数字测图全领域体系的构建及应用探索

王宇会

（广东工业大学，广东 广州 510006）

地形图测绘是指利用测绘仪器和设备对地球表面局部区域内的各种地物、地貌特征点的空间位置进行测定，以一定的比例尺并按图示符号绘制成地形图。传统的地形图以图纸为承载媒介，测绘技术采用传统的图解法，此方法存在精度低、工序多、劳动强度大、质量管理难等缺点。随着科学技术的进步、测绘仪器设备的更新、计算机技术的发展，地形图测绘逐渐向数字化、自动化方向发展，数字化测图技术应运而生。

1 目前教学中存在的不足

1.1 课程设置的限制

专业教学计划的制定应根据专业知识的深入逐渐开展相关的课程。以笔者所在学校为例，目前正在执行的教学计划中相关专业课程开设的学期如表1所示。

表1 测绘工程专业部分课程开课学期

这些测绘技术相关的课程中，数字地形测量学主要讲授大比例尺地形测绘的相关内容，使用的仪器以常规地面测绘仪器为主，主要包括全站仪和水准仪。大地测量学基础是原来的控制测量学，主要讲授精确确定地面点位置的方法。摄影测量学、GNSS定位原理与应用和遥感原理与应用分别讲授利用摄影测量、GNSS测量和遥感技术进行点位测定的方法。所以，在进行数字地形测量实习时，学生使用的测量方法只能是全站仪测绘法，此方法作业强度大、需要人工多，虽然实习后学生能够对全站仪数字测图的全过程有一个完整的认识，但是实习体验较差，不能将现在先进的测量技术应用到实习中，也不能与现在工程单位的测量技术相匹配。通过实习，学生往往对测绘专业有一定的负面看法：认为自己专业从事的工作外业工作量大、科技含量不高，由此产生的抵触情绪比较严重。相对应地，在其他相关的实习中，往往注重相关测量技术的应用，忽略其在地形图测绘中的应用。例如，GNSS定位原理与应用实习的主要内容是GNSS控制网的设计、静态测量及数据处理。摄影测量实习的主要内容是像控点测量、航飞方案确定、后期成果制作。

1.2 不能满足学科竞赛的要求

全国大学生测绘实验技能竞赛由教育部高等学校测绘学科教学指导委员会、国家测绘地理信息局职业鉴定指导中心、中国测绘学会测绘教育委员会主办，至今已举办了六届，是测绘本科院校最大的实践技能竞赛平台，每届的竞赛内容稍有差别，但数字测图一直是其中的赛项之一，其测量方法也由全站仪测图向全站仪和GPS-RTK联合测图逐步改进。

另外，由全国测绘地理信息职业教育委员会自2017年起已经连续三年举办了全国大学生无人机测绘技能大赛。

所以，仅仅全站仪测图已经不能够满足学生参加学科竞赛的要求。

1.3 不能将新技术、新方法应用到学生在校所学中

国务院颁布的《中国制造2025规划纲要》明确要求，推进无人机产业化快速发展。在人工智能等全新技术革命为主的第四次工业革命浪潮中，无人驾驶航空应运而生并蓬勃发展，已成为先进生产力的重要载体。民用无人机作为“中国制造”代表性产业，随着行业应用的加速推广、消费领域的需求爆发以及新应用领域的拓展，发展势头迅猛。2015年颁布的《国家职业分类大典》中增设“无人机测绘操控员”新职业，标志着无人机职业首次进入国家权威职业资格体系。近年来，许多院校开设无人机测绘专业或在已有专业中增设无人机测绘方向。学校的教学也应该紧跟国家发展的要求、行业的要求以及社会的要求，使新技术、新理论、新方法进入课堂中，不断提升学生的竞争力，全面提升人才培养质量，为社会输出更多更好的优秀人才。

由以上分析可以看出，测绘工程本科专业的学生在校期间只进行全站仪测图实习已经不能满足相关的要求，有必要进行数字测图全领域体系的构建。

2 数字测图全领域体系的构建与探索

2.1 数字地形测量学授课内容的改革

数字地形测量学是测绘工程专业的专业基础核心课程，是学生接触到的第一门系统的测绘知识理论，其课堂与实验教学内容设计主要围绕测量基础知识、小地区控制测量、野外数据采集、数据处理与内业绘图和地形图应用等专题展开[1]。在野外数据采集中，卫星定位的相关内容是和后续的 GNSS定位原理与应用课程内容相重叠的地方，为避免重复授课，以往该内容是不在数字地形测量学课程中讲授的。

为配合后续实习的需要，并不和后面GNSS定位原理与应用的内容相冲突，在数字地形测量学课程中仅在测量基础知识的测量坐标系中介绍WGS-84坐标系；在测量方法中，介绍卫星定位测量的原理（即空间测距后方交会）。

目前，大比例尺数字测图的技术主要有：全站仪测绘、GPS-RTK测绘、摄影测量、遥感[2]、三维激光扫描[3]、InSAR[4]等方法。由于数字地形测量学课程内容繁多，并且避免和后续其他课程内容相重复，摄影测量、三维激光扫描等方法可以略去不讲，但是为让学生清楚课程之间的衔接关系，在课上应介绍课程体系的构成及相关课程的大致内容。

