虚拟仿真具有沉浸性、交互性和构想性的特点，应用与教学中，学生可以增加学习兴趣，根据软件中知识点难易程度的设定向学习关口发出逐级挑战，以完成模拟实践过程的全程学习。信息化时代，知识学习方式、教学方式发生了根本性变革，国家教育部就虚拟仿真实验教学项目建设专门发布了一系列文件，例如《教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》（教高厅〔2017〕4号）、《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》（教高函〔2018〕5号）等，在《教育信息化2.0行动计划》中也特别强调了要加强高等学校虚拟仿真实训教学环境建设，以深化信息技术与教育教学深度融合。浙江省教育厅对虚拟仿真教学实验项目建设非常重视，在《浙江省教育厅办公室关于开展高等教育“十三五”人才培养项目立项建设工作的通知》（浙教办函（〔2019〕316号）中进一步明确省内虚拟仿真教学项目的建设目标。

土地资源管理专业具有很强的社会服务性，为自然资源部及相关各企事业单位提供国土调查、权籍调查、勘测定界、确权登记、不动产登记等工作注入专业技术类人才，因此，更应加强对新技术、新工具、新手段、新方法的渗透和融合，利用信息化、智能化的技术手段促进对创新型应用人才的培养。属于专业必修内容的地籍调查，是国土大调查的核心内容，有着非常重要的基础作用和支撑意义：

（1） 是全面查清全国城镇各类土地利用状况,掌握真实城镇土地基础数据的重要手段；

（2） 是推进生态文明建设、国家治理现代化、提高政府依法行政能力和国土资源管理服务水平的迫切需要；

（3） 是促进社会、经济协调和可持续发展的客观要求；

（4） 是夯实自然资源调查基础、统一确权登记制度的重要举措；

（5） 是编制国民经济和社会发展规划的重要依据；

（6） 是落实集约节约用地制度、维护公民合法权益的重要内容。

地籍调查包含权属调查和地籍测量两个核心步骤，具有实施周期长、场景复杂、技术难度高、多种仪器耦合使用的特点，学生在仅有的课程实习期间很难对整个过程进行全程参与，也很难对所有的技术要点进行全面实践性掌握。也因此，根据国家教育部和省教育的政策要求，进行地籍调查仿真实验教学软件的开发使用，通过系统整体设计、虚拟技术的运用、开放式管理的方式，实现虚拟仿真教学系统项目的建设，以实现学生实践技术与操作的有效演练与提升。

                                                                                                     图1 地籍调查虚拟仿真实验软件的构建

本虚拟仿真实验目的具体反映在以下几个方面：

（1） 宽度知识形象具体，虚拟降低学习难度。

地籍调查覆盖的知识点较多，传统课堂授课中，学生难免会觉得学习难度较大，难以全面理解。而本虚拟仿真项目，通过操作虚拟第一视角，实现在虚拟测区中的人机交互教学和漫游体验，有效消除因环境、设备等条件不足引起无法直观教学等教学难题，让学生在虚拟真实的环境中，以形象化具体化的方式吸纳新知识，无形间会降低对学习难度的感知。

（2） 多类仪器交汇使用，拔高激励技能水平。

地籍调查虚拟仿真实验通过网络技术，虚拟实现真实环境下的全站仪、GPS（Global Positioning System，全球定位系统）测量（RTK，Real - time kinematic，实时动态）多类测量仪器的操作和使用，并设计了引导学习环节，学生可以在这个环节先熟悉具体步骤，在任务闯关环节、自由测量环节可以进一步历练自己的仪器操作技能和专业技术水平。

教师可下发各种学生实操任务，学生可课下练习、及时巩固知识，实现单人训练、多人竞赛和互动交流，并可通过数据库技术跟踪学生学习轨迹，实现学生知识点掌握情况的统计与分析，提高教学评价的科学性。

（3） 任务闯关层叠设计，激发自主学习兴趣。

地籍调查虚拟仿真实验落实行业实践技术应用，剖析教学过程，通过虚拟技术紧扣专业特色、紧扣教学难点，实现多维仿真和真实场景模拟，提高学生学习的主动性。通过教师的自主性障碍设置和随机性任务布置，加大学生完成模拟任务时的难度与各种突发因素的概率，提高学生课业训练专注性。

