攝影測(cè)量云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立及在疫情期線上實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

葉 勤

(同濟(jì)大學(xué) 測(cè)繪與地理信息學(xué)院, 上海 200092)

0 引言

“攝影測(cè)量學(xué)”是測(cè)繪工程的專業(yè)主干基礎(chǔ)課程,其采用非接觸傳感器通過對(duì)地面、環(huán)境或研究物體進(jìn)行影像及相關(guān)信息獲取來得到這些物體的幾何與屬性信息。攝影測(cè)量實(shí)踐環(huán)節(jié),是針對(duì)攝影測(cè)量中數(shù)據(jù)處理手段、方法開展的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí),將所學(xué)的相關(guān)基本概念、基本理論、基本方法系統(tǒng)地應(yīng)用到實(shí)際攝影測(cè)量工作中;以此進(jìn)一步加深和鞏固學(xué)生課堂所學(xué)的理論知識(shí),同時(shí)培養(yǎng)其獨(dú)立的實(shí)際工作能力,提高分析問題和解決問題的能力。該課程是后續(xù)專業(yè)課“數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)”“遙感原理與應(yīng)用”等學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),對(duì)測(cè)繪專業(yè)畢業(yè)生今后的工作與進(jìn)一步深造尤為重要。

現(xiàn)階段隨著數(shù)字孿生建模、泛在測(cè)繪等概念的提出與發(fā)展[1-3],攝影測(cè)量與遙感作為基礎(chǔ)支撐技術(shù)在這些領(lǐng)域有很重要的應(yīng)用,而隨著計(jì)算機(jī)視覺的發(fā)展,攝影測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺的結(jié)合也愈加緊密。因此在本科教學(xué)中要應(yīng)對(duì)新的情況：一方面攝影測(cè)量的應(yīng)用已大大突破了傳統(tǒng)測(cè)繪領(lǐng)域,呈現(xiàn)出廣義的大測(cè)繪、環(huán)境感知的特性,涉及的攝影測(cè)量類軟件種類越來越多、功能也越來越豐富;另一方面,當(dāng)今測(cè)繪工程的學(xué)生其從業(yè)領(lǐng)域也大大超出傳統(tǒng)測(cè)繪行業(yè),深入到IT、環(huán)境保護(hù)、自動(dòng)駕駛甚至向元宇宙這樣的新興產(chǎn)業(yè);此外現(xiàn)階段高校的“卓越工程師”培養(yǎng),也特別強(qiáng)調(diào)實(shí)踐類教學(xué)。所以無論是將來的專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域還是學(xué)生自身都對(duì)該課程的學(xué)習(xí)與掌握提出了更高的要求,學(xué)生本身對(duì)此也有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)動(dòng)力,而這對(duì)攝影測(cè)量學(xué)實(shí)踐類教學(xué)提出了更高的要求。希望在實(shí)踐教學(xué)中不僅能包括相關(guān)的攝影測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用、軟件應(yīng)用、原理編程實(shí)現(xiàn)等實(shí)踐內(nèi)容,還能夠跟上其快速發(fā)展的現(xiàn)狀,增加新的傳感器類型數(shù)據(jù)、新的軟件功能應(yīng)用以及新的處理原理方法的實(shí)踐并能較快的更新。但現(xiàn)有的依賴于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室條件的實(shí)踐教學(xué)狀況很難應(yīng)對(duì)這一快速發(fā)展,也難以滿足這方面的需求。如何解決此矛盾,使得攝影測(cè)量實(shí)踐類教學(xué)在現(xiàn)有條件下能滿足這一要求,已成為需解決的重要問題。

更為困難的是,現(xiàn)階段由于新冠疫情,國內(nèi)外高校都面臨大量課程線上授課的現(xiàn)狀,包括大量的實(shí)踐課程,而線上教學(xué)先天的不足,對(duì)實(shí)踐類教學(xué)影響更大,對(duì)實(shí)踐課程提出了更大挑戰(zhàn)。因此如何應(yīng)對(duì)這種狀況,在線上教學(xué)中保證質(zhì)量進(jìn)行攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué),是現(xiàn)階段攝影測(cè)量教學(xué)中需著重考慮的緊迫問題。

