數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)體系及教學(xué)資源構(gòu)建

　　摘要：針對(duì)當(dāng)前數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)中存在的與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)、學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力不強(qiáng)等問(wèn)題，對(duì)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革。緊跟當(dāng)前數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，建立反映當(dāng)前數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量最新發(fā)展的教學(xué)體系，構(gòu)建一批有特色、有一定創(chuàng)新性的案例式實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目，建立完備的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)材料，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建一批實(shí)踐教學(xué)資源。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)改革，豐富攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維和數(shù)據(jù)處理綜合應(yīng)用能力。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量,實(shí)踐教學(xué),信息化測(cè)繪,實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

　　攝影測(cè)量是測(cè)繪科學(xué)技術(shù)中發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，主要是利用航空平臺(tái)通過(guò)攝影手段獲取實(shí)驗(yàn)區(qū)的影像信息，通過(guò)記錄、量測(cè)、分析與表達(dá)等處理，獲取地球及其環(huán)境或其它物體可靠信息的工藝、科學(xué)與技術(shù)[1-2]，主要涉及影像獲取、特征提取與影像匹配、定向處理、區(qū)域網(wǎng)平差、相關(guān)產(chǎn)品制作等。

　　當(dāng)今攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)生了重大變革，主要表現(xiàn)在5個(gè)方面：1)攝影平臺(tái)方面，由傳統(tǒng)的航空攝影為主，逐漸發(fā)展為高空(衛(wèi)星)攝影、航空攝影、低空(無(wú)人機(jī))攝影、地面攝影等多平臺(tái)共同發(fā)展的新局面;2)傳感器方面，由傳統(tǒng)的模擬光學(xué)相機(jī)逐漸發(fā)展為以數(shù)字光學(xué)相機(jī)為主，合成孔徑雷達(dá)、激光雷達(dá)、多鏡頭傾斜相機(jī)等多傳感器競(jìng)相發(fā)展的新局面;3)數(shù)據(jù)處理方面，由傳統(tǒng)的影像匹配/人工處理逐漸發(fā)展到以智能化、高性能計(jì)算等自動(dòng)/半自動(dòng)處理的新局面;4)產(chǎn)品制作方面，由傳統(tǒng)的4D產(chǎn)品制作逐漸發(fā)展為信息化測(cè)繪提供所需的多種形式的產(chǎn)品(包括4D產(chǎn)品、景觀圖、三維模型等);5)應(yīng)用方面，由傳統(tǒng)的地形圖測(cè)繪逐漸發(fā)展到以三維模型、景觀模型構(gòu)建為主的信息化測(cè)繪。

　　由此，出現(xiàn)了許多新的攝影測(cè)量技術(shù)，如無(wú)人機(jī)快速測(cè)圖技術(shù)、傾斜攝影測(cè)量技術(shù)、衛(wèi)星攝影測(cè)量技術(shù)、雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)、雷達(dá)立體測(cè)量技術(shù)、近景攝影測(cè)量技術(shù)、地面攝影測(cè)量技術(shù)、激光雷達(dá)測(cè)圖技術(shù)等[1]，這些新技術(shù)的涌現(xiàn)給當(dāng)前的攝影測(cè)量理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)。

　　近年來(lái)，針對(duì)攝影測(cè)量的實(shí)踐教學(xué)已進(jìn)行了許多改革，如楊可明等[3]建立了數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)習(xí)的七步教學(xué)法;葉勤等[4]對(duì)測(cè)繪工程專業(yè)的攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革與探索;袁修孝嘗試將問(wèn)題教學(xué)法應(yīng)用于攝影測(cè)量教學(xué)中[5];王冬等[7]建立了無(wú)人飛艇低空攝影測(cè)量技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué);鄧興升[8]和梅曉丹等[9]分別探討了虛擬仿真環(huán)境下的攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué);劉玉嬋等[10]對(duì)當(dāng)前本科院校“攝影測(cè)量學(xué)”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了改革與探討;解斐斐[11]對(duì)近景攝影測(cè)量的教學(xué)進(jìn)行了改革，重點(diǎn)突出培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

　　楊立君等[12]設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種開(kāi)源的攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)軟件;李培榮等[13]建立了一種傾斜攝影測(cè)量教學(xué)模擬系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)分析可以發(fā)現(xiàn)：雖然針對(duì)攝影測(cè)量的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了很多的改革，但當(dāng)今攝影測(cè)量新技術(shù)發(fā)展迅速，現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)今信息化社會(huì)的需求，為此，需要分析當(dāng)今攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，并提出針對(duì)性的實(shí)踐教學(xué)改革方案，為信息化測(cè)繪背景下的攝影測(cè)量專業(yè)人才培養(yǎng)提供支撐。

