攝影測量學(xué)流程化實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)踐

張麗 孫小榮 郭冰

[摘 要] 結(jié)合宿遷學(xué)院攝影測量學(xué)實(shí)踐教學(xué)過程，以流程化實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建為中心，以測量型無人機(jī)為輔助，以項(xiàng)目化教學(xué)資源體系建設(shè)和協(xié)同化實(shí)踐教學(xué)平臺打造為兩翼，構(gòu)建了適應(yīng)攝影測量學(xué)的流程化實(shí)踐教學(xué)體系。該實(shí)踐教學(xué)體系把實(shí)踐內(nèi)容分為實(shí)驗(yàn)上機(jī)教學(xué)模塊、課程集中訓(xùn)練模塊、專業(yè)綜合教學(xué)模塊、課外科技訓(xùn)練模塊等四個環(huán)節(jié)。四個環(huán)節(jié)各有側(cè)重又有機(jī)統(tǒng)一。實(shí)踐證明，改革教法后激發(fā)了學(xué)生的興趣，提高了教學(xué)質(zhì)量，強(qiáng)化了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和綜合應(yīng)用能力，并取得了較好效果。

[關(guān)鍵詞] 無人機(jī);攝影測量學(xué);流程化;實(shí)踐教學(xué)體系

[基金項(xiàng)目] 2018年度宿遷學(xué)院第七批教學(xué)改革研究項(xiàng)目“攝影測量學(xué)流程化實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)踐”（sqc2018jg29）;2021年度宿遷學(xué)院第八批教學(xué)改革研究項(xiàng)目“測繪工程專業(yè)‘專業(yè)思政’體系的構(gòu)建與實(shí)踐”（SQU2021JGZD03）

[作者簡介] 張 麗（1985—），女，湖北襄陽人，碩士，宿遷學(xué)院建筑工程學(xué)院講師，主要從事攝影測量和測量數(shù)據(jù)處理研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）51-0125-04? ? [收稿日期] 2021-05-06

一、引言

攝影測量學(xué)是指從非接觸成像和其他傳感器系統(tǒng)，通過記錄、量測、分析與表達(dá)等處理，獲取地球及其環(huán)境和其他物體可靠信息的工藝、科學(xué)與技術(shù)[1]。隨著電子計(jì)算機(jī)、自動控制技術(shù)的發(fā)展，以及無人機(jī)測繪技術(shù)的興起，攝影測量學(xué)迅速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)前測繪地形圖和獲取基礎(chǔ)地理空間信息數(shù)據(jù)的重要手段之一[2]。攝影測量學(xué)是測繪工程專業(yè)的核心課程，通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了攝影測量的基本理論與方法，具備影像信息獲取及幾何信息處理、表達(dá)和應(yīng)用的能力[3]。該課程具有理論復(fù)雜、原理抽象、學(xué)習(xí)難度大、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。應(yīng)用技術(shù)型本科院校，師資力量、軟硬件設(shè)施不足，開設(shè)攝影測量方面的課程較少，一般只開設(shè)“攝影測量學(xué)”一門課程，不能全面講授航空攝影測量要求的全部教學(xué)內(nèi)容，不能完全照搬其他測繪課程的教學(xué)體系[4]，因此應(yīng)以應(yīng)用為主旨構(gòu)建課程教學(xué)體系[5]，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)。

二、目前實(shí)踐教學(xué)存在的問題

由于攝影測量學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)以及配套實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴，大部分高校都不具備開設(shè)完整攝影測量實(shí)驗(yàn)的條件，尤其是無法開展攝影測量外業(yè)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的攝影測量實(shí)踐教學(xué)主要是基于大飛機(jī)搭載的框幅式航攝儀或者大型航攝無人機(jī)獲取航空影像，以4D產(chǎn)品生產(chǎn)為主線，進(jìn)行室內(nèi)軟件操作培訓(xùn)。由于軟件的高度智能化，學(xué)生通過簡單的鼠標(biāo)點(diǎn)擊就可以掌握基本操作流程。但由于缺少數(shù)據(jù)采集的流程，難以建立完整的攝影測量知識體系，這在一定程度上影響了教學(xué)效果[6]，而且攝影測量軟件的數(shù)量難以滿足學(xué)生人數(shù)的要求，因此學(xué)生只能掌握部分內(nèi)業(yè)技能。然而基于應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)目標(biāo)，使學(xué)生全面掌握內(nèi)外業(yè)的實(shí)踐技能十分重要。隨著消費(fèi)級無人機(jī)的普及，基于無人機(jī)影像的攝影測量成為“攝影測量學(xué)”課程教學(xué)的重要內(nèi)容[7]。因此，本文依托校級教學(xué)改革項(xiàng)目，以宿遷學(xué)院為例，對“攝影測量學(xué)”實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)進(jìn)行了改革。

