張 靜,梁同立,鄧 超

(1.信息工程大學(xué),河南 鄭州 45000；2.河南省展圖測繪技術(shù)有限公司,河南 鄭州 450001)

基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人工智能成為開啟第五次工業(yè)革命的一把鑰匙，特別是“阿爾法狗”先后戰(zhàn)勝了世界圍棋冠軍李世石和柯潔，人工智能的浪潮更是以前所未有的速度席卷了整個(gè)世界，正在向各行各業(yè)蔓延和滲透，人工智能迎來了新紀(jì)元。同時(shí)作為測量并通過位置服務(wù)來表達(dá)時(shí)空維度的測繪專業(yè)來說，迎來了巨大的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，特別是2017年7月國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的8項(xiàng)共性關(guān)鍵技術(shù)，更是與測繪專業(yè)高度相關(guān)，測繪行業(yè)迎來了第四次技術(shù)革命(見表1)逐步從信息化測繪升級為智能測繪，進(jìn)入了“測繪4.0時(shí)代”[1]。

決定人工智能成敗的關(guān)鍵因素是人才教育，人工智能和人才教育是在互相催化過程中融合，毫無疑問將深層次推動教育教學(xué)改革和創(chuàng)新發(fā)展。構(gòu)建新的測繪類專業(yè)人才教育，如何充分挖掘自身的優(yōu)勢，在人工智能的時(shí)代中有所為，有所不為，并突破固有的教育體系堡壘，將系統(tǒng)性思維、時(shí)空觀思維和創(chuàng)意性思維作為開啟智能時(shí)代測繪專業(yè)教育大門的鑰匙[2]，才能實(shí)現(xiàn)測繪專業(yè)教育向生態(tài)、持續(xù)、智能、跨界發(fā)展的整體轉(zhuǎn)型。

表1 測繪技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)

1 人工智能帶給測繪類專業(yè)的影響分析

人工智能目前沒有統(tǒng)一的定義，其核心要素的定義就是利用機(jī)器實(shí)現(xiàn)人的大腦部分工作來感知世界、認(rèn)識世界和改變世界(見圖1)，陳銳志認(rèn)為就測繪的本質(zhì)來說，“測”本身就是感知，“繪”是認(rèn)知，最后是“用”，就是行動，測繪跟人工智能有很密切的關(guān)系。人工智能的生產(chǎn)工具就是大數(shù)據(jù)，而測繪專業(yè)原本的行業(yè)定位就是生產(chǎn)具有時(shí)空基準(zhǔn)和法律屬性的數(shù)據(jù)，同時(shí)測繪需要依托人工智能帶來的技術(shù)革命完成數(shù)據(jù)到智慧轉(zhuǎn)化的飛躍。所以滿足這些廣泛而巨大的新需求所帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，測繪行業(yè)必須推進(jìn)本身的轉(zhuǎn)型升級。

圖1 人工智能結(jié)構(gòu)

1.1 人工智能帶給測繪類專業(yè)的挑戰(zhàn)

經(jīng)過20多年的發(fā)展，測繪依托光電技術(shù)、空間技術(shù)、傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)、高分辨率遙感對地觀測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對海、陸、空全方位的時(shí)空表達(dá)，完成了傳統(tǒng)測繪到數(shù)字測繪的轉(zhuǎn)變，盡管在目前的固有測繪技術(shù)方面還需要突破，測繪技術(shù)還是取得了前所未有的發(fā)展。但是正如李建成院士所講的，這里面相當(dāng)一部分只是利用了數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)測繪的高效生產(chǎn)以及測繪成果的數(shù)字表達(dá)。距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成智慧和智能還有很長的路要走，服務(wù)的層面以為國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)為主。在大數(shù)據(jù)背景下，測繪領(lǐng)域如何采用人工智能技術(shù)，智能化地利用時(shí)空地理數(shù)據(jù)資源，發(fā)掘知識、提升效益、促進(jìn)創(chuàng)新，使其服務(wù)于國家和公眾的生活。從測繪學(xué)科的獨(dú)立研究，走向以人工智能為主，與自然智能、集成智能、腦科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)等學(xué)科的協(xié)同和交叉研究。