任务过程环环紧扣、层叠深入、步步相随，需要完成前一步才能进入后续环节，每个任务环节都有完成情况评价，对学生来讲类似游戏闯关，挑战性和趣味性并存。根据学生完成课业任务时的行为操作，后台会自动记录并输出报表文件，进行知识点掌握情况分析统计，老师可根据分析情况直观地考虑授课时的侧重点和课业进度规划。丰富而真实的虚拟实践操作环境，带给学生更趣味化体验。

（4） 设定自由发挥空间，增强动手操作能力。

教师可自定义测区及任务成果，根据任务需要在虚拟场景中任意选择场景进行作业，虚拟场景包括教学楼、操场、桥梁、道路等多种元素，实现多元化的仿真实验；也可以根据课堂的授课重点，更换场景中内置参数，使得作业任务具备不可预知性，学生认真对待才能完成。虚拟仿真实践过程不受实体设备数量和环境限制，学生可以自行掌控进度，不必担心出错，可反复尝试，学生自主学习的空间增加，反复演练后可提升学生的动手操作能力。

（5）调查全点全程体现，提升社会服务能力。

本项目旨在解决实际地籍调查中工作量大、耗时长、成本高、教学设备有限等问题，保障学生可以安全、高效、便捷地完成教学实训内容，为学生提供全时段全方位的理论与实践学习资源，帮助学生提升团队协作能力、仪器运用能力、软件应用能力，良好完成实践工作演练，提升岗位核心竞争力；同时，为学校提供新的“理实一体、虚实结合”教学模式，进一步建设信息化教学示范点，促进校企人才培养的双向互助，最终提升高等教育的社会服务能力。

（1）实验所属课程所占课时： 32课时   

Ø 地籍调查虚拟仿真实验的原理

该实验利用虚拟现实和人机交互技术，使学生在虚拟现实环境中完成土地权属调查、地籍测量、地籍图与宗地图绘制、面积量算等环节的学习。

本虚拟仿真实验使用真实三维坐标数据，虚拟构建包括学校、商业、医院等不同土地利用类型的且满足一定数量宗地的测区；需要完成地籍调查规程的主要规范程序，并通过操作虚拟第一视角，让学生在该软件中学习使用全站仪、RTK等测量仪器，以及掌握解析法、部分解析法、控制网布设等地籍测量方法。在该实验过程中，学生是“团队+个人”形式完成，部分内容需要小组协同完成，部分内容需要个人独立完成。该仿真实验软件实现了在虚拟测区中的人机交互教学和漫游体验，宽度知识的形象化具体化呈现，可以提高学生学习的主动性，提升学生课业训练专注性，帮助学生增强团队协作能力、仪器运用能力、软件应用能力，以良好完成实践工作演练，提升岗位核心竞争力。

Ø  核心要素的仿真度

ü     测区仿真度高：以真实的三维坐标点位数据为基础构建各类型宗地，坐标数据可导出到CASS、Arcgis、Mapgis等专业软件中。

ü     宗地仿真度高：尽量覆盖现实中的各类型宗地，包括学校、医院、住宅、别墅、商业区等，三维建模，真实立体呈现。

ü     程序规范真实：以现行的《地籍调查规程》为基础，规范真实展现地籍调查的步骤，以全程全点全面体现。

ü     测量仪器真实：仿真实验软件中使用的测量仪器是现在地籍测量中的主流仪器型号，为NTS-341、银河6，实验软件中的仪器操作步骤与真实软件完全相同。

ü     情景仿真度高：加入了风吹树动，住宅区路面来回走动的居民等一些天气和人物要素，增加情景的真实度。

知识点：共 4  个

（1）   权属调查：是地籍调查的核心内容。在虚拟仿真软件已有测区的基础上，进行地籍子区的划分，预编宗地号。调查员以宗地为单位，进行权属调查，界址调查，设置界标，绘制宗地草图、填写地籍调查表。

（2）   地籍控制测量的原则和方法：对宗地及其附着物的权属、位置、数量、质量和利用等进行测定。根据测区情况，布设控制点，要满足一定密度和精度要求。采用三角网还是使用解析法由学生自主选择。

（3）    界址点的定义和测量方法：该部分内容属于地籍细部测量，测定界址点的位置，并满足一定精度要求。是全部使用解析法测量，即运用RTK，还是部分由全站仪测量，学生可自主选择。

