【地理空间信息技术支持下采矿工程专业实践教学的改革研究】 信息技术在实践教学的应用
时间：2019-05-24 03:26:40 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
【摘要】 针对采矿工程专业面临新的挑战和发展机遇的问题，本文以国家“卓越工程师教育培养计划”为契机，依托地理空间信息技术，对采矿工程专业的实践教学内容体系进行了优化与重组，探索了全球定位系统、遥感和地理信息系统三种技术支撑下的采矿工程全过程优化的研究方案，并在此教学研究与改革过程中，强调坚持围绕质量意识、精品意识和成果意识来推动采矿工程专业的发展，从而达到提升采矿工程专业学生行业应用能力的目的。
【关键词】 采矿工程；实践教学；教学研究与改革；地理空间信息技术
1 引言
采矿工程专业是培养具备矿业工程学科的宽厚基础知识和专业基本技能，能在金属、非金属、化工和能源等行业从事矿物安全高效开采的科学研究、技术开发、行政管理、文化教育、项目规划与设计、基建施工和生产经营等方面的工作，适应社会主义市场经济发展的高级工程技术人才［1］。它具备很强的实践性，在本科的四年培养过程实践教学包括实验、实习、设计等实践环节。武汉理工大学是首批列入国家“211工程”重点建设的教育部直属重点大学，采矿工程是学校211工程重点建设和发展的优势学科，拥有矿业工程一级学科博士学位授权点、2个二级学科博士学位授权点、1个博士后科研流动站、1个湖北省重点实验室。经过50余年的建设与发展，本学科总体实力进入国内先进行列，已成为促进我国矿业工程领域技术进步和高层次人才培养的重要基地。
但是，随着采矿技术的不断革新与发展，传统采矿工程工艺已经产生了巨大变化［2］。特别是随着地理空间信息技术应用的深入和渗透，它作为数字矿山的基础核心技术，由全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）三部分组成，简称“3S”技术，已经在矿山开发的多个工艺环节得到应用，发挥了重要作用，取得了积极的效果［3］。因此，有必要对采矿工程专业的实践教学培养体系进行相应的调整优化，以适应生产的需要。
2 指导思想
以地理空间信息技术为核心提升建设传统采矿工程专业，把采矿工程专业办成从事固体矿床开采的“大采矿”专业，培养“适应能力强、实干精神强、创新意识强”具有国际竞争力的新型采矿工程“三强人才”。即在确保现有理论课时总体平衡的前提下，以专业实践教学内容改革为核心，根据国家对采矿学科的要求和采矿科技发展状况，按照“宽口径、厚基础”的“大采矿”模式，对专业实践教学内容体系进行整体优化和重组，课程中要充分反映地理空间信息技术对采矿工程全过程的支撑作用。新的实践教学体系既要吸取先进采矿国家采矿专业课程体系优点，又要结合我国采矿业的实际情况，具有前瞻性和实用性。同时，在这个过程中兼顾我校另外与采矿工程关联度较高的一级学科——安全工程的发展，形成我校采矿工程明显的安全特色。
3 实践教学内容优化方案
3.1 基于全球定位系统的优化方案
GPS系统作为一个空基无线电卫星导航定位系统，它利用空间卫星和对应的接收机为全球提供全天候高精度的三维坐标、三维速度和时间，共七个指标时空信息，地球表面和其上方任何地点都可以以无源方式接收并用于定位导航，主要由空间导航卫星、地面监控站和用户设备三部分组成［4］。国内外已经将GPS技术用于露天矿开采设备的跟踪、调度、控制，同时在矿山的高陡边帮、排土场等区域的地质灾害监测与预警也得到了充分应用。以全球定位系统为核心，辅助全站仪和数字水准仪，搭建数字矿山智能导航与实时监测实验平台，对“矿山测量”、“矿山提升与运输”、“矿床露天开采”、“爆破工程”等课程的实践内容进行优化设计。通过智能化的测量机器人、三维激光扫描仪、GPS定位系统及其配套软件，在基础层次上要求学生独立完成矿山地形、开采进度及现状、井巷等工程测量，并在此基础上进行测量数据的处理等；在更高级层次上，则通过矿山设备定位与跟踪实验、运输调度系统设计与优化实验、钻孔设备钻进导航实验，拓展并提高学生独立完成矿山设备调度、运输系统优化、安全监测与预警、开采量估算等能力。
3.2 基于遥感技术的优化方案
