张鲜妮

摘 要： 作者结合国内测绘院校摄影测量实践教学经验，在分析安徽理工大学遥感科学技术专业摄影测量实践教学存在的问题的基础上，依据师资条件、实验室硬件条件，构建摄影测量实践教学体系。增加摄影测量实践教学学时，将传统单一的课内实验改为课内实验与集中实践并行，实现“两步走”，即课内实验打基础，集中实践综合训练。

关键词： 摄影测量学 实践教学 全数字摄影测量系统 无人机

相对于传统测量方式，摄影测量属于非接触式测量，侧重物体几何信息的提取，摄影测量的发展历经了三个阶段，即模拟摄影测量，解析摄影测量，数字摄影测量，同时随着机载POS，无人机、LIDAR，可量测实景影像等技术在摄影测量领域的应用越来越广泛[1]。社会对摄影测量人才的需求日益增多。因此高等院校测绘类专业在制定培养方案的时候都设定摄影测量课程为专业核心课程，该课程教学目标为学生通过这门课程学习，应该系统掌握摄影测量学的基本理论和方法，应该能运用所学知识解决实际问题。但是通过大量调查及文献分析，国内各院校摄影测量课程仍然偏重于传统理论学习，实践教学体系不够完善，导致学生只停留在对书本知识的肤浅理解上，动手能力不强，不能很快适应工作需求，对学生工作指导性不大[2]。为了培养学生扎实的摄影测量实践技能，必须根据本学科特点，实施课程实践教学改革，培养适应社会需求的摄影测量人才，是摄影测量实践教学急需解决的问题。本文以安徽理工大学遥感科学技术专业为例，阐述如何构建摄影测量课程实践教学体系。

1.“摄影测量学”课程特点

摄影测量学是一门内容抽象、逻辑严密、实用性强的专业基础核心课，它在测绘类专业课程体系中的地位至关重要。根据笔者多年以来的摄影测量学教学经验，结合学生的反馈信息，结果表明：近70%以上的学生认为课程内容太难懂，20%的学生反映课程学习兴趣吸引力不大，甚至10%的学生认为课程学习很吃力，以至于最终放弃学习。摄影测量学课程特点总结如下[3]：

1.1基本概念多，公式推导多。

整个课程涉及的专业基本概念多，如像方坐标系、物方坐标系、内方位元素、外方位元素、内定向、相对定向、绝对定向、共线条件方程、影像匹配等，内容抽象，不易理解。贯穿整个课程的公式推导较多，对学生的数学功底要求较高，如共线条件方程、共面条件方程、相对定向元素解算、绝对定向元素解算，光束法解算等，综合运用高等数学、线性代数、测量平差、GPS原理等多门学科知识，尤其高等数学中的微积分、泰勒级数展开式、线性代数中的矩阵运算和测量平差中的最小二乘等。

1.2空间关系复杂，空间立体感强。

摄影测量的实质是“由平面到立体”，即由二维的像点坐标如何计算三维的地面点坐标。这个过程涉及多个坐标系之间的转换，空间关系较为复杂，涉及不同原点的坐标系统的旋转、缩放、平移，以及同原点的旋转、缩放等。要求学生具备较强的空间想象能力[4]。

1.3学科交叉性强。

摄影测量学是一门重要的对地观测技术，涉及的交叉学科比较多，如数学、物理、数据库系统、数字图像处理技术、模式识别、人工智能、计算机图形学等多种空间信息技术，因此要加强各学科之间的联系。摄影测量学的课程特点要求学生具备扎实的理论基础，否则会严重影响学习效率。

1.4理论与实践并重。

通过对比各测绘类院校摄影测量教学方案，受制于师资力量、实验条件，摄影测量实验教学学时较少，实践教学内容落后，实验内容安排不够系统，使得学生不能很好地将理论与实践结合起来，大量抽象理论知识很难在脑子里得到消化。

笔者近几年摄影测量教学结果表明：数学基础薄弱是同学们学习这门课程的最大障碍；内容抽象、空间关系复杂的课程特点也是造成学习障碍的另一原因；此外实践教学体系的不完整，是制约学生学习这门课程的主要瓶颈。

2.摄影测量实践教学改革

针对摄影测量学课程的特点，结合当下社会对摄影测量实践人才的需求，笔者结合本校遥感科学与技术专业特点实施摄影测量实践教学改革。

安徽理工大学遥感科学与技术专业开办于2011年，至今已有4年，该专业培养方向有两个：遥感技术应用、摄影测量。专业培养方案中摄影测量课程为专业核心课程，总学时64学时，其中有8学时为课内实验，与课堂教学结合在一起。由于学时有限，实验内容有：反光立体镜立体像对观察（2学时），单片空间后方交会编程实验（4学时），基于遥感软件的正射影像纠正（2学时）。

通过以上实践教学内容可以看出，实践教学存在以下主要问题：（1）实践学时少。培养方案安排中摄影测量实践教学主要采用课内实验，总学时为8学时，显而易见，少量学时解决一个“多繁广”的课程问题，几乎是无解的。因此必须进行培养方案修正，增加实践教学学时是迫在眉睫、刻不容缓的。（2）实践内容少。内容少主要受培养方案学时的限制及摄影测量实验室硬件条件的限制。因此，在有限经费的支持下，应大力改善摄影测量实验室硬软件条件。

