“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下測量室外實(shí)習(xí)智能化管理的探索與