　　1數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

　　目前，針對(duì)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方面的實(shí)踐教學(xué)已經(jīng)跟不上社會(huì)發(fā)展對(duì)新技術(shù)發(fā)展的需求，再加之?dāng)z影測(cè)量本身的特點(diǎn)，導(dǎo)致攝影測(cè)量的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)中還存在著許多問(wèn)題，學(xué)生普遍反映理論課程學(xué)習(xí)困難，對(duì)基本概念、基本原理、基本方法等理解不深，實(shí)踐動(dòng)手能力差，學(xué)生畢業(yè)后走向工作崗位很難順利開(kāi)展相關(guān)工作。目前在理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)方面主要存在以下問(wèn)題：

　　1)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐內(nèi)容相對(duì)偏舊，與社會(huì)需求“脫節(jié)”，所學(xué)非所用。理論知識(shí)及實(shí)踐環(huán)節(jié)與社會(huì)需求“脫節(jié)”，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)跟不上當(dāng)今快速發(fā)展的攝影測(cè)量新技術(shù)的發(fā)展，滯后于當(dāng)今攝影測(cè)量新技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生所學(xué)非所用，畢業(yè)后不能適應(yīng)信息化測(cè)繪的需求。

　　2)缺少反映攝影測(cè)量最新發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。當(dāng)代攝影測(cè)量新技術(shù)，不再局限于以生產(chǎn)4D產(chǎn)品為主的地形測(cè)繪應(yīng)用，但目前缺少反映攝影測(cè)量最新技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生不能較好地掌握數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的最新發(fā)展及最新技術(shù)。

　　3)教學(xué)手段單一化，不能滿足學(xué)生信息化、網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)的需求。攝影測(cè)量理論授課主要是以傳統(tǒng)課堂灌輸?shù)慕虒W(xué)模式為主，攝影測(cè)量部分理論知識(shí)較難，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性不高，而在當(dāng)今信息化社會(huì)，微課堂、MOCC、SPOC等新型教學(xué)手段不斷涌入，但在攝影測(cè)量的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)中還沒(méi)有得到較好的應(yīng)用。

　　4)缺少針對(duì)性的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及實(shí)踐指導(dǎo)材料。傳統(tǒng)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量實(shí)踐主要以VirtuoZo等軟件，以生產(chǎn)制作4D產(chǎn)品為主，實(shí)踐環(huán)節(jié)相對(duì)陳舊，已經(jīng)不能滿足信息化測(cè)繪的需求，需要對(duì)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行更新;攝影測(cè)量新技術(shù)的大量涌現(xiàn)，出現(xiàn)了很多軟件處理系統(tǒng)，如pix4Dmapper、Smart3D等，這些軟件尚不能在學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)中得到應(yīng)用，主要是缺少相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)條件，特別是缺少必要的指導(dǎo)性材料。

　　5)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題及開(kāi)拓創(chuàng)新能力欠缺。學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的能力不足，不能針對(duì)某一工程問(wèn)題進(jìn)行深入研究與分析;創(chuàng)新能力培養(yǎng)欠缺，特別是在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量原理與算法的編程實(shí)現(xiàn)方面的能力有待加強(qiáng)。

　　2教學(xué)改革與實(shí)踐

　　針對(duì)以上問(wèn)題，重點(diǎn)對(duì)當(dāng)前數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，主要包括以下幾個(gè)方面：

　　2.1建立合適的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)體系

　　當(dāng)代攝影測(cè)量新技術(shù)由傳統(tǒng)的數(shù)字化測(cè)繪向信息化測(cè)繪發(fā)展，涌現(xiàn)出了許多新技術(shù)，如數(shù)字成像技術(shù)(包括數(shù)字航攝儀、高分辨率遙感衛(wèi)星)、主動(dòng)式遙感技術(shù)(如合成孔徑雷達(dá)SAR、機(jī)載激光雷達(dá))、DGPS/IMU自主定位與定向(POS)技術(shù)、自動(dòng)化/智能化數(shù)據(jù)處理技術(shù)等，開(kāi)創(chuàng)了攝影測(cè)量發(fā)展的新時(shí)代，為攝影測(cè)量的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。整合國(guó)內(nèi)外攝影測(cè)量的最新發(fā)展及學(xué)科前沿，構(gòu)建數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量較完整的教學(xué)體系，主要包括影像獲取、特征提取、影像匹配、影像定向、數(shù)據(jù)處理與產(chǎn)品制作、高分辨率衛(wèi)星測(cè)圖技術(shù)、激光雷達(dá)測(cè)圖技術(shù)、傾斜攝影測(cè)量技術(shù)、合成孔徑雷達(dá)測(cè)圖技術(shù)等。