基于云平臺(tái)的教學(xué)在學(xué)校一般課程的教學(xué)工作中已有較廣泛應(yīng)用,然而實(shí)踐課程特別是涉及專業(yè)軟件的實(shí)踐課程云平臺(tái)與一般理論課程云平臺(tái)有很大不同,特別是像攝影測(cè)量學(xué)這樣涉及比較特殊的專業(yè)軟件應(yīng)用的實(shí)踐類課程。攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)是指結(jié)合線上云課程管理,支持分布式攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件應(yīng)用,并放置于互聯(lián)網(wǎng)上的集成攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)環(huán)境,其具有開放性、即時(shí)性和易接觸性,能為參加教學(xué)實(shí)踐的學(xué)生和教師提供在線攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)和攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理服務(wù)?，F(xiàn)在其他學(xué)科專業(yè)的教育工作者已有基于云平臺(tái)等的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理[4]以及虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)[5-7]等的探討,這些相關(guān)工作為攝影測(cè)量云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立提供了借鑒。而計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬技術(shù)等的快速發(fā)展,使測(cè)繪科學(xué)也發(fā)生很大變化;云計(jì)算、云平臺(tái)的發(fā)展、大數(shù)據(jù)等智能化技術(shù),對(duì)測(cè)繪相關(guān)學(xué)科有極大促進(jìn)[8],其在測(cè)繪科學(xué)的滲透與集成也對(duì)攝影測(cè)量與遙感的理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生很大影響[9-11]。

綜上,本文在分析國內(nèi)院校攝影測(cè)量教學(xué)實(shí)踐現(xiàn)狀及存在問題的基礎(chǔ)上,探討攝影測(cè)量教學(xué)中實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)的構(gòu)成以及基于其的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的開展,對(duì)其在疫情中線上實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。該工作對(duì)拓展學(xué)生理解攝影測(cè)量學(xué)在傳統(tǒng)以及非傳統(tǒng)測(cè)繪行業(yè)的應(yīng)用提供更好幫助;為學(xué)生將來應(yīng)對(duì)各種新類型傳感器數(shù)據(jù)、新的攝影測(cè)量軟件的學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ);對(duì)疫情下攝影測(cè)量教學(xué)特別是實(shí)踐教學(xué)開展具有較強(qiáng)的實(shí)際意義,也為培養(yǎng)新工科人才提供基礎(chǔ)保證。

1 同濟(jì)及國內(nèi)院校攝影測(cè)量教學(xué)實(shí)踐中存在的問題

1.1 國內(nèi)院校本科測(cè)繪工程攝影測(cè)量教學(xué)實(shí)踐的現(xiàn)狀

攝影測(cè)量學(xué)在模擬攝測(cè)時(shí)期非常依賴于儀器,同時(shí)因模擬儀器價(jià)格昂貴,所以過去能夠較完備地在本科教學(xué)中開展攝影測(cè)量實(shí)踐的院校較少。同濟(jì)測(cè)繪工程專業(yè)的攝影測(cè)量實(shí)踐類課程最開始也是側(cè)重于硬拷貝圖像進(jìn)行模擬攝影測(cè)量,但內(nèi)容少、儀器陳舊不足,教學(xué)很薄弱。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展,我校攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[12],就衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析、就非量測(cè)相機(jī)在其中的應(yīng)用進(jìn)行了探討,就實(shí)踐教學(xué)涉及的數(shù)據(jù)、傳感器類型進(jìn)行了探討以跟上學(xué)科的快速發(fā)展;現(xiàn)在同濟(jì)完全采用數(shù)字航空影像進(jìn)行實(shí)習(xí),其實(shí)踐內(nèi)容除了外業(yè)的像控測(cè)量及影像調(diào)繪工作,內(nèi)業(yè)工作側(cè)重于數(shù)字航空影像數(shù)據(jù)的編程處理;但受限于實(shí)際條件對(duì)各種攝影測(cè)量軟件在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用還未涉及。這樣學(xué)生雖然通過編程對(duì)攝影測(cè)量處理的數(shù)學(xué)原理有較深入理解,可因缺乏攝影測(cè)量軟件應(yīng)用,對(duì)主流的攝影測(cè)量處理軟件認(rèn)識(shí)極為不夠,也沒有利用相應(yīng)軟件進(jìn)行實(shí)際攝影測(cè)量工程數(shù)據(jù)處理的實(shí)踐過程和操作理解,因此無論是對(duì)于各種軟件新功能的掌握、對(duì)攝影測(cè)量應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)的理解,還是實(shí)際課程教學(xué)內(nèi)容都掌握都不夠。這是學(xué)生在攝影測(cè)量實(shí)踐方面的短板,與現(xiàn)在工程教育背景下提倡的“卓越工程師”要求存在差距,不符合本學(xué)科發(fā)展的狀況,因此亟須在實(shí)踐教學(xué)中補(bǔ)上這一環(huán)。