在iphoneX的AR功能中，能實(shí)現(xiàn)距離的精確測量，比如一款為“ARuler”的應(yīng)用，您只需將相機(jī)對準(zhǔn)您要測量的內(nèi)容，點(diǎn)擊屏幕上的任意兩個(gè)點(diǎn)，就能測量它們之間的真實(shí)距離。另一款應(yīng)用 AR Measure 則給你提供一把可以添加到任何東西上的虛擬標(biāo)尺。雖然這并不代表人工智能真正進(jìn)入測繪界，但是可以預(yù)見在不久的將來，測繪的范疇將會更加寬廣，同時(shí)對傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)獲取、處理、應(yīng)用整個(gè)行業(yè)帶來巨大的沖擊?；诖髷?shù)據(jù)的社會感知研究，顛覆了傳統(tǒng)測繪數(shù)據(jù)采集模式和展現(xiàn)模式，并改變了整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的預(yù)定方向，社會感知將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傳感器，以人作為最小的感知單元，各類定位、社交媒體等數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，從人、地、時(shí)三個(gè)維度出發(fā)，擴(kuò)展地理信息系統(tǒng)分析模型和方法，通過數(shù)據(jù)挖掘和深度學(xué)習(xí)等手段發(fā)現(xiàn)時(shí)空軌跡規(guī)律。人人都是數(shù)據(jù)和信息的采集者，依托人工智能技術(shù)，地理大數(shù)據(jù)提供了對海量人群時(shí)空行為的獲取手段，從而揭示其背后的社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，而傳統(tǒng)的測繪手段主要是物理空間的表達(dá)，智能時(shí)代對傳統(tǒng)測繪與位置服務(wù)的挑戰(zhàn)已經(jīng)來臨。

1.2 人工智能帶給測繪類專業(yè)的機(jī)遇

測繪專業(yè)作為一個(gè)古老的專業(yè)，依托每一次人類的技術(shù)革命獲得了自身的跨越式發(fā)展，人類永遠(yuǎn)需求感知時(shí)間和空間的生存環(huán)境，因此測繪作為行業(yè)是不會在人工智能化的浪潮中消失[2]，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，測繪領(lǐng)域構(gòu)建的專家系統(tǒng)是人工智能在測繪應(yīng)用最為成熟的領(lǐng)域，但是這個(gè)專家系統(tǒng)一般只是狹義上的人工智能，在功能上的定義為“一個(gè)在某領(lǐng)域具有專家水平解題能力的程序系統(tǒng)”[3]，與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、智能識別、知識管理等新技術(shù)新理念的耦合依然存在著很遠(yuǎn)的距離，這些技術(shù)的快速發(fā)展也必然給測繪專業(yè)技術(shù)革新帶來又一次發(fā)展機(jī)遇。

測繪既是人工智能空間數(shù)據(jù)的提供者，又是統(tǒng)一空間框架和時(shí)間基準(zhǔn)的建設(shè)者和執(zhí)行者，提供的數(shù)據(jù)具有法律性、嚴(yán)肅性、專業(yè)性和精準(zhǔn)性。測繪應(yīng)該抓住人工智能對空間位置的需求，可以利用這些優(yōu)勢積極與人工智能技術(shù)融合。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的快速發(fā)展，空間位置數(shù)據(jù)的快速沉淀和積累，使得空間大數(shù)據(jù)正在全球范圍內(nèi)迅速崛起，給政府用戶、企業(yè)用戶與個(gè)人用戶提供前所未有的應(yīng)用價(jià)值。而機(jī)器深度學(xué)習(xí)、人工智能技術(shù)的誕生則進(jìn)一步拓展了空間大數(shù)據(jù)的服務(wù)能力，人工智能技術(shù)不僅能夠提升數(shù)據(jù)處理能力及效率、降低人力消耗，更使得空間大數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用到更多領(lǐng)域，在針對不同客戶需求，精準(zhǔn)定制數(shù)據(jù)信息服務(wù)方面都有著出色的表現(xiàn)。當(dāng)空間大數(shù)據(jù)、云計(jì)算與人工智能發(fā)生碰撞，地理服務(wù)產(chǎn)業(yè)勢必會發(fā)生神奇的變革與進(jìn)步。

