智能交通GPS与GIS技术课程建设与实践

杨正祥

(武汉交通职业学院 电子与信息工程学院, 湖北 武汉 430065)

智能交通GPS与GIS技术课程建设与实践

杨正祥

(武汉交通职业学院 电子与信息工程学院, 湖北 武汉 430065)

根据高职院校应用型人才培养要求,从教学目标定位、教学内容设计、实训项目设立、实训条件改善等方面对“智能交通GPS与GIS技术”课程进行了改革,强化了新知识和新应用,突出了实践训练环节。整个教学过程在基本理论的基础上大量穿插工程实践内容,取得了良好的教学效果。

智能交通； 教学改革； 实践教学； GPS； GIS

智能交通系统(intelligent transportation system,ITS)以其实时、准确、高效的特点,在交通工程现代化中发挥着重要的作用[1-2]。为了培养高职学生追踪行业新动态、掌握行业新技术的能力,武汉交通职业学院交通安全与智能控制专业开设了“智能交通GPS与GIS技术”课程。该课程具有多学科交叉的特点,涉及现代网络通信、交通信息采集与处理、道路交通控制等内容,具有技术性和工程性,是专业核心课程[3],是“城市智能交通设备”、“城市轨道交通设备”、“高速公路机电系统”等后续课程的基础。通过课程的学习,学生能够较全面地掌握GPS(全球卫星定位系统)和GIS(地理信息系统)的基本理论，具有较强的系统软件应用能力，能独立完成交通数据采样、接收、编辑、处理、分析、制图、建库、输出和定位导航等工作，具备一定的空间问题分析处理和交通流量预测的能力[4]。

1 一般教学中存在的问题

“智能交通GPS与GIS技术”课程是一门新兴课程,在各高校相同或类似的课程中,教学内容设计和实训条件尚未成熟和统一。该课程融合了交通工程、信息工程、控制工程、通信、计算机等多学科领域的研究成果,因而它也是一门面向工程应用的课程[5]。关于如何裁剪和交叉应用多学科知识,采取何种教学模式,如何设计教学项目等问题也在探索之中。

一般的教学方法主要是从宏观上介绍相关技术及其应用,理论知识介绍得较多,实验及实训内容则较少,实际案例分析更少。有些实验室所使用的设备和器件与工业生产中所使用的实际设备和器件有较大的差异,往往只能用模型或计算机仿真作为一种弥补的手段,学生所掌握的知识与真实生产系统尚有距离。而且智能交通技术的发展较快,传统的教学内容和教学手段难以跟上这种变化。因此,笔者尝试对“智能交通GPS与GIS技术”课程教学进行改革,开拓实训资源和项目,以理-实一体化教学模式开展教学,使理论、实践两个环节在教学过程中紧密相连,体现现代职业教育以培养学生职业技能为核心的教育理念[6]。

2 课程教学内容设计

笔者经过了前期大量的调研工作,在上海、深圳交通发达城市了解企业的用人需求、岗位需求及企业对学生的技能要求,并对毕业生进行了回访,最终明确了交通职业院校学生的典型就业岗位；进而设计了学习任务、开发了实训项目。实训项目特别注重培养学生分析问题、解决问题的能力,尽可能地适应高职教育教学改革的新需求和新特点,面向智能交通领域GPS与GIS新技术,与新应用案例相结合[7-8]。

笔者确定的“智能交通GPS与GIS技术”课程的目标岗位群是基于GPS与GIS的智能交通设备和交通安防电子产品的设计、制造、销售、安装、调试及维护,以及交通网络通信设备的生产、使用和网络建设[9]。据此,设计了6个典型学习任务(见表1),最后完成一个综合实训项目“武汉市主城区道路与车辆动态管理信息系统设计”。

