一种基于虚拟仿真的多人协同测绘实训教学系统

本发明涉及给予，尤其涉及一种基于虚拟仿真的多人协同测绘实训教学系统。

背景技术：

1、测绘是是以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础，以全球导航卫星定位系统(gnss)、遥感(rs)、地理信息系统(gis)为技术核心，对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集并绘制成图。测绘地理信息广泛应用于各个领域，包括土地规划、城市规划、基础设施建设、环境保护、能源开发以及紧急响应等。

2、测绘专业课程的教学是一门偏向实践性的教学，特别是中高职测绘相关课程的教学。职业院校测绘专业教学涉及的专业核心课程，比如工程测量、数字化测图、不动产测绘、矿山测量、地形测绘等课程，存在较多实训的难题，比如实训设备贵，危险性高；实训场景不具备，高危环境；实训过程长，结果难复现；对时间和设备等条件依赖性强，自主性差等，这些难题具有高投入、高难度、高风险及难实施、难观摩、难再现等特点，是当前测绘实训教学面临的挑战。

3、虚拟仿真实训教学服务于高校教师教学和学生学习需求，利用数字化、信息化、智能化手段还原真实生产加工或过程控制等真实场景，通过系统控制实现动态性逼真模拟和还原，让教学各方主体实现参与互动，获得知识技能的实训场所。当前，面向高校的测绘虚拟仿真实训系统一定程度上实训教学过程中遇到的难题，主要是体验性、展示性、单人模式、技能重复性训练。但是，在真实测绘生产过程中往往是需要多人协同作业才能完成，当前的虚拟仿真实训需求不能满足真实场景的实训要求，同时也是对学生的领导力、团队协作等能力的培养至关重要。为此，亟需开发一种基于虚拟仿真的多人协同测绘实训教学系统与方法，综合虚拟仿真技术、网络技术、人机交互技术等，构建不同工况环境的逼真虚拟场景和可自由操作的虚拟仿真平台，在虚拟环境中让多名作业人员以不同的工作岗位角色参与到作业过程，利用已的虚拟测绘仪器设备，配合、协同完成分配的工作任务，得到虚拟场景中的测绘成果，有效解决传统现场中的实训、传统虚拟实训中所面临的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于虚拟仿真的多人协同测绘实训教学系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种基于虚拟仿真的多人协同测绘实训教学系统，包括测绘不同实训场景建模、仪器设备建模及虚拟化操作、多人协同测绘虚拟仿真实训教学系统模块构建、多人协同测绘实训教学系统组成及网络同步、多人协同测绘虚拟仿真实训教学方法及作业流程，其特征在于，所述多人协同测绘虚拟仿真实训教学系统模块构建与多人协同测绘实训教学系统组成及网络同步相配合实现训练场景的构建以及一致性，所述多人协同测绘虚拟仿真实训教学方法及作业流程包括登录及组队、实训任务与场景选择、数据同步、客户端协同测绘实训、实训数据成果输出、实训考核评估。

