基于VRS的道路选线信息化教学探索

王广政，梁进军，樊军

摘要：通过分析道路勘测设计课程教学中道路选线教学效果差这一瓶颈，在简要介绍基于三维可视化数字地形构建的道路勘测选线模拟训练系统（VRS）的基础上，进行了基于VRS的道路选线教学设计，并详细阐述了基于VRS环境进行道路选线信息化教学的实践探索，以供高校专业课程教学参考。

关键词：VRS；道路选线；信息化教学；探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）44-0084-02

一、引言

道路选线作为道路工程建设的基础性工作，是根据实际地形、地质条件，以及经济、技术、环保等方面的特定要求，合理确定出路线方向和基本位置的过程。它不仅关系到道路工程量的大小和施工的难易程度，而且直接关系到道路的使用质量，是整个道路勘测设计工作中最关键性的一环。同时，道路选线作为道路勘测设计课程教学的重要内容，也是一个实践性很强的教学环节，不仅要求任课老师要有较强的理论素养和实践经验，对教学手段也提出了更高的要求。因此，道路选线教学一直是道路勘测设计教学的重难点问题。现行的选线教学多采用课堂理论、方法教学与野外实习实践相结合的方式。但由于课堂理论教学方法的平面化、野外选线实习地域、教学时限等方面的局限性，学生仍然不能直观、透彻地理解选线原则和选线方法的内涵。

随着现代信息技术和道路设计自动化的不断发展，实现了地形信息的数字化、三维化、可视化，这为数字化选线和三维数字地形上的选线教学提供了平台[1]。利用现代信息技术和数字化选线设计技术探讨新的教学方式，是解决道路选线教学这一瓶颈的重要途径。

二、道路选线教学的现状分析

道路线形作为一个空间三维线形实体，其选线的优劣对道路的功能特性、行车的使用性能以及经济和社会价值等都具有十分重要的作用。由于选线工作的实践性特征，以往的选线教学只能是抽象的课堂理论学习和有限区域的野外现地踏勘实习。课堂理论学习时通常采用多媒体等教学手段改善教学效果，这种教学形式不能让学员体验选线原则的内涵和选线方法的实践运用，学生在实际选线练习时，往往不知怎么选，甚至不会选。而野外现地踏勘是对理论知识的运用练习，由于地形不一，情况多变，工作量大，特别是山区地形尤甚。从而造成野外实习也只能是针对某一部分地形区域内的选线练习，这既具有较大的局限性，又不能对所选的三维道路线优劣进行直观的分析和判断。

实际上，在道路工程选线设计工作中，道路的选线设计已经不再仅仅局限于几何设计，更加强调道路三维空间的整体设计，同时也更加注重道路的整体布置以及道路与环境的协调性、美观性[2]。传统的道路选线教学无法体现三维化的道路选线过程，不能让学生直观地看到实际的三维地形和三维道路线形，也就难以让学生理解选线原则和方法在选线过程中是如何贯穿的；野外选线实习阶段的路线优劣也就无法得到客观的评价，教学质量也就无法得到保证。因此，为提高道路选线教学的质量，有必要结合现代技术探讨新的教学方式、方法。

三、基于VRS的道路選线教学设计

（一）道路勘测模拟训练系统——VRS简介

“道路勘测选线模拟训练系统——VRS”是为公路与城市道路工程专业学生学习道路勘测设计课程而开发的基于三维数字地形图上的模拟训练系统和教学软件。它是利用三维仿真和模拟技术将各种地形图数字化后导入系统内，在可视化的三维数字地图上，通过相应功能进行道路选线设计，并提供形象逼真的视觉效果。教师可以结合该系统进行选线理论的教学和教学示范，直观形象；学生可以在VRS上模拟野外道路选线工作，自主进行道路勘测选线练习，以熟悉选线作业过程和选线方法。道路选线的信息可导出到专业道路设计软件中，完成后续的路线设计。利用此系统进行选线教学，既能够明显提高道路选线效率，有助于对路线方案进行大范围、多方案的比选论证，也能够让学生在计算机上能直观地看到所选路线的三维效果，便于找出各影响因素之间的联系，从而对公路选线方案进行可视化分析和评价，择优汰劣。还可提高学生学习兴趣，促进教学质量提升。