要進(jìn)行攝影測(cè)量軟件的實(shí)踐應(yīng)用,就需有配有該類軟件的實(shí)驗(yàn)設(shè)施,在實(shí)際工作中存在以下困難：①由于本身體量的限制,為攝影測(cè)量實(shí)踐專門配置專用實(shí)驗(yàn)機(jī)房在實(shí)際操作中存在困難、也不現(xiàn)實(shí);學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室機(jī)房是各門課程的通用機(jī)房,除了攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)外,還承接有其他課程實(shí)習(xí)教學(xué),不可能專為攝影測(cè)量實(shí)習(xí),而且也沒有專門針對(duì)攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)的實(shí)驗(yàn)室人員配置,實(shí)際上這種情況也是國內(nèi)大多數(shù)院校測(cè)繪工程實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀;②因版權(quán)等因素,實(shí)驗(yàn)室的攝影測(cè)量軟件多采用網(wǎng)卡或者軟件狗加密,這導(dǎo)致一旦這些硬件出問題則無法使用,而公共機(jī)房又無專門的師資來有針對(duì)性的解決,使用中穩(wěn)定性差,且相關(guān)攝測(cè)軟件更新快,教學(xué)很難及時(shí)跟上,造成實(shí)踐用軟件易于陳舊;③學(xué)生只能到學(xué)院機(jī)房使用攝影測(cè)量專業(yè)軟件進(jìn)行實(shí)踐,由于機(jī)房還承接有其他課程實(shí)習(xí)教學(xué),很難保證學(xué)生不同時(shí)段的應(yīng)用需求,實(shí)際上現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)生都有個(gè)人電腦,更希望能在自己電腦上、在學(xué)習(xí)期間隨時(shí)可以使用專業(yè)軟件進(jìn)行實(shí)踐操作。以上造成攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)一直存在著利用軟件進(jìn)行專業(yè)實(shí)踐的不易得性與即時(shí)性差、教學(xué)互動(dòng)靈活性差等問題;直接導(dǎo)致現(xiàn)階段本科攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)缺少利用主流攝影測(cè)量處理軟件進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用這一重要環(huán)節(jié)。

國內(nèi)其他相關(guān)高校攝影測(cè)量實(shí)踐類教學(xué)情況各不相同,主要有兩種情況：①攝影測(cè)量學(xué)科教學(xué)及科研都比較強(qiáng)勢(shì)的學(xué)校,主要是武漢大學(xué)(遙感學(xué)院、測(cè)繪學(xué)院)和信息工程大學(xué);憑借其強(qiáng)大的攝影測(cè)量師資及實(shí)驗(yàn)室配置,其相應(yīng)的攝影測(cè)量類課程實(shí)踐內(nèi)容更為全面,擁有專門的攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)室與人員配置,其實(shí)踐內(nèi)容既包括涉及攝影測(cè)量基本理論的算法編程實(shí)現(xiàn)也包括相應(yīng)的攝影測(cè)量軟件應(yīng)用;但其所用軟件由實(shí)驗(yàn)室配置情況來定,較難隨著實(shí)際生產(chǎn)與科研中軟件方面的快速發(fā)展而有較快更新,存在滯后性,此外所用軟件類型也相對(duì)單一;且應(yīng)用軟件都集中安裝專門的實(shí)驗(yàn)機(jī)房計(jì)算機(jī)上,難以實(shí)時(shí)共享給實(shí)習(xí)學(xué)生,在實(shí)踐教學(xué)中對(duì)于學(xué)生來說易接觸性仍顯不足,也不具有即時(shí)性。②更多的其他院校,情況與同濟(jì)類似;一些重點(diǎn)雙一流大學(xué)在科研方面很突出但在本科實(shí)驗(yàn)條件配置方面相差并不明顯,很多學(xué)校也存在無專門的攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)室與人員配置,都統(tǒng)合到一個(gè)大的測(cè)量專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中的狀況,一些學(xué)校在攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)中缺乏代表性攝測(cè)軟件的應(yīng)用,只能通過通用遙感軟件或者編程來替代,學(xué)生對(duì)于專業(yè)的攝影測(cè)量軟件也較難接觸到。