　　2.2構(gòu)建一批有特色、緊跟技術(shù)發(fā)展的案例式實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目

　　根據(jù)建立的教學(xué)知識(shí)體系，結(jié)合生產(chǎn)單位的工程實(shí)踐應(yīng)用實(shí)例，將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目，構(gòu)建合適的實(shí)踐教學(xué)體系，重點(diǎn)建立一批有特色、有一定創(chuàng)新性的案例式實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目。實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的建立一方面需要考慮基礎(chǔ)性，另一方面要突出數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的學(xué)科前沿及最新技術(shù)發(fā)展。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為驗(yàn)證性、綜合性、創(chuàng)新性等3種類型，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要考慮學(xué)科發(fā)展前沿，均具有較強(qiáng)的專業(yè)特色。

　　2.3收集典型的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立完備的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)材料

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的需要，收集相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集應(yīng)該包括：衛(wèi)星影像立體像對(duì)(如IRS-P5衛(wèi)星、ZY-3衛(wèi)星等)、航空攝影測(cè)量DMC、UCD等面陣列相機(jī)影像、航空攝影測(cè)量ADS80等三線陣相機(jī)數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)低空攝影航拍影像(單鏡頭)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量航拍影像(五鏡頭)、近景攝影測(cè)量影像、地面攝影測(cè)量影像、合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)等。在此基礎(chǔ)上編寫實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱及詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)材料，每個(gè)專題的實(shí)踐指導(dǎo)材料主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：基本理論、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)環(huán)境介紹、數(shù)據(jù)處理流程圖、詳細(xì)操作過(guò)程、注意問(wèn)題等。

　　目前已經(jīng)收集了航空影像、無(wú)人機(jī)正攝影像、無(wú)人機(jī)傾斜攝影影像、光學(xué)衛(wèi)星立體像對(duì)、InSAR干涉對(duì)等數(shù)據(jù)約70G，如何對(duì)這些攝影測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分發(fā)是目前面臨的一個(gè)問(wèn)題。目前主要是通過(guò)百度云盤的方式進(jìn)行共享，相信今后隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云服務(wù)的發(fā)展，對(duì)于大數(shù)據(jù)的快速共享與下載將不是一個(gè)難題。

　　2.4革新教學(xué)手段，構(gòu)建“微課堂”網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)資源

　　革新教學(xué)手段，改變傳統(tǒng)課堂灌輸?shù)慕虒W(xué)模式，將微課、MOCC技術(shù)[14]引入到實(shí)踐教學(xué)中。根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置，分別錄制實(shí)驗(yàn)操作的詳細(xì)過(guò)程，與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)材料、多媒體教學(xué)課件等一起組成“微課堂”網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)資源，通過(guò)革新教學(xué)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

　　2.5組織與實(shí)施

　　在我校遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的“數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量綜合實(shí)習(xí)”中開(kāi)展，同時(shí)也在碩士研究生的“攝影測(cè)量實(shí)踐”課程中開(kāi)展，測(cè)繪工程、地理信息科學(xué)等專業(yè)的感興趣的學(xué)生可以選擇部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)。根據(jù)不同專業(yè)的需求，對(duì)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目分為必做和選做，必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為基礎(chǔ)性與驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，主要為驗(yàn)證所學(xué)的攝影測(cè)量基本理論與基本方法，選做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要是考慮不同專業(yè)的需求而設(shè)計(jì)。學(xué)生可參照指導(dǎo)材料開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并總結(jié)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題。

　　2.6創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

　　為了提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，重點(diǎn)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)編程開(kāi)發(fā)能力的培養(yǎng)，特別是針對(duì)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理中的關(guān)鍵算法的編程實(shí)現(xiàn)，如特征提取、影像匹配、空間后方交會(huì)、空間前方交會(huì)等。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　為適應(yīng)當(dāng)今信息化社會(huì)對(duì)攝影測(cè)量專業(yè)人才培養(yǎng)的需求，對(duì)攝影測(cè)量新技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革。緊跟數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，豐富實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目和教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建一批有特色、有一定創(chuàng)新性的案例式實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目，建立相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)材料，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。

　　目前，該實(shí)踐教學(xué)方案已經(jīng)在我校遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的“數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)綜合實(shí)習(xí)”實(shí)踐課程中進(jìn)行實(shí)施，通過(guò)與往屆學(xué)生的教學(xué)反饋，可以發(fā)現(xiàn)：通過(guò)實(shí)踐教學(xué)改革，豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，革新教學(xué)手段，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)得到提高，取得較好的實(shí)踐教學(xué)效果。

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