新形勢下攝影測量學課程教學改革探討

卞玉霞,宋宏權,王永前,王小亭

(1. 成都信息工程大學資源環境學院，四川 成都 610225; 2. 河南大學環境與規劃學院，河南 開封 475004)

傳統攝影測量學是一門利用光學像片研究被攝物體的形狀、位置、大小、特性及相互位置關系的學科[1]，其經歷了模擬攝影測量和解析攝影測量階段，現處于數字攝影測量發展階段。隨著攝影測量技術的發展和應用，我國各高等院校測繪及其相關專業均開設有攝影測量課程[2-4]，通過本課程的學習，旨在使學生掌握攝影測量的基本知識，培養學生掌握利用航攝像片測繪地形圖、編制專題圖的基本原理和方法，有助于提高學生利用攝影測量解決空間數據獲取問題的能力。

近年來，隨著數字地球和智慧城市概念的提出，視頻衛星、無人機傾斜攝影測量和計算機視覺的普及與發展，攝影測量技術已經從傳統地勢偵察和地形測繪方面廣泛應用于智慧城市建設的各個領域[5-9]。龔健雅院士指出與計算機視覺、人工智能等學科的進一步交叉融合是攝影測量發展的必經之路[10]。為了促進攝影測量與多學科的交叉融合，推動傳統攝影測量向智能攝影測量發展，本文基于傳統攝影測量學理論與方法，引入傾斜攝影測量與計算機視覺方面的相關知識，優化和完善攝影測量教學內容，豐富攝影測量教學實踐，以滿足現代社會對創新型和實踐型攝影測量人才的需求。

1 教學探討

近年來，隨著傾斜攝影測量應用的普及，攝影測量課程教學內容和教學實踐已較難滿足現行日趨發展的行業對攝影測量專業人才方面的需求。結合多年攝影測量學課程教學，總結如下方面的問題。

1.1 教學內容

文獻[11—12]提到的《攝影測量學》教程雖作過多次修訂，有關雙像立體測圖與像點坐標量測等教材內容仍以模擬攝影測量和解析攝影測量模式進行介紹。20世紀70年代以來，數字攝影測量得到普及，社會大眾越來越依賴于數字攝影測量，而目前攝影測量學課程未凸顯數字攝影測量教學內容。

全球科技經濟一體化趨勢推進高等院校創新成果的轉化，知識社會環境下的創新2.0形態正推動科技創新從“產學研”向“政產學研用”，再向“政用產學研”協同發展的轉變，攝影測量教學內容應結合行業需求和科研發展與時俱進。隨著無人機設備的普及，傾斜攝影測量技術為智慧城市建設提供了快速、有效的解決途徑，是目前攝影測量行業應用的熱點。因此，基于無人機影像的攝影測量應成為攝影測量課程教學的重要內容，特別是傾斜攝影測量技術。傳統攝影測量課程主要介紹量測型航攝儀獲取影像的攝影解析與量測，對于非量測型數碼設備獲取的影像如何進行測量未納入攝影測量的教學內容。

1.2 教學實踐

教學實踐對于學生鞏固理論知識、鍛煉動手能力有著重要的作用，強化教學實踐是整個攝影測量學課程教學的重要環節。教學實踐應以工程實際應用為主，采用實景模擬的手段進行教學[13]。傳統攝影測量課程教學實踐[3,12-14]主要運用量測型攝影機獲取的影像制作4D產品，或通過編程實現攝影測量解析計算。以上實踐教學存在如下問題：①缺少對攝影測量基礎理論方面的實踐操作，學生在未掌握攝影測量基礎理論前提下較難實施深層次的教學實踐項目；②缺乏實景模擬，缺少無人機航攝外業工作實踐訓練，而現在行業對無人機數據采集方面人才需求量較大。

2 教改探討

2.1 優化教學內容

迄今為止，攝影測量發展已有近200年的歷史，攝影測量學從模擬攝影測量、解析攝影測量發展到數字攝影測量階段，步入實時攝影測量階段，并朝著智能攝影測量方向發展。作為攝影測量教學者，需要弱化傳統攝影測量學中模擬攝影測量和解析攝影測量，重點以數字攝影測量為主線，介紹數字攝影測量的基礎理論，普及傾斜攝影測量，延伸實時攝影測量等教學內容。