現(xiàn)階段更為不利的是,在新冠疫情影響下,高校很多教學(xué)活動(dòng)轉(zhuǎn)為線上或者線上線下混合教學(xué),多采用錄播或者直播的形式,而對(duì)于軟件使用如果僅采用線上教學(xué)的直播錄播形式來看軟件的操作,而不親手進(jìn)行操作,這種實(shí)踐很難達(dá)到預(yù)期目的,更無法激發(fā)學(xué)生的興趣。如何在線上保證質(zhì)量的進(jìn)行實(shí)踐教學(xué),是現(xiàn)階段攝影測(cè)量實(shí)踐課程需應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的依賴實(shí)驗(yàn)室機(jī)房的教學(xué)實(shí)踐無法處理這種情況。

1.2 存在的主要問題

從以上分析可以看出,現(xiàn)階段國內(nèi)攝影測(cè)量類實(shí)踐課程中存在的主要問題：①在攝影測(cè)量專業(yè)軟件應(yīng)用方面,限于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等因素,攝影測(cè)量專業(yè)軟件呈現(xiàn)出開放性差,對(duì)學(xué)生而言即時(shí)性和易接觸性差。②一些高校所用的攝影測(cè)量軟件很難跟上現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的更新情況,比較單一、陳舊;而另一些高校則根本沒有這方面的軟件應(yīng)用實(shí)踐,無法進(jìn)行比較豐富的軟件應(yīng)用實(shí)踐,因?yàn)榕渲幂^多的軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員配置提出了比較高的要求,在很多情況下并不現(xiàn)實(shí);因此相比一些較通用的遙感軟件、地理信息系統(tǒng)軟件,攝影測(cè)量軟件的快速變化更新無法在實(shí)踐教學(xué)中體現(xiàn)。③特別是現(xiàn)階段疫情防控下,大量的課程采用線上形式,雖然很多高校建有云課堂系統(tǒng),但其是針對(duì)一般理論課的線上教學(xué),無法滿足實(shí)踐課程線上教學(xué);攝影測(cè)量實(shí)習(xí)雖然涉及大量的利用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理與軟件應(yīng)用,且學(xué)生們一般也有計(jì)算機(jī),但因?yàn)檐浖惭b的版權(quán)配置等要求,無法利用這些的通用課程的云課堂系統(tǒng)進(jìn)行攝影測(cè)量專業(yè)軟件的實(shí)踐教學(xué),只能觀看軟件應(yīng)用,難以深入理解實(shí)踐內(nèi)容,更不要說創(chuàng)新應(yīng)用,對(duì)學(xué)生更好地掌握學(xué)科知識(shí)很不利。

因此針對(duì)以上問題,急需利用現(xiàn)有的技術(shù),進(jìn)行攝影測(cè)量云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立,構(gòu)建學(xué)生易于接觸、易于獲取的實(shí)驗(yàn)云平臺(tái),改變現(xiàn)階段攝影測(cè)量學(xué)習(xí)過程中,只有原理以及編程實(shí)踐工作、缺少實(shí)際商用攝影測(cè)量軟件應(yīng)用、缺少實(shí)際空三軟件處理實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)踐的缺陷,提高整個(gè)攝影測(cè)量課程學(xué)習(xí)與實(shí)踐內(nèi)容的完整性、針對(duì)性,這對(duì)提高學(xué)生實(shí)踐能力滿足各類型用人單位對(duì)畢業(yè)生的要求有重要價(jià)值。

2 攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)中云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)線上實(shí)習(xí)教學(xué)的探索

