基于桌面云实验室的摄影测量实验教学模式与实践

段祝庚，岳 雄

（1. 中南林业科技大学 土木工程学院, 湖南 长沙 410004；2. 武汉兆格信息技术有限公司，湖北 武汉 430223）

随着测绘科学技术的迅速发展，摄影测量技术逐渐广泛应用于国家基础测绘、数字城市建设、生态环境监测、国土资源治理等领域。特别是无人机低空摄影测量技术具有快速高效、机动灵活、运行成本低、分辨率高等特点，已经成为获取空间信息的重要技术和手段[1-2]。因此，摄影测量技术在测绘生产实践和教学中占有重要的地位，提高摄影测量生产实践的作业效率和实验教学的仿真度，是当前迫切要解决的问题[3]。一方面，摄影测量实验教学需要与生产实践紧密接轨，学校培养的学生应具备摄影测量生产实践前必要的基本技能。而现阶段高等学校摄影测量教学，由于教学条件、教学模式的限制，实验教学往往与生产实践存在较大的差距，导致学生不能快速适应生产实践的工作需要[4]。另一方面，长期以来，无论摄影测量生产实践还是高校的摄影测量实验教学，摄影测量作业平台和软件都是基于单机作业模式，基本与网络无关[5]。由于摄影测量数据量大、作业流程复杂、工作量重，单机作业模式效率不高。

随着现代网络技术和云计算技术的快速发展，云端服务正不断涌现，云计算技术日趋成熟，正广泛应用于物联网、医药医疗、制造、金融与能源、电子政务、教育科研、电信等领域[6-8]。云计算具有虚拟化、高可靠性、通用性、低成本、灵活性等特点[9-10]。通过网络连接远程服务器进行数据处理和信息共享等服务，可让用户共享云端服务器的快速处理能力和各种优质的服务，从而为用户节约了成本，提高了工作效率[11-12]。应用云计算技术将实现摄影测量生产实践和实验教学的网络化和云化，将改变摄影测量生产实践和实验教学的作业模式，实现云开放摄影测量作业[13-14]。本文结合基于桌面云实验室的摄影测量实验教学实践，开展开放式摄影测量实验教学模式探索，旨在为摄影测量生产实践和我国高校摄影测量实验教学提供参考、示范及借鉴。

1 摄影测量云实验室简介

摄影测量云实验室是基于互联网的桌面云实验室，实行全在线实训作业，彻底打破摄影测量作业的时空限制（http://www.gridknow.com/），将教、学、练全面云化，建设一个能为用户实现“实时、按需下载、全在线、DIY 内容以及共享”（ROADS，real-time、on-demand、all-online、DIY、share）的新型空间信息处理技术学习模式，全面实现全新开放的教学实习方式。

摄影测量云开放实验系统由云端服务器、安装在云端的专用软件、数据及资料和用户构成。用户注册账号，随时随地可以登录进行学习。摄影测量云开放实验系统具有硬件、系统、软件及网络超融合特点，云端服务器具有超强的并行云计算能力，极大地降低用户设备及维护成本。

摄影测量云开放实验系统能提供VirtuoZo摄影测量系统、DPgrid摄影测量系统、空中三角测量、点云数据处理软件和专业工具软件等共 41种软件（截至2019年3月），具有DEM、DOM、DLG生产和实验教学功能，可处理卫星影像数据、航空摄影影像数据、无人机摄影影像数据及点云数据。VirtuoZo摄影测量系统、DPgrid摄影测量系统、空中三角测量系统这些软件有教育版和生产版两种版本。教育版适合于教学，按照摄影测量作业流程分成若干个模块，各模块可单独运行，有利于学生学习和掌握摄影测量各个作业流程原理和技术要点。生产版适合于摄影测量生产作业，它将摄影测量作业流程整合在一起，一体化、自动化程度较高，人工干预较少。系统可根据用户需要定制软件。同时，云平台具备丰富的摄影测量工具、实验数据及教学资源，无需绑定加密狗和计算机，自动推送更新工具软件。

2 现阶段摄影实验教学模式存在的问题

传统的摄影测量实验教学和摄影测量生产的作业模式均是基于 PC和单机软件的。目前高校摄影测量课程采用理论教学结合机房实验实践方式进行。摄影测量实验教学采用的商用软件价格较为昂贵，通常软件授权是通过“软件狗”或绑定电脑IP进行，没有“软件狗”或者离开授权的电脑，软件则无法使用。由于软件授权问题，学生只能到机房进行实验，固定学习地点，实验时间也仅局限于实验课时间。除实验室机房开放时间外，其他时间无法上机操作，实验操作时间短，学生作业水平很难满足生产作业的需要。