地籍图和宗地图绘制，面积测算：完成测量后，需要进行地籍图、宗地图的制作，并求算宗地面积，该部分内容是由仿真软件提供的测区调研数据导出后，导入到CASS软件里进行成图、测算。

1、计算机

电脑推荐配置：CPU：主频 3.1GHz 2ML2二级缓存，

内存：8GB，独立显卡：4GB，

硬盘：500GB。系统：Windows7、Windows8、Windows10。

2、地籍调查虚拟仿真实验软件

地籍调查虚拟仿真实验教学软件是利用虚拟仿真和人工智能技术实现互联网教学的一款软件。软件可实现真三维虚拟场景，具备设备认知、仪器架设、场景实训、任务评分等功能模块，虚拟数据支持导入导出及地籍图成果绘制，可实现地籍调查与管理的教、学、练、测、评的智能仿真实训，旨在打破地籍调查中受限于场地、时间等因素的状况，让学生能够安全、迅速、便捷地进行全站仪、RTK操控及地籍管理的模拟训练和学习。

 该仿真软件为本校与第三方公司合作开发，由公司提供线上服务及维护，具有自主知识产权，设计灵活并可动态调整的特点，适合资源管理、地理、测量、房地产、规划等专业和课程的学生学习使用。

实验材料

ü   不同类型宗地的构建：测区主要模拟城镇区域范围的地籍调查，因此需要符合城镇土地利用现状，对不同类型的宗地进行三维建模。

ü   宗地权属信息参考表：为虚拟测区提供权属及地籍属性等参数，包括宗地权属人的身份证明、户口本、产权证等，这样学生才能模拟完成权属调查的步骤。

ü   地籍调查表：根据《地籍调查规程》里的地籍调查表的要求，制成电子版地籍调查表，并在权属调查过程中以人机交互操作模式完成。

ü   测量仪器—全站仪：以南方测绘NTS-341的全站仪这款真实仪器为基础，在仿真软件中提供该仪器认知、仪器使用等练习环节。

ü   测量仪器—RTK：以南方测绘银河6的RTK这款真实仪器为基础，在仿真软件中提供该仪器认知、仪器使用等练习环节。

1、使用目的

本实验主要采用“理实一体、虚实结合”的教学方法，将地籍调查虚拟仿真实验教学软件应用于地籍管理的实验教学中。由于地籍调查的数据采集工作成本高、耗时长、工作量大，信息不易获取等特点，在没有项目支撑的情况下很难让学生完成实训练习，运用虚拟现实和人机交互技术可以让学生在虚拟测区中完成土地权属调查和地籍测量的工作，并利用真三维虚拟环境中导出的坐标数据进行内业成图，完成地籍管理的学习任务。

2、实施过程

首先联合企业技术人员制定教学方案、课时安排，并准备实验报告等实验材料，计划安排4课时作为地籍调查虚拟仿真实验课程。其次将学生分组并划分虚拟测区，不同组别分别提交实验成果，使实验内容多元化。地籍调查虚拟仿真实验课程主要以学生的实验成果为导向进行教学和评分，教师扮演引导者的角色，重在解决实验过程中遇到的问题和难点，使学生根据实验报告的要求和指导自主完成学习任务，全面掌握地籍调查及管理的知识点。

3、预期实施效果

（1）实现教学信息化，完善信息化教学在各阶段的应用

在传统教学模式的基础上增加校内互动教学平台和校外顶岗实习平台的建设，在信息化时代下为教学手段做出新的尝试，进一步完善教育信息化模式。

（2）加强师生交流，促进教学模式的创新

在教学过程中运用信息化的教学手段，让教与学不再局限于课堂讲述的方式，教师能够更灵活生动地帮助学生巩固和理解课堂知识，为教学模式改革提供新的可能。

（3）提高学习效率，促进学生专业技能的掌握

互动教学平台的建设，能有效提升学生动手操作兴趣，强化对理论知识的理解和记忆，从主观上提高学生的学习效率，为应用型人才的培养打下坚实的基础。

（4）理论联系实际，实现信息化教育资源的互联互通。

在学校信息化教育建设的大背景下，互动教学平台实现了各个信息化教学资源的相互串联，有效地完成了测绘工程专业教学、实践等信息化资源的任意调用，相互补充。

（5）深化校企合作，提升高等教育的社会服务能力

在该项目的建设中，实现合作企业从教学资源开发、实训基地建设、资源利用上的共建共享，实现高校培养人才与企业无缝对接，满足企业人才质量需要，降低企业成本，实现共赢局面。