云計(jì)算的一般定義是指通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無數(shù)個(gè)小程序,再通過多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理,得到系統(tǒng)反饋,將結(jié)果導(dǎo)入使用者的使用端,以此來便利使用者,一開始其主要用于商業(yè)領(lǐng)域,現(xiàn)逐步在教育領(lǐng)域應(yīng)用[13],云課堂在高校教學(xué)中亦有不少應(yīng)用探討[14-16],包括同濟(jì)也建有一般課程的云課堂管理系統(tǒng)。但因?qū)嵺`課與理論課教學(xué)有較大差異,即使像攝影測(cè)量學(xué)這樣側(cè)重于數(shù)據(jù)處理的課程實(shí)踐,也涉及大量的專門數(shù)據(jù)與專業(yè)軟件應(yīng)用,僅采用通用的云課堂平臺(tái)無法滿足要求,還需引入專業(yè)軟件云平臺(tái),并將兩者結(jié)合起來。為此進(jìn)行攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)建設(shè),將一般課程的云課堂系統(tǒng)與專業(yè)攝影測(cè)量云桌面平臺(tái)相結(jié)合,通過后者克服對(duì)專用機(jī)房的要求,也可滿足學(xué)生自己自行選擇時(shí)間的要求;另一優(yōu)點(diǎn)在于作為專業(yè)軟件云平臺(tái),相應(yīng)的技術(shù)支撐中包括實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)中的各種問題還可借助云平臺(tái)的專業(yè)技術(shù)人員提供、其實(shí)踐所用數(shù)據(jù)等更為豐富且有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),可以較好地進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施與量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立。這些對(duì)攝影測(cè)量軟件實(shí)際應(yīng)用教學(xué)實(shí)踐工作的順利開展具有重要意義。此外建立整合的實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)也便于攝影測(cè)量新軟件、新功能在實(shí)踐教學(xué)中的試用,便于新內(nèi)容的引入。實(shí)際上隨著互聯(lián)網(wǎng)+策略在高校實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用,依據(jù)該技術(shù)上的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過云計(jì)算技術(shù)將多種計(jì)算資源、軟件資源集合起來,利用虛擬管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)各項(xiàng)工作的管理,讓相應(yīng)數(shù)據(jù)資源、軟件資源能靈活快速的利用起來,已經(jīng)在一些課程的實(shí)踐中有所應(yīng)用[5-6]。其便于引入新的實(shí)踐軟件、功能,且充分利用專業(yè)軟件機(jī)構(gòu)的技術(shù)支持因此對(duì)于實(shí)驗(yàn)室人員要求相對(duì)較少,比較適用于攝影測(cè)量教學(xué)資源相對(duì)較薄弱的院校。

2.1 攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)中云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立

我校攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)是在攝影測(cè)量實(shí)習(xí)中進(jìn)行,為鞏固理論教學(xué)所學(xué)內(nèi)容,其實(shí)踐內(nèi)容包括三部分：攝影測(cè)量外業(yè)工作(包括像控點(diǎn)測(cè)量以及判讀調(diào)繪部分),攝影測(cè)量雙像立體定位原理的編程實(shí)現(xiàn),以及基于攝影測(cè)量相關(guān)軟件的航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理與產(chǎn)品輸出。其中攝影測(cè)量外業(yè)工作相對(duì)比較簡(jiǎn)單,實(shí)習(xí)的重點(diǎn)是后兩項(xiàng);在以往實(shí)習(xí)中由于“攝影測(cè)量雙像立體定位的編程實(shí)現(xiàn)”不涉及專業(yè)軟件只需要通用編程環(huán)境即可,數(shù)字形式立體影像也易于分享處理和更新,因此這一部分的內(nèi)容完整,實(shí)習(xí)完成度好;比較困難的是“基于攝影測(cè)量相關(guān)軟件的航片影像數(shù)據(jù)處理與產(chǎn)品輸出”包括空三處理、立體測(cè)圖、產(chǎn)品(DLG、DEM、DOM)生成,由于2中所分析的原因,過去這部分一直是以演示的形式,讓學(xué)生參觀一些生產(chǎn)單位作業(yè)人員的操作,實(shí)際操作比重極少。因此我們?cè)跀z影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立中的主要目標(biāo)：建設(shè)攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)虛擬云平臺(tái),實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量實(shí)習(xí)各項(xiàng)工作的管理,使得教學(xué)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)資源、軟件資源能靈活快速的利用起來,特別是補(bǔ)足攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)中所缺的攝影測(cè)量空三處理、立體測(cè)圖等專業(yè)軟件實(shí)際操作應(yīng)用環(huán)節(jié);改善實(shí)踐教學(xué)中軟件應(yīng)用即時(shí)性和易接觸性差、和應(yīng)用軟件易陳舊的問題;為改善和提高學(xué)生對(duì)“攝影測(cè)量學(xué)”相關(guān)知識(shí)的理解與應(yīng)用提供支持與保證。具體工作中涉及以下內(nèi)容：

