基于WebGIS综合地质实习虚拟仿真教学平台的设计

    陈锦辉 李功权

    

    摘 要：传统的地质实习存在着一些弊端，可能会受到天气、地形等因素的影响。为解决目前综合地质实习面临的这些问题，综合地质实习就必须进行改革创新。随着Internet技术的快速发展，我们可以借助webgis技术来构建一个综合地质实习虚拟仿真教学平台。从实际的野外地质实习任务出发，对平台总体设计、数据库设計、功能设计等方面进行了探讨分析，采用WebGIS技术，基于B/S架构，设计了一个基于WebGIS综合地质实习虚拟仿真教学平台。

    关键词： WebGIS;虚拟仿真;地质实习;B/S架构;ArcGIS Server

    0 引言

    目前，我国的地质学教学基本包括三个环节：一是课堂教学，二是室内实验教学，三是野外实习，其中野外实习是非常重要的环节，它主要培养学生的实践能力和独立工作能力，将理论与实际相结合，让学生进一步理解地学相关的基本知识，并让学生掌握地质实习的基本技能。但是，传统的野外地质实习还面临着许多问题，例如，野外地质实习会受到天气、地形等因素的影响。为了解决这些问题，我们的野外地质实习就需要进行改革创新，突破传统野外地质实习的局限性。近年来，随着GIS在地学领域的发展与应用，将GIS技术应用于野外地质实习虚拟仿真教学日趋广泛。因此，基于WebGIS综合地质实习虚拟仿真教学平台的研究是很有必要的。

    1 总体设计

    构建该虚拟仿真教学平台，主要目的是让学生掌握地学相关知识和技能。为此本平台要尽力满足学生具体实习任务要求，在能锻炼学生思考问题解决问题的同时，还要完成相应的实习过程模拟，让学生们能够将理论知识和实践相结合。本平台还可以对学生进行针对性地教学，遇到问题，可以自己去平台中找到解决办法。

    基于以上需求分析，该平台设计主要包含三个模块，用户管理模块、基础学习模块、虚拟仿真实验模块。用户管理模块主要实现平台用户个人信息管理，主要包括用户权限管理，用户注册与登录等功能;基础学习模块主要实现理论知识查询、实习信息管理与查询、地质实习工具的使用、教学视频学习等功能;虚拟实验模块主要实现数据可视化、地图导航、Web地质画图、地质实习虚拟仿真等功能。

    本平台是基于B/S架构来实现的。本平台的B/S架构如下图所示：

    2 数据库设计

    平台的设计开发主要是为了帮助学生完成刘家场实习基地的教学任务，因此，平台所需要的数据大多是在刘家场实习基地野外采集获取。平台的数据库设计，主要分为三大类，空间数据库，属性数据库和维护数据库，其中空间数据库包括基础地理数据库和DEM数据库;属性数据库包括基础知识数据库和教学资源数据库;维护数据库包括用户管理数据库和系统日志数据库。

    基础地理数据库主要存储实习区域地形图，实习路线和实习点分布图等;DEM数据库存储实习区域的DEM数据，用于构建三维实习环境，还可生成剖面图等;基础知识数据库主要存储地学专业相关理论知识，便于实习过程中实习人员对相关理论知识的查询学习;教学资源库主要存储实习路线和实习点具体信息，还包括教学相关图片、文档以及视频资料等;用户管理数据库用来存储管理用户基本信息等。

    3 平台功能设计

    平台的功能设计主要包括以下三个部分：用户管理模块，基础知识学习模块，虚拟仿真实验模块。

    用户管理模块：主要实现平台用户的注册和登录等功能。如果用户没有注册，就只能进入基础知识学习模块，不能进入虚拟仿真实验模块，只有注册并登录了该平台的用户才能进入虚拟仿真实验模块，完成地质实习。

    基础知识学习模块：主要包括理论知识学习模块、实习工具学习模块、实习点和实习路线信息预览、教学视频演示模块等。用户进入这个模块，可以浏览和学习与专业相关的理论知识，也能了解地质实习工具的用途和操作等。该模块还对实习路线和实习点信息做了一些基本介绍，帮助用户更好地完成后面的实习任务。另外，此模块还包含视频库，以供用户学习参考。用户通过对该模块的浏览学习，可以夯实自己的理论基础以及提高自己的专业能力。

    虚拟仿真实验模块：该模块是该系统最重要也是最难实现的部分，主要包括地图导航模块，地质实习虚拟仿真模块，地质图绘制模块，实习报告输出模块等。

    4 结语

    综合地质实习教学是地学相关专业中非常重要的环节，综合地质实习虚拟仿真教学平台对于学生以及其他地学相关专业从事者而言是一个非常重要的工具，能够有效地降低人力资源的成本和投入，打破传统综合地质实习教学的局限性。本文对综合地质实习过程中遇到的问题进行了探讨和总结，并提出了将WebGIS、Arcgis Server、虚拟仿真等技术应用于综合地质实习虚拟仿真教学平台的建设，设计了一个基于B/S架构的综合地质实习虚拟仿真教学平台，为综合地质实习虚拟仿真教学平台开发提供了思路和技术参考。

    参考文献

    [1]杨雪飞，许建，王兴志.《地质与地貌学》峨眉山野外地质认识实习[J].教育现代化，2019，6（97）：244-245.

    [2]蔡祥云. 虚拟地学实习平台的构建[D].长江大学，2014.

    [3]张鹏，徐洪钟，隋志龙，张媛媛.基于Google Earth的野外地质实习三维模型的应用[J].大学教育，2019，（08）：48-50.

    [4]刘善伟，万剑华，祝德显.采用GIS技术的地质实习辅助教学软件开发[J].实验技术与管理，2018，35（08）：153-156.

    [5]祝德显. 基于Web的虚拟野外地质实习系统设计与实现[J].内江科技，2013.

    [6]舒娟，王鲸，隆长福等.基于GIS的虚拟地学实习演示系统设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2014， 000（005）：71-73.