基于人工智能發(fā)展的測繪人才培養(yǎng)體系改革

張 靜,梁同立,鄧 超

(1.信息工程大學,河南 鄭州 45000；2.河南省展圖測繪技術有限公司,河南 鄭州 450001)

基于大數(shù)據(jù)、云計算和互聯(lián)網(wǎng)技術的人工智能成為開啟第五次工業(yè)革命的一把鑰匙，特別是“阿爾法狗”先后戰(zhàn)勝了世界圍棋冠軍李世石和柯潔，人工智能的浪潮更是以前所未有的速度席卷了整個世界，正在向各行各業(yè)蔓延和滲透，人工智能迎來了新紀元。同時作為測量并通過位置服務來表達時空維度的測繪專業(yè)來說，迎來了巨大的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，特別是2017年7月國務院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的8項共性關鍵技術，更是與測繪專業(yè)高度相關，測繪行業(yè)迎來了第四次技術革命(見表1)逐步從信息化測繪升級為智能測繪，進入了“測繪4.0時代”[1]。

決定人工智能成敗的關鍵因素是人才教育，人工智能和人才教育是在互相催化過程中融合，毫無疑問將深層次推動教育教學改革和創(chuàng)新發(fā)展。構建新的測繪類專業(yè)人才教育，如何充分挖掘自身的優(yōu)勢，在人工智能的時代中有所為，有所不為，并突破固有的教育體系堡壘，將系統(tǒng)性思維、時空觀思維和創(chuàng)意性思維作為開啟智能時代測繪專業(yè)教育大門的鑰匙[2]，才能實現(xiàn)測繪專業(yè)教育向生態(tài)、持續(xù)、智能、跨界發(fā)展的整體轉型。

表1 測繪技術發(fā)展脈絡

1 人工智能帶給測繪類專業(yè)的影響分析

人工智能目前沒有統(tǒng)一的定義，其核心要素的定義就是利用機器實現(xiàn)人的大腦部分工作來感知世界、認識世界和改變世界(見圖1)，陳銳志認為就測繪的本質來說，“測”本身就是感知，“繪”是認知，最后是“用”，就是行動，測繪跟人工智能有很密切的關系。人工智能的生產工具就是大數(shù)據(jù)，而測繪專業(yè)原本的行業(yè)定位就是生產具有時空基準和法律屬性的數(shù)據(jù)，同時測繪需要依托人工智能帶來的技術革命完成數(shù)據(jù)到智慧轉化的飛躍。所以滿足這些廣泛而巨大的新需求所帶來的機遇與挑戰(zhàn)，測繪行業(yè)必須推進本身的轉型升級。

圖1 人工智能結構

1.1 人工智能帶給測繪類專業(yè)的挑戰(zhàn)

經過20多年的發(fā)展，測繪依托光電技術、空間技術、傳感器技術和網(wǎng)絡通訊技術，利用衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)、數(shù)字攝影測量系統(tǒng)、高分辨率遙感對地觀測系統(tǒng)實現(xiàn)了對海、陸、空全方位的時空表達，完成了傳統(tǒng)測繪到數(shù)字測繪的轉變，盡管在目前的固有測繪技術方面還需要突破，測繪技術還是取得了前所未有的發(fā)展。但是正如李建成院士所講的，這里面相當一部分只是利用了數(shù)字技術實現(xiàn)了傳統(tǒng)測繪的高效生產以及測繪成果的數(shù)字表達。距離數(shù)據(jù)轉化成智慧和智能還有很長的路要走，服務的層面以為國家基礎設施建設提供數(shù)據(jù)基礎為主。在大數(shù)據(jù)背景下，測繪領域如何采用人工智能技術，智能化地利用時空地理數(shù)據(jù)資源，發(fā)掘知識、提升效益、促進創(chuàng)新，使其服務于國家和公眾的生活。從測繪學科的獨立研究，走向以人工智能為主，與自然智能、集成智能、腦科學和認知科學等學科的協(xié)同和交叉研究。