(1)硬件建設(shè)。為保證攝影測(cè)量實(shí)習(xí)云實(shí)驗(yàn)室建設(shè),需有必要的硬件配置,從云平臺(tái)運(yùn)行維護(hù)角度出發(fā),實(shí)驗(yàn)室人員仍需配有專用電腦,所以硬件建設(shè)方面主要是配置必要的電腦設(shè)備,完成硬件方面的基本保證。在我校教學(xué)實(shí)踐中根據(jù)實(shí)際情況配置了一臺(tái)便攜機(jī)和一臺(tái)臺(tái)式機(jī);

(2)軟件平臺(tái)構(gòu)建。這部分是整個(gè)云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的重點(diǎn),是進(jìn)行線上實(shí)習(xí)教學(xué)的基礎(chǔ);

(3)攝影測(cè)量實(shí)習(xí)案例的組織及云平臺(tái)線上實(shí)踐教學(xué)的具體實(shí)施方法。

(2)以及(3)是具體線上實(shí)踐教學(xué)實(shí)施中的關(guān)鍵,且平臺(tái)構(gòu)成與教學(xué)實(shí)施流程密切相關(guān)。服務(wù)攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體框架如圖1所示,在整個(gè)云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)中,有兩個(gè)功能支撐：一個(gè)是課程的教學(xué)云平臺(tái)用于實(shí)踐課程的常規(guī)教學(xué)管理,另一個(gè)是攝影測(cè)量專業(yè)軟件線上實(shí)踐。因此其主要包括兩個(gè)模塊：攝影測(cè)量專業(yè)軟件云平臺(tái)模塊和一般課程教學(xué)管理云平臺(tái)模塊。

注：①數(shù)字高程模型(digital elevation model,DEM);②數(shù)字正射影像(digital orthophoto map,DOM);③數(shù)字線劃地圖(digital line graphic,DLG)。圖1 服務(wù)攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體框架

其中的攝影測(cè)量實(shí)踐類課程一般教學(xué)管理模塊完成通用的課程管理工作,與其他線上教學(xué)課堂沒有什么區(qū)別,具體功能包括：針對(duì)教師的“課程內(nèi)容的公告發(fā)布、實(shí)踐類教學(xué)成果收集、成績?cè)u(píng)定、課程人員管理”,針對(duì)師生的“討論”“數(shù)據(jù)資料共享(實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)用任務(wù)書講義、云課堂教學(xué)視頻等)”,在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中,這種一般管理選用學(xué)校針對(duì)一般課程的云平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行日常管理,因此師生這部分不需再熟悉新的管理系統(tǒng)。

而攝影測(cè)量專業(yè)軟件平臺(tái)則要具備完成實(shí)習(xí)涉及的專業(yè)軟件應(yīng)用相關(guān)具體內(nèi)容包括“立體測(cè)圖”“攝影測(cè)量空三構(gòu)網(wǎng)平差”“4D產(chǎn)品生成”等基本功能,還可再拓展到包含“建模”“無人機(jī)數(shù)據(jù)處理”等更進(jìn)一步的應(yīng)用,這部分模塊的建立與運(yùn)行需要專業(yè)的攝影測(cè)量云平臺(tái)開發(fā)公司的輔助?，F(xiàn)在市場(chǎng)已有一些攝影測(cè)量相關(guān)云平臺(tái)軟件,如天際航攝影測(cè)量教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、云端地球?qū)嵕叭S建模云平臺(tái)、兆格攝影測(cè)量云平臺(tái)等多種。對(duì)于高校教學(xué)來說,選擇云平臺(tái)軟件除了平臺(tái)功能、軟件內(nèi)容性能等,還特別要考慮：①軟件與教學(xué)內(nèi)容的適配性,有些軟件雖然很新但主要是針對(duì)游戲等平臺(tái)的應(yīng)用,或者針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)、難度較大,或者某些功能模塊不全面;②軟件平臺(tái)對(duì)學(xué)生端電腦的配置要求,畢竟學(xué)生所用電腦各種各樣,配置差異較大,如果要求苛刻不利于線上教學(xué)實(shí)踐;③平臺(tái)是否能提供比較完備的在線支持能力,由于學(xué)生各自在自己的環(huán)境配置下進(jìn)行軟件應(yīng)用實(shí)踐,其所遇到的問題會(huì)遠(yuǎn)多于標(biāo)準(zhǔn)配置實(shí)驗(yàn)室電腦上進(jìn)行應(yīng)用軟件使用的問題,所以對(duì)平臺(tái)的在線支持能力提出了較高要求;④平臺(tái)的可擴(kuò)展性,作為一門仍在快速發(fā)展的學(xué)科,攝影測(cè)量教學(xué)的內(nèi)容一直都在發(fā)展,其實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容也相應(yīng)變化,能跟隨著這種改變,在今后的實(shí)踐教學(xué)中引入新的實(shí)踐內(nèi)容、軟件功能也是實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)建設(shè)需要考慮的。

