导航电子地图综合实习设计与实现

赵政权，罗 虹

（1.云南国土资源职业学院国土空间信息学院，云南 昆明 652501）

电子地图技术的快速发展，对导航与位置服务专业的学生提出了新的岗位要求，传统的地图实习多侧重于学生制图的基本技能[1-2]，本次实习从行业岗位的需求出发，综合地图制图、WebGIS等相关知识，目的是采集导航电子地图制作的相关要素，制作较完整的导航电子地图，并以此为基础进行地图发布和路径分析，以提升学生的综合能力，帮助学生应对即将开始的顶岗实习。

1 实习区域概况

云南国土资源职业学院主校区属阳宗海风景名胜区管辖范围，位于昆明市东南部。整个实习区域围绕学校主校区，面积约为20 km2，海拔在1 768～2 160 m之间，高差近400 m。自然资源丰富，确保为整个实习过程提供空间保障。

2 导航电子地图设计

通过对多所测绘类高等院校制图实习的考察，同时咨询了校企合作的多个企业，导航电子地图综合实习设计了一套特色鲜明、难度适中、内外业相结合、适应职业岗位需求、培养制图综合能力的实习方案（见图1）。

图1 导航电子地图实习设计方案

2.1 导航电子地图实习设计方案

导航电子地图数据的生产过程需要经过计划设计、工作前准备、情报信息收集、外业实地采集作业、内业编绘处理、数据入库及成果质量检查、地图发布与路径分析等过程。

在计划设计阶段，需根据行业需求和市场需求，构建电子地图的可视化表达内容与应用功能需求，设计阶段需明确实习范围和产品成果标准，学生按照计划设定实习数据采集处理的任务目标、作业内容、进度安排、设计路线等内容。

工作前准备主要让学生对实习区域的范围、难度、路线有一定了解，会使用仪器和GIS相关软件，有一定解决问题的能力。

情报信息收集的主要内容包括实习区域的行政区划分布、交通旅游信息、气候天气特点及地方风土人情信息等内容，对信息更新方面让学生主要关注道路施工竣工信息、重要设施及服务机构的变化情况等变更信息。

在外业作业中，需提前准备外业数据采集的实习记录表、进度安排表、小组分工说明、实习安全手册等，并为外业数据采集准备最新的实习区域遥感影像、底图数据、数据采集手簿、数据采集的手持GNSS接收机、数据采集用的专用软件及工作记录表等。在外业实地采集地理数据时，注意采集几何信息、属性信息、关系信息，且采集的精度应满足要求。

让学生明确外业成果质量检查的主要内容：①通过GNSS轨迹确认作业区域内所有道路是否已经采集；②检查所有新采集的道路及道路形状修改处与其周边的兴趣点（POI）逻辑关系是否正确；③检查POI是否有重复采集的情况；④确认外业复杂路口的拍照是否清晰可用。

内业作业主要是对外业采集的成果进行加工处理，主要包括：①将外业采集时记录在纸质或者其他介质上的信息录入或导入到数据库中。②利用ArcGIS软件对地理数据的几何、属性及关系信息进行编辑加工。③利用多种软件进行符号库的设计。数据入库时必须对数据进行检查，包括拓扑关系和逻辑关系的合理性、信息完整性、正确性。

成果归档的文件主要包括：①外业采集的原始成果；②内业处理及质量检查后的电子地图数据；③包含有数据名称和来源、制作单位、时间、数据格式等的数据说明文件；④作业安全手册、实习手册、实习报告、各类表格、数据字典、质量检查说明等文档资料。

地图发布与路径分析主要将电子地图的成果发布到Web端，并利用ArcGISAPIfor JavaScript进行最短路径分析[3]。

2.2 主要构成要素

电子地图的构成要素主要包括：道路交通要素、索引要素、背景要素、文字注记信息、行政境界要素、多媒体要素及其他要素。

2.2.1 道路交通要素

道路交通要素主要在导航路网的基础上，围绕道路主题、索引主题及其他主题分别与道路主题之间建立引导、立交等关系。

1）道路分类。道路的功能等级常作为表征道路通行能力的一个级别参数，在导航中常以此为参考进行道路综合取舍，按功能等级分为高速公路、国道、省道、县乡道路、村道、内部道路、道路之间的连接路等；按道路形态分为出入口、连接路、高架、桥梁、隧道、环岛、匝道、辅路、规划中道路等。以上类别是导航电子地图路网要素需要表示的基本属性，在导航系统进行路径计算和路径引导中起着关键性的作用。本次实习结合影像地图及外业调查的数据综合分类。

