CC BY
17
УДК 3 7 8.046.4
А. А. Майоров
Обучение при повышении квалификации в области наук о Земле
3 статье рассмотрен, опыт обучения слушателей курсов повышения квалификации в области наук о Земле. Особенностью курсов является ориентация на использование спутниковых приемников системы XAOQl^CC. Доказано,что тестирование делилось на закрытое и открытое. Открытое тестирование осуществлялось интерактивно в режиме он-лайн, открытое тестирование строится на применении виртуальной реальности. Открытое тестирование имеет двауровня. ервый уровень направлен на выработку правильных действий при решении простых задач. Т^торой уровень направлен на решение сложных задач и развитие творческих способностей. Доказано, что оценка, тестирования разных уровней осуществляется специалистами разной квалификации
Ключевые слова: науки о Земле, образование, спутниковые технологии, навигация, геодезия, геоинформатика,дистанционное зондирование,решение прикладных задач на основе ED3
A. A. Maio rov
■JeatuZes fcoZ testing training specialists in SaZth sciences
yhe papeZ describes the expedience oft Cetning students training in the fcieCd oft eaZth sciences. Xhe papeZ shows that the fceatuZe is the orientation course on the use oft sateCCite receivers Q^O'ft^SS. Xhis aZticCe describes the testing was divided into indoot and outdoor. Open Resting petfcoZmed b interactively onCine. Open test is based on the application oft vittuaC ¿eaCity. Open Resting has two CeveCs. Xhe fciZst CeveC is to establish a tight oft action in soCving simpCe ptobCems. Xhe second CeveC is aimed at soCving compCex ptobCems and the development oft creative abilities, tft is shown that the evaluation oft difcfceZent CeveCs oft testing cattied out by specialists oft difcfceZent qualifications
Keywords: £aZth science, education, sateCCite technology, navigation, geodesy,
geoinfcoZmatics,¿emote sensing,decision applications based on sateCCite imagery
Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГаИК) за период 2011-2012 гг. был разработан комплекс учебно-методических пособий для курсов повышения квалификации специалистов в области наук о Земле. Дидактически организация курсов строилась по принципам андрагогики [1]- С точки зрения междисциплинарных связей организация курсов строилась на основе геоинформатики [2]. Методически курсы строились на основе выявления и использования пространственных отношений [3], а также применения геореференции [4] как инструмента пространственного анализа и поиска.
С информационной точки зрения организация курсов строилась с целью получения и формирования информационных ресурсов в области пространственной информации[5]
Повышение квалификации ориентировано на специалистов, имеющих базовое образование и специальные знания. Это дало основание в качестве основы обучения использовать игровой метод обучения [6]. Технологически процесс обучения и создания виртуальной реальности строился на основе геоинформационного моделирования [7, 8].
Современное геоинформационное моделирование строится на основе использования специального языка пространственных моделей данных [9] и свойств пространственных моделей данных. Суть этого языка состоит в использовании информационных семантических единиц [Ю], которые наполняют содержанием цифровую пространственную информацию.
Наборы семантических информационных единиц дают основание для построения сложных информационных единиц. Совокупность
сложных информационных единиц дает возможность построения информационной модели ситуации [11] и информационной позиции объекта исследования в этой ситуации. Использование информационной ситуации позволяет по новому организовывать геоинформационное моделирование. Информационная ситуация служит основой создания нового вида моделирования: геоинформационного ситуационного моделирования [12].
В свою очередь, геоинформационное ситуационное моделирование реализовывалось через виртуальную реальность [13]. Применение виртуальной реальности позволяет оценивать результат обучения по комплексному принципу [14]. Для упрощения процесса тестирования применялись оппозиционные (дихотомические) переменные [15]. При обучении использовался коррелятивный подход [16]. Он выполнял функции: оценки результатов обучения и управления персоналом, проводящим обучение.
При организации обучения большое значение уделяется терминологии. Это обусловлено тем, что в геоинформатике постоянно появляются новые термины, часть которых придумывают специалисты практики без должного анализа терминологической базы. Это приводит к тому, что довольно часто создают свои термины или применяют термины не по назначению [17]. Для правильного создания терминологической основы тестирования необходимо учитывать существующие в настоящее время терминологические отношения.
Основой обучения служили учебно-методические виртуальные модели двух уровней. Первый уровень включал обучение изучение спутниковой измерительной аппаратуры. Второй уровень включал применение спутниковой аппаратуры при решении практических задач. При
этом возникала необходимость решать задачи управления и принятия решений в конкретных ситуациях. Это осуществлялось на основе принципов информационного управления [18]. Таким образом, в целом обучение представляло целостный системный комплекс информационных методов и информационных моделей. Применение информационного моделирования позволяет существенно сокращать время обучения в сравнении с реальной практикой при работе с приборами.