表1 智能交通GPS和GIS课程典型实训项目内容设计

学习任务/项目学习目标学习内容1.车载定位与导航系统认识 (1)能描述GPS系统的组成、功能及工作原理(2)能够描述GIS在智能交通中的应用 (1)全球卫星定位系统(GPS)介绍(2)地理信息系统(GIS)介绍(3)定位与导航介绍2.车辆终端设备实现 (1)能够描述车载设备各外部接口功能及作用(2)能够识别汽车电路保险图,并准确找到终端安装电源(3)能够识别常见汽车电路(4)能够快速独立安装车载GPS终端系统(5)能够对终端设备进行现场调试(6)能够现场处理车载GPS系统硬件故障 (1)常见汽车电路介绍(2)车载终端设备各外部接口功能及作用(3)GPS天线安装位置及注意事项(4)终端设备调试方法及注意事项(5)终端设备登录监控平台的方法(6)终端监控设备及导航仪的使用方法(7)车载终端测试的流程与方法3.车辆监控定位软件实现 (1)掌握监控软件的基本功能(2)能对监控车辆出现的问题及时作出应急反应(3)能收集客户的改进要求,修订、改进方案(4)能协助软件工程师进行监控软件的改进 (1)监控软件的安装(2)监控软件的配置及联网(3)监控软件的功能应用(4)车辆监控中的常见问题及处理方法4.车辆终端设备维修与维护 (1)能够对GPS车载终端元件及电路进行资料收集和阅读(2)能够记录故障现象,排查故障原因(3)能正确使用专业检测工具(4)能熟练处理常见故障 (1)车载终端设备电路认识及主要元器件功能(2)故障排查方法(3)检测工具的使用方法(4)故障排查方法(5)日常维护5.公共车辆跟踪调度系统 (1)能实现车辆位置监控和调度管理(2)能实现安全监控(3)能实现轨迹回放和统计分析(4)能实现信息采集和处理 (1)数据流程图的绘制(2)通信中心的设计(3)GPS数据库的设计(4)数据管理中心的设计6.出租车报警监控调度管理 (1)能完成系统需求分析(2)能提供系统硬件解决方案(3)能提供系统监控软件解决方案 (1)相关汽车电路分析(2)监控平台的注意事项(3)常见系统故障分析

3 改革教学模式

3.1 有针对性地设计教学模式,体现学以致用

根据学生的文化基础、接受能力和教育教学目标,采用“职业导向、能力目标、学生主体、项目导向、任务训练”的教学模式,让学生在做中学,充分利用现代化教育技术手段和教学方式,形成立体化的教学体系。

基于工作过程设计任务、搭建学习情境；从应用实践出发,经过归纳和总结得到数学模型；结合实际应用指导学生解决交通运输管理中遇到的实际问题。

例如,要求学生创建一个教学情景,完成车辆定位显示和导航功能,包括:(1)应用GIS组织管理路网空间数据及属性数据,对路网建立拓扑关系；(2)GPS终端实时接收卫星信号并转换为坐标信息,与地图数据进行匹配；(3)帮助司机选择最佳路径,并为司机提供道路预报信息,如道路转弯、道路拥堵、道路施工、交通事故易发区等提示。

学生在了解GPS的工作原理和GIS数据分析方法后,再学习导航、定位工具软件的使用及数据处理方法,进而完成建立电子地图、接收GPS坐标数据和地图匹配,在电子地图上显示出车辆实际位置并实现导航功能。

3.2 案例导入、任务训练

实践教学环节遵循以职业技术能力培养为主线,兼顾一般能力培养的原则,培养学生在交通信息系统设计、施工和运行管理方面所必需的综合应用能力。每一项学习任务都设置一些引导问题,采用从简单到复杂、从外围到核心的原则合理安排学习任务。

强化课程的训练环节,以专业能力为训练目标,以源于生活实际的典型案例(如车载导航仪)为载体,设计课程的训练过程。在每一个任务单元教学中,以一个主要案例为主线,准备多项训练任务。例如:学生在学习“GPS产品的认识和使用”时,教师用GPS模块演示,让学生学习GPS系统的结构、分类和应用软件,随后学生即可在实训楼的不同地点完成GPS定位的实训和测试,真正实现教、学、做的一体化[10]。

3.3 跟踪新技术、了解新应用

因为智能交通GPS与GIS技术发展较快,为弥补教材内容滞后的问题,笔者通过相关公司网站和最新科技论文等途径获得最新知识信息,向学生介绍该项技术的最新研究成果及在相关领域的应用,开阔学生的视野并增强学生的学习兴趣[11]。例如学生在查阅资料后,不但了解GPS系统的使用,也了解到使用该系统面临的国家安全等问题,所以更关注我国建立的北斗卫星导航系统。学生还可以进一步学习北斗卫星导航系统与GPS的异同点及各自的特点。

