攝影測量學流程化實踐教學體系的構建與實踐

張麗 孫小榮 郭冰

[摘 要] 結合宿遷學院攝影測量學實踐教學過程，以流程化實踐教學體系構建為中心，以測量型無人機為輔助，以項目化教學資源體系建設和協同化實踐教學平臺打造為兩翼，構建了適應攝影測量學的流程化實踐教學體系。該實踐教學體系把實踐內容分為實驗上機教學模塊、課程集中訓練模塊、專業綜合教學模塊、課外科技訓練模塊等四個環節。四個環節各有側重又有機統一。實踐證明，改革教法后激發了學生的興趣，提高了教學質量，強化了學生的自主學習能力和綜合應用能力，并取得了較好效果。

[關鍵詞] 無人機;攝影測量學;流程化;實踐教學體系

[基金項目] 2018年度宿遷學院第七批教學改革研究項目“攝影測量學流程化實踐教學體系的構建與實踐”（sqc2018jg29）;2021年度宿遷學院第八批教學改革研究項目“測繪工程專業‘專業思政’體系的構建與實踐”（SQU2021JGZD03）

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

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

一、引言

攝影測量學是指從非接觸成像和其他傳感器系統，通過記錄、量測、分析與表達等處理，獲取地球及其環境和其他物體可靠信息的工藝、科學與技術[1]。隨著電子計算機、自動控制技術的發展，以及無人機測繪技術的興起，攝影測量學迅速發展并被廣泛應用，成為當前測繪地形圖和獲取基礎地理空間信息數據的重要手段之一[2]。攝影測量學是測繪工程專業的核心課程，通過該課程的學習，學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、表達和應用的能力[3]。該課程具有理論復雜、原理抽象、學習難度大、實踐性強等特點。應用技術型本科院校，師資力量、軟硬件設施不足，開設攝影測量方面的課程較少，一般只開設“攝影測量學”一門課程，不能全面講授航空攝影測量要求的全部教學內容，不能完全照搬其他測繪課程的教學體系[4]，因此應以應用為主旨構建課程教學體系[5]，強調實踐環節的教學。

二、目前實踐教學存在的問題

由于攝影測量學的學科特點以及配套實驗設備昂貴，大部分高校都不具備開設完整攝影測量實驗的條件，尤其是無法開展攝影測量外業實驗。傳統的攝影測量實踐教學主要是基于大飛機搭載的框幅式航攝儀或者大型航攝無人機獲取航空影像，以4D產品生產為主線，進行室內軟件操作培訓。由于軟件的高度智能化，學生通過簡單的鼠標點擊就可以掌握基本操作流程。但由于缺少數據采集的流程，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效果[6]，而且攝影測量軟件的數量難以滿足學生人數的要求，因此學生只能掌握部分內業技能。然而基于應用技術型人才培養目標，使學生全面掌握內外業的實踐技能十分重要。隨著消費級無人機的普及，基于無人機影像的攝影測量成為“攝影測量學”課程教學的重要內容[7]。因此，本文依托校級教學改革項目，以宿遷學院為例，對“攝影測量學”實踐環節的教學進行了改革。

三、實踐教學體系構建

宿遷學院以流程化實踐教學體系構建為中心，以項目化教學資源體系建設和協同化實踐教學平臺打造為兩翼，構建了一個適應“攝影測量學”課程的流程化實踐教學體系，整體思路見圖1。

（一）流程化實踐教學體系構建

構建面向工程能力培養的流程化實踐教學體系，具體思路如下。

1.實踐教學內容組織。組織實踐項目，設計流水線實踐教學流程。擬定知識點相互銜接的方案，并在教學過程中明確各知識點在課程之間的地位與關系，使實踐內容按照一條承上啟下的主線有機地聯系起來。