Более детально первый уровень обучения включал изучение приборов навигационных систем второго поколения: ГЛОНАСС (Россия) и GPS NAVSTAR (США). С помощью этих приборов осуществлялись измерения, обработка измерений и анализ результатов обработки измерений. Первый уровень был направлен на умение работать со спутниковыми приемниками безотносительно к прикладным задачам.
Простейшее обучение включает установку и горизонтирование штатива геодезического прибора. Это универсальная операция, которая используется при работе с любыми геодезическими приборами.
Обучение включало использование виртуальной модели, которая включала минимум свободы действий для повышения эффективности обучения. Эта модель сождавалсть в виде 2D визуальной виртуальной модели (рис.1).
Зелеными стрелками на модели показаны части штатива, с которыми в реальности работает оператор. В реальных условиях оператор должен осуществлять физические действия: откручивание и закручивание винтов, выдвижение ног штатива на необходимую высоту, фиксации ног штатива, горизонтирование основы на которую устанавливают прибор и только последующее проведение измерений.
Рис. 1. Визуальная модель, моделирующая процедуры установки и горизонтирования штатива
В условиях виртуальной реальности (рис.1) обучаемый использует вместо физических действий манипуляции с мышью. С помощью мыши обучаемый выполняет действия, адекватные реальным действиям на местности. Прямые стрелки обозначают линейный действия, круговые стрелки показывают операции по откручиванию винтов. Обучаемый изменяет высоту штатива, путем изменения его «ног» (зеленые треугольники выше-ниже). Он горизонтирует штатив с помощью виртуального воздействия на соответствующие винты (круговые стрелки влево вправо). Круглый уровень (рис.1) дает оценку гори-зонтирования.
Как показали оценки процесс обучения с помощью виртуальной модели требует времени в 100 ( на два порядка) раз меньше , чем при работе с реальным приборов в натурных условиях
На следующем этапе этого уровня осуществляются измерения с помощью прибора. Вторая
виртуальная модель имитирует работу с прибором и показания прибора в новой виртуальной реальности. Эта виртуальная реальность эмулирует местность (рис.2). В левой части экрана расположен план местности, полученный по аэрофотоснимку. В правой части экрана показания приемников. Работа включала установку базовой станции. Относительно которой измерялись координаты с помощью переносной станции. Поэтому первоначально производится установка базовой станции. На рис.2 базовый приемник показан в верхней части экрана справа.
В левой части экрана красным цветом показан спутниковый приемник, который можно перемещать и центрировать. Его координаты отражаются на эмуляции дисплея «базовый приемник».
После установки базового приемника осуществляют работу с подвижным приемником, который еще называют ровер.
£<г ¿в' Свив
Баловое учобио-методмчвское средство Использование спутниковой навигации при проведении кадастровых и землеустроительных работ
Приемиші-ровер
Ж
Базовый приемник
Рис. 2. Виртуальная реальность местности и работы по перемещению приемника
Подвижный приемник перемещают по местности с помощью мыши. В соответствии с положением приемника на местности (левая часть экрана) меняются координаты приемника (правая часть экрана, дисплей «приемник ровер»).
Таким образом первый уровень обучения включал следующие виды работ:
Выбор места расположения базовой станции.
Центрирование и горизонтирование штатива прибора.
Настройка полевого оборудования для работы в разных режимах.
Развитие съемочного обоснования в режиме «Статика» с контролем.
Развитие съемочного обоснования в режиме «Статика» для последующей съемки границ земельного участка полярным способом.
Съемка границ земельного участка в режиме
«Стой и иди».
Съемка границ земельного участка в режиме «Кинематика в реальном времени».
Вынос в натуру характерных точек границы земельного участка в режиме «Кинематика в реальном времени».
Двойное измерение координат точки разными методами: «Статика» и «Кинематика в реальном времени».
При этом виртуальная реальность сокращает на два порядка время, которое требуется для проведения подобных работ в реальных условиях. Это, прежде всего, связано с перемещением приемника по местности. Движением мыши приемник перемещается за секунды, в то время как в реальности требуются десятки минут или часы. При этом доминантой является правильная работа с приемником. Соответственно, тестирование направлено на оценку стандартных
действий оператора и такое тестирование легко осуществляет специалист средней квалификации.