近几年，在安徽省高等学校振兴计划的支持下，学校加大力度进行摄影测量与遥感实验室建设，先后购买了多旋翼、固定翼无人机各一台，VirtuoZo数字摄影测量系统6台，20套反光立体眼镜，若干对立体像对，以及正版遥感图像处理软件ENVI等。实验条件较之前得到了很大改善。因此新形势下，结合培养目标构建了摄影测量实践教学体系。在原来8学时的课内实验基础上，增加4周集中实践。将传统单一的课内实验改为课内实验与集中实践并行，实行“两步走”，即课内实验打基础，集中实践强化训练。

具体实践内容安排如图1所示。

2.1课内实验

（1）反光镜立体像对观察，目的是让学生体会立体视觉产生的四个基本条件，培养立体感觉。

（2）摄影测量坐标系统转换。摄影测量解析的基本任务离不开摄影测量坐标系统的转换，但是学生在课堂中对于这部分内容，只通过单一的多媒体讲授，学生被动接受，很难理解点位在不同坐标系下的描述，以及坐标系之间的转换关系。实验过程中，学生通过老师给予的数据，进行自主编程实验，能够达到深入理解课堂教学内容。

（3）单片空间后方交会编程。学生任选一种自己较为熟悉的语言，在老师指导下，根据提供的数据，求出单张相片的六个外方位元素即三个角元素，三个线元素。单片空间后方交会问题本身是一个很复杂的问题，要解决这个问题必须综合运用，高等数学、线性代数、测量平差最小二乘理论知识。若只是通过单一的课程被动学习，要想吃透这部分理论是很困难的。实验过程中，通过学生自主实践，编程本身就需要学生吃透理论，因此很好地进行理论与实践完美结合。学生动手能力得到提高，理论知识得到深入理解。

（4）数字影像匹配。这部分内容来源于摄影测量课程第五章数字摄影测量，数字摄影测量是摄影测量发展的最新阶段，数字摄影测量的核心内容就是数字影像匹配，这部分实验教学的目的主要是让学生熟悉数字影像匹配的过程，加深数字图像影像匹配算法的理解。

2.2集中实践

新形势下，依据实验室及师资条件，安排为期四周的摄影测量集中实践。实践内容主要分为两大块，即4D产品生成，无人机数据采集及内业图像处理。这部分实验的目的是强化学生摄影测量实践处理能力，熟悉整个摄影测量数据处理的全过程，为走上未来岗位打下坚实基础。

（1）4D产品生成。全数字摄影测量系统（VirtuoZo）是适普软件有限公司与武汉大学遥感学院共同研制的全数字摄影测量系统，属世界同类产品的五大名牌之一。利用数字影像或扫描的数字化影像完成摄影测量作业。由计算机视觉代替人眼的立体量测与识别。从原始资料、中间成果及最后产品等都以数字形式呈现，克服传统摄影测量的缺点，可生产多种类型的数字产品，如数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、数字线划图（DLG）、景观图等，并为各种工程设计提供所需的三维信息、为各种信息系统数据库提供空间信息。VirtuoZo的主要软件模块包括：定向参数解算、空中三角测量、相对定向、绝对定向、内定向、影像匹配、数字高程模型生成、数字正射影像制作、等高线生成、制作景观图、DEM透视图、等高线叠加正射影像、数字测图、文字注记、图廓整饰等。作业方式为自动化与人工干预。其数据处理基本流程如图2所示：

（2）无人机数据采集及内业图像处理。安徽理工大学摄影测量实验室现有多旋翼与固定翼各一台，测绘任务，选一比较空旷的地区，无人机航拍的基本步骤如下：架设弹射架、架设电台、记录当天作业日志、姿态角度调整、无人机起飞、飞行监测、无人机降落、数据导出、内业图像处理。

通过集中实践，学生熟悉4D产品的生产流程，能够熟练运用VituoZo全数字摄影测量系统，以及熟悉无人机航拍基本流程，并进行无人机图像处理。为走上社会岗位打下一定基础，同时动手操作过程中实现对课本理论知识的进一步深化理解，而不是死记硬背。

3.结语

摄影测量学是一门理论与实践并重的学科，其实践教学部分对于培养学生较强的摄影测量实践技能、实现从理论知识学习到实践应用的过程有关键意义，本文结合国内测绘院校摄影测量实践教学经验，在分析安徽理工大学遥感科学技术专业摄影测量实践教学存在问题的基础上，依据师资条件、实验室硬件条件，构建了摄影测量实践教学体系。对摄影测量实践教学改革进行了初步探索，在一定程度上能够改善目前学生的摄影测量学习状态，但是随着空间信息技术的发展，摄影测量教学还必须紧跟时代潮流，教学改革之路还需要在无数教师的带领下不断前进。

参考文献：

[1]叶勤，关泽群，邵永社，程效军，杨世渝.测绘工程专业摄影测量学实验教学改革探索[J].测绘通报，2010（6）：74-77.

[2]王淑晴，彭军还，李淑慧.现代摄影测量新技术对摄影测量学课程的影响及对策[J].专题研讨，2011（5）：66-68.

[3]成晓倩，韩瑞梅，王双亭.摄影测量学的教学改革探讨与实践[J].测绘科学，2015，40（1）：126-128.

[4]牛全福，党星海，张秀霞，等.测绘工程专业摄影测量学课程教学改革探讨[J].地理空间信息，2015，13（5）：177-180.