2.2 應(yīng)用

綜合這些因素,在對(duì)比了現(xiàn)在攝影測(cè)量軟件應(yīng)用云平臺(tái)的基礎(chǔ)上,在2020年春季新冠疫情同濟(jì)所有課程轉(zhuǎn)為線上進(jìn)行時(shí),選擇了武漢兆格公司的兆格攝影測(cè)量云開放實(shí)驗(yàn)室試用,作為“攝影測(cè)量專業(yè)軟件云平臺(tái)”,用于線上實(shí)踐。這是一個(gè)基于廣域網(wǎng)環(huán)境搭建的在線教學(xué)實(shí)驗(yàn)室及云端實(shí)踐平臺(tái),其所具有的在線模式,可使參與教學(xué)實(shí)踐的學(xué)生不受傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)境的時(shí)空限制,能夠在未返校線上教學(xué)的情況下隨時(shí)隨地進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的實(shí)踐;而且該平臺(tái)的軟件工具、教學(xué)視頻、課件資料等資源豐富,且具有標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)踐教學(xué)的案例數(shù)據(jù)。因此在該年的攝影測(cè)量實(shí)習(xí)線上教學(xué)中,實(shí)習(xí)包括的三部分內(nèi)容采用以下方式來進(jìn)行：

(1)對(duì)航外控制、判讀調(diào)繪部分等攝影測(cè)量外業(yè)工作,利用相關(guān)的案例進(jìn)行說明,通過云課堂直播講解來闡述,由于學(xué)生已經(jīng)有了普通測(cè)量的基礎(chǔ),對(duì)于像控點(diǎn)量測(cè)可以較快理解;而對(duì)于判讀調(diào)繪部分選用學(xué)生生活區(qū)域的校園影像進(jìn)行室內(nèi)判讀來彌補(bǔ)。

(2)對(duì)于內(nèi)業(yè)處理中的攝影測(cè)量雙像立體定位的編程,利用學(xué)校的“一般課程教學(xué)管理云平臺(tái)”進(jìn)行數(shù)據(jù)資料發(fā)布,學(xué)生選擇相應(yīng)的編程語言環(huán)境自行進(jìn)行完成,實(shí)習(xí)中借助云課堂對(duì)編程過程中存在的問題實(shí)時(shí)進(jìn)行討論,對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢查。

(3)對(duì)于相關(guān)軟件應(yīng)用,則依托專業(yè)軟件云平臺(tái),為每位學(xué)生建立對(duì)應(yīng)的賬戶,獲取應(yīng)用權(quán)限,其可在各自的終端電腦上,不受時(shí)間限制利用云平臺(tái)提供的軟件功能和應(yīng)用技術(shù)支持服務(wù)完成這部分的實(shí)習(xí);在此過程中,平臺(tái)提供的標(biāo)準(zhǔn)案例數(shù)據(jù)有利于學(xué)生盡快學(xué)習(xí)掌握軟件功能的應(yīng)用,而在實(shí)習(xí)時(shí),除了標(biāo)準(zhǔn)案例的影像數(shù)據(jù),根據(jù)實(shí)際情況通過“一般課程教學(xué)管理云平臺(tái)”共享現(xiàn)勢(shì)性更強(qiáng)的影像數(shù)據(jù)以及更多類型傳感器影像數(shù)據(jù);因此學(xué)生在利用標(biāo)準(zhǔn)案例數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)并完成實(shí)習(xí)基本要求的數(shù)據(jù)處理與成果輸出后,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用所共享的其他影像數(shù)據(jù)完成實(shí)習(xí)要求的工作;同時(shí)根據(jù)應(yīng)用軟件的情況,支持部分學(xué)有余力的學(xué)生根據(jù)自己的興趣和需要,在基本任務(wù)完成的情況下,建立自己的個(gè)性化實(shí)踐內(nèi)容。

