導航電子地圖綜合實習設計與實現(xiàn)

趙政權，羅 虹

（1.云南國土資源職業(yè)學院國土空間信息學院，云南 昆明 652501）

電子地圖技術的快速發(fā)展，對導航與位置服務專業(yè)的學生提出了新的崗位要求，傳統(tǒng)的地圖實習多側重于學生制圖的基本技能[1-2]，本次實習從行業(yè)崗位的需求出發(fā)，綜合地圖制圖、WebGIS等相關知識，目的是采集導航電子地圖制作的相關要素，制作較完整的導航電子地圖，并以此為基礎進行地圖發(fā)布和路徑分析，以提升學生的綜合能力，幫助學生應對即將開始的頂崗實習。

1 實習區(qū)域概況

云南國土資源職業(yè)學院主校區(qū)屬陽宗海風景名勝區(qū)管轄范圍，位于昆明市東南部。整個實習區(qū)域圍繞學校主校區(qū)，面積約為20 km2，海拔在1 768～2 160 m之間，高差近400 m。自然資源豐富，確保為整個實習過程提供空間保障。

2 導航電子地圖設計

通過對多所測繪類高等院校制圖實習的考察，同時咨詢了校企合作的多個企業(yè)，導航電子地圖綜合實習設計了一套特色鮮明、難度適中、內(nèi)外業(yè)相結合、適應職業(yè)崗位需求、培養(yǎng)制圖綜合能力的實習方案（見圖1）。

圖1 導航電子地圖實習設計方案

2.1 導航電子地圖實習設計方案

導航電子地圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過程需要經(jīng)過計劃設計、工作前準備、情報信息收集、外業(yè)實地采集作業(yè)、內(nèi)業(yè)編繪處理、數(shù)據(jù)入庫及成果質(zhì)量檢查、地圖發(fā)布與路徑分析等過程。

在計劃設計階段，需根據(jù)行業(yè)需求和市場需求，構建電子地圖的可視化表達內(nèi)容與應用功能需求，設計階段需明確實習范圍和產(chǎn)品成果標準，學生按照計劃設定實習數(shù)據(jù)采集處理的任務目標、作業(yè)內(nèi)容、進度安排、設計路線等內(nèi)容。

工作前準備主要讓學生對實習區(qū)域的范圍、難度、路線有一定了解，會使用儀器和GIS相關軟件，有一定解決問題的能力。

情報信息收集的主要內(nèi)容包括實習區(qū)域的行政區(qū)劃分布、交通旅游信息、氣候天氣特點及地方風土人情信息等內(nèi)容，對信息更新方面讓學生主要關注道路施工竣工信息、重要設施及服務機構的變化情況等變更信息。

在外業(yè)作業(yè)中，需提前準備外業(yè)數(shù)據(jù)采集的實習記錄表、進度安排表、小組分工說明、實習安全手冊等，并為外業(yè)數(shù)據(jù)采集準備最新的實習區(qū)域遙感影像、底圖數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集手簿、數(shù)據(jù)采集的手持GNSS接收機、數(shù)據(jù)采集用的專用軟件及工作記錄表等。在外業(yè)實地采集地理數(shù)據(jù)時，注意采集幾何信息、屬性信息、關系信息，且采集的精度應滿足要求。

讓學生明確外業(yè)成果質(zhì)量檢查的主要內(nèi)容：①通過GNSS軌跡確認作業(yè)區(qū)域內(nèi)所有道路是否已經(jīng)采集；②檢查所有新采集的道路及道路形狀修改處與其周邊的興趣點（POI）邏輯關系是否正確；③檢查POI是否有重復采集的情況；④確認外業(yè)復雜路口的拍照是否清晰可用。

內(nèi)業(yè)作業(yè)主要是對外業(yè)采集的成果進行加工處理，主要包括：①將外業(yè)采集時記錄在紙質(zhì)或者其他介質(zhì)上的信息錄入或導入到數(shù)據(jù)庫中。②利用ArcGIS軟件對地理數(shù)據(jù)的幾何、屬性及關系信息進行編輯加工。③利用多種軟件進行符號庫的設計。數(shù)據(jù)入庫時必須對數(shù)據(jù)進行檢查，包括拓撲關系和邏輯關系的合理性、信息完整性、正確性。

