摄影测量学流程化实践教学体系的构建与实践

张丽 孙小荣 郭冰

[摘 要] 结合宿迁学院摄影测量学实践教学过程，以流程化实践教学体系构建为中心，以测量型无人机为辅助，以项目化教学资源体系建设和协同化实践教学平台打造为两翼，构建了适应摄影测量学的流程化实践教学体系。该实践教学体系把实践内容分为实验上机教学模块、课程集中训练模块、专业综合教学模块、课外科技训练模块等四个环节。四个环节各有侧重又有机统一。实践证明，改革教法后激发了学生的兴趣，提高了教学质量，强化了学生的自主学习能力和综合应用能力，并取得了较好效果。

[关键词] 无人机;摄影测量学;流程化;实践教学体系

[基金项目] 2018年度宿迁学院第七批教学改革研究项目“摄影测量学流程化实践教学体系的构建与实践”（sqc2018jg29）;2021年度宿迁学院第八批教学改革研究项目“测绘工程专业‘专业思政’体系的构建与实践”（SQU2021JGZD03）

[作者简介] 张 丽（1985—），女，湖北襄阳人，硕士，宿迁学院建筑工程学院讲师，主要从事摄影测量和测量数据处理研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）51-0125-04    [收稿日期] 2021-05-06

一、引言

摄影测量学是指从非接触成像和其他传感器系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体可靠信息的工艺、科学与技术[1]。随着电子计算机、自动控制技术的发展，以及无人机测绘技术的兴起，摄影测量学迅速发展并被广泛应用，成为当前测绘地形图和获取基础地理空间信息数据的重要手段之一[2]。摄影测量学是测绘工程专业的核心课程，通过该课程的学习，学生掌握了摄影测量的基本理论与方法，具备影像信息获取及几何信息处理、表达和应用的能力[3]。该课程具有理论复杂、原理抽象、学习难度大、实践性强等特点。应用技术型本科院校，师资力量、软硬件设施不足，开设摄影测量方面的课程较少，一般只开设“摄影测量学”一门课程，不能全面讲授航空摄影测量要求的全部教学内容，不能完全照搬其他测绘课程的教学体系[4]，因此应以应用为主旨构建课程教学体系[5]，强调实践环节的教学。

二、目前实践教学存在的问题

由于摄影测量学的学科特点以及配套实验设备昂贵，大部分高校都不具备开设完整摄影测量实验的条件，尤其是无法开展摄影测量外业实验。传统的摄影测量实践教学主要是基于大飞机搭载的框幅式航摄仪或者大型航摄无人机获取航空影像，以4D产品生产为主线，进行室内软件操作培训。由于软件的高度智能化，学生通过简单的鼠标点击就可以掌握基本操作流程。但由于缺少数据采集的流程，难以建立完整的摄影测量知识体系，这在一定程度上影响了教学效果[6]，而且摄影测量软件的数量难以满足学生人数的要求，因此学生只能掌握部分内业技能。然而基于应用技术型人才培养目标，使学生全面掌握内外业的实践技能十分重要。随着消费级无人机的普及，基于无人机影像的摄影测量成为“摄影测量学”课程教学的重要内容[7]。因此，本文依托校级教学改革项目，以宿迁学院为例，对“摄影测量学”实践环节的教学进行了改革。

三、实践教学体系构建

宿迁学院以流程化实践教学体系构建为中心，以项目化教学资源体系建设和协同化实践教学平台打造为两翼，构建了一个适应“攝影测量学”课程的流程化实践教学体系，整体思路见图1。

（一）流程化实践教学体系构建

构建面向工程能力培养的流程化实践教学体系，具体思路如下。

1.实践教学内容组织。组织实践项目，设计流水线实践教学流程。拟定知识点相互衔接的方案，并在教学过程中明确各知识点在课程之间的地位与关系，使实践内容按照一条承上启下的主线有机地联系起来。

2.实践教学流程实施。以宿迁学院无人机4D产品生产为固定的教学实验产品，该产品的生产实施采用流水线操作，前一项实践未做或不合格，下一项实践就无法进行，前面实践的输出是后面实践的输入，全部实践完成并达到合格标准流程结束。流程实施要做到四固定：实践项目固定、实践内容固定、实践流程固定、实践结果固定。