三、實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

宿遷學(xué)院以流程化實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建為中心，以項(xiàng)目化教學(xué)資源體系建設(shè)和協(xié)同化實(shí)踐教學(xué)平臺打造為兩翼，構(gòu)建了一個適應(yīng)“攝影測量學(xué)”課程的流程化實(shí)踐教學(xué)體系，整體思路見圖1。

（一）流程化實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

構(gòu)建面向工程能力培養(yǎng)的流程化實(shí)踐教學(xué)體系，具體思路如下。

1.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容組織。組織實(shí)踐項(xiàng)目，設(shè)計(jì)流水線實(shí)踐教學(xué)流程。擬定知識點(diǎn)相互銜接的方案，并在教學(xué)過程中明確各知識點(diǎn)在課程之間的地位與關(guān)系，使實(shí)踐內(nèi)容按照一條承上啟下的主線有機(jī)地聯(lián)系起來。

2.實(shí)踐教學(xué)流程實(shí)施。以宿遷學(xué)院無人機(jī)4D產(chǎn)品生產(chǎn)為固定的教學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，該產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)施采用流水線操作，前一項(xiàng)實(shí)踐未做或不合格，下一項(xiàng)實(shí)踐就無法進(jìn)行，前面實(shí)踐的輸出是后面實(shí)踐的輸入，全部實(shí)踐完成并達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)流程結(jié)束。流程實(shí)施要做到四固定：實(shí)踐項(xiàng)目固定、實(shí)踐內(nèi)容固定、實(shí)踐流程固定、實(shí)踐結(jié)果固定。

（二）項(xiàng)目化教學(xué)資源體系建設(shè)

建設(shè)面向工程能力培養(yǎng)的項(xiàng)目化教學(xué)資源體系，具體思路如下：（1）項(xiàng)目化教學(xué)法研究。建立項(xiàng)目化教學(xué)案例庫，研究實(shí)際項(xiàng)目向教學(xué)案例的轉(zhuǎn)換方法。（2）項(xiàng)目化教學(xué)課程建設(shè)。與企業(yè)合作把“攝影測量學(xué)”課程建設(shè)成為體現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動、項(xiàng)目導(dǎo)向和案例教學(xué)的專業(yè)課程。（3）教學(xué)網(wǎng)站建設(shè)。建立項(xiàng)目化教學(xué)自主學(xué)習(xí)網(wǎng)站，明確其項(xiàng)目背景、成果形式、項(xiàng)目核心技術(shù)、使用教學(xué)對象及與專業(yè)課程知識體系的聯(lián)系等。

（三）協(xié)同化實(shí)踐教學(xué)平臺打造

打造與流程化實(shí)踐教學(xué)體系相適應(yīng)的協(xié)同化實(shí)踐教學(xué)平臺，具體思路如下。

1.構(gòu)建集約化實(shí)踐教學(xué)平臺。按照流程化實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)及要求對攝影測量現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)平臺等實(shí)踐教學(xué)資源進(jìn)行系統(tǒng)整合和統(tǒng)一規(guī)劃，并進(jìn)行功能劃分，為學(xué)生提供從低到高，從專業(yè)、創(chuàng)新到綜合能力訓(xùn)練的適應(yīng)教學(xué)需要的多層次完整平臺。優(yōu)化后的教學(xué)平臺既保持了原來優(yōu)勢，也符合流程化教學(xué)及后續(xù)發(fā)展需要。

2.挖掘校企合作平臺的深度融合機(jī)制。目前，已有多個企業(yè)與我院建立了形式多樣的友好合作關(guān)系，下一步需要建立雙方靈活多樣和深度融合的長效機(jī)制，提高教師和學(xué)生參與工程實(shí)訓(xùn)的深度、廣度，以及作為企業(yè)“準(zhǔn)員工”的角色度。

3.實(shí)驗(yàn)室開放與管理。建立實(shí)驗(yàn)室開放及預(yù)約制度，使學(xué)生能夠有選擇的自主完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容。