成果歸檔的文件主要包括：①外業(yè)采集的原始成果；②內(nèi)業(yè)處理及質(zhì)量檢查后的電子地圖數(shù)據(jù)；③包含有數(shù)據(jù)名稱和來源、制作單位、時間、數(shù)據(jù)格式等的數(shù)據(jù)說明文件；④作業(yè)安全手冊、實習手冊、實習報告、各類表格、數(shù)據(jù)字典、質(zhì)量檢查說明等文檔資料。

地圖發(fā)布與路徑分析主要將電子地圖的成果發(fā)布到Web端，并利用ArcGISAPIfor JavaScript進行最短路徑分析[3]。

2.2 主要構成要素

電子地圖的構成要素主要包括：道路交通要素、索引要素、背景要素、文字注記信息、行政境界要素、多媒體要素及其他要素。

2.2.1 道路交通要素

道路交通要素主要在導航路網(wǎng)的基礎上，圍繞道路主題、索引主題及其他主題分別與道路主題之間建立引導、立交等關系。

1）道路分類。道路的功能等級常作為表征道路通行能力的一個級別參數(shù)，在導航中常以此為參考進行道路綜合取舍，按功能等級分為高速公路、國道、省道、縣鄉(xiāng)道路、村道、內(nèi)部道路、道路之間的連接路等；按道路形態(tài)分為出入口、連接路、高架、橋梁、隧道、環(huán)島、匝道、輔路、規(guī)劃中道路等。以上類別是導航電子地圖路網(wǎng)要素需要表示的基本屬性，在導航系統(tǒng)進行路徑計算和路徑引導中起著關鍵性的作用。本次實習結合影像地圖及外業(yè)調(diào)查的數(shù)據(jù)綜合分類。

2）道路形狀。學生可以采用遙感影像預處理成果，也可利用GNSS接收機采集道路中心線軌跡。

3）道路掛接關系及屬性。學生現(xiàn)場觀察，根據(jù)通行信息用繪制草圖的方式記錄道路口交叉處的掛接關系，同時在紙質(zhì)屬性表上記錄道路等級、車道數(shù)、車道方向、速度限制、通行方向、鋪設狀態(tài)、紅綠燈、有無路燈等信息。

4）禁止信息。主要是讓學生現(xiàn)場采集道路與道路之間的通行規(guī)則，一般根據(jù)現(xiàn)場的“禁止左轉”、“禁止右轉”、“禁止直行”等標牌判斷。

5）標志標線。指道路分隔線、警告標志等信息。

2.2.2 索引要素

索引主要是一種供用戶進行目的地查詢、選擇并引導路徑的基礎要素。主要包括：POI索引（賓館、學校、醫(yī)院、餐飲、旅游景點、商場等）、地址索引、道路交叉點索引、點門牌索引等。興趣點的信息越豐富越有利于檢索，POI信息的采集主要屬性如下：

1）地理位置，指POI的坐標。主要通過手持GNSS采集。因校區(qū)坐落山頂，周圍區(qū)域高差較大，遇到信號不好的情況，可以采用奧維互動地圖的編輯工具進行手機端采集工作，將2種方式相互結合，以達到數(shù)據(jù)采集的目的。

2）名稱信息，POI的名稱。一般采集相應POI的牌匾名稱，牌匾一般懸掛于門簾上方或醒目位置。外業(yè)采集時需拍照記錄以供后期驗證和更新。

3）分類信息，野外現(xiàn)場調(diào)查判斷POI的類別，可以根據(jù)POI規(guī)模、營業(yè)活動、進出人員的活動、內(nèi)部人員的工作環(huán)境、工作內(nèi)容等判斷該POI的分類。POI分類可以為提高查詢檢索的效率和便利性帶來一定好處。

4）電話號碼及地址信息，記錄POI聯(lián)系電話信息及地址信息。需要學生根據(jù)現(xiàn)場情況查看、詢問，一般可以通過索要名片等方式獲取。

5）其他信息，外業(yè)應根據(jù)采集標準要求采集其他相關信息。

2.2.3 背景要素

基本背景信息包括建筑層、鐵路、水系、植被等信息。建筑層的主要類型包括房屋建筑、街區(qū)及圍墻等；鐵路主要包括普通鐵路、高速鐵路、地鐵及輕軌等；水系包括江、河、湖、水庫、池塘、水渠及水溝等；植被主要涵蓋公園、景區(qū)、綠化帶、林地及經(jīng)濟植物等。背景信息一般依據(jù)顯示比例尺分級設定不同的顯示內(nèi)容和詳細程度。