2）道路形状。学生可以采用遥感影像预处理成果，也可利用GNSS接收机采集道路中心线轨迹。

3）道路挂接关系及属性。学生现场观察，根据通行信息用绘制草图的方式记录道路口交叉处的挂接关系，同时在纸质属性表上记录道路等级、车道数、车道方向、速度限制、通行方向、铺设状态、红绿灯、有无路灯等信息。

4）禁止信息。主要是让学生现场采集道路与道路之间的通行规则，一般根据现场的“禁止左转”、“禁止右转”、“禁止直行”等标牌判断。

5）标志标线。指道路分隔线、警告标志等信息。

2.2.2 索引要素

索引主要是一种供用户进行目的地查询、选择并引导路径的基础要素。主要包括：POI索引（宾馆、学校、医院、餐饮、旅游景点、商场等）、地址索引、道路交叉点索引、点门牌索引等。兴趣点的信息越丰富越有利于检索，POI信息的采集主要属性如下：

1）地理位置，指POI的坐标。主要通过手持GNSS采集。因校区坐落山顶，周围区域高差较大，遇到信号不好的情况，可以采用奥维互动地图的编辑工具进行手机端采集工作，将2种方式相互结合，以达到数据采集的目的。

2）名称信息，POI的名称。一般采集相应POI的牌匾名称，牌匾一般悬挂于门帘上方或醒目位置。外业采集时需拍照记录以供后期验证和更新。

3）分类信息，野外现场调查判断POI的类别，可以根据POI规模、营业活动、进出人员的活动、内部人员的工作环境、工作内容等判断该POI的分类。POI分类可以为提高查询检索的效率和便利性带来一定好处。

4）电话号码及地址信息，记录POI联系电话信息及地址信息。需要学生根据现场情况查看、询问，一般可以通过索要名片等方式获取。

5）其他信息，外业应根据采集标准要求采集其他相关信息。

2.2.3 背景要素

基本背景信息包括建筑层、铁路、水系、植被等信息。建筑层的主要类型包括房屋建筑、街区及围墙等；铁路主要包括普通铁路、高速铁路、地铁及轻轨等；水系包括江、河、湖、水库、池塘、水渠及水沟等；植被主要涵盖公园、景区、绿化带、林地及经济植物等。背景信息一般依据显示比例尺分级设定不同的显示内容和详细程度。

2.2.4 文字注记信息

文字注记方便用户浏览、査询兴趣点和道路网络，同时也有利于增强导航地图的界面显示美观度，起到导航应用辅助作用。文字注记主要表达地名、道路名、公园、机场、车站、大学、医院、小区、山峰、名胜古迹以及具有方位意义的立交桥、隧道、湖泊、岛屿、河流、城市内部的重要建筑和单位。

2.2.5 其余要素

行政境界要素在实习范围主要是乡镇和村界，主要用于定位计算；多媒体要素主要包括道路模式图（高速路口出入口模式图、路口模式图等）、实景图（路口实景图、街景图、三维模型的效果图片等）、标志标牌图片（各类道路标牌、交通标志、兴趣点分类图标、品牌LOGO等）及其他用于传达信息的资料图片。

2.3 主要交通要素属性

道路属性调查需包括多种基本信息，如道路弧段属性表[4]。此外还需要道路弧段限速表、道路弧段限制表、道路名称表、道路结点表、路口信息表、车道信息与联通关系表等等。

3 实习教学及成果展示

在外业的采集工作及基本的矢量化工作之后，内业作业的重点就转移到地图的渲染方面，主要包括道路分层分类处理、符号库设计、电子地图制作与发布、路径分析。本次实习主要从高速公路、县道、乡道、村道及内部道路5个等级区分，颜色按照导航电子地图图形符号[5]要求制作，辅以互联网地图的图式参照，道路细节部分处理如图2所示。导航电子地图中有多种设计灵活的符号，可以增加地图的美观，同时有指引要素的功能。符号库的色彩模型采用RGB模型，利用FontCreator建立字体库并导入ArcGIS进行综合取舍，主要是POI和交通标志要素类型的符号设计，综合设计如图3所示。

图2 道路细节处理

图3 符号库

电子地图制作完成后则需要检查拓扑关系是否正确、属性表字段是否标准、齐全、各种符号是否正确、有无遗漏，并检查地图内容有无不得采集、不得表示的地物及属性。地图检查后则需要进行下一步的发布。地图服务是一种通过Web进行访问的方法，首先通过ArcMap制作地图，然后将地图作为服务发布到ArcGISServer站点上，用于管理ArcMap发布的各种地图服务，通过ArcGISAPI调用服务地址，用于后续的WebGIS开发。学生可以利用动态地图服务和缓存切片对发布的地图进行处理，正式发布之前一定要检查地图有无错误警告，发布后的电子地图主校区教学区放大如图4所示。ArcGISAPIfor JavaScript是调用ArcGISServer RESTAPI接口的一组脚本，可以把Arc-GISServer发布的地图服务和其他资源通过ArcGIS APIfor JavaScript嵌入到Web应用中，本次的WebGIS功能是通过API实现的[6-7]。地图发布后，IDE学生选用Visual Studio Code进行网页端编码，通过用户名和密码登陆Web端ArcGISServer Manager，打开站点目录，检查需进行路径分析的电子地图参数，是否发布正确、完整，最后打开编码好的程序文件，设置停靠点和障碍点进行路径分析[8-9]，结果如图5所示。