通過多學科對比分析得知，無論是傳統攝影測量，還是無人機傾斜攝影測量，或是計算機視覺技術，其原理均是基于攝站點(相機曝光點)、影像和地面之間的關系求解被攝物體的幾何和屬性信息。因此，新形勢下的攝影測量課程仍需重視傳統攝影測量方面的基礎理論，強化像坐標系和地面坐標系之間的關系，強化攝像機、像片平面與地面之間的共線條件方程；重視立體視覺和解析空中三角測量，梳理運用攝影測量原理制作4D產品。

隨著無人機設備采集數據的普及，無人機已經成為航空攝影的常用平臺，其相關理論知識與傳統航空攝影測量有著極大的差異，因此，在攝影測量教學過程中，需要規整傾斜攝影測量與傳統攝影測量的異同，梳理無人機傾斜攝影測量的作業流程和案例應用等研究內容，以滿足行業對攝影測量人才方面的需求。

為了推動實時攝影測量的發展，運用GPS定位技術和CCD影像技術實時采集地理信息，需要了解和掌握非量測型數碼設備獲取影像的攝影測量方法。因此，在原有教學內容的基礎上，需要研究計算機視覺理論，增添非量測型航攝儀獲取影像的攝影解析和量測等知識，完善攝影測量教學內容。如圖1所示，圖中①-④為傳統攝影測量的教學內容，⑤和⑥為新增內容。

另外，在介紹傳統攝影測量教學內容的基礎上，應分專題介紹攝影測量在行業中的應用。專題介紹傳統攝影測量中如何利用量測型攝影機制作4D產品；專題介紹傾斜攝影測量中如何利用無人機影像、地面測量車或街景采集車進行建筑物三維建模；專題介紹如何利用手機、相機等設備進行圖像識別、工業等小范圍場景的三維建?；蛘邤祿隆?/p>

2.2 豐富教學實踐

攝影測量課程涉及大量圖形與圖像的表達內容，該內容重在培養學生空間想象力及空間變換的思維過程[15]。鑒于攝影測量課程本身的理論抽象性[3,12-14]，為了讓學生更好地學習和掌握攝影測量基礎理論和實踐技能，課程應開設相關配套手工實驗課，設置手工制作航攝模型實踐環節，模擬攝影測量的空間關系，如圖2所示，讓學生在實踐過程中了解攝影測量解析的空間關系，培養學生的空間思維能力。

新形勢下，有必要基于非量測型無人機影像、數碼相機或手機采集的地面影像進行實踐教學，經費允許的情況下，開設無人機航攝演示環節，加強學生對攝影測量外業進行實踐環節，在實訓過程中分析測區的地理環境、布設控制點坐標、空中攝影、補測和調繪。在空中管制或高校經費不預算的情況下，建議在教學實踐中利用沙盤模型[16-17]設計特定的地形和地貌，模擬無人機影像采集過程，達到教學示范和訓練的目標。

結合傳統攝影測量教學實踐內容，增添手工制作航攝模型和無人機外業演示等實驗環節。具體地設計如表1所示的實驗項目。

表1 課程教學實踐項目

3 結 語

隨著無人機、云數據和人工智能的發展，攝影測量與遙感已成為地理信息系統技術中重要的數據采集方式，社會大眾對攝影測量人才需求量越來越大、對人才的技能水平要求越來越高。針對攝影測量學課程的改革和創新是學科發展的需要，也是社會發展的需求。為了推動智能攝影測量的發展，在傳統攝影測量教學的基礎上，將無人機攝影測量和計算機視覺等知識融入攝影測量教學內容；增設攝影測量空間模型手工制作環節，并在條件允許的情況下，開設無人機外業數據采集等教學實踐項目，重視理論與實踐聯系。本課程教學改革探討意在完善攝影測量課程的教學內容和教學實踐，把攝影測量前沿知識傳授和學生能力培養結合起來，在提高教學質量的同時，培養出滿足社會要求的高質量人才。