段祝庚，岳 雄

（1. 中南林業(yè)科技大學 土木工程學院, 湖南 長沙 410004；2. 武漢兆格信息技術有限公司，湖北 武漢 430223）

隨著測繪科學技術的迅速發(fā)展，攝影測量技術逐漸廣泛應用于國家基礎測繪、數(shù)字城市建設、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、國土資源治理等領域。特別是無人機低空攝影測量技術具有快速高效、機動靈活、運行成本低、分辨率高等特點，已經(jīng)成為獲取空間信息的重要技術和手段[1-2]。因此，攝影測量技術在測繪生產(chǎn)實踐和教學中占有重要的地位，提高攝影測量生產(chǎn)實踐的作業(yè)效率和實驗教學的仿真度，是當前迫切要解決的問題[3]。一方面，攝影測量實驗教學需要與生產(chǎn)實踐緊密接軌，學校培養(yǎng)的學生應具備攝影測量生產(chǎn)實踐前必要的基本技能。而現(xiàn)階段高等學校攝影測量教學，由于教學條件、教學模式的限制，實驗教學往往與生產(chǎn)實踐存在較大的差距，導致學生不能快速適應生產(chǎn)實踐的工作需要[4]。另一方面，長期以來，無論攝影測量生產(chǎn)實踐還是高校的攝影測量實驗教學，攝影測量作業(yè)平臺和軟件都是基于單機作業(yè)模式，基本與網(wǎng)絡無關[5]。由于攝影測量數(shù)據(jù)量大、作業(yè)流程復雜、工作量重，單機作業(yè)模式效率不高。

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡技術和云計算技術的快速發(fā)展，云端服務正不斷涌現(xiàn)，云計算技術日趨成熟，正廣泛應用于物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)藥醫(yī)療、制造、金融與能源、電子政務、教育科研、電信等領域[6-8]。云計算具有虛擬化、高可靠性、通用性、低成本、靈活性等特點[9-10]。通過網(wǎng)絡連接遠程服務器進行數(shù)據(jù)處理和信息共享等服務，可讓用戶共享云端服務器的快速處理能力和各種優(yōu)質(zhì)的服務，從而為用戶節(jié)約了成本，提高了工作效率[11-12]。應用云計算技術將實現(xiàn)攝影測量生產(chǎn)實踐和實驗教學的網(wǎng)絡化和云化，將改變攝影測量生產(chǎn)實踐和實驗教學的作業(yè)模式，實現(xiàn)云開放攝影測量作業(yè)[13-14]。本文結(jié)合基于桌面云實驗室的攝影測量實驗教學實踐，開展開放式攝影測量實驗教學模式探索，旨在為攝影測量生產(chǎn)實踐和我國高校攝影測量實驗教學提供參考、示范及借鑒。

1 攝影測量云實驗室簡介

攝影測量云實驗室是基于互聯(lián)網(wǎng)的桌面云實驗室，實行全在線實訓作業(yè)，徹底打破攝影測量作業(yè)的時空限制（http://www.gridknow.com/），將教、學、練全面云化，建設一個能為用戶實現(xiàn)“實時、按需下載、全在線、DIY 內(nèi)容以及共享”（ROADS，real-time、on-demand、all-online、DIY、share）的新型空間信息處理技術學習模式，全面實現(xiàn)全新開放的教學實習方式。

攝影測量云開放實驗系統(tǒng)由云端服務器、安裝在云端的專用軟件、數(shù)據(jù)及資料和用戶構(gòu)成。用戶注冊賬號，隨時隨地可以登錄進行學習。攝影測量云開放實驗系統(tǒng)具有硬件、系統(tǒng)、軟件及網(wǎng)絡超融合特點，云端服務器具有超強的并行云計算能力，極大地降低用戶設備及維護成本。