UNGGIM2016年發(fā)布《地理空間信息未來10年展望》中提到，測繪中，數(shù)據(jù)獲取能力超前于采用數(shù)據(jù)解決復(fù)雜問題的能力，而解決問題數(shù)據(jù)技術(shù)與人工智能或機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)結(jié)合，期望通過改進(jìn)地理空間特征識別的準(zhǔn)確度，提高航空和衛(wèi)星影像解譯的準(zhǔn)確度，利用連續(xù)的數(shù)據(jù)流，持續(xù)分析并提示新的發(fā)現(xiàn)和事件。

1.3 人工智能倒逼測繪類專業(yè)教育體系變革

測繪類的本科教育手段一直是以理論加實(shí)踐的方式進(jìn)行的，學(xué)習(xí)如何利用測量儀器和數(shù)據(jù)處理的技術(shù)客觀而真實(shí)地將地球物理空間數(shù)字化，數(shù)據(jù)的采集和表達(dá)是其主要的學(xué)習(xí)任務(wù)，培養(yǎng)的目標(biāo)是能勝任未來工作崗位的測繪工程師。但是在人工智能的大環(huán)境下，崗位的性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了改變，基于無人機(jī)的全自動影像處理云服務(wù)平臺使繽紛繁復(fù)的航測數(shù)據(jù)處理變的更智能和簡單，肩抗測繪儀器，風(fēng)餐露宿跋山涉水的外業(yè)測量工作即將成為歷史。影像定位PlaNet系統(tǒng)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，隨機(jī)一張無地理位置的照片，利用數(shù)據(jù)庫里1.26億張圖片，依托互聯(lián)網(wǎng)，訓(xùn)練一個(gè)模擬大腦皮層神經(jīng)元交互的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，就可以辨別照片的拍攝地方，進(jìn)而完成照片周圍所有地理空間位置和場景的虛擬重建。

人工智能滲透到各個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展，釋放了功能崗位的需求，倒逼著教育必須做出改革，要求培養(yǎng)相應(yīng)的人才，另一方面教育也將通過人才培育、技術(shù)生產(chǎn)適應(yīng)促進(jìn)人工智能的發(fā)展[4]，當(dāng)教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施尚在普及完善、“互聯(lián)網(wǎng)+”和教育尚在互相催化融合時(shí)，人工智能作為信息技術(shù)的更高發(fā)展階段，毫無疑問會深層次推動教育教學(xué)改革與創(chuàng)新發(fā)展，進(jìn)而給未來教育帶來機(jī)遇和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)社會就業(yè)體系和職業(yè)形態(tài)也將因此發(fā)生深刻變化，如果我們測繪專業(yè)教育體系還墨守陳規(guī)，不用戰(zhàn)略和大局眼光轉(zhuǎn)變觀念的話，那么培養(yǎng)出來的學(xué)生畢業(yè)即失業(yè)。必須將測繪學(xué)科培養(yǎng)體系在人工智能這個(gè)大環(huán)境下進(jìn)行拓展，智能科學(xué)與技術(shù)的核心課程應(yīng)該盡快成為測繪本科教育的通識教育課程。

2 基于人工智能的測繪類專業(yè)人才培養(yǎng)體系建設(shè)

人工智能帶給測繪行業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，就是帶給測繪專業(yè)教育的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，在推動教育信息化的過程中，進(jìn)一步推動人工智能在教與學(xué)、教育管理、教育服務(wù)過程中的融合應(yīng)用，轉(zhuǎn)變的過程中學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方式和教師的職責(zé)都發(fā)生了某些實(shí)質(zhì)性的改變，夯實(shí)測繪專業(yè)的基礎(chǔ)教育不會變，劉經(jīng)南院士呼吁要構(gòu)建“測繪行業(yè)大腦”，筆者認(rèn)為這個(gè)大腦一方面指的是技術(shù)大腦，另一方面就是人才大腦，構(gòu)建基于人工智能+測繪類專業(yè)人才培養(yǎng)體系任務(wù)艱巨，同時(shí)對學(xué)校教師的專業(yè)及知識與能力有了更高的要求。