2.2.4 文字注記信息

文字注記方便用戶瀏覽、査詢興趣點和道路網(wǎng)絡，同時也有利于增強導航地圖的界面顯示美觀度，起到導航應用輔助作用。文字注記主要表達地名、道路名、公園、機場、車站、大學、醫(yī)院、小區(qū)、山峰、名勝古跡以及具有方位意義的立交橋、隧道、湖泊、島嶼、河流、城市內(nèi)部的重要建筑和單位。

2.2.5 其余要素

行政境界要素在實習范圍主要是鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村界，主要用于定位計算；多媒體要素主要包括道路模式圖（高速路口出入口模式圖、路口模式圖等）、實景圖（路口實景圖、街景圖、三維模型的效果圖片等）、標志標牌圖片（各類道路標牌、交通標志、興趣點分類圖標、品牌LOGO等）及其他用于傳達信息的資料圖片。

2.3 主要交通要素屬性

道路屬性調(diào)查需包括多種基本信息，如道路弧段屬性表[4]。此外還需要道路弧段限速表、道路弧段限制表、道路名稱表、道路結點表、路口信息表、車道信息與聯(lián)通關系表等等。

3 實習教學及成果展示

在外業(yè)的采集工作及基本的矢量化工作之后，內(nèi)業(yè)作業(yè)的重點就轉移到地圖的渲染方面，主要包括道路分層分類處理、符號庫設計、電子地圖制作與發(fā)布、路徑分析。本次實習主要從高速公路、縣道、鄉(xiāng)道、村道及內(nèi)部道路5個等級區(qū)分，顏色按照導航電子地圖圖形符號[5]要求制作，輔以互聯(lián)網(wǎng)地圖的圖式參照，道路細節(jié)部分處理如圖2所示。導航電子地圖中有多種設計靈活的符號，可以增加地圖的美觀，同時有指引要素的功能。符號庫的色彩模型采用RGB模型，利用FontCreator建立字體庫并導入ArcGIS進行綜合取舍，主要是POI和交通標志要素類型的符號設計，綜合設計如圖3所示。

圖2 道路細節(jié)處理

圖3 符號庫

電子地圖制作完成后則需要檢查拓撲關系是否正確、屬性表字段是否標準、齊全、各種符號是否正確、有無遺漏，并檢查地圖內(nèi)容有無不得采集、不得表示的地物及屬性。地圖檢查后則需要進行下一步的發(fā)布。地圖服務是一種通過Web進行訪問的方法，首先通過ArcMap制作地圖，然后將地圖作為服務發(fā)布到ArcGISServer站點上，用于管理ArcMap發(fā)布的各種地圖服務，通過ArcGISAPI調(diào)用服務地址，用于后續(xù)的WebGIS開發(fā)。學生可以利用動態(tài)地圖服務和緩存切片對發(fā)布的地圖進行處理，正式發(fā)布之前一定要檢查地圖有無錯誤警告，發(fā)布后的電子地圖主校區(qū)教學區(qū)放大如圖4所示。ArcGISAPIfor JavaScript是調(diào)用ArcGISServer RESTAPI接口的一組腳本，可以把Arc-GISServer發(fā)布的地圖服務和其他資源通過ArcGIS APIfor JavaScript嵌入到Web應用中，本次的WebGIS功能是通過API實現(xiàn)的[6-7]。地圖發(fā)布后，IDE學生選用Visual Studio Code進行網(wǎng)頁端編碼，通過用戶名和密碼登陸Web端ArcGISServer Manager，打開站點目錄，檢查需進行路徑分析的電子地圖參數(shù)，是否發(fā)布正確、完整，最后打開編碼好的程序文件，設置?？奎c和障礙點進行路徑分析[8-9]，結果如圖5所示。

圖4 發(fā)布后的電子地圖（部分）

圖5 路徑分析結果

4 創(chuàng)新教學方法和手段

在導航電子地圖綜合實習中，不僅要注重學生知識的應用，還要提升綜合素質(zhì)。對教學方法和手段創(chuàng)新，設置專業(yè)的制作流程，針對即將要面臨頂崗實習的導航與位置服務專業(yè)的大二學生能夠快速適應企業(yè)的崗位需求[10]。