Второй уровень обучения начинается после успешного завершения первого уровня. Основное назначение второго уровня обучения — выполнение практических работ.
Целью обучения является проверка умения решать практические задачи в первую очередь и лишь во вторую умение работать с приемниками. Соответственно, тестирование направле-
На рис. 3 приведена модель местности с автодорогой, которую необходимо измерить с использованием спутниковых приемников. Особенность работы является возможность моделирования зон четкой и нечеткой связи (оппозиционные переменные) зон устойчивой и неустойчивой связи (коррелятивные переменные).
С помощью мыши обучаемый перемещает прибор по дороге и проводит измерения. Модель местности задана математическии заранее с высокой точностью. Поэтому результаты действия обучаемого легко проверяются по базовой модели и объективно оцениваются.
Следующая модель (рис.4) моделирует информационную ситуацию при измерениях. Связанных со строительством или проектированием.
Кроме того возможно моделирование и обучение на следующих ситуациях.
Мониторинг объектов транспортной инфраструктуры. Создание каркасных и заполняющих
но на оценку креативных действий оператора и такое тестирование осуществляет только специалист высокой квалификации.
Исходная обучающая виртуальная ситуация включает моделирование процессов полевых спутниковых наблюдений, выполняемых при обеспечении геодезической и картографической деятельности.
С помощью реальной информации на основе аэрофотоснимков моделируются условия местности (рис.З, рис.4).
сетей для позиционирования пунктов протяженных объектов. Мониторинг трубопроводов с использованием спутниковых технологий ГЛО-НАСС (рис.5)
Возможно тестирование при использовании аппаратуры ГЛОНАСС при съемке подземных коммуникаций.
Возможно создание деформационной сети и проведение циклов наблюдений за объектами транспортной инфраструктуры (рис.6). В этом случае возникает необходимость создавать цифровые модели [17], что делает этот тест многоуровневым и комплексным [10].
Возможно тестирование решения задачи применения технологий ГЛОНАСС и GPS для съемки шельфа и внутренних водоемов.
Возможно тестирование по задачам: получение точных координат пункта в глобальной системе отсчета, характеристика объектов картографирования, привязанных к цифровой основе, созданной с использованием средств ГЛОНАСС
Базовое учебно-иетадичні«*! сред™ Истлиомние спутник»« на.игщни
Камеральные работы при проведении геодезических и картографических работ
Рис. 3. Виртуальная реальность при картографировании автомобильных дорог с использованием спутниковых технологий ГЛОНАСС
■ В точке маркера:-------------------------------
Установка базового приёмнике Установка передвижного приёмника Закрепление точки | Определение начальной точнії йяправлещш | Определение конечном точки направления Кактроппёр Центрирование И Горизентированис Движение пе маршруту
Еазов« учебно-иетодхче«» средство Иотиырмн*навигации
! Камеральные работы | при проведении геодезических и картографических работ
Рис. 4. Модель измерений на различных этапах изысканий и строительства
0 Интерактивное обучение ГЛОНАСС б] 'О.* Coogle
Использование ГЛОНАСС | Камеральныо работы для решения задач геодезии и картографии
- В точке маркера;
установка баэоомо приемника Установка перадвижного приёмника Закрепление точки
Опро деление) начальной точки ивлравле ния , Определение коночной точки калраолоиия Контроллер Ііонтруїроаан ио и торизомтирооаиио
Движение по маршруту
2. Съемка шельфов и водоемов ▼ Открыть j
• на пункт Б1 установит« приёмник
геодезическом спутниковой аппаратуры и
приводите ОГО 0 юбочоо ПОЯОЖОНИО.