1）软件使用效益不高。

由于软件授权问题，学校投入巨额资金购买的软件使用效率普遍不高，仅在有限的实验室开放时间可以使用，造成资源很大程度的闲置。同时，由于学校资金限制，往往只能购买有限套数专业摄影测量软件，在当前高校普遍扩招的情况下，软件数量难以满足学生人数的需要。另外，摄影测量软件能处理的数据类型有限，通常无法适用于卫星影像、航空影像、无人机影像等不同类型的数据，限制了对学生的能力培养，更无法开展多机协同作业。

摄影测量的工作岗位要求具备一定的实践操作能力，这就需要学生在校期间能深入理解摄影测量理论知识，掌握作业流程等基本技能，并通过实践来验证理论知识，让学生能快速获取相关专业资料及实验数据，自由选择实训内容。

2）学生实验成绩评价难。

现阶段学生实验成绩评价主要依据考勤、实验报告、实验考核等材料进行学生实验成绩评价。学生考勤主要通过学生签到、教师点名等形式进行，但往往流于形式。实验报告、实验考核并不能如实反映学生对专业知识及实验技能的掌握程度。因此，需要一套全在线考勤的平台，一览学生在线状态、了解学生学习时长，杜绝他人签到等问题，进行实验过程监控，准确地评价学生实验结果和实验效果，全面了解学生对知识掌握情况，客观准确地评价学生的实验成绩。

基于云平台的开放实验教学模式和传统的基于PC机的实验模式在教学模式、作业模块化、经济成本、实验数据与教学资源、作业成果管理等方面存在显著差异，如表1所示。

表1 基于PC机的和基于云开放的实验教学模式对比

3 云开放摄影测量实验教学实践及调查

利用桌面云实验室提供的桌面平台软件VirtuoZo教育版、DPGrid教育版、Virtuoeat对分别我校测绘工程专业两届学生和地理信息科学、土地资源管理两个专业的非测绘专业学生进行摄影测量实验教学实践，其中测绘工程专业两届学生共125人，非测绘专业摄影测量学为选修课，摄影测量实验计划课时共计 24学时。主要内容包括航摄相片的内定向、相对定向、绝对定向实验，单模型数据处理、多模型数据处理及拼接技术、DEM和DOM生成及编辑、立体观测、立体测图及编辑、无人机数据处理、空中三角测量加密等实验项目。

为了评估云开放摄影测量实验教学模式，特制定了评估调查表。实验教学模式调查采用匿名全员调查方式进行，分测绘专业和非测绘专业进行统计。教学效果评价指标主要包括实验项目的累计作业时长、完成质量、兴趣度和满意度4个指标。累计作业时长包括课堂计划课时和课余时间作业时间，按实际作业时间统计，分为＜24 学时、24～36 学时、36～48学时、48～60学时、＞60学时5个等级。实验项目的完成质量由指导老师依据项目完成情况及质量报告评定，分为优、良、中、及格和不及格5个等级，主要技术指标超限的质量报告直接评定为不及格。兴趣度指学生对摄影测量实验项目的感兴趣程度及主动进行实验的程度，分为非常感兴趣、很感兴趣、感兴趣、一般和不感兴趣5个等级，未完成全部实验项目的评定为不感兴趣。满意度是指对云实验的运行处理速度、软件模块化程度、登录上机作业方便程度、实验数据与教学资源情况、作业成果管理方便程度等综合满意程度，分为非常满意、很满意、满意、一般和不满意5个等级。

实验教学模式调查结果为（图1）：所有学生上机累计作业时长均超过24学时，测绘专业和非测绘专业上机作业超过48学时的学生分别为117人、27人，占总人数93.6%、58.7%，调查结果显示学生可以充分利用课余时间登录系统进行上机作业，不受实验计划时间、地点限制，大大增加了学生实践作业的时间。实验项目完成质量情况良以上的分别为106人（测绘专业）、26人（非测绘专业），优良率分别为84.8%、56.5%。兴趣度为很感兴趣以上的分别为 106人（测绘专业）、32人（非测绘专业），占总人数的84.8%、69.6%，学生表现出较高的学习兴趣。满意度为很满意以上的分别为 112人（测绘专业）、43人（非测绘专业），占总人数 89.6%、93.5%。仔细分析发现：学生对云实验的运行处理速度、软件模块化程度、登录上机作业方便程度、实验数据与教学资源情况、作业成果管理方便程度等表现出极高的满意度。

图1 开放摄影测量实验教学模式调查结果

4 结语

在“以学生为本”的教育理念指导下，探索一套全新的基于桌面云实验室的摄影测量实验的开放教学模式。培养学生的自主实践操作能力，让学生能随时随地自由学习。有利于实验教师对学生进行过程控制，有利于实验老师对学生实验结果和实验效果进行评估，有利于学生熟悉摄影测量作业流程，提高学生实践动手能力，让学生将摄影测量理论与摄影测量生产实践紧密结合。期望基于桌面云实验室的摄影测量实验教学模式探索和实践，能为全国各高校摄影测量实验教学提供示范、参考及借鉴。