攝影測量云開放實驗系統(tǒng)能提供VirtuoZo攝影測量系統(tǒng)、DPgrid攝影測量系統(tǒng)、空中三角測量、點云數(shù)據(jù)處理軟件和專業(yè)工具軟件等共 41種軟件（截至2019年3月），具有DEM、DOM、DLG生產(chǎn)和實驗教學功能，可處理衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、航空攝影影像數(shù)據(jù)、無人機攝影影像數(shù)據(jù)及點云數(shù)據(jù)。VirtuoZo攝影測量系統(tǒng)、DPgrid攝影測量系統(tǒng)、空中三角測量系統(tǒng)這些軟件有教育版和生產(chǎn)版兩種版本。教育版適合于教學，按照攝影測量作業(yè)流程分成若干個模塊，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(yè)流程原理和技術要點。生產(chǎn)版適合于攝影測量生產(chǎn)作業(yè)，它將攝影測量作業(yè)流程整合在一起，一體化、自動化程度較高，人工干預較少。系統(tǒng)可根據(jù)用戶需要定制軟件。同時，云平臺具備豐富的攝影測量工具、實驗數(shù)據(jù)及教學資源，無需綁定加密狗和計算機，自動推送更新工具軟件。

2 現(xiàn)階段攝影實驗教學模式存在的問題

傳統(tǒng)的攝影測量實驗教學和攝影測量生產(chǎn)的作業(yè)模式均是基于 PC和單機軟件的。目前高校攝影測量課程采用理論教學結(jié)合機房實驗實踐方式進行。攝影測量實驗教學采用的商用軟件價格較為昂貴，通常軟件授權(quán)是通過“軟件狗”或綁定電腦IP進行，沒有“軟件狗”或者離開授權(quán)的電腦，軟件則無法使用。由于軟件授權(quán)問題，學生只能到機房進行實驗，固定學習地點，實驗時間也僅局限于實驗課時間。除實驗室機房開放時間外，其他時間無法上機操作，實驗操作時間短，學生作業(yè)水平很難滿足生產(chǎn)作業(yè)的需要。

1）軟件使用效益不高。

由于軟件授權(quán)問題，學校投入巨額資金購買的軟件使用效率普遍不高，僅在有限的實驗室開放時間可以使用，造成資源很大程度的閑置。同時，由于學校資金限制，往往只能購買有限套數(shù)專業(yè)攝影測量軟件，在當前高校普遍擴招的情況下，軟件數(shù)量難以滿足學生人數(shù)的需要。另外，攝影測量軟件能處理的數(shù)據(jù)類型有限，通常無法適用于衛(wèi)星影像、航空影像、無人機影像等不同類型的數(shù)據(jù)，限制了對學生的能力培養(yǎng)，更無法開展多機協(xié)同作業(yè)。

攝影測量的工作崗位要求具備一定的實踐操作能力，這就需要學生在校期間能深入理解攝影測量理論知識，掌握作業(yè)流程等基本技能，并通過實踐來驗證理論知識，讓學生能快速獲取相關專業(yè)資料及實驗數(shù)據(jù)，自由選擇實訓內(nèi)容。

2）學生實驗成績評價難。

現(xiàn)階段學生實驗成績評價主要依據(jù)考勤、實驗報告、實驗考核等材料進行學生實驗成績評價。學生考勤主要通過學生簽到、教師點名等形式進行，但往往流于形式。實驗報告、實驗考核并不能如實反映學生對專業(yè)知識及實驗技能的掌握程度。因此，需要一套全在線考勤的平臺，一覽學生在線狀態(tài)、了解學生學習時長，杜絕他人簽到等問題，進行實驗過程監(jiān)控，準確地評價學生實驗結(jié)果和實驗效果，全面了解學生對知識掌握情況，客觀準確地評價學生的實驗成績。

基于云平臺的開放實驗教學模式和傳統(tǒng)的基于PC機的實驗模式在教學模式、作業(yè)模塊化、經(jīng)濟成本、實驗數(shù)據(jù)與教學資源、作業(yè)成果管理等方面存在顯著差異，如表1所示。