• выполните центрирование и і
горизоктиреванно штатива, на котором
установлены базовые приемники:
* дли сбора данных на базовых
приёмниках выполните спвдующио опердцми
откройте интерфейс полевого компьютера и
признака, нажав кнопку “Контроллер* на
панели управления, вхлючите антенну
приемника
« запустите на контроллере
программу управления измерениями, нажав
кнопку - FAST Survey*:
• установите соединение палевого
компьютера и лоибмника с помощью функции
•QPS Ваао" или ‘GPS Rover' на вкладке “Eqiip';
* на вкладка «Survey» (Съёмка)
нажмите кнолку -Log Raw GPS- для настройки
параметров сбора данных;
• лоройдито о меню управления
сохранения данных на точке, нажав »Tag New
Site-:
* укажите название базовой точки и
подтвердите
• далее с*ы можете прекратить ззлис%
либо выйти махав «Exit — Continue Logging»
Сбор данных при этом продолжится, о чем 1
Рис.5. Модель мониторинга трубопроводов с использованием спутниковых технологий
ГЛОНАСС
Использование спугнчкоаой навигации при проведении геодезических и картографических работ
В точке маркера:
Н внести точки
Определение конечной тачки направления
Контроллер
Рис. 6. Виртуальная реальность мониторинга инженерных сооружений (мост)
(полевое обследование), создание условных зна- виртуальных моделей можно моделировать люков, нанесение на карту объектов навигацион- бые ситуации и осуществлять специализированной информации машинно-ориентированный ное обучение, например контроль нефтепрово-
вывод информации и др. дов или контроль осадок и деформаций. Кроме
Выводы. Обучение с помощью виртуальных того при таком обучении возможен объективный
моделей существенно сокращает время обучения контроль действий. В целом применение вирту-
и не зависит от погодных условий, что имеет ме- альной реальности при обучении и тестировании
сто в реальной практике обучения. С помощью существенно повышало качество обучения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Цветков В.Я. Особенности подготовки специалистов второго высшего образования II Дистанционное и виртуальное обучение, 2013. - №3. - С.50-55.
2. Майоров А.А. Состояние и развитие геоинформатики II Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле», 2012. - №3. - С.11-16.
3. Цветков В.Я. Виды пространственных отношений II Успехи современного естествознания, 2013. - №5 - С.138-140.
4. Цветков В.Я. Геореференция как инструмент анализа и получения знаний II Международный научно-технический и
производственный журнал «Науки о Земле», 2011. - №2. - С.63-65.
5. Савиных В.П., Соловьёв И.В., Цветков В.Я. Развитие национальной инфраструктуры пространственных данных на основе развития картографо-геодезического фонда Российской Федерации II Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка, 2011. - №5. - С.85-91.
6. Майоров А.А., Соловьев И.В., Шкуров Ф.В., Купцов А.Б. Разработка модели требований к комплексу программнотехнических средств обучения специалистов картографо-геодезического профиля методом компьютерной деловой игры II Геодезия и аэрофотосъемка, 2008. - №5. - С. 79-83.
7. Цветков В.Я. Геоинформационное моделирование II Информационные технологии, 1999. - №3. - С.23-27.
8. Дышленко С.Г. Принципы трехмерного моделирования в ГИС. II Международный научно-технический и производственный журнал «НАУКИ О ЗЕМЛЕ», 2012. - №4 - С.65-71.
9. V. Ya. Tsvetkov Spatial Information Models II European Researcher, 2013, Vol.(60), № 10-1, p.2386-2392.
10. V. Ya. Tsvetkov. Semantic Information Units as L. Florodi’s Ideas Development II European Researcher, 2012, Vol.(25), №7,
p.1036-1041.
11. V. Ya. Tsvetkov. Information Situation and Information Position as a Management Tool II European Researcher, 2012, Vol.(36), № 12-1, p.2166-2170.
12. Маркелов B.M. Геоинформационное ситуационное моделирование II Международный научно-технический и производственный журнал «НАУКИ О ЗЕМЛЕ», 2012. - №4. - С.72-76.
13. Майоров А.А., Цветков В.Я. Виртуальное обучение при повышении квалификации II Дистанционное и виртуальное обучение, 2013. - №9. - 2013. - С.4-11
14. Пушкарева К.А. Комплексное оценивание результатов обучения. II Дистанционное и виртуальное обучение, 2013. - №1. -С.99-103.
15. Цветков В.Я. Использование оппозиционных переменных для анализа качества образовательных услуг II Современные
наукоёмкие технологии, 2008. - №1. - С.62-64.
16. Цветков В.Я., Оболяева Н.М. Использование коррелятивного подхода для управления персоналом учебного заведения II Дистанционное и виртуальное обучение, 2011. - №8 (50). - 2011. - С.4-9.
17. Савиных В.П. О терминологии в области геодезии II Международный научно-технический и производственный журнал «НАУКИ О ЗЕМЛЕ», 2012. - №4. - С.34-36.
18. Цветков В.Я. Информационное управление. - LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2012. - 201 c.
REFERENCES
1. Tsvetkov V.Ia. Peculiarities of training specialists of the second higher education. Distantsionnoe i virtual'noe obuchenie - Distance and virtual learning, 2013, no.3, pp.50-55 (in Russian).
2. Maiorov A.A. Condition and development of Geoinformatics. Mezhdunarodnyi nauchno-tekhnicheskii i proizvodstvennyi zhurnal «Nauki o Zemle» - International scientific-technical and production journal "Earth Science", 2012, no.3, pp.11-16 (in Russian).