在iphoneX的AR功能中，能實現(xiàn)距離的精確測量，比如一款為“ARuler”的應用，您只需將相機對準您要測量的內容，點擊屏幕上的任意兩個點，就能測量它們之間的真實距離。另一款應用 AR Measure 則給你提供一把可以添加到任何東西上的虛擬標尺。雖然這并不代表人工智能真正進入測繪界，但是可以預見在不久的將來，測繪的范疇將會更加寬廣，同時對傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)獲取、處理、應用整個行業(yè)帶來巨大的沖擊。基于大數(shù)據(jù)的社會感知研究，顛覆了傳統(tǒng)測繪數(shù)據(jù)采集模式和展現(xiàn)模式，并改變了整個產業(yè)發(fā)展的預定方向，社會感知將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傳感器，以人作為最小的感知單元，各類定位、社交媒體等數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，從人、地、時三個維度出發(fā)，擴展地理信息系統(tǒng)分析模型和方法，通過數(shù)據(jù)挖掘和深度學習等手段發(fā)現(xiàn)時空軌跡規(guī)律。人人都是數(shù)據(jù)和信息的采集者，依托人工智能技術，地理大數(shù)據(jù)提供了對海量人群時空行為的獲取手段，從而揭示其背后的社會經濟現(xiàn)象，而傳統(tǒng)的測繪手段主要是物理空間的表達，智能時代對傳統(tǒng)測繪與位置服務的挑戰(zhàn)已經來臨。

1.2 人工智能帶給測繪類專業(yè)的機遇

測繪專業(yè)作為一個古老的專業(yè)，依托每一次人類的技術革命獲得了自身的跨越式發(fā)展，人類永遠需求感知時間和空間的生存環(huán)境，因此測繪作為行業(yè)是不會在人工智能化的浪潮中消失[2]，在計算機技術的基礎上，測繪領域構建的專家系統(tǒng)是人工智能在測繪應用最為成熟的領域，但是這個專家系統(tǒng)一般只是狹義上的人工智能，在功能上的定義為“一個在某領域具有專家水平解題能力的程序系統(tǒng)”[3]，與云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、智能識別、知識管理等新技術新理念的耦合依然存在著很遠的距離，這些技術的快速發(fā)展也必然給測繪專業(yè)技術革新帶來又一次發(fā)展機遇。

測繪既是人工智能空間數(shù)據(jù)的提供者，又是統(tǒng)一空間框架和時間基準的建設者和執(zhí)行者，提供的數(shù)據(jù)具有法律性、嚴肅性、專業(yè)性和精準性。測繪應該抓住人工智能對空間位置的需求，可以利用這些優(yōu)勢積極與人工智能技術融合。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和云計算的快速發(fā)展，空間位置數(shù)據(jù)的快速沉淀和積累，使得空間大數(shù)據(jù)正在全球范圍內迅速崛起，給政府用戶、企業(yè)用戶與個人用戶提供前所未有的應用價值。而機器深度學習、人工智能技術的誕生則進一步拓展了空間大數(shù)據(jù)的服務能力，人工智能技術不僅能夠提升數(shù)據(jù)處理能力及效率、降低人力消耗，更使得空間大數(shù)據(jù)服務應用到更多領域，在針對不同客戶需求，精準定制數(shù)據(jù)信息服務方面都有著出色的表現(xiàn)。當空間大數(shù)據(jù)、云計算與人工智能發(fā)生碰撞，地理服務產業(yè)勢必會發(fā)生神奇的變革與進步。

UNGGIM2016年發(fā)布《地理空間信息未來10年展望》中提到，測繪中，數(shù)據(jù)獲取能力超前于采用數(shù)據(jù)解決復雜問題的能力，而解決問題數(shù)據(jù)技術與人工智能或機器學習技術結合，期望通過改進地理空間特征識別的準確度，提高航空和衛(wèi)星影像解譯的準確度，利用連續(xù)的數(shù)據(jù)流，持續(xù)分析并提示新的發(fā)現(xiàn)和事件。

1.3 人工智能倒逼測繪類專業(yè)教育體系變革

測繪類的本科教育手段一直是以理論加實踐的方式進行的，學習如何利用測量儀器和數(shù)據(jù)處理的技術客觀而真實地將地球物理空間數(shù)字化，數(shù)據(jù)的采集和表達是其主要的學習任務，培養(yǎng)的目標是能勝任未來工作崗位的測繪工程師。但是在人工智能的大環(huán)境下，崗位的性質已經發(fā)生了改變，基于無人機的全自動影像處理云服務平臺使繽紛繁復的航測數(shù)據(jù)處理變的更智能和簡單，肩抗測繪儀器，風餐露宿跋山涉水的外業(yè)測量工作即將成為歷史。影像定位PlaNet系統(tǒng)，利用機器學習技術，隨機一張無地理位置的照片，利用數(shù)據(jù)庫里1.26億張圖片，依托互聯(lián)網(wǎng)，訓練一個模擬大腦皮層神經元交互的計算機系統(tǒng)，就可以辨別照片的拍攝地方，進而完成照片周圍所有地理空間位置和場景的虛擬重建。