交互式操作步骤：

步骤1（任务分组，子区确定）：以整个测区为基础，以一横一纵或两横两纵的路线，初步熟悉测区的土地利用类型、宗地利用情况等。尝试划分地籍子区，学生小组讨论后确定调查区域，要求小组间不能重复。

操作方法：鼠标左键单击主界面【地籍子区划分】打开测区底图，鼠标左键点击测区底图，可自由创建地籍子区划分边界线，划分完成后输入子区代码。

操作结果：完成地籍子区的划分，并在底图上显示划分结果和地籍子区代码。

图1 测区图件

步骤2（预编宗地代码）：在地籍子区范围内，确认宗地数量，从西到东、从北到南，统一预编宗地代码，选择2-3宗不同类型的宗地作为小组成员的调查宗地。

操作方法：点击主界面【权属状态调查】进入测区底图，可以对地籍子区内的宗地进行预编宗地代码，鼠标左键选中某一宗地，可弹出输入预编宗地代码界面。

操作结果：完成地籍子区内宗地的预编宗地代码。

图2 预编宗地代码

步骤3 （宗地权属状况调查）：通过人机交互方式，调查核实土地权利人的姓名或名称、单位性质等，土地权属来源和性质、使用权类型，宗地的位置、四至、用途、权属状况。

操作方法：鼠标点击【权属状态调查】进入虚拟测区，单击宗地门前虚拟人物，进入宗地调查对话模式，鼠标左键点击相应对话内容进行对话互动。快捷键打开地籍调查表，对照权利人身份证件及产权证书输入地籍调查表基本表信息。

操作结果：可查看当前宗地权利人身份信息、户口本、产权证书等，完成地籍调查表基本表的填写。

                                                                   图3 权属调查

                                                                                                                      图4 地籍调查表基本表填写

步骤4（界址认定调查）：模拟指界程序，调查宗地的相邻宗地，核实界址线类型（围墙、道路、沟渠等），完成每条权属界线的指界签字确认程序，调研宗地和相邻宗地都需签字。

操作方法：鼠标单击【界址签章】进入模拟指界程序，鼠标单击当前宗地权利人，和邻宗权利人按系统对话框提示完成指界过程，快捷键打开界址签章表，鼠标左键单击指界人签章对应空白处。

操作结果：完成邻宗地及本宗地指界人签章。

图5 界址签章

步骤5（界标设置）：在权属界线的起点、终点，相邻两条界址线的交叉处、同一条界址线中地类变化处分别设置界标，界标根据宗地实际情况选择钢钉、混凝土、喷漆等方式，模拟现场设置。

操作方法：鼠标点击主界面【界标设置】进入界标设置程序，可看到当前宗地指界范围，当钢钉高亮显示时，可按【W】【A】【S】【D】使人物在场景中移动行走，鼠标左键单击地面，界标设置完成。

操作结果：依据指界结果完成界标设置。

                                                              图6 界标设置

步骤6（界址边长丈量）：模拟实地丈量界址边长，解析法测量界址点，每个界址点至少丈量一条界址点与临近地物的相关距离或条件距离；

操作方法：鼠标点击主界面【丈量边长】，选择某一宗地，其界标边长高亮显示，并出现卷尺，鼠标左键点击卷尺完成界址边长丈量，快捷键打开地籍调查表界址标示界面，鼠标单击相应位置选择界标类型，并输入丈量结果。

操作结果：完成界标边长的测量及地籍调查表界址标示内容的填写。

                                                             图7 界标边长丈量

步骤7（绘制宗地草图，填写地籍调查表）：绘制宗地草图，需表达出宗地号、界址点、界址点号、宗地内主要地物、界址边长等信息。

操作方法：鼠标左键单击主界面【绘制草图】进入宗地调查表草图绘制界面，依据界标丈量结果进行草图绘制，鼠标左键点击空白处为绘制起点，移动鼠标改变绘制边长，再次单击绘制结束。