2.實踐教學流程實施。以宿遷學院無人機4D產品生產為固定的教學實驗產品，該產品的生產實施采用流水線操作，前一項實踐未做或不合格，下一項實踐就無法進行，前面實踐的輸出是后面實踐的輸入，全部實踐完成并達到合格標準流程結束。流程實施要做到四固定：實踐項目固定、實踐內容固定、實踐流程固定、實踐結果固定。

（二）項目化教學資源體系建設

建設面向工程能力培養的項目化教學資源體系，具體思路如下：（1）項目化教學法研究。建立項目化教學案例庫，研究實際項目向教學案例的轉換方法。（2）項目化教學課程建設。與企業合作把“攝影測量學”課程建設成為體現任務驅動、項目導向和案例教學的專業課程。（3）教學網站建設。建立項目化教學自主學習網站，明確其項目背景、成果形式、項目核心技術、使用教學對象及與專業課程知識體系的聯系等。

（三）協同化實踐教學平臺打造

打造與流程化實踐教學體系相適應的協同化實踐教學平臺，具體思路如下。

1.構建集約化實踐教學平臺。按照流程化實踐教學的特點及要求對攝影測量現有實驗、實訓平臺等實踐教學資源進行系統整合和統一規劃，并進行功能劃分，為學生提供從低到高，從專業、創新到綜合能力訓練的適應教學需要的多層次完整平臺。優化后的教學平臺既保持了原來優勢，也符合流程化教學及后續發展需要。

2.挖掘校企合作平臺的深度融合機制。目前，已有多個企業與我院建立了形式多樣的友好合作關系，下一步需要建立雙方靈活多樣和深度融合的長效機制，提高教師和學生參與工程實訓的深度、廣度，以及作為企業“準員工”的角色度。

3.實驗室開放與管理。建立實驗室開放及預約制度，使學生能夠有選擇的自主完成相關實驗和實訓教學內容。

四、實踐教學改革實踐

根據改革思路，對實踐教學內容和方式進行了改革。宿遷學院攝影測量實踐教學環節分為實驗上機教學、課程集中訓練、專業綜合訓練、課外科技訓練四大模塊。四大模塊將核心能力劃分為“基礎—專項—綜合—創新”四個層次，對學生進行遞進式培養，一步一個臺階。通過課內實驗上機教學模塊打下基礎，通過課程集中訓練模塊鞏固基礎，通過專業綜合訓練模塊進一步強化基礎、夯實基礎，通過課外科技訓練模塊培養學生的科研和創新能力，使能力得到極大提升（見圖2）。

（一）實驗上機教學模塊

該模塊課內實驗和上機內容的設置包括外業和內業兩部分，按照攝影測量流程穿插進行。外業部分主要通過使用無人機，了解航空攝影的基本流程和像片調繪的一般過程;內業部分以傳統4D產品制作為主線，加深對內定向、相對定向、絕對定向、影像匹配等理論知識的理解，共7個項目，具體設置見表1。

實驗結合新購入的固定翼和多旋翼無人機等設備開展外業實驗，結合武漢兆格公司提供的VirtuoZo云桌面攝影測量系統開展內業上機。攝影測量云桌面試驗系統提供了VirtuoZo等多種攝影測量數據處理軟件和專業工具軟件，具有DEM、DOM、DLG生產和實驗教學功能。VirtuoZo教育版適合教學，按照攝影測量作業流程分為若干個模塊，各模塊可單獨運行，有利于學生學習和掌握攝影測量各個作業流程的原理及技術要點[8]。只需要具備上網功能，不需要購買手輪、腳盤、立體眼鏡等設備。學生不僅可以在機房集中上機，還可以隨時在宿舍里學習，解決了以往軟件數量少的問題。