4、优选地：所述测绘不同实训场景建模包括倾斜摄影实景三维建模、三维激光扫描建模以及手工建模。

5、进一步地：所述仪器设备建模及虚拟化操作包括设计虚拟测绘仪器设备模型、添加虚拟仪器的物理属性和行为、开发控制算法、实现虚拟交互操作、虚拟仿真和验证。

6、所述设计虚拟测绘仪器设备模型包括以下步骤：

7、s1:使用虚拟仿真平台提供的建模工具，创建虚拟测绘仪器设备的模型；

8、s2:根据实训需要，根据实际设备的外观和功能特点来创建虚拟模型。

9、在前述方案的基础上：所述添加虚拟仪器的物理属性和行为包括以下步骤：

10、s1:为虚拟测绘仪器设备模型添加物理属性和行为；

11、s2:根据具体仪器设备的工作原理和运动特性，设置设备的运动学模型、传感器数据读取和处理，以及仪器操作时的反应和行为。

12、所述开发控制算法包括以下步骤：

13、s1:根据真实的仪器设备来开发控制算法来模拟测绘仪器设备的实际操作；

14、s2:根据测量需求设定设备的响应、测量参数、测量的距离与角度、控制仪器设备的移动和旋转；

15、s3:根据传感器数据进行实时测量和数据采集。

16、所述实现虚拟交互操作包括以下步骤：

17、s1:通过与虚拟测绘仪器设备交互来模拟实际操作；

18、s2:通过操作控制算法，控制虚拟仪器设备的移动、旋转和测量等操作；

19、s3:观察实时测量结果。

20、所述虚拟仿真和验证包括以下步骤：

21、s1:运行虚拟仿真平台，进行仿真和验证；

22、s2:测试虚拟测绘仪器设备的性能和功能；

23、s3:观察测绘仪器设备的工作情况和测量结果；

24、s4:根据模拟结果和实际需求，调整和优化模型和控制算法。

25、在前述方案中更佳的方案是：所述多人协同测绘虚拟仿真实训教学系统模块构建包括用户管理模块、虚拟场景编辑模块、测绘仪器设备模拟模块、多人协同模块、数据处理和分析模块、实训评估与反馈模块、用户界面模块。

26、作为本发明进一步的方案：所述用户管理模块包括以下步骤：

27、s1:管理系统中的用户信息，包括用户注册、登录、权限管理等功能；

28、s2:提供添加团队管理功能，允许用户创建或加入团队，并指定一名负责人，负责人也可以转让将组长权限转让给其他队员。

29、同时，所述虚拟场景编辑模块包括以下步骤：

30、s1:编辑和创建虚拟场景，包括测绘区域的地形、地貌、地表覆盖物等；

31、s2:提供简单绘图工具、导入现有地理数据、倾斜摄影实景三维等方式创建虚拟场景。

32、作为本发明的一种优选的：所述测绘仪器设备模拟模块包括以下步骤：

33、s1:模拟不同类型的测绘仪器设备；

34、s2:模拟模块需要模拟仪器设备的运动、测量功能、传感器数据等。

35、同时，所述多人协同模块包括以下步骤：

36、s1:支持多人协同操作；

37、s2:教师端可以根据名单进行分组，并指定组长(负责人)，也可以由负责人申请组队，邀请其他学员入队；

38、s3:组队后学员可以在虚拟场景中选取所需要的测绘仪器设备，实现实时的协同交互。

39、一种基于虚拟仿真的多人协同测绘实训教学系统的使用效果，包括以下有益效果：

40、s1：利用虚拟仿真技术构建多类型逼真的三维场景；

41、s2：促进学生自主学习、协作学习；

42、s3：提供个性化学习体验；

43、s4：提供实时指导和反馈；

44、s5：提供高效的实训教学体验。

45、本发明的有益效果为：

46、1.本发明，结合测绘教学需求，基于虚拟现实技术模拟不同类型、不同气候条件下的真实场景和环境，给学生提供更真实、更细致的测绘操作体验。学生可以在虚拟环境中学习掌握真实场景的操作技能和注意事项，提高实际操作的准确性和稳定性。

47、2.本发明，该系统不仅支持单人实训，还支持多人协同操作，学生可以分组合作，共同完成测绘任务。学生需要相互协商、分工合作和交换信息，以完成任务。这样可以培养学生的合作精神和团队意识，提高协作能力。

48、3.本发明，该系统可以根据学生的实训任务与需求，结合实际操作和表现，动态调整测绘实训场景和任务。学生可以根据自己的学习进度和能力，选择适合自己的学习路径和方向。学生随时随地自主学习，自主实训。这样可以提供个性化的学习体验，满足不同学生的学习需求和兴趣。

49、4.本发明，该系统支持教师与学生的实时交流和讨论，教师可以通过虚拟场景中的监控功能，观察学生的操作和结果，及时给予指导和反馈。可以帮助学生及时纠正错误和不足，提高学习效果和技能水平。

50、5.本发明，基于虚拟现实技术，这个系统可以大大缩短实训周期，提高实务教学效果。同样，对学校及教育行业而言，维护物资和费用成本可以更快减小，提高经济效益。