人工智能滲透到各個行業(yè)的快速發(fā)展，釋放了功能崗位的需求，倒逼著教育必須做出改革，要求培養(yǎng)相應的人才，另一方面教育也將通過人才培育、技術生產適應促進人工智能的發(fā)展[4]，當教育信息化基礎設施尚在普及完善、“互聯(lián)網(wǎng)+”和教育尚在互相催化融合時，人工智能作為信息技術的更高發(fā)展階段，毫無疑問會深層次推動教育教學改革與創(chuàng)新發(fā)展，進而給未來教育帶來機遇和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)社會就業(yè)體系和職業(yè)形態(tài)也將因此發(fā)生深刻變化，如果我們測繪專業(yè)教育體系還墨守陳規(guī)，不用戰(zhàn)略和大局眼光轉變觀念的話，那么培養(yǎng)出來的學生畢業(yè)即失業(yè)。必須將測繪學科培養(yǎng)體系在人工智能這個大環(huán)境下進行拓展，智能科學與技術的核心課程應該盡快成為測繪本科教育的通識教育課程。

2 基于人工智能的測繪類專業(yè)人才培養(yǎng)體系建設

人工智能帶給測繪行業(yè)的機遇與挑戰(zhàn)，就是帶給測繪專業(yè)教育的機遇與挑戰(zhàn)，在推動教育信息化的過程中，進一步推動人工智能在教與學、教育管理、教育服務過程中的融合應用，轉變的過程中學生培養(yǎng)目標、培養(yǎng)方式和教師的職責都發(fā)生了某些實質性的改變，夯實測繪專業(yè)的基礎教育不會變，劉經南院士呼吁要構建“測繪行業(yè)大腦”，筆者認為這個大腦一方面指的是技術大腦，另一方面就是人才大腦，構建基于人工智能+測繪類專業(yè)人才培養(yǎng)體系任務艱巨，同時對學校教師的專業(yè)及知識與能力有了更高的要求。

2.1 人工智能融入測繪類人才培養(yǎng)的模式

“人工智能+測繪教育”的核心是人工智能的優(yōu)勢與教育過程相結合，可將人工智能與測繪類教育融合的模式分為三種：人工智能主動融入模式、人工智能功能嵌入型模式、人工智能輔助技術手段模式[5]。人工智能主動融入模式主要是指建立的智能教學系統(tǒng)、智能決策支持系統(tǒng)，目的是將教師從繁重重復的教學活動中解放出來；人工智能功能嵌入型模式主要是指將學習相關內容與人工智能的相關知識結合，建立在跨人工設計和測繪專業(yè)領域的課程設計系統(tǒng)，改善學生的知識結構、能力結構，瞄準測繪領域人工智能化必須解決的關鍵技術問題，讓人工智能技術的計算智能、感知智能和認知智能在測繪學科的專業(yè)知識面里生根發(fā)芽[6]。人工智能輔助技術手段是基于人工智能的感知功能和虛擬現(xiàn)實增強技術，構建測繪產業(yè)領域虛擬的工作場景，打破專業(yè)界限堡壘，輔助專業(yè)知識應用到實際工作的實踐場地。

2.2 提升測繪類專業(yè)教師人工智能的相關知識素養(yǎng)

俗話說“萬丈高樓平地起，參天大樹靠根基”，測繪類專業(yè)的基本理論、基本知識和基本技能的“三基”教育是高?；A，本科教育應把“三基”教育放在首位[7]。傳統(tǒng)的教育方式必將長期存在，測繪行業(yè)在培養(yǎng)學生的“真實、準確、細致、及時”的從業(yè)精神，傳承測繪文化、創(chuàng)新知識和培養(yǎng)人才方面的本質不變，所以在測繪行業(yè)教師這個崗位永遠不會消失，而且在人工智能的大環(huán)境下會變的越來越重要，需要轉變的是知識結構的豐滿和扮演的角色恰到好處。