1）野外調(diào)查。根據(jù)每組每天的外業(yè)調(diào)查計劃路線，檢查每個學生的手機端位置早中晚打卡情況，以確保外業(yè)是否按計劃進行，確保實習進度和實習安全。白天在野外調(diào)查，晚上要求在教室寫實習日志，整理白天的實習內(nèi)容、遇到的問題及解決方式等，為撰寫實習報告提供參考。

2）切合行業(yè)需求，嚴格標準作業(yè)。本次實習參照導航電子地圖的相關標準進行作業(yè)，并用互聯(lián)網(wǎng)地圖做為輔助參照進行設計，目的是適應職業(yè)崗位需求，提升學生的制圖水平。

3）涵蓋多個軟件、多門課程，注重綜合能力的提高。導航電子地圖實習是安排在第四學期，在已經(jīng)學習了《地圖制圖技術》、《導航電子地圖》、《Web GIS》及《空間導航定位技術》等課程的基礎上，綜合應用地圖制圖、導航電子地圖、WebGIS的相關理論和方法，利用activesync_ttrar、奧維手機互動地圖、ArcMAP、FontCreator、ArcGIS Server、ArcGIS APIfor JavaScript及Visual Studio Code多種軟件進行設計與編輯，形成具有特定風格的電子地圖，鍛煉學生的操作水平，提升學生的綜合素質(zhì)。

4）有學生參與的成果評價方式。教師列出詳細的評分細則，匿名交叉組別，每組學生分別對一幅地圖成果評分，取平均分作為最后結果。打分懸殊過大時，教師可以介入指導，這樣的評分方式可以保證全員參與，提高學生的參與感與積極性，同時提升了學生對技能的掌握能力。

5）地圖成果公開交流與展示。教師把學生的成果用大圖紙打印出來，公開展示，提升學生的自豪感和成就感，也有利于相互交流和學習。

5 實習效果評價

經(jīng)過兩輪的教學實踐，為了客觀反映實習教學質(zhì)量與效果，采用網(wǎng)絡問卷、成績對比以及競賽拓展3種方式進行實習效果評價。

1）網(wǎng)絡問卷。為了更好地了解學生對于實習方案的認可度，學生以匿名形式在小程序端完成網(wǎng)絡問卷，主要內(nèi)容包括：實習課時、內(nèi)外業(yè)組織、實習內(nèi)容、考核方式是否合理；實習是否能提高學習的積極性；實習需改進的地方等。后臺數(shù)據(jù)顯示80%以上的學生都覺得此次實習可以提升專業(yè)知識學習的積極性，均有不同程度的收獲，同時對于學生的建議會在下一階段的實習中加以改進。

2）成績對比。分析之前的其他實習成績發(fā)現(xiàn)，大部分學生的成績集中在60～70分這個階段，說明很多學生抱著“及格就行”的心態(tài)，并未重視實習過程。針對這一情況，設計了“學生參與、注重過程”的考核方式，分階段分任務的得分方法，保證學生積極參與整個實習過程。大部分學生的實習成績也在70～80分這個階段，保證了學生實習中的參與感、認同感。

3）競賽拓展。在2019、2020年校級制圖技能競賽中，學生能夠充分利用實習所學的知識和技能，在比賽中獲得優(yōu)異的成績，其中包括2個一等獎，3個二等獎。學校與企業(yè)合作的學徒制生產(chǎn)實踐項目、開展測繪類職業(yè)技能鑒定與培訓、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、專業(yè)學術講座等項目都會拓展學生的視野，提升學生的綜合能力。

從3個方面對比來看，本次實習方案能夠較好地提升學生的積極性，提高學生綜合制圖能力，同時為了保證教學質(zhì)量，學校隨時會有校級督導組巡查聽課，也會在實習中期進行教學檢查以及實習后的成果資料檢查。

6 結語

本次實習綜合利用所學的地圖制圖、GIS及網(wǎng)絡編程等相關原理和方法，使用多種軟件操作，內(nèi)外業(yè)相結合，緊貼行業(yè)需求、規(guī)范作業(yè)過程，嚴格成果檢查與評定，經(jīng)過2個年級的實踐后，不斷改進方案，設計了一套特色鮮明、嚴格規(guī)范、適應行業(yè)和職業(yè)崗位能力的實習方案，效果良好。同時，實習網(wǎng)絡問卷調(diào)查中顯示學生均有很大的收獲，個人能力得到充分的鍛煉和提升，為大三的頂崗實習打下了堅實的基礎。