2.1 人工智能融入測繪類人才培養(yǎng)的模式

“人工智能+測繪教育”的核心是人工智能的優(yōu)勢與教育過程相結(jié)合，可將人工智能與測繪類教育融合的模式分為三種：人工智能主動融入模式、人工智能功能嵌入型模式、人工智能輔助技術(shù)手段模式[5]。人工智能主動融入模式主要是指建立的智能教學(xué)系統(tǒng)、智能決策支持系統(tǒng)，目的是將教師從繁重重復(fù)的教學(xué)活動中解放出來；人工智能功能嵌入型模式主要是指將學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容與人工智能的相關(guān)知識結(jié)合，建立在跨人工設(shè)計(jì)和測繪專業(yè)領(lǐng)域的課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)，改善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)，瞄準(zhǔn)測繪領(lǐng)域人工智能化必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，讓人工智能技術(shù)的計(jì)算智能、感知智能和認(rèn)知智能在測繪學(xué)科的專業(yè)知識面里生根發(fā)芽[6]。人工智能輔助技術(shù)手段是基于人工智能的感知功能和虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)，構(gòu)建測繪產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域虛擬的工作場景，打破專業(yè)界限堡壘，輔助專業(yè)知識應(yīng)用到實(shí)際工作的實(shí)踐場地。

2.2 提升測繪類專業(yè)教師人工智能的相關(guān)知識素養(yǎng)

俗話說“萬丈高樓平地起，參天大樹靠根基”，測繪類專業(yè)的基本理論、基本知識和基本技能的“三基”教育是高校基礎(chǔ)，本科教育應(yīng)把“三基”教育放在首位[7]。傳統(tǒng)的教育方式必將長期存在，測繪行業(yè)在培養(yǎng)學(xué)生的“真實(shí)、準(zhǔn)確、細(xì)致、及時(shí)”的從業(yè)精神，傳承測繪文化、創(chuàng)新知識和培養(yǎng)人才方面的本質(zhì)不變，所以在測繪行業(yè)教師這個(gè)崗位永遠(yuǎn)不會消失，而且在人工智能的大環(huán)境下會變的越來越重要，需要轉(zhuǎn)變的是知識結(jié)構(gòu)的豐滿和扮演的角色恰到好處。

筆者曾經(jīng)呼吁，提升測繪類教育水平關(guān)鍵因素是需要大批量的既是“教師”又是“工程師”和“測繪師”的“三師型”專業(yè)教師隊(duì)伍[8]。但人工智能的大潮來的如此之急，迫切需要有人工智能專業(yè)背景的“三師型”教師帶領(lǐng)學(xué)生融入巨大技術(shù)變革中，在人工智能融入測繪類人才培養(yǎng)的三種模式中扮演領(lǐng)航員和知識的傳播者。教師應(yīng)加強(qiáng)智慧城市、空間感知和認(rèn)知、智能位置服務(wù)等體系與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動通訊技術(shù)的結(jié)合[9]，調(diào)整自己的專業(yè)結(jié)構(gòu)，積極探索人工智能技術(shù)與測繪行業(yè)的契合點(diǎn)，在原有的學(xué)科基礎(chǔ)上拓寬人工智能專業(yè)教育的內(nèi)容，促進(jìn)測繪學(xué)科內(nèi)部具體研究方向的重大轉(zhuǎn)變，積極引領(lǐng)學(xué)生走向智能測繪的輝煌道路，讓教師成為促進(jìn)“人工智能+測繪教育”的““智能測繪大腦”。