四、實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)踐

根據(jù)改革思路，對實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和方式進(jìn)行了改革。宿遷學(xué)院攝影測量實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)分為實(shí)驗(yàn)上機(jī)教學(xué)、課程集中訓(xùn)練、專業(yè)綜合訓(xùn)練、課外科技訓(xùn)練四大模塊。四大模塊將核心能力劃分為“基礎(chǔ)—專項(xiàng)—綜合—創(chuàng)新”四個層次，對學(xué)生進(jìn)行遞進(jìn)式培養(yǎng)，一步一個臺階。通過課內(nèi)實(shí)驗(yàn)上機(jī)教學(xué)模塊打下基礎(chǔ)，通過課程集中訓(xùn)練模塊鞏固基礎(chǔ)，通過專業(yè)綜合訓(xùn)練模塊進(jìn)一步強(qiáng)化基礎(chǔ)、夯實(shí)基礎(chǔ)，通過課外科技訓(xùn)練模塊培養(yǎng)學(xué)生的科研和創(chuàng)新能力，使能力得到極大提升（見圖2）。

（一）實(shí)驗(yàn)上機(jī)教學(xué)模塊

該模塊課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和上機(jī)內(nèi)容的設(shè)置包括外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩部分，按照攝影測量流程穿插進(jìn)行。外業(yè)部分主要通過使用無人機(jī)，了解航空攝影的基本流程和像片調(diào)繪的一般過程;內(nèi)業(yè)部分以傳統(tǒng)4D產(chǎn)品制作為主線，加深對內(nèi)定向、相對定向、絕對定向、影像匹配等理論知識的理解，共7個項(xiàng)目，具體設(shè)置見表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)合新購入的固定翼和多旋翼無人機(jī)等設(shè)備開展外業(yè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合武漢兆格公司提供的VirtuoZo云桌面攝影測量系統(tǒng)開展內(nèi)業(yè)上機(jī)。攝影測量云桌面試驗(yàn)系統(tǒng)提供了VirtuoZo等多種攝影測量數(shù)據(jù)處理軟件和專業(yè)工具軟件，具有DEM、DOM、DLG生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能。VirtuoZo教育版適合教學(xué)，按照攝影測量作業(yè)流程分為若干個模塊，各模塊可單獨(dú)運(yùn)行，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握攝影測量各個作業(yè)流程的原理及技術(shù)要點(diǎn)[8]。只需要具備上網(wǎng)功能，不需要購買手輪、腳盤、立體眼鏡等設(shè)備。學(xué)生不僅可以在機(jī)房集中上機(jī)，還可以隨時在宿舍里學(xué)習(xí)，解決了以往軟件數(shù)量少的問題。

（二）課程集中訓(xùn)練模塊

“攝影測量學(xué)”課程結(jié)束后，開展為期兩周的攝影測量學(xué)實(shí)習(xí)。全班分為9組，整個校園分為9個測區(qū)，每組完成一個測區(qū)從航空攝影到像片調(diào)繪等滿足生產(chǎn)要求的無人機(jī)航空攝影測量的全部內(nèi)容。具體流程為：（1）航空攝影;（2）像片控制測量;（3）空中三角測量;（4）正射影像圖制作;（5）數(shù)字線劃圖繪制;（6）精度檢查與像片調(diào)繪。航空攝影部分使用中云圖F7固定翼無人機(jī);像片控制測量部分由每組按照區(qū)域網(wǎng)法布設(shè)像控點(diǎn)，使用GPS RTK測量;空中三角測量部分使用Pix4D和Inpho UASMaster進(jìn)行操作;正射影像圖制作使用Pix4D軟件;數(shù)字線劃圖繪制使用MapMatrix和CASS軟件操作;最終對成圖結(jié)果進(jìn)行實(shí)地精度檢查和調(diào)繪編輯。通過實(shí)習(xí)，學(xué)生完整掌握了攝影測量內(nèi)外業(yè)的全部內(nèi)容，實(shí)踐技能得到了極大提升。

（三）專業(yè)綜合訓(xùn)練模塊

該模塊設(shè)置在第7學(xué)期，是在學(xué)生學(xué)完全部專業(yè)課程之后，對所學(xué)專業(yè)知識的一次綜合應(yīng)用。該模塊包含控制測量、三維建模、地形圖測繪和空間數(shù)據(jù)建庫等四個環(huán)節(jié)。其中三維建模和地形圖測繪這兩個環(huán)節(jié)是“攝影測量學(xué)”實(shí)踐能力的一個強(qiáng)化。要求完成測區(qū)1∶500三維模型的創(chuàng)建和DLG的繪制。具體流程為：（1）像控點(diǎn)采集;（2）影像獲取;（3）三維建模;（4）三維測圖。