遥感技术是20世纪60年代兴起并迅速发展起来的一门综合性探测技术。它是应用人造卫星、飞机或其他探测仪器，不与探测目标相接触，从远处收集地物目标的电磁辐射信息，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术［5］。国内外已经将遥感技术用于露天采矿活动的动态监测，可全面掌握矿产资源的开发利用现状。以遥感影像数据处理为核心，搭建矿山环境卫星遥感监测实验平台，对“矿山测量”、“资源数字化技术”、“地质学”、“矿业技术经济学”、 “资源与环境” 等课程的实践内容进行优化设计。通过高分辨率遥感影像的解译和模式识别，将其同PSInSAR、GPS和GIS进行有效集成，形成多源遥感数据矿区环境与灾害信息精准监测实验教学体系，设计高光谱和高空间分辨率数据矿区植被退化、尾沙、废矿堆积等多参数遥感精准提取实验，GPS、PDA、RS和远程数据传输集成的矿区野外巡查系统开发综合实验，以及矿业扰动区地质灾害和生态环境变化监测与预警综合实验。在教学实践过程中，重点是针对国家关注的矿产资源违法采矿和破坏性开采，以及由此造成的滑坡、崩塌、地面沉降、地裂缝等地质灾害和植被退化等生态环境破坏重大问题，培养学生对矿业活动引发的地质灾害和生态环境的多源遥感精准监测技术与提取的实际操作能力，有助于学生形成预报预警实时化、自动化的思维，提高非法采矿监测和国家重点矿山管理的技术水平。
3.3 基于地理信息系统的优化方案
地理信息系统是由计算机系统、地理数据和用户组成，通过运用地理信息科学和系统工程理论，科学管理和综合分析各种地理数据，提供土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理等任务所需要的各种地理信息的技术系统。国内外已经将地理信息系统技术用于矿山生产的安全开采及监测管理中。以地理信息系统为核心，结合虚拟仿真技术，搭建矿山虚拟与数字化拓展实验平台，对“资源数字化技术”、“岩体测试技术”、“爆破工程”、“矿山设计原理”等课程的实践内容进行优化设计，结合我校已经购买的SURPAC和3DMine软件，通过三维虚拟仿真环境，升华露天开采课程设计、地下开采设计、工程设计数字化训练、毕业设计等教学实践环节。要求其掌握矿山数字化和可视化的方法，建立矿山地质数据库、矿体块体模型和实体模型；达到拓展学生数字化设计能力、三维视景空间理解能力，提高学生矿山数字化意识目的。
4 实践教学相关措施
在利用地理空间信息技术对采矿工程专业实践教学进行优化过程中，我们坚持围绕着强化质量意识、精品意识和成果意识，强化优势和突出特色来展开，并以此推动采矿工程专业的整体发展。
以学生创新项目形式激发学生参与实践教学兴趣。结合我校每年设立的开设创新性设计实验、大学生科研创新计划项目等构建创新的实践教学体系，包括教学观念的调整、实践教学内容的改革和创新以及实验技术和手段的改革和创新。
以不同层次实验类型布局强调实践教学侧重点。将实验分为验证性实验、设计性实验以及综合性实验。验证性实验在理论教学课时内进行，设计性实验和综合性实验按课群单独开实验课。课程设计提倡以实际系统为主，硬件设计和软件程序设计并重。
以教师队伍的建设切实提高实践教学质量。坚持主讲教师是实验教学的第一责任人的制度。主讲教师根据实验平台的建设实际，负责相关实验或实验课程内容的设计和实验大纲的制订，并且承担至少一个班的实验教学任务；实验指导教师负责相关实验教学的实施，主讲教师和实验教师密切配合，共同完成实验教学任务。
5 结束语
采矿工程专业属于应用型工科专业，随着科学技术的发展，必将面临着新的挑战和发展机遇，要求必须能切合生产需要，将新型科技手段同传统采矿问题进行交叉，不断革新采矿工程本科教学的实践教学体系，从而使学生对矿山开采过程的规划、设计、施工及经营管理和工矿企业的安全环境检测与监测、安全监察与管理、安全设计与生产、安全教育与培训等方面的能力有整体的提高。
参考文献
［1］ 吴浩、袁艳斌、黄解军等. 复合型新专业毕业设计模式的研究与实践［J］. 高校教育管理，2007，1（4）：86-89
［2］ 邵登陆、岳宗洪. 采矿系统工程的发展现状与新趋势［J］. 中国矿业，2008，17（9）：99-102
［3］ 吴立新、殷作如、钟亚平. 再论数字矿山：特征、框架与关键技术［J］. 煤炭学报，2003，28（1）：1-7
［4］ 刘基余. GPS卫星导航定位原理与方法［M］. 北京：科学出版社，2008，1-35
［5］ 褚进海、彭鹏、李郑等. 遥感技术在矿山遥感调查与监测中的应用［J］. 安徽地质，2009，19（3）：194-199
基金项目：湖北省教学研究项目《矿物资源工程专业课程数字化建设与实践》（编号：20070096），主持人：池秀文。武汉理工大学教学研究校级重点项目《行业背景下GIS卓越工程师培养的创新实践模式研究与实践》（编号：2011049），主持人：吴浩。