（二）项目化教学资源体系建设

建设面向工程能力培养的项目化教学资源体系，具体思路如下：（1）项目化教学法研究。建立项目化教学案例库，研究实际项目向教学案例的转换方法。（2）项目化教学课程建设。与企业合作把“摄影测量学”课程建设成为体现任务驱动、项目导向和案例教学的专业课程。（3）教学网站建设。建立项目化教学自主学习网站，明确其项目背景、成果形式、项目核心技术、使用教学对象及与专业课程知识体系的联系等。

（三）协同化实践教学平台打造

打造与流程化实践教学体系相适应的协同化实践教学平台，具体思路如下。

1.构建集约化实践教学平台。按照流程化实践教学的特点及要求对摄影测量现有实验、实训平台等实践教学资源进行系统整合和统一规划，并进行功能划分，为学生提供从低到高，从专业、创新到综合能力训练的适应教学需要的多层次完整平台。优化后的教学平台既保持了原来优势，也符合流程化教学及后续发展需要。

2.挖掘校企合作平台的深度融合机制。目前，已有多个企业与我院建立了形式多样的友好合作关系，下一步需要建立双方灵活多样和深度融合的长效机制，提高教师和学生参与工程实训的深度、广度，以及作为企业“准员工”的角色度。

3.实验室开放与管理。建立实验室开放及预约制度，使学生能够有选择的自主完成相关实验和实训教学内容。

四、实践教学改革实践

根据改革思路，对实践教学内容和方式进行了改革。宿迁学院摄影测量实践教学环节分为实验上机教学、课程集中训练、专业综合训练、课外科技训练四大模块。四大模块将核心能力划分为“基础—专项—综合—创新”四个层次，对学生进行递进式培养，一步一个台阶。通过课内实验上机教学模块打下基础，通过课程集中训练模块巩固基础，通过专业综合训练模块进一步强化基础、夯实基础，通过课外科技训练模块培养学生的科研和创新能力，使能力得到极大提升（见图2）。

（一）实验上机教学模块

该模块课内实验和上机内容的设置包括外业和内业两部分，按照摄影测量流程穿插进行。外业部分主要通过使用无人机，了解航空摄影的基本流程和像片调绘的一般过程;内业部分以传统4D产品制作为主线，加深对内定向、相对定向、绝对定向、影像匹配等理论知识的理解，共7个项目，具体设置见表1。

实验结合新购入的固定翼和多旋翼无人机等设备开展外业实验，结合武汉兆格公司提供的VirtuoZo云桌面摄影测量系统开展内业上机。摄影测量云桌面试验系统提供了VirtuoZo等多种摄影测量数据处理软件和专业工具软件，具有DEM、DOM、DLG生产和实验教学功能。VirtuoZo教育版适合教学，按照摄影测量作业流程分为若干个模块，各模块可单独运行，有利于学生学习和掌握摄影测量各个作业流程的原理及技术要点[8]。只需要具备上网功能，不需要购买手轮、脚盘、立体眼镜等设备。学生不仅可以在机房集中上机，还可以随时在宿舍里学习，解决了以往软件数量少的问题。

（二）课程集中训练模块

“摄影测量学”课程结束后，开展为期两周的摄影测量学实习。全班分为9组，整个校园分为9个测区，每组完成一个测区从航空摄影到像片调绘等满足生产要求的无人机航空摄影测量的全部内容。具体流程为：（1）航空摄影;（2）像片控制测量;（3）空中三角测量;（4）正射影像图制作;（5）数字线划图绘制;（6）精度检查与像片调绘。航空摄影部分使用中云图F7固定翼无人机;像片控制测量部分由每组按照区域网法布设像控点，使用GPS RTK测量;空中三角测量部分使用Pix4D和Inpho UASMaster进行操作;正射影像图制作使用Pix4D软件;数字线划图绘制使用MapMatrix和CASS软件操作;最终对成图结果进行实地精度检查和调绘编辑。通过实习，学生完整掌握了摄影测量内外业的全部内容，实践技能得到了极大提升。