2.3 搭建基于人工智能技術(shù)的知識學(xué)習(xí)平臺

必須清醒的認(rèn)識到我們的學(xué)生在人工智能蓬勃發(fā)展的新時(shí)代都是一粒剛發(fā)芽的種子，幾乎沒有人工智能需要的知識儲備，如果將課堂開辟為講授人工智能知識的主戰(zhàn)場，就會出現(xiàn)本末倒置的現(xiàn)象，學(xué)生就沒有時(shí)間和精力把測繪的基礎(chǔ)知識學(xué)好。而測繪類專業(yè)又從大的方面分為大地測量、工程測量、攝影測量與遙感、制圖學(xué)以及地理信息工程等子專業(yè)，在人工智能的推動下也可能會催生新的子專業(yè)，每個(gè)細(xì)分的子專業(yè)如何在人才培養(yǎng)方面與人工智能進(jìn)行深度融合發(fā)展，就必須建立避免片段化的生態(tài)人工智能知識學(xué)習(xí)平臺，引導(dǎo)學(xué)生從對人工智能的概念理論階段到智能測繪產(chǎn)業(yè)階段過渡。

首先整合測繪類各個(gè)子專業(yè)的教育資源，借助信息化的技術(shù)手段，按照5個(gè)層次構(gòu)建知識學(xué)習(xí)平臺，如圖2所示，第一層次在學(xué)校的知識學(xué)習(xí)平臺以網(wǎng)絡(luò)授課的形式開辟人工智能基礎(chǔ)知識普及的課程，比如基于大數(shù)據(jù)、認(rèn)知科學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算等跨界的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，課程設(shè)計(jì)應(yīng)該積極征求目前在人工智能技術(shù)方面走在測繪領(lǐng)域前列的部門和機(jī)構(gòu)，并經(jīng)過專家組嚴(yán)格把關(guān)，切實(shí)可行地拓展學(xué)生的知識面。第二層次根據(jù)測繪類專業(yè)的各個(gè)子專業(yè)，開設(shè)數(shù)據(jù)自動獲取、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)表達(dá)、數(shù)據(jù)決策、測繪機(jī)器人、自組網(wǎng)對地感知認(rèn)知系統(tǒng)和全組合智能導(dǎo)航系統(tǒng)等專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生可以根據(jù)自己的子專業(yè)領(lǐng)域和感興趣的方向，更深層次、更專業(yè)化地選擇課程來學(xué)習(xí)。第三層次是定期在平臺上發(fā)布可以細(xì)化到具體的測繪知識點(diǎn)，也可以是一個(gè)智能測繪小系統(tǒng)的技能競賽，搭配專業(yè)的指導(dǎo)教師，吸引學(xué)生積極參與。第四層次是高校引入測繪生產(chǎn)企業(yè)，校企強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)共贏，搭建教育、科研橋梁，面向?qū)W生提供完整的產(chǎn)、學(xué)、研、訓(xùn)一體化解決方案，提供實(shí)踐與就業(yè)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生綜合競爭力。第五層次可以把國內(nèi)有測繪專業(yè)的高校和測繪高等教育的輔助機(jī)構(gòu)，比如測繪局、測繪出版社聯(lián)合起來，形成強(qiáng)大的基于人工智能的“測繪教育聯(lián)合體”[10]，實(shí)現(xiàn)人工智能教育資源的融合。

圖2 人工智能技術(shù)的知識學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語

人工智能技術(shù)應(yīng)用日新月異，人工智能對測繪行業(yè)和測繪教育的影響已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)，其影響的廣度和深度還會持續(xù)增強(qiáng)?！稖y繪地理信息技術(shù)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確提出，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、智能機(jī)器人等新技術(shù)的快速發(fā)展，為測繪地理信息快速發(fā)展提供了新動力?；诨ヂ?lián)網(wǎng)和人工智能時(shí)代下的測繪已經(jīng)進(jìn)入“測繪4.0”時(shí)代[11]。

推動人工智能環(huán)境下測繪再躍變的顛覆性理論和技術(shù)的動力永遠(yuǎn)是人才，而教育是人才成長的搖籃。把什么樣的測繪教育帶入人工智能時(shí)代，是未來測繪技術(shù)變革的關(guān)鍵。需要隨著時(shí)代發(fā)展不斷完善，作為教師的我們需要樹立正確的育人觀和創(chuàng)新意識，將測繪教育帶入人工智能大時(shí)代的春天。