3. Tsvetkov V.Ia. Kinds of spatial relations. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniia - Successes of modern natural science, 2013, no.5, pp.138-140 (in Russian).
4. Tsvetkov V.Ia. Georeference as a tool of analysis and knowledge. Mezhdunarodnyi nauchno-tekhnicheskii i proizvodstvennyi zhurnal «Nauki o Zemle» - International scientific-technical and production journal "Earth Science", 2011, no.2, pp.63-65 (in Russian).
5. Savinykh V.P., Solov'ev IV, Tsvetkov V.Ia. Development of national spatial data infrastructure through the development of cartographic-geodetic Fund of the Russian Federation. Geodeziia i aerofotos"emka - Geodesy and aerial photography, 2011, no.5, pp.85-91 (in Russian).
6. Maiorov A.A., Solov'ev I.V., Shkurov F.V., Kuptsov A.B. Development of the model requirements for the hardware and software training professionals of cartographic-geodetic profile using a computer business game. Geodeziia i aerofotos"emka - Geodesy and aerial photography, 2008, no.5, pp.79-83 (in Russian).
7. Tsvetkov V.Ia. Geoinformation modeling. Informatsionnye tekhnologii - Information technology, 1999, no.3, pp.23-27 (in Russian).
8. Dyshlenko S.G. Principles of three-dimensional modeling in GIS. Mezhdunarodnyi nauchno-tekhnicheskii i proizvodstvennyi zhurnal «NAUKI O ZEMLE» - International scientific-technical and production journal "EARTH SCIENCE", 2012, no.4, pp.65-71 (in Russian).
9. V. Ya. Tsvetkov. Spatial Information Models. European Researcher, 2013, Vol.(60), no.10-1, pp.2386-2392.
10. V. Ya. Tsvetkov. Semantic Information Units as L. Florodi’s Ideas Development. European Researcher, 2012, Vol.(25), no.7, pp.1036-1041.
11. V. Ya. Tsvetkov. Information Situation and Information Position as a Management Tool. European Researcher, 2012, Vol.(36), no.12-1, pp.2166-2170.
12. Markelov V.M. Geoinformation situational modeling. Mezhdunarodnyi nauchno-tekhnicheskii i proizvodstvennyi zhurnal «NAUKI O ZEMLE» - International scientific-technical and production journal "EARTH SCIENCE", 2012, no.4, pp.72-76 (in Russian).
13. Maiorov A.A., Tsvetkov V.Ia. Virtual training faculty development. Distantsionnoe i virtual'noe obuchenie - Distance and virtual learning, 2013, no.9, pp.4-11 (in Russian).
14. Pushkareva K.A. Comprehensive assessment of learning outcomes. Distantsionnoe i virtual'noe obuchenie - Distance and virtual learning, 2013, no.l, pp.99-103 (in Russian).
15. Tsvetkov V.Ia. Use of opposition variables for analysis the quality of educational services. Sovremennye naukoemkie tekhnologii -Modern high technologies, 2008, no.l, pp.62-64 (in Russian).
16. Tsvetkov V.Ia., Oboliaeva N.M. Using correlative approach to personnel management educational institutions. Distantsionnoe i virtual'noe obuchenie - Distance and virtual learning, 2011, no.8(50), pp.4-9 (in Russian).
17. Savinykh V.P. About terminology in the field of geodesy. Mezhdunarodnyi nauchno-tekhnicheskii i proizvodstvennyi zhurnal «NAUKI O ZEMLE» - International scientific-technical and production journal "EARTH SCIENCE", 2012, no.4, pp.34-36 (in Russian).
18. Tsvetkov V.Ia. Informatsionnoe upravlenie [Information management]. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2012. 201 p.
Information about the author
Maiorov Andrei Aleksandrovich
(Russia, Moscow)
Rector of the Moscow State University of Geodesy and Cartography.
Doctor of Technical Sciences, Professor. Honored geodesist. Honorary worker of higher professional education.
Academician of the international Eurasian Academy of Sciences, academician of the Russian Academy of cosmonautics named after E.K.Tsiolkovsky.
E-mail: [email protected]
Информация об авторе
Майоров Андрей Александрович
(Россия, Москва)
Ректор Московского государственного университета геодезии и картографии.
Доктор технических наук, профессор. Заслуженный геодезист. Почетный работник высшего профессионального образования. Академик международной академии наук Евразии, академик Российской академии космонавтики им. Э.К.Циолковского.
E-mail: [email protected]
