例谈QGIS 软件在工程地质教学中的应用——以等高线地形图专题绘制为例

张赛 华雯婷 姜文正

(1.青岛城市学院,山东青岛 266000;2.山东青岛第十九中学,山东青岛 266000)

1 工程地质课程概述

工程地质是土木工程专业核心课程,是地质学的分支学科,属土木工程专业课程体系中的理论必修课,主要内容是分析研究地质环境与工程活动及其相互作用,囊括工程岩土学、地质分析和地质勘探等范畴的理论与实践内容[1]。通过课程学习,学生能够建立基础地质及工程地质的基本概念和基本理论知识体系,掌握分析和解决土木工程地质问题的有效方法,能够基本具备有效解决土木工程在勘察、设计、施工和运营管理中的相关地质问题的能力,形成执行野外实践活动项目的基本素养。

2 教育信息技术辅助教学

2019年2月国务院印发《中国教育现代化2035》,明确指出“利用现代技术加快推动人才培养模式改革,实现规模化教育与个性化培养的有机结合”[2]。2020年10月国务院印发《深化新时代教育评价改革总体方案》,强调指出“要加快智慧校园、智慧教室、智慧场所建设,为教师、学生、学校等主体以及教育教学、教育管理等各环节赋能”[3]。

随着信息技术的迅速发展,越来越多的技术元素融入课堂教学,并逐步发展成为教育教学的必备辅助,人机结合的教学模式必将成为未来教学的常态化形态贮存。信息技术理解、操作能力,将成为教师职业核心素养的重要组成。

3 QGIS软件在工程地质教学中的应用

3.1 软件概述

3.1.1 基础介绍

QGIS是一款免费的开源地理信息系统应用软件,具备轻量级、多平台、可视化的特点,能够综合处理多维数据信息[4]。软件可直接在官网下载,再对学校计算机功能教室电脑进行安装,便可投入课堂教学使用。

3.1.2 操作界面

界面上方分别是菜单栏、工具栏,用于选取软件各类操作指令功能。界面左侧上方是浏览栏,显示各类项目式数据的文件夹;左侧下方是图层,显示图层顺序及标识。界面右侧是数据显示区域,呈现编辑操作内容。界面下方是状态栏,能够呈现位置的坐标、比例尺、渲染、坐标系等数据。如图1所示。

图1 QGIS 软件操作界面Fig.1 QGIS software operation interface

3.2 案例分析《等高线地形图专题绘制》

等高线地形图是工程地质课程中核心的工具性专题地图,搭载各类基础性的地形、地质条件,对工程活动实施具有重要作用。笔者以等高线地形图专题绘制为例,简要介绍QGIS软件在教学中的实际应用,以期为现代教育信息技术辅助教学提供参考案例。

3.2.1 区域选择

选择某区域DEM数据,明确数据源的坐标系类型,可利用高德地图进行区域匹配定位,也可利用“Quick Map Service”直接接入互联网地图底图。选取时,注意栅格单位与极值,便于矢量数据在表达时的呈现。如图2所示。

图2 区域DEM 数据图导入高德地图底图Fig.2 Base map of importing regional DEM data map into Gaode map

3.2.2 提取等高线

选取菜单栏中“栅格—提取—等值线”。具体项目中,“等值线间隔”即为等高线地形图中的等高距,每幅地图该数值为固定值。根据实际区域范围内的高差值进行设定,该数值的大小会直接影响等高线地形图中的等值线的疏密程度。再将“等值线”文件保存至相应文件夹内,点击“运行”即完成提取区域内设定的等高线。

3.2.3 设置等高线格式

打开“图层样式”面板,选中等高线后,可设置其颜色、线型、宽度等属性。根据地图学相关规定,基本等高线(又首曲线),设置为线宽0.15mm的细实线,加粗等高线(又计曲线),设置为线宽0.3mm的实线。更加直观呈现区域地形地貌的基本特征。

3.2.4 标注等高线高程

打开“单一标注”选项,可设置字体、字号、样式、颜色等属性。可利用表达式在数值后添加“m”,即运用字符串输入“//‘m’”。再利用“注释”选项,可设置高程在等高线的位置属性。如图3所示。

图3 等高线地形图及图层叠加效果图Fig.3 Contour topographic map and layer overlay effect

3.2.5 叠加多样图层设置

基于绘制的等高线图,可进行图层叠加,构建等高线地形图的多元表达形式。例如,叠加高德地图的遥感影像图,直观表达区域的地形特征。再如,叠加DEM分层设色图,可得到分层设色地形图。除图层叠加外,QGIS软件还能实现3D立体地形绘制,可利用“Three JS”插件,对于基础数据的分析处理,渲染得到等高线地形图的立体图像。

3.2.6 导出专题地图

选取菜单栏中“项目—导出—导出为图片”。具体图片格式项目中,可设置输出宽度、输出高度、分辨率等属性,勾选“附加注释信息”可利于后期对图像的再次加工处理,点击“确定”即可导出等高线地形图的图片格式。

4 课程建设展望

党的十九大指出,建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础性工程,要深化教育改革,加快教育现代化,推进“互联网+教育”建设,为高校课程发展带来发展新机遇。

工程地质课程以地质理论和工程实践为核心,注重理论知识、实践能力、专业素养多维度培养土木工程创新型人才。展望新时代的课程发展,应逐步实现教学提升:第一,转变课堂教学模式。积极探索融合信息技术的数字化教与学,构建符合学生认知规律的新型教学组织形式,注重学生专业素养的可持续性提升。第二,搭建课程资源数据库。整合线上与线下的多元教学资源,利用互联网公共教育共享资源,完善开源化教学资源库建设,构建的网络资源教学形式新常态。第三,提升教学软硬件设备。逐步完善课程配套软硬件设备,争取教育教学专项资金保障,促进高校教育治理方式变革,让广大学生成为信息化教学资源的最大受益者。