（二）課程集中訓練模塊

“攝影測量學”課程結束后，開展為期兩周的攝影測量學實習。全班分為9組，整個校園分為9個測區，每組完成一個測區從航空攝影到像片調繪等滿足生產要求的無人機航空攝影測量的全部內容。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）數字線劃圖繪制;（6）精度檢查與像片調繪。航空攝影部分使用中云圖F7固定翼無人機;像片控制測量部分由每組按照區域網法布設像控點，使用GPS RTK測量;空中三角測量部分使用Pix4D和Inpho UASMaster進行操作;正射影像圖制作使用Pix4D軟件;數字線劃圖繪制使用MapMatrix和CASS軟件操作;最終對成圖結果進行實地精度檢查和調繪編輯。通過實習，學生完整掌握了攝影測量內外業的全部內容，實踐技能得到了極大提升。

（三）專業綜合訓練模塊

該模塊設置在第7學期，是在學生學完全部專業課程之后，對所學專業知識的一次綜合應用。該模塊包含控制測量、三維建模、地形圖測繪和空間數據建庫等四個環節。其中三維建模和地形圖測繪這兩個環節是“攝影測量學”實踐能力的一個強化。要求完成測區1∶500三維模型的創建和DLG的繪制。具體流程為：（1）像控點采集;（2）影像獲取;（3）三維建模;（4）三維測圖。

前兩個環節使用大疆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。學生全程動手實踐，自主完成航攝任務規劃、控制點采集、無人機起降和數據處理。通過專業綜合實訓，使學生及時掌握了傾斜攝影測量三維建模的新技術，這不僅是對“攝影測量學”教學的一個補充和強化，更與GNSS、GIS這些課程實現了有機統一，進一步加深了學生對專業知識的理解，極大地提升了綜合實踐技能，為學生走上工作崗位奠定了堅實的基礎。

（四）課外科技訓練模塊

課外科技訓練模塊是指學生通過參與大學生創新創業訓練、學科競賽與教師的科研項目，探討學科最新發展動態和未來發展方向，激發學生的學習興趣和熱情，培養學生自主學習的激情和欲望[9]。宿遷學院在教學改革的兩年時間內，共帶領學生完成了兩個1∶1000無人機測圖項目，一個市級傾斜攝影測量科研項目，完成了多項省級和校級大學生創新訓練項目。通過師生合作，進一步拓寬了專業知識面，培養了學生的科研素養和創新創業能力。該模塊是基礎教學環節的一個有益補充和拓展。

五、結語

宿遷學院基于本?！皵z影測量學”的實際教學情況，適時將無人機攝影測量技術引入教學中，構建了“攝影測量學”流程化實踐教學體系，打造了四個模塊由基礎到提升的階梯式協同化實踐教學平臺，積累了多個實際工程案例，建造了項目化教學資源體系。經過實踐，使學生全方位掌握了無人機攝影測量技術內外業的流程，在提高實踐技能的同時，及時引進新技術，拓寬了專業技能。

現在，攝影測量技術已經從側重于地形測繪轉變為廣泛應用于智慧城市建設的各個領域，攝影測量從傳統攝影測量逐步發展為智能攝影測量。目前的改革是不夠的，還需進一步改革，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，結合計算機視覺的相關知識，優化和完善攝影測量教學內容，進一步豐富攝影測量實踐教學，以滿足現代社會對創新型和實踐型攝影測量人才的需求[7]。

參考文獻

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

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

[4]白洪偉.應用型本科院校攝影測量學課程教學的幾點思考[J].湖北第二師范學院學報，2015，32（2）：94-97.

[5]李愛霞，趙紅.應用型本科院校攝影測量學課程實踐教學的改革與實踐[J].江蘇理工學院學報，2016，22（4）：107-109.

[6]胡騰，康志忠，楊紅磊.微型無人機在“現代攝影測量實習”課程教學改革中的應用[J].測繪與空間地理信息，2020，43（1）：8-9.

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

[8]段祝庚，岳雄.基于桌面云實驗室的攝影測量實驗教學模式與實踐[J].實驗技術與管理，2020，37（7）：204-207.

[9]王麗美，王李娟，姜永濤，等.測量型無人機輔助的攝影測量實踐教學體系構建[J].南陽師范學院學報，2019，18（4）：61-65.

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