数字矿山任务驱动地理信息系统课程教学

王 政，赵雪娇，田桂娥

(河北联合大学矿业工程学院，河北唐山063009)

数字矿山任务驱动地理信息系统课程教学

王 政，赵雪娇，田桂娥

(河北联合大学矿业工程学院，河北唐山063009)

数字矿山;地理信息系统;教学法

“地理信息系统”课程教学理论知识点多、信息量大、抽象性强，传统的教学方法难以满足该课程的需求。地理信息系统技术是数字矿山建设的核心内容，其建设过程贯穿地理信息系统课程教学过程。分配数字矿山建设的任务于GIS课程教学过程，然后逆向讲解课程理论，对教学效果的提高达到事半功倍的作用。

地理信息系统作为一门科学随着计算机技术、信息技术、航天技术、遥感技术和通讯技术的飞速发展，诞生于地球科学、信息科学和计算机科学的边缘处［1］。地理信息系统又是一门技术，是一门面向地理空间数据处理的一种计算机信息系统，它能够对数据进行采集、编辑、存储、分析和输出［2］。“地理信息系统”作为地图学与地理信息系统本科专业的核心课程，从技术角度上讲述处理地理空间数据的基本理论、方法和实践。该课程具有较强的综合性，同时，学科与技术的交叉和多学科集成使得该课程具有知识点多、信息量大、空间抽象性强、分析功能丰富和更新速度快等特点［3-5］。因此，“黑板 +粉笔”以说教为主的传统教学方法在该课程教学中有其局限性［6］。

数字矿山是在统一的时空框架下，对真实矿山整体及其相关现象数据资源整合，进行统一理解、表达与数字化再现［7，8］。这些工作都可以使用地理信息系统技术实现。因此，可以使用数字矿山工程驱动“地理信息系统”教学。任务驱动可以加深学生对抽象概念的理解，培养学生创新意识［9］。本文重点阐述地理空间数据采集部分。

一、“地理信息系统”主要教学内容

“地理信息系统”的教学，主要分为三部分［3］:第一部分基本概念和理论，解决地理信息系统“是什么”和“为什么”的问题，包括地理信息系统的概念内涵与外延、空间数据模型、空间参考和地图投影;第二部分地理信息系统功能，解决地理信息系统在地理空间数据处理流程中“怎么办”的问题，包括空间数据获取与处理、空间数据管理、空间数据查询与分析、空间建模、空间数据输出和显示;第三部分是前两个部分的扩展与提高，解决地理信息系统的综合应用技术问题。

本文结合我校矿业学科背景，按照GIS要“走向边缘去发展”的思路［1］，根据数字矿山的建设过程和特点，把数字矿山工程建设的各阶段分解为若干任务，贯穿到“地理信息系统”教学的三部分中，用这些任务驱动“地理信息系统”课程教学。

二、数字矿山数据采集模式分析

数字矿山是一个复杂的巨系统，该系统可以按照图1所示的分类方法划分为采集系统、调度系统、应用系统、应用系统、过滤系统和核心系统五部分，其中采集系统是数字矿山建设的“保障”，负责数据的采集、处理与更新［10］。

矿山数据来源广泛，包括矿山测量部门的测量数据、一线仪器设备的传感数据、地质勘探部门的原始勘探数据和设计部门、经营部门以及市场供求等文档数据。数据源数据格式多样，有基于各种数据库的数据，有基于文件系统的数据文件、文本文件和图形文件，还有其他网络文件。其中图形文件大部分来源于扫描输入的BMP格式的图形文件，称之为专题地图数据。在GIS中地图数据的采集，通常采用扫描矢量化的方法，该方法是“地理信息系统”空间数据采集众多方法中的一种重要的方法。

图1 数字矿山的基本组成

三、“地理信息系统”空间数据采集教学案例设计

GIS空间数据采集方法很多，根据不同的数据源选择不同的采集方法，在图2中列举了几种常见的空间数据采集方法［2］。空间数据采集的基本内容可以分为四步，空间数据采集、空间数据编辑处理、质量评价和数据入库。在该过程中数字矿山的专题地图数据采集任务被引入到教学案例设计中。

图2 空间数据采集的基本内容

数字矿山地图数据采集使用扫描数字化的方法。首先把矿山专题地图扫描到电脑中，形成栅格文件。该栅格数据文件经过使用图像处理软件(如Photoshop)的除噪、使用GIS软件(如ArcGIS)纠正、配准等加工处理操作得到标准栅格数据。然后，再使用GIS软件对获取的栅格数据进行屏幕跟踪矢量化并对矢量化结果数据进行编辑和处理(见图3)。

图3 地图扫描矢量化的工作流程

四、总 结

数字矿山是一个复杂的巨系统，把该系统的实现过程分解为若干具体任务，在“地理信息系统”课程教学中精心设计教学环节，贯穿一些具有代表性的任务，然后逆向讲解理论知识。这种教学法在日常教学中被广泛使用，根据对使用该教学法授课的班级进行调查，其结果显示学生对课程的学习更加感兴趣，对课程的知识点理解更加深刻，学生动手能力明显提高。

［1］ 李德仁．发展我国GIS高等教育的思考［J］．测绘科学，2003，28(4):4-6．

［2］ 汤国安，刘学军，闾国年，等．地理信息系统教程［M］．北京:高等教育出版社，2007．

［3］ 邬伦，刘瑜，张晶，等．地理信息系统——原理、方法和应用［M］．北京:科学出版社，2001．

［4］ 汤国安，周卫．“地理信息系统”课程的设计与实践［J］．地球信息科学，2005，7(2):65-69．

［5］ 彭鹏，谢光辉，李满春．21世纪高师地理信息系统教学刍议［J］．湖南师范大学自然科学学报，2000，23(4):91-94．

［6］ 程彬．地理信息系统多媒体 CAI课件的研制［D］．吉林大学，2004．

［7］ 孙豁然，徐帅．论数字矿山［J］．金属矿山，2007，(368):1-5．

［8］ 吴立新，汪云甲，丁恩杰，等．三论数字矿山——借力物联网保障矿山安全与智能采矿［J］．煤炭学报，2012，37(3):357-365．

［9］ 李华蓉．工程驱动下的GIS实验教学改革［J］．实验室研究与探索，2010，29(1):120-123．

［10］ 吴立新，殷作如，钟亚平．再论数字矿山:特征、框架与关键技术［J］．煤炭学报，2003，28(1):1-7．

Study onDigital Mine Task-Driven in GIS Course Teaching

WANG Zheng，ZHAO Xue-jiao，TIAN Gui-e
(College Of Mining Engineering，Hebei United University，Tangshan Hebei 063009，China)

digital mine;Geographic Information System;teaching methods．

There exists so countless knowledge and information and abstract concepts in"geographic information systems"course teaching that the traditional teaching methods can not meet the basic needs of this course．Geographic information system technology is the core of digital mine construction，so its building process should run through the process of geographic information systems courses teaching process．To assign digital-mine constructive tasks in GIS course teaching process and then explain the theory on theoppositive way can do more with less on the teaching effect．

G642．4

A

2095-2708(2012)04-0127-02

2012-05-03

河北联合大学教育教学改革基金项目