表1 基于PC機的和基于云開放的實驗教學模式對比

3 云開放攝影測量實驗教學實踐及調(diào)查

利用桌面云實驗室提供的桌面平臺軟件VirtuoZo教育版、DPGrid教育版、Virtuoeat對分別我校測繪工程專業(yè)兩屆學生和地理信息科學、土地資源管理兩個專業(yè)的非測繪專業(yè)學生進行攝影測量實驗教學實踐，其中測繪工程專業(yè)兩屆學生共125人，非測繪專業(yè)攝影測量學為選修課，攝影測量實驗計劃課時共計 24學時。主要內(nèi)容包括航攝相片的內(nèi)定向、相對定向、絕對定向?qū)嶒?，單模型?shù)據(jù)處理、多模型數(shù)據(jù)處理及拼接技術、DEM和DOM生成及編輯、立體觀測、立體測圖及編輯、無人機數(shù)據(jù)處理、空中三角測量加密等實驗項目。

為了評估云開放攝影測量實驗教學模式，特制定了評估調(diào)查表。實驗教學模式調(diào)查采用匿名全員調(diào)查方式進行，分測繪專業(yè)和非測繪專業(yè)進行統(tǒng)計。教學效果評價指標主要包括實驗項目的累計作業(yè)時長、完成質(zhì)量、興趣度和滿意度4個指標。累計作業(yè)時長包括課堂計劃課時和課余時間作業(yè)時間，按實際作業(yè)時間統(tǒng)計，分為＜24 學時、24～36 學時、36～48學時、48～60學時、＞60學時5個等級。實驗項目的完成質(zhì)量由指導老師依據(jù)項目完成情況及質(zhì)量報告評定，分為優(yōu)、良、中、及格和不及格5個等級，主要技術指標超限的質(zhì)量報告直接評定為不及格。興趣度指學生對攝影測量實驗項目的感興趣程度及主動進行實驗的程度，分為非常感興趣、很感興趣、感興趣、一般和不感興趣5個等級，未完成全部實驗項目的評定為不感興趣。滿意度是指對云實驗的運行處理速度、軟件模塊化程度、登錄上機作業(yè)方便程度、實驗數(shù)據(jù)與教學資源情況、作業(yè)成果管理方便程度等綜合滿意程度，分為非常滿意、很滿意、滿意、一般和不滿意5個等級。

實驗教學模式調(diào)查結(jié)果為（圖1）：所有學生上機累計作業(yè)時長均超過24學時，測繪專業(yè)和非測繪專業(yè)上機作業(yè)超過48學時的學生分別為117人、27人，占總?cè)藬?shù)93.6%、58.7%，調(diào)查結(jié)果顯示學生可以充分利用課余時間登錄系統(tǒng)進行上機作業(yè)，不受實驗計劃時間、地點限制，大大增加了學生實踐作業(yè)的時間。實驗項目完成質(zhì)量情況良以上的分別為106人（測繪專業(yè)）、26人（非測繪專業(yè)），優(yōu)良率分別為84.8%、56.5%。興趣度為很感興趣以上的分別為 106人（測繪專業(yè)）、32人（非測繪專業(yè)），占總?cè)藬?shù)的84.8%、69.6%，學生表現(xiàn)出較高的學習興趣。滿意度為很滿意以上的分別為 112人（測繪專業(yè)）、43人（非測繪專業(yè)），占總?cè)藬?shù) 89.6%、93.5%。仔細分析發(fā)現(xiàn)：學生對云實驗的運行處理速度、軟件模塊化程度、登錄上機作業(yè)方便程度、實驗數(shù)據(jù)與教學資源情況、作業(yè)成果管理方便程度等表現(xiàn)出極高的滿意度。

圖1 開放攝影測量實驗教學模式調(diào)查結(jié)果

4 結(jié)語

在“以學生為本”的教育理念指導下，探索一套全新的基于桌面云實驗室的攝影測量實驗的開放教學模式。培養(yǎng)學生的自主實踐操作能力，讓學生能隨時隨地自由學習。有利于實驗教師對學生進行過程控制，有利于實驗老師對學生實驗結(jié)果和實驗效果進行評估，有利于學生熟悉攝影測量作業(yè)流程，提高學生實踐動手能力，讓學生將攝影測量理論與攝影測量生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合。期望基于桌面云實驗室的攝影測量實驗教學模式探索和實踐，能為全國各高校攝影測量實驗教學提供示范、參考及借鑒。