4 实践教学条件的建设与使用

我院以智能交通省级教学改革试点专业、省级实训基地的建设为契机,积极推进实验室建设。目前实验室已有GPS/GIS车辆调度实训系统、汽车GPS卫星导航系统示教板、GPS/GSM移动车辆监控管理实验系统、GPS导航仪、GIS软件系统等软硬件实验设备,具备了较好的实训条件,并计划利用“中央财政支持实训基地”的资金继续建设和完善实训条件。

以GPS/GSM移动车辆监控管理实验系统为例,该系统包括GPS/GPRS车载终端和移动车辆监控中心两部分,车辆监控中心又包括GSM通信网络、电子显示屏、监控终端、主控计算机和应用软件等组成部分。它支持Google地图显示坐标、车辆位置显示、轨迹回放、车辆监控等功能,主要用于引导学生对全球移动定位系统(GPS)的入门及应用,熟悉GPS移动定位系统的使用,加强对数字移动通信网(GSM)的认识、理解与应用,为学生提供一个当今生活中应用非常广泛的移动定位监控系统平台。学生可将它作为课程设计或毕业设计的硬件开发平台,在此基础上自主进行GPS/GSM移动车辆防盗反劫、定位追踪、调度管理等智能型控制系统的研发[12-13]。

5 结束语

“智能交通GPS与GIS技术”课程以项目作为逻辑主线组织教学内容和实施课程教学,不再墨守以知识传授为主要特征的传统学科课程教学模式,而是将完成工作任务必需的相关理论知识构建于项目之中。学生在完成具体项目的过程中学会完成相应工作任务,掌握本专业必备的理论知识、训练职业能力,达到了预期的实验教学效果。“智能交通GPS与GIS技术”课程的建设实践对于我院建设智能交通专业群“省级改革试点专业”、“省级实训基地”也有借鉴作用。

References)

[1] 马红建.GPS导航在车辆管理中的重要作用[J].科技创新与应用,2013(20):289.

[2] 南振岐.数字城市公众地理信息系统之智能交通车辆GPS监控调度系统方案[J].科技论坛,2005(19):38-39.

[3] 郭文荣,于丽杰,赵丽鲜.应用型大学“智能交通系统”课程的建设与研究[J].办公自动化:综合版,2011(11):63-64.

[4] 曹新,杨涛,张旭东,等.基于车联网的智能交通管理及决策依据的研究[J].计算机应用与软件,2015,32(4):83-86.

[5] 郭栋,谭德荣,刘秀清,等.《智能交通系统》课程教学改革探索[J].中国科技信息,2012(22):166.

[6] 李天松,周海燕,陈名松.工科院校GPS基础实验室规划与建设[J].实验技术与管理,2010,27(6):177-180.

[7] 同丽嘎.《3S技术综合案例分析》教学中结合专业实习的探索与实践[J].阴山学刊:自然科学版,2014,28(3):76-79.

[8] 刘健,余坤勇,赖日文,等.“3S技术”课程案例教学的研究[J].中国林业教育,2010,28(3):72-76.

[9] 乔建刚,荣建,任福田,等.GPS和GIS在智能交通系统中的应用[J].华中科技大学学报:城市科学版,2004,21(4):49-52.

[10] 申来明,杨亚龙.智能交通GPS定位客车视频监控系统应用研究[J].物联网计术,2014(5):42-44.

[11] 郑丽,秦立栓.基于现代教育技术的优质课程资源共享途径比较分析[J].实验技术与管理,2015,32(3):25-29.

[12] 张思恩,高明煜,徐超群.嵌入式车载GPS导航系统的设计[J].杭州电子科技大学学报,2007,27(6):9-12.

[13] 杨天军,杨晓光.GPS/GIS车辆实时监控调度系统研究[J].城市交通,2004,2(1):17-20.

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

湖北省教育厅科学技术研究项目“基于小波神经网络的武汉城市圈货运量预测方法与应用”(Q20106401)；全国交通运输职业教育教学指导委员会2015年交通运输职业教育科研项目(2015B44)

杨正祥(1976—),男,湖北汉川,博士,副教授,主要研究方向为交通信息化、智能算法和实验教学.

G712

B

1002-4956(2015)12- 0170- 03