（三）专业综合训练模块

该模块设置在第7学期，是在学生学完全部专业课程之后，对所学专业知识的一次综合应用。该模块包含控制测量、三维建模、地形图测绘和空间数据建库等四个环节。其中三维建模和地形图测绘这两个环节是“摄影测量学”实践能力的一个强化。要求完成测区1∶500三维模型的创建和DLG的绘制。具体流程为：（1）像控点采集;（2）影像获取;（3）三维建模;（4）三维测图。

前两个环节使用大疆P4R+GPS RTK完成，三维建模使用Context Capture软件完成，三维测图使用EPS软件完成。学生全程动手实践，自主完成航摄任务规划、控制点采集、无人机起降和数据处理。通过专业综合实训，使学生及时掌握了倾斜摄影测量三维建模的新技术，这不仅是对“摄影测量学”教学的一个补充和强化，更与GNSS、GIS这些课程实现了有机统一，进一步加深了学生对专业知识的理解，极大地提升了综合实践技能，为学生走上工作岗位奠定了坚实的基础。

（四）课外科技训练模块

课外科技训练模块是指学生通过参与大学生创新创业训练、学科竞赛与教师的科研项目，探讨学科最新发展动态和未来发展方向，激发学生的学习兴趣和热情，培养学生自主学习的激情和欲望[9]。宿迁学院在教學改革的两年时间内，共带领学生完成了两个1∶1000无人机测图项目，一个市级倾斜摄影测量科研项目，完成了多项省级和校级大学生创新训练项目。通过师生合作，进一步拓宽了专业知识面，培养了学生的科研素养和创新创业能力。该模块是基础教学环节的一个有益补充和拓展。

五、结语

宿迁学院基于本校“摄影测量学”的实际教学情况，适时将无人机摄影测量技术引入教学中，构建了“摄影测量学”流程化实践教学体系，打造了四个模块由基础到提升的阶梯式协同化实践教学平台，积累了多个实际工程案例，建造了项目化教学资源体系。经过实践，使学生全方位掌握了无人机摄影测量技术内外业的流程，在提高实践技能的同时，及时引进新技术，拓宽了专业技能。

现在，摄影测量技术已经从侧重于地形测绘转变为广泛应用于智慧城市建设的各个领域，摄影测量从传统摄影测量逐步发展为智能摄影测量。目前的改革是不够的，还需进一步改革，以城市三维建模为主线，依托倾斜摄影测量、三维激光扫描等技术，结合计算机视觉的相关知识，优化和完善摄影测量教学内容，进一步丰富摄影测量实践教学，以满足现代社会对创新型和实践型摄影测量人才的需求[7]。

参考文献

[1]张剑清，潘励，王树根.摄影测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2003.

[2]宁津生，王正涛.2012—2013年测绘学科发展综合报告[J].测绘科学，2014，39（2）：3-10.

[3]叶勤，林怡.通识教育背景下“摄影测量学基础”教学的思考[J].测绘通报，2015（2）：121-124+128.

[4]白洪伟.应用型本科院校摄影测量学课程教学的几点思考[J].湖北第二师范学院学报，2015，32（2）：94-97.

[5]李爱霞，赵红.应用型本科院校摄影测量学课程实践教学的改革与实践[J].江苏理工学院学报，2016，22（4）：107-109.

[6]胡腾，康志忠，杨红磊.微型无人机在“现代摄影测量实习”课程教学改革中的应用[J].测绘与空间地理信息，2020，43（1）：8-9.

[7]卞玉霞，宋宏权，王永前，等.新形势下摄影测量学课程教学改革探讨[J].测绘通报，2019（12）：152-155.

[8]段祝庚，岳雄.基于桌面云实验室的摄影测量实验教学模式与实践[J].实验技术与管理，2020，37（7）：204-207.

[9]王丽美，王李娟，姜永涛，等.测量型无人机辅助的摄影测量实践教学体系构建[J].南阳师范学院学报，2019，18（4）：61-65.

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