車輛監(jiān)控管理實驗系統(tǒng)、GPS導航儀、GIS軟件系統(tǒng)等軟硬件實驗設備,具備了較好的實訓條件,并計劃利用“中央財政支持實訓基地”的資金繼續(xù)建設和完善實訓條件。

以GPS/GSM移動車輛監(jiān)控管理實驗系統(tǒng)為例,該系統(tǒng)包括GPS/GPRS車載終端和移動車輛監(jiān)控中心兩部分,車輛監(jiān)控中心又包括GSM通信網(wǎng)絡、電子顯示屏、監(jiān)控終端、主控計算機和應用軟件等組成部分。它支持Google地圖顯示坐標、車輛位置顯示、軌跡回放、車輛監(jiān)控等功能,主要用于引導學生對全球移動定位系統(tǒng)(GPS)的入門及應用,熟悉GPS移動定位系統(tǒng)的使用,加強對數(shù)字移動通信網(wǎng)(GSM)的認識、理解與應用,為學生提供一個當今生活中應用非常廣泛的移動定位監(jiān)控系統(tǒng)平臺。學生可將它作為課程設計或畢業(yè)設計的硬件開發(fā)平臺,在此基礎上自主進行GPS/GSM移動車輛防盜反劫、定位追蹤、調(diào)度管理等智能型控制系統(tǒng)的研發(fā)[12-13]。

5 結束語

“智能交通GPS與GIS技術”課程以項目作為邏輯主線組織教學內(nèi)容和實施課程教學,不再墨守以知識傳授為主要特征的傳統(tǒng)學科課程教學模式,而是將完成工作任務必需的相關理論知識構建于項目之中。學生在完成具體項目的過程中學會完成相應工作任務,掌握本專業(yè)必備的理論知識、訓練職業(yè)能力,達到了預期的實驗教學效果?！爸悄芙煌℅PS與GIS技術”課程的建設實踐對于我院建設智能交通專業(yè)群“省級改革試點專業(yè)”、“省級實訓基地”也有借鑒作用。

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Construction and practice of GPS and GIS Technology on Intelligent Transportation course

Yang Zhengxiang

(Department of Electronics and Information, Wuhan Technical College of Communications, Wuhan 430065, China)

According to the requirements for application-oriented talent training in higher vocational colleges, this paper has made considerable changes of GPS and GIS Technologies Applied in Intelligent Transport course, in terms of setting teaching goals, design of the teaching content, the establishment of practical training programs, improvements in practical training conditions, and so on. It reinforces new knowledge and applications and highlights the practical training period. The whole teaching process has reached an impressive teaching effect by integrating the basic theory with many examples of engineering practice.

intelligent transportation; reform in teaching; practical teaching; GPS; GIS

2015- 06- 16 修改日期：2015- 10- 28

湖北省教育廳科學技術研究項目“基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡的武漢城市圈貨運量預測方法與應用”(Q20106401)；全國交通運輸職業(yè)教育教學指導委員會2015年交通運輸職業(yè)教育科研項目(2015B44)

楊正祥(1976—),男,湖北漢川,博士,副教授,主要研究方向為交通信息化、智能算法和實驗教學.

G712

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1002-4956(2015)12- 0170- 03