（二）基于VRS的道路选线教学设计思路

基于VRS道路选线教学设计的基本思路是：以实际道路选线任务为驱动，采用任务式教学法，依托构建的课程网络教学平台，引导学员对道路选线的理论知识进行课前自学，自主构建道路选线基本知识体系，并提交初步的选线方案；以VRS为教学平台，引导学生对三维地形的认知、选线原则与选线方法的内化吸收、重难点问题的讨论探究、道路选线的实践应用和模拟训练等，实现基于VRS的三维立体化课堂教学。通过这种基于三维可视化教学训练系统的教学模式，真正实现学为主体、能力为本的教学思路，达到锻炼学生对理论知识的内化吸收能力、对选线方法的实践运用能力、对工程应用的创新能力等教学目的。

四、基于VRS的道路选线教学实践

（一）基于VRS的道路选线理论教学

道路选线课堂教学的难点就在于，如何以形象直观的手法让学生将枯燥而抽象的选线原则和方法落实在不同地形上。传统的道路选线课堂理论教学，只能结合不同的地形图片等影像，讲解选线基本原则和要求，至于为什么或者深层的原因，则无法用常规教学手段表达。而基于VRS，在三维可视化的数字地形模型上，可以以直观、形象和交互式的表现手段，展现山区地形典型特征。进而探究道路选线的原则和方法，引导学员分析选线位置与经济、技术指标等要素之间的关系，最终得到选线方案。另外，道路选线方案的优化和比选作为道路选线教学内容中的难点，也是传统课堂教学无法有效解决的问题。传统课堂教学由于不能全面准确地确定各个路线方案的参数，只能讲解道路选线方案优化和比选的基本原则，很难做到真实的方案比选。而在基于VRS的数字化选线教学中，则可将每一条选择出来的路线的实际参数以具体数据的形式显示出来，便于引导学生进行路线方案的比选和优化，路线位置可视、形象，参数数据直观、具体，便于引导学生分析指出各选线方案的优劣，得出路线优化方案。学生再针对课前提交的最初方案进行修正和总结，最终完成选线任务。据此，在三维可视化的教学环境中，就可以完成选线理论和方法的教学。

（二）基于VRS的道路选线实践教学

在课堂理论教学的基础上，引导学员利用VRS模拟野外选线过程进行室内模拟练习，进行课后的选线训练，以巩固课堂所学理论知识和实践运用，提高选线基本技能。学生利用课堂所学针对自身情况，在三维模拟训练场地内选择不同的地形区域，进行测量练习、路线布设、山坡展线、方案参数优化、比选与路线确定等选线练习工作。通过这种交互式、三维可视化的选线练习，既可以在室内完成野外选线过程的教学实习，省时省力，又可以解决地形受限、练习范围和强度不足的问题，还可以提高学生学习兴趣，增强学习动力和积极性、创造性。

五、结语

近年来，随着我校道路工程学科课程教学改革的不断推进和发展，将教学内容与现代信息化技术有机结合已经成为增强教学效果的必然趋势[3]，VRS在道路选线教学中也得到了广泛的应用。基于VRS的教学实践表明，在道路勘测设计课程教学中引入VRS教学训练系统，可以解决道路选线课堂理论教学效果差、野外选线实习局限性强等瓶颈。随着我国道路事业的不断发展，新形势下对道路工程方面的人才需求，也逐渐向应用型、创新型人才方向迈进。VRS等现代化信息技术在道路教学中的不断运用，不仅促进新型教学方法和教学模式的改革，也可以更好地实现对道路工程实践应用型、创新型人才的培养。

参考文献：

[1]刘美朋.数字地理模型及其在道路选线中的应用研究[D].山东建筑大学，2010.

[2]秦建平.三维模型在公路选线教学中的研究[D].长安大学，2013.

[3]孙国富，邓洪亮，马宏伟等.道路勘测设计课程的数字化教学改革[J].高等建筑教育，2006，（2）：74-77.endprint