操作结果：宗地草图绘制完成。

                                                              图8 宗地草图绘制

                                                            图9 地籍调查表样表

步骤8（仪器认知，过程预学习）：进入训练营，主要包括地籍坐标数据采集过程中使用的设备RTK、全站仪、手簿等功能及结构的认知。

操作方法：进入训练营模式后，点击对应训练任务开始训练，训练过程中，根据操作提示完成训练任务。

操作结果：完成仪器认知及仪器操作方法的学习。

图10 训练营模式选择

                                                            图11 基准站架设训练 

步骤9（地籍图根控制网的布设）：平面图根控制点的布设数量，根据地形复杂、破碎程度、隐蔽情况而定。

操作方法：图根点布设时可按【TAB】打开设备菜单中的测钉，鼠标左键单击地面安置。图根点布设时可按【TAB】打开设备菜单中的测钉，鼠标左键单击地面安置。

操作结果：在测区内完成平面图根控制点的布设。

                                                     图12 地籍图根控制网的布设及采集

步骤10（地籍控制测量（RTK），数据传输）：在虚拟测区中利用RTK测量控制点坐标，并将其导入到电脑，再导入至全站仪用于后视定向坐标调用。

操作方法：打开手簿，新建工程，选择默认CGCS2000坐标系，点击保存。在图根点位置附近点击键盘【TAB】键，鼠标移动至菜单移动站设备处，点击鼠标左键，将RTK对准图根点位置点击鼠标左键放置，点击键盘【TAB】键，鼠标移动至手簿界面点击左键进行选择，鼠标左键点击测量，鼠标左键点击控制点测量，鼠标左键点击保存，鼠标左键点击开始，完成采集，重复上述操作完成所有控制点采集。

【TAB】键打开手簿将图根点坐标数据导出，退出手簿进入主菜单数据传输界面先将RTK数据导入电脑，再导出RTK数据到全站仪。

操作结果：完成测区所有图根控制点坐标采集，并将其导入全站仪。

                                                        图13 图根控制测量

步骤11（全站仪仪器架设及后视检查）：部分界址点需使用全站仪测量坐标，通过鼠标键盘控制全站仪完成对中整平步骤，并进行后视检查及定向。

操作方法：【TAB】键打开设备菜单依次点击三脚架、全站仪、棱镜，并将其架设到相互通视的两个图根点上，按【F3】进入棱镜调节界面，按【E】使棱镜对准全站仪。按【F2】进入全站仪操作界面，点击全站仪对应部件进行全站仪对中、调平、后视照准等工作。

操作结果：全站仪对中整平成功，后视检查满足精度要求，开始进行界址点测量工作。

                                                                                                                          图14 全站仪对中整平

步骤12（界址点及房角点测量）：在界址点、房角点测量过程中，可根据目标点位不同情况选择RTK或全站仪完成测量。例如房角点测量时，为满足精度应使用全站仪进行测量，界址点位于道路边线的则可直接使用RTK获取界址点坐标。

操作方法：【F2】进入全站仪界面，选择无合作目标测量模式，鼠标左键点击采集，进入点测量界面，然后依次采集视线范围内的界址点、房角点，并输入对应点名。打开背包，鼠标左键点击地面安置基准站、移动站，【F1】打开手簿测量界面，将RTK放置在界址点位置，选择点测量，保存，界址点坐标采集完成。