图4 发布后的电子地图（部分）

图5 路径分析结果

4 创新教学方法和手段

在导航电子地图综合实习中，不仅要注重学生知识的应用，还要提升综合素质。对教学方法和手段创新，设置专业的制作流程，针对即将要面临顶岗实习的导航与位置服务专业的大二学生能够快速适应企业的岗位需求[10]。

1）野外调查。根据每组每天的外业调查计划路线，检查每个学生的手机端位置早中晚打卡情况，以确保外业是否按计划进行，确保实习进度和实习安全。白天在野外调查，晚上要求在教室写实习日志，整理白天的实习内容、遇到的问题及解决方式等，为撰写实习报告提供参考。

2）切合行业需求，严格标准作业。本次实习参照导航电子地图的相关标准进行作业，并用互联网地图做为辅助参照进行设计，目的是适应职业岗位需求，提升学生的制图水平。

3）涵盖多个软件、多门课程，注重综合能力的提高。导航电子地图实习是安排在第四学期，在已经学习了《地图制图技术》、《导航电子地图》、《Web GIS》及《空间导航定位技术》等课程的基础上，综合应用地图制图、导航电子地图、WebGIS的相关理论和方法，利用activesync_ttrar、奥维手机互动地图、ArcMAP、FontCreator、ArcGIS Server、ArcGIS APIfor JavaScript及Visual Studio Code多种软件进行设计与编辑，形成具有特定风格的电子地图，锻炼学生的操作水平，提升学生的综合素质。

4）有学生参与的成果评价方式。教师列出详细的评分细则，匿名交叉组别，每组学生分别对一幅地图成果评分，取平均分作为最后结果。打分悬殊过大时，教师可以介入指导，这样的评分方式可以保证全员参与，提高学生的参与感与积极性，同时提升了学生对技能的掌握能力。

5）地图成果公开交流与展示。教师把学生的成果用大图纸打印出来，公开展示，提升学生的自豪感和成就感，也有利于相互交流和学习。

5 实习效果评价

经过两轮的教学实践，为了客观反映实习教学质量与效果，采用网络问卷、成绩对比以及竞赛拓展3种方式进行实习效果评价。

1）网络问卷。为了更好地了解学生对于实习方案的认可度，学生以匿名形式在小程序端完成网络问卷，主要内容包括：实习课时、内外业组织、实习内容、考核方式是否合理；实习是否能提高学习的积极性；实习需改进的地方等。后台数据显示80%以上的学生都觉得此次实习可以提升专业知识学习的积极性，均有不同程度的收获，同时对于学生的建议会在下一阶段的实习中加以改进。

2）成绩对比。分析之前的其他实习成绩发现，大部分学生的成绩集中在60～70分这个阶段，说明很多学生抱着“及格就行”的心态，并未重视实习过程。针对这一情况，设计了“学生参与、注重过程”的考核方式，分阶段分任务的得分方法，保证学生积极参与整个实习过程。大部分学生的实习成绩也在70～80分这个阶段，保证了学生实习中的参与感、认同感。

3）竞赛拓展。在2019、2020年校级制图技能竞赛中，学生能够充分利用实习所学的知识和技能，在比赛中获得优异的成绩，其中包括2个一等奖，3个二等奖。学校与企业合作的学徒制生产实践项目、开展测绘类职业技能鉴定与培训、大学生创新创业大赛、专业学术讲座等项目都会拓展学生的视野，提升学生的综合能力。

从3个方面对比来看，本次实习方案能够较好地提升学生的积极性，提高学生综合制图能力，同时为了保证教学质量，学校随时会有校级督导组巡查听课，也会在实习中期进行教学检查以及实习后的成果资料检查。

6 结语

本次实习综合利用所学的地图制图、GIS及网络编程等相关原理和方法，使用多种软件操作，内外业相结合，紧贴行业需求、规范作业过程，严格成果检查与评定，经过2个年级的实践后，不断改进方案，设计了一套特色鲜明、严格规范、适应行业和职业岗位能力的实习方案，效果良好。同时，实习网络问卷调查中显示学生均有很大的收获，个人能力得到充分的锻炼和提升，为大三的顶岗实习打下了坚实的基础。