新形势下摄影测量学课程教学改革探讨

卞玉霞,宋宏权,王永前,王小亭

(1. 成都信息工程大学资源环境学院，四川 成都 610225; 2. 河南大学环境与规划学院，河南 开封 475004)

传统摄影测量学是一门利用光学像片研究被摄物体的形状、位置、大小、特性及相互位置关系的学科[1]，其经历了模拟摄影测量和解析摄影测量阶段，现处于数字摄影测量发展阶段。随着摄影测量技术的发展和应用，我国各高等院校测绘及其相关专业均开设有摄影测量课程[2-4]，通过本课程的学习，旨在使学生掌握摄影测量的基本知识，培养学生掌握利用航摄像片测绘地形图、编制专题图的基本原理和方法，有助于提高学生利用摄影测量解决空间数据获取问题的能力。

近年来，随着数字地球和智慧城市概念的提出，视频卫星、无人机倾斜摄影测量和计算机视觉的普及与发展，摄影测量技术已经从传统地势侦察和地形测绘方面广泛应用于智慧城市建设的各个领域[5-9]。龚健雅院士指出与计算机视觉、人工智能等学科的进一步交叉融合是摄影测量发展的必经之路[10]。为了促进摄影测量与多学科的交叉融合，推动传统摄影测量向智能摄影测量发展，本文基于传统摄影测量学理论与方法，引入倾斜摄影测量与计算机视觉方面的相关知识，优化和完善摄影测量教学内容，丰富摄影测量教学实践，以满足现代社会对创新型和实践型摄影测量人才的需求。

1 教学探讨

近年来，随着倾斜摄影测量应用的普及，摄影测量课程教学内容和教学实践已较难满足现行日趋发展的行业对摄影测量专业人才方面的需求。结合多年摄影测量学课程教学，总结如下方面的问题。

1.1 教学内容

文献[11—12]提到的《摄影测量学》教程虽作过多次修订，有关双像立体测图与像点坐标量测等教材内容仍以模拟摄影测量和解析摄影测量模式进行介绍。20世纪70年代以来，数字摄影测量得到普及，社会大众越来越依赖于数字摄影测量，而目前摄影测量学课程未凸显数字摄影测量教学内容。

全球科技经济一体化趋势推进高等院校创新成果的转化，知识社会环境下的创新2.0形态正推动科技创新从“产学研”向“政产学研用”，再向“政用产学研”协同发展的转变，摄影测量教学内容应结合行业需求和科研发展与时俱进。随着无人机设备的普及，倾斜摄影测量技术为智慧城市建设提供了快速、有效的解决途径，是目前摄影测量行业应用的热点。因此，基于无人机影像的摄影测量应成为摄影测量课程教学的重要内容，特别是倾斜摄影测量技术。传统摄影测量课程主要介绍量测型航摄仪获取影像的摄影解析与量测，对于非量测型数码设备获取的影像如何进行测量未纳入摄影测量的教学内容。

1.2 教学实践

教学实践对于学生巩固理论知识、锻炼动手能力有着重要的作用，强化教学实践是整个摄影测量学课程教学的重要环节。教学实践应以工程实际应用为主，采用实景模拟的手段进行教学[13]。传统摄影测量课程教学实践[3,12-14]主要运用量测型摄影机获取的影像制作4D产品，或通过编程实现摄影测量解析计算。以上实践教学存在如下问题：①缺少对摄影测量基础理论方面的实践操作，学生在未掌握摄影测量基础理论前提下较难实施深层次的教学实践项目；②缺乏实景模拟，缺少无人机航摄外业工作实践训练，而现在行业对无人机数据采集方面人才需求量较大。

2 教改探讨

2.1 优化教学内容

迄今为止，摄影测量发展已有近200年的历史，摄影测量学从模拟摄影测量、解析摄影测量发展到数字摄影测量阶段，步入实时摄影测量阶段，并朝着智能摄影测量方向发展。作为摄影测量教学者，需要弱化传统摄影测量学中模拟摄影测量和解析摄影测量，重点以数字摄影测量为主线，介绍数字摄影测量的基础理论，普及倾斜摄影测量，延伸实时摄影测量等教学内容。