筆者曾經呼吁，提升測繪類教育水平關鍵因素是需要大批量的既是“教師”又是“工程師”和“測繪師”的“三師型”專業(yè)教師隊伍[8]。但人工智能的大潮來的如此之急，迫切需要有人工智能專業(yè)背景的“三師型”教師帶領學生融入巨大技術變革中，在人工智能融入測繪類人才培養(yǎng)的三種模式中扮演領航員和知識的傳播者。教師應加強智慧城市、空間感知和認知、智能位置服務等體系與云計算、大數(shù)據(jù)、移動通訊技術的結合[9]，調整自己的專業(yè)結構，積極探索人工智能技術與測繪行業(yè)的契合點，在原有的學科基礎上拓寬人工智能專業(yè)教育的內容，促進測繪學科內部具體研究方向的重大轉變，積極引領學生走向智能測繪的輝煌道路，讓教師成為促進“人工智能+測繪教育”的““智能測繪大腦”。

2.3 搭建基于人工智能技術的知識學習平臺

必須清醒的認識到我們的學生在人工智能蓬勃發(fā)展的新時代都是一粒剛發(fā)芽的種子，幾乎沒有人工智能需要的知識儲備，如果將課堂開辟為講授人工智能知識的主戰(zhàn)場，就會出現(xiàn)本末倒置的現(xiàn)象，學生就沒有時間和精力把測繪的基礎知識學好。而測繪類專業(yè)又從大的方面分為大地測量、工程測量、攝影測量與遙感、制圖學以及地理信息工程等子專業(yè)，在人工智能的推動下也可能會催生新的子專業(yè)，每個細分的子專業(yè)如何在人才培養(yǎng)方面與人工智能進行深度融合發(fā)展，就必須建立避免片段化的生態(tài)人工智能知識學習平臺，引導學生從對人工智能的概念理論階段到智能測繪產業(yè)階段過渡。

首先整合測繪類各個子專業(yè)的教育資源，借助信息化的技術手段，按照5個層次構建知識學習平臺，如圖2所示，第一層次在學校的知識學習平臺以網(wǎng)絡授課的形式開辟人工智能基礎知識普及的課程，比如基于大數(shù)據(jù)、認知科學、互聯(lián)網(wǎng)技術、云計算等跨界的專業(yè)基礎必修課，課程設計應該積極征求目前在人工智能技術方面走在測繪領域前列的部門和機構，并經過專家組嚴格把關，切實可行地拓展學生的知識面。第二層次根據(jù)測繪類專業(yè)的各個子專業(yè)，開設數(shù)據(jù)自動獲取、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)表達、數(shù)據(jù)決策、測繪機器人、自組網(wǎng)對地感知認知系統(tǒng)和全組合智能導航系統(tǒng)等專業(yè)基礎課程，學生可以根據(jù)自己的子專業(yè)領域和感興趣的方向，更深層次、更專業(yè)化地選擇課程來學習。第三層次是定期在平臺上發(fā)布可以細化到具體的測繪知識點，也可以是一個智能測繪小系統(tǒng)的技能競賽，搭配專業(yè)的指導教師，吸引學生積極參與。第四層次是高校引入測繪生產企業(yè)，校企強強聯(lián)合，實現(xiàn)共贏，搭建教育、科研橋梁，面向學生提供完整的產、學、研、訓一體化解決方案，提供實踐與就業(yè)內容，增強學生綜合競爭力。第五層次可以把國內有測繪專業(yè)的高校和測繪高等教育的輔助機構，比如測繪局、測繪出版社聯(lián)合起來，形成強大的基于人工智能的“測繪教育聯(lián)合體”[10]，實現(xiàn)人工智能教育資源的融合。

圖2 人工智能技術的知識學習結構

3 結束語

人工智能技術應用日新月異，人工智能對測繪行業(yè)和測繪教育的影響已經逐漸顯現(xiàn)，其影響的廣度和深度還會持續(xù)增強。《測繪地理信息技術發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確提出，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、智能機器人等新技術的快速發(fā)展，為測繪地理信息快速發(fā)展提供了新動力?；诨ヂ?lián)網(wǎng)和人工智能時代下的測繪已經進入“測繪4.0”時代[11]。

推動人工智能環(huán)境下測繪再躍變的顛覆性理論和技術的動力永遠是人才，而教育是人才成長的搖籃。把什么樣的測繪教育帶入人工智能時代，是未來測繪技術變革的關鍵。需要隨著時代發(fā)展不斷完善，作為教師的我們需要樹立正確的育人觀和創(chuàng)新意識，將測繪教育帶入人工智能大時代的春天。