前兩個環(huán)節(jié)使用大疆P4R+GPS RTK完成，三維建模使用Context Capture軟件完成，三維測圖使用EPS軟件完成。學(xué)生全程動手實(shí)踐，自主完成航攝任務(wù)規(guī)劃、控制點(diǎn)采集、無人機(jī)起降和數(shù)據(jù)處理。通過專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生及時掌握了傾斜攝影測量三維建模的新技術(shù)，這不僅是對“攝影測量學(xué)”教學(xué)的一個補(bǔ)充和強(qiáng)化，更與GNSS、GIS這些課程實(shí)現(xiàn)了有機(jī)統(tǒng)一，進(jìn)一步加深了學(xué)生對專業(yè)知識的理解，極大地提升了綜合實(shí)踐技能，為學(xué)生走上工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（四）課外科技訓(xùn)練模塊

課外科技訓(xùn)練模塊是指學(xué)生通過參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、學(xué)科競賽與教師的科研項(xiàng)目，探討學(xué)科最新發(fā)展動態(tài)和未來發(fā)展方向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的激情和欲望[9]。宿遷學(xué)院在教學(xué)改革的兩年時間內(nèi)，共帶領(lǐng)學(xué)生完成了兩個1∶1000無人機(jī)測圖項(xiàng)目，一個市級傾斜攝影測量科研項(xiàng)目，完成了多項(xiàng)省級和校級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目。通過師生合作，進(jìn)一步拓寬了專業(yè)知識面，培養(yǎng)了學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。該模塊是基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)節(jié)的一個有益補(bǔ)充和拓展。

五、結(jié)語

宿遷學(xué)院基于本校“攝影測量學(xué)”的實(shí)際教學(xué)情況，適時將無人機(jī)攝影測量技術(shù)引入教學(xué)中，構(gòu)建了“攝影測量學(xué)”流程化實(shí)踐教學(xué)體系，打造了四個模塊由基礎(chǔ)到提升的階梯式協(xié)同化實(shí)踐教學(xué)平臺，積累了多個實(shí)際工程案例，建造了項(xiàng)目化教學(xué)資源體系。經(jīng)過實(shí)踐，使學(xué)生全方位掌握了無人機(jī)攝影測量技術(shù)內(nèi)外業(yè)的流程，在提高實(shí)踐技能的同時，及時引進(jìn)新技術(shù)，拓寬了專業(yè)技能。

現(xiàn)在，攝影測量技術(shù)已經(jīng)從側(cè)重于地形測繪轉(zhuǎn)變?yōu)閺V泛應(yīng)用于智慧城市建設(shè)的各個領(lǐng)域，攝影測量從傳統(tǒng)攝影測量逐步發(fā)展為智能攝影測量。目前的改革是不夠的，還需進(jìn)一步改革，以城市三維建模為主線，依托傾斜攝影測量、三維激光掃描等技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺的相關(guān)知識，優(yōu)化和完善攝影測量教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步豐富攝影測量實(shí)踐教學(xué)，以滿足現(xiàn)代社會對創(chuàng)新型和實(shí)踐型攝影測量人才的需求[7]。

參考文獻(xiàn)

[1]張劍清，潘勵，王樹根.攝影測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

[2]寧津生，王正濤.2012—2013年測繪學(xué)科發(fā)展綜合報(bào)告[J].測繪科學(xué)，2014，39（2）：3-10.

[3]葉勤，林怡.通識教育背景下“攝影測量學(xué)基礎(chǔ)”教學(xué)的思考[J].測繪通報(bào)，2015（2）：121-124+128.

[4]白洪偉.應(yīng)用型本科院校攝影測量學(xué)課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，32（2）：94-97.

[5]李愛霞，趙紅.應(yīng)用型本科院校攝影測量學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].江蘇理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，22（4）：107-109.

[6]胡騰，康志忠，楊紅磊.微型無人機(jī)在“現(xiàn)代攝影測量實(shí)習(xí)”課程教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2020，43（1）：8-9.

[7]卞玉霞，宋宏權(quán)，王永前，等.新形勢下攝影測量學(xué)課程教學(xué)改革探討[J].測繪通報(bào)，2019（12）：152-155.

[8]段祝庚，岳雄.基于桌面云實(shí)驗(yàn)室的攝影測量實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2020，37（7）：204-207.

[9]王麗美，王李娟，姜永濤，等.測量型無人機(jī)輔助的攝影測量實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建[J].南陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，18（4）：61-65.

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