通过多学科对比分析得知，无论是传统摄影测量，还是无人机倾斜摄影测量，或是计算机视觉技术，其原理均是基于摄站点(相机曝光点)、影像和地面之间的关系求解被摄物体的几何和属性信息。因此，新形势下的摄影测量课程仍需重视传统摄影测量方面的基础理论，强化像坐标系和地面坐标系之间的关系，强化摄像机、像片平面与地面之间的共线条件方程；重视立体视觉和解析空中三角测量，梳理运用摄影测量原理制作4D产品。

随着无人机设备采集数据的普及，无人机已经成为航空摄影的常用平台，其相关理论知识与传统航空摄影测量有着极大的差异，因此，在摄影测量教学过程中，需要规整倾斜摄影测量与传统摄影测量的异同，梳理无人机倾斜摄影测量的作业流程和案例应用等研究内容，以满足行业对摄影测量人才方面的需求。

为了推动实时摄影测量的发展，运用GPS定位技术和CCD影像技术实时采集地理信息，需要了解和掌握非量测型数码设备获取影像的摄影测量方法。因此，在原有教学内容的基础上，需要研究计算机视觉理论，增添非量测型航摄仪获取影像的摄影解析和量测等知识，完善摄影测量教学内容。如图1所示，图中①-④为传统摄影测量的教学内容，⑤和⑥为新增内容。

另外，在介绍传统摄影测量教学内容的基础上，应分专题介绍摄影测量在行业中的应用。专题介绍传统摄影测量中如何利用量测型摄影机制作4D产品；专题介绍倾斜摄影测量中如何利用无人机影像、地面测量车或街景采集车进行建筑物三维建模；专题介绍如何利用手机、相机等设备进行图像识别、工业等小范围场景的三维建模或者数据更新。

2.2 丰富教学实践

摄影测量课程涉及大量图形与图像的表达内容，该内容重在培养学生空间想象力及空间变换的思维过程[15]。鉴于摄影测量课程本身的理论抽象性[3,12-14]，为了让学生更好地学习和掌握摄影测量基础理论和实践技能，课程应开设相关配套手工实验课，设置手工制作航摄模型实践环节，模拟摄影测量的空间关系，如图2所示，让学生在实践过程中了解摄影测量解析的空间关系，培养学生的空间思维能力。

新形势下，有必要基于非量测型无人机影像、数码相机或手机采集的地面影像进行实践教学，经费允许的情况下，开设无人机航摄演示环节，加强学生对摄影测量外业进行实践环节，在实训过程中分析测区的地理环境、布设控制点坐标、空中摄影、补测和调绘。在空中管制或高校经费不预算的情况下，建议在教学实践中利用沙盘模型[16-17]设计特定的地形和地貌，模拟无人机影像采集过程，达到教学示范和训练的目标。

结合传统摄影测量教学实践内容，增添手工制作航摄模型和无人机外业演示等实验环节。具体地设计如表1所示的实验项目。

表1 课程教学实践项目

3 结 语

随着无人机、云数据和人工智能的发展，摄影测量与遥感已成为地理信息系统技术中重要的数据采集方式，社会大众对摄影测量人才需求量越来越大、对人才的技能水平要求越来越高。针对摄影测量学课程的改革和创新是学科发展的需要，也是社会发展的需求。为了推动智能摄影测量的发展，在传统摄影测量教学的基础上，将无人机摄影测量和计算机视觉等知识融入摄影测量教学内容；增设摄影测量空间模型手工制作环节，并在条件允许的情况下，开设无人机外业数据采集等教学实践项目，重视理论与实践联系。本课程教学改革探讨意在完善摄影测量课程的教学内容和教学实践，把摄影测量前沿知识传授和学生能力培养结合起来，在提高教学质量的同时，培养出满足社会要求的高质量人才。