在實(shí)習(xí)過程中,教師利用課程管理系統(tǒng)中的“作業(yè)”模塊發(fā)布實(shí)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)程,而“討論”模塊可針對(duì)實(shí)習(xí)專題進(jìn)行線上討論互動(dòng),“云課堂”模塊可進(jìn)行實(shí)時(shí)的線上討論。這些功能以及生成的實(shí)踐相關(guān)信息可作為教師對(duì)教學(xué)過程學(xué)生實(shí)習(xí)情況進(jìn)行挖掘分析的依據(jù)。另一方面,攝影測(cè)量專業(yè)軟件應(yīng)用云平臺(tái)的技術(shù)支撐人員還可線上對(duì)相關(guān)專業(yè)軟件應(yīng)用時(shí)的問題進(jìn)行解答,這對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員少,攝影測(cè)量實(shí)踐資源相對(duì)薄弱的學(xué)校非常重要。

在疫情至今的線上攝影測(cè)量實(shí)習(xí)期間,以此完成了測(cè)繪專業(yè) 72位同學(xué)的攝影測(cè)量實(shí)習(xí),試用攝影測(cè)量云平臺(tái)進(jìn)行了軟件應(yīng)用方面的實(shí)習(xí),完成了線上攝影測(cè)量實(shí)習(xí)教學(xué)工作。這次實(shí)踐課程在整個(gè)攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)的構(gòu)成以及具體實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用上：以云存儲(chǔ)構(gòu)建了實(shí)習(xí)中攝影測(cè)量相關(guān)信息的集成中心,通過整合一般課程管理平臺(tái)和攝影測(cè)量云實(shí)驗(yàn)資源平臺(tái),實(shí)現(xiàn)線上、線下、移動(dòng)終端等多種形式的數(shù)據(jù)與專業(yè)軟件的共享服務(wù);便于學(xué)生在不受時(shí)間限制的情況下,隨時(shí)利用互聯(lián)網(wǎng)以及智能終端根據(jù)每個(gè)學(xué)生的密碼與學(xué)號(hào)介入接入,獲取實(shí)踐教學(xué)的云服務(wù)——包括教學(xué)資料等各方面的管理。同時(shí)整個(gè)實(shí)踐云平臺(tái)記錄下了實(shí)踐過程的多種信息便于教師對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行分析。從學(xué)生后續(xù)的情況看,在不返校線上進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的情況下,該平臺(tái)基本保證了實(shí)踐教學(xué)的順利完成。

3 結(jié)束語

攝影測(cè)量學(xué)是一門理論與實(shí)踐并重的測(cè)繪類專業(yè)主干基礎(chǔ)課程,實(shí)踐教學(xué)對(duì)完成工程教育培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成具有重要作用。本文針對(duì)現(xiàn)階段國內(nèi)高校攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)存在的問題和疫情期線上教學(xué)對(duì)實(shí)踐課程的嚴(yán)重影響進(jìn)行分析,探討結(jié)合攝影測(cè)量軟件云平臺(tái)和高校一般課程的教學(xué)云平臺(tái)建立服務(wù)于攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)的實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)的方法,以及相應(yīng)的線上實(shí)踐教學(xué)方法;并在疫情期間的線上攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)中加以試用。試用情況表明,結(jié)合該整合平臺(tái)的線上實(shí)踐教學(xué)可以較好地保障線上學(xué)生分散各處進(jìn)行攝影測(cè)量實(shí)踐對(duì)各專業(yè)軟件學(xué)習(xí)、應(yīng)用以及實(shí)踐成果的獲取,順利完成攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)。更進(jìn)一步,即使在線下實(shí)踐教學(xué)中,該方法對(duì)于提高各種攝影測(cè)量功能軟件的易接觸性使用的靈活性,教師對(duì)于實(shí)習(xí)中的過程性數(shù)據(jù)的管理亦有很大作用。