大比例尺地形图的绘图软件可以选择广州南方测绘CASS、北京威远图SV300及图形处理软件CITOMAP、北京清华山维EPSW、武汉瑞德RDMS等。不管哪款绘图软件，其功能都是在计算机上经过人机交互编辑，生成数字地形图。这个内容是和其他任何课程都不冲突的地方，所以在数字地形测量学课程中，应详细向学生介绍软件的功能、使用要求、大比例尺地形图的相关规范等，有此做基础，后面学生不管学习了什么数据采集的方法，其制作的地形图都会满足相关规范的要求。

2.2 数字地形测量实习内容的改革

数字地形测量实习也称为数字测图实习，是测绘工程专业基础课程实习的实践环节，无论对学生理解测绘基本理论知识、掌握基本测量方法与测绘仪器操作，还是专业素养的培养，都起着关键性的作用[5]。在实际教学中，实习内容应紧跟设备的更换、技术的更新。

2.2.1 摒弃陈旧的实习内容

数字地形测量实习的主要内容包括：图根控制方案的确定、测量相关仪器设备的检校、图根控制测量外业数据获取、图根控制测量内业数据处理、大比例尺地形图测绘。以前，大比例尺地形图测绘的方法选择两种测量模式：全站仪图解法和全站仪数字测图法。全站仪图解法的优点是可以让学生清晰、直观地认识到全站仪极坐标法测量的基本原理，缺点是学生需要手工绘制地形图，测图精度低、成图周期长、劳动强度大，最主要的，此测量方法在工程单位早已被淘汰。

为给新技术、新方法的应用提供时间，实习中取消了全站仪图解法测绘的相关内容。

2.2.2 增加GPS-RTK测绘方法

数字地形测量实习是数字地形测量学的实践课程，理论课的主要内容是介绍地面常规测量的技术与方法，以全站仪、水准仪测量为主。实习仍然以全站仪数字测图为主，辅以其他测绘技术（如GPS-RTK）。GPS-RTK测量与全站仪测量区别仅在于外业获取数据的过程不一样。因理论课上没有讲授空间定位的全部知识，实习时以应用为主。因在相关理论的讲授中，已经介绍了不同的坐标系，所以学生利用 GPS-RTK进行地形图测绘时就不难理解进行点校正的必要性，然后按照相关设备的具体操作进行碎部点坐标采集，就可以和全站仪采集的数据一起进行地形图绘制。

GPS-RTK测绘技术在数字地形测量实习中的应用，可以让学生看到不同的测绘技术的特点和应用范围，让学生针对不同的情况选择不一样的观测方法。

2.3 数字测图全领域体系的构建与探索

仅仅进行数字地形测量实习的改革，还不能将其他先进的测量技术和测量方法应用到数字测图中来，所以就要构建数字测图全领域体系。在构建数字测图全领域体系时，应注意各门课程的衔接，学校设备的支撑情况，并充分利用校外资源。

在实际探索过程中，数字地形测量实习主要采用全站仪、GPS-RTK采集模式。在大三完成摄影测量学之后，在摄影测量实习中加入无人机测绘的相关内容；在大四第一学期遥感测量原理与应用的课程中，在课程上机内容中加入遥感测绘的相关内容；并且在工程测量学实习、毕业实习等教学环节中，要求学生综合利用之前所学的获取数据的方法进行大比例尺地形图测绘。

以上测图方式都是基于课程完成的，但是在专业的课程体系设置中，由于学校设备购置和学时等问题，不一定能够保证将所有的测绘手段都作为课程纳入教学计划中（以笔者所在的学校为例，目前正在执行的培养方案中，没有三维激光扫描、InSAR等相关课程）。而在生产单位，这些技术已广泛应用在各项测绘任务中。这就要依靠学生的课外活动来对课程体系进行一定的补充。比如，在测绘论坛的讲座中请相关领域的专家向学生介绍相关技术的测量原理以及他们所从事的项目内容，并将相关的资料发给学生，作为学生了解新技术、新方法的知识来源。另外，在校外实习基地，也可以增加相关新技术、新方法的学习与应用。

经过上述改革之后，数字测图全领域体系的各项测绘技术依托的理论课程、实践环节，如图1所示。

图1 数字测图全领域体系

3 结语

数字测图全领域体系的构建，有以下几个优点：（1）可以将新技术、新方法引入到教学中，使校内所学适应校外所用；（2）让学生明确课程之间的衔接关系，体验不同的技术手段的特点及适用范围；（3）将课外教学活动作为教学计划的补充，为学生的学习提供更多的平台；（4）学生由浅入深地学习将不同的技术，会对整个知识体系有一个完整的认识，也会认识到科技进步带来的技术进步对专业的影响，从而能够较好地接受自己的专业，并激发他们不断学习的动力。（5）充分利用各项社会资源，缩小学校和企业之间的差距。

经过数字测图全领域体系的构建及在实际教学中的探索，学生对自己的专业认可度得到了提升。在和学生的交流中，想转专业、对自己专业有抵触情绪的学生数量明显下降；在相关的实习报告中，叙述专业缺点的学生数量有明显的下降；在学校教务处评教系统中，对相关实习的评价分数有所提高。

当然，不同的测绘技术还会细分出不同的方法，如摄影测量可以有垂直摄影、倾斜摄影，三维激光扫描也有不同的搭载平台等。但是，无论何种数据采集方式，最终都会落实到数据的计算和处理，数理基础和专业知识点基础务必夯实[6]。打牢基础，才能够满足时代迅速发展的需要，适应新时代背景下数字化测绘向信息化测绘、智能化测绘发展的需要。