操作结果：采集完视线内的界址点及房角点后，迁站进行下一次采集，直至测区内所有房角点采集完毕。

                                                                                                                             图15 界址点测量

步骤13（数据导出）：将虚拟测区的坐标数据采集完成后，【F2】进入全站仪界面操作，鼠标左键点击项目选择导出，便可将测量数据导入至电脑进行下一步地籍图绘制工作。

完成实验任务后要求提交实验报告，要求描述实验步骤，并输出地籍调查表、地籍图、宗地图、界址点成果表，提交相应工程文件。

（1）定性评价：学生需根据实际操作步骤，完成实验报告，主要从以下几个方面来进行定性评价考核：

ü 小组合作完成，团队协作能力提升；

ü 完成权属调查内容，单人完成某宗地实地走访类调查演练；

ü 应用测量仪器，协作完成地籍测量内容，深化所学内容；

ü 熟练应用绘图软件，完成图件绘制，提升动手能力。

（2）量化评价：具体拟通过以下观测点进行量化评价：

                 表2 量化考核要求             

（1）   专业与年级要求

     土地资源管理专业，大二下；开设有地籍调查、地籍测量等课程的规划、测量、地理等相关专业，大二下。

（2）   基本知识和能力要求

学习过土地测量等相关课程，具有测量基本理论知识，可以较熟练使用测量仪器；学习过制图等相关课程，具有图件绘制基本知识；熟悉绘图软件，具有软件应用能力。

说明客户端到服务器的带宽要求

① 基于公有云服务器部署的系统，5M-10M带宽

② 基于局域网服务器部署的系统，10M-50M带宽

（1）    计算机操作系统和版本要求

系统：Windows7、Windows8、Windows10。

（2）其他计算终端操作系统和版本要求

     需要下载地籍调查虚拟仿真实验软件安装包，
     下载链接为: https://pan.baidu.com/s/1j19M3ioE7w7u_0U0lCbF0A 提取码: 93kb 

                              计算机配置要求表

 项目系统是否完成国家信息安全等级保护  ×是 √否 

（1）实验方案设计：

土地资源管理专业具有很强的社会服务性，为自然资源部及相关各企事业单位国土调查、权籍调查、勘测定界、确权登记、不动产登记等工作注入专业技术类人才，因此在培养学生专业基础技能的基础上，更应加强对新技术、新工具、新手段、新方法的普及和教学，利用信息化、智能化的技术手段促进对创新型应用人才的培养，进而提高学生在实际社会的应用生产中发现问题、分析问题、解决问题的能力。同时，因此提出本实验的设计原则如下：

a.通过操作虚拟第一视角，实现在虚拟测区中的人机交互教学和漫游体验，可消除因环境、设备等条件不足引起无法进行实践教学的难题。

b.教师设定不同任务，可适当加大学生完成模拟任务时的难度、突出实验重点，提高学生课业训练专注性。

c.根据学生完成实验情况，后台自动记录，可分析知识点掌握情况分析统计，方便老师有针对性进行指导和制定计划。

     （2）教学方法创新：

地籍调查虚拟仿真实验以融入学校教学、实训、实践的模式为出发点，深入行业技术应用，剖析教学过程，通过虚拟技术紧扣专业特色、紧扣教学难点，实现多维仿真和真实场景模拟，提高学生学习的主动性；通过网络技术辅助教师可下发各种学生实操任务，学生可课下练习、及时巩固知识，实现单人训练、多人竞赛和互动交流，提高学生学习的积极性；通过数据库技术跟踪学生学习轨迹，实现学生知识点掌握情况的统计与分析，提高教学评价的科学性。

（3）对传统教学的延伸与拓展:

a.生动形象，打造多样化教学环境

借助虚拟现实技术、人机交互技术、多媒体技术，实现对复杂地理空间环境的模拟，构建高度虚拟现实仿真的实践操作环境。借助数据库技术、网络通讯技术，打破时间和空间限制，记录学生在环境中的操作和动作，实现交互式实践，能极大限度激发学生的自主探究兴趣。

b.情景模拟，学生自主学习空间大

丰富而真实的虚拟实践操作环境，带给学生更真实的体验；实践过程不受实体设备数量和环境限制，学生自行掌控学习的进度；虚拟仿真不必担心出错，可反复尝试，增加学生自主学习的空间。系统内置了丰富的学习资源，可以辅助完成常规教学指导，满足学生自主学习需要；教师可查看操作过程，给予针对性指导。

c.可实现多元化任务布置

教师可自定义测区及任务成果，根据任务需要在虚拟场景中任意选择场景，虚拟场景包括教学楼、操场、道路等多种元素，实现多元化的仿真实验；可以根据课堂的授课重点进行调整，每次的作业任务下发具有不可预知性，随即要求学生提高注意力、认真对待实训过程。

d.有效降低了实践教学成本，既经济又实用。

     1、项目实验网页为：http://mooc1.chaoxing.com/course/215558254.html
     2、地籍调查虚拟仿真实验软件安装包下载

             下载链接为： https://pan.baidu.com/s/1j19M3ioE7w7u_0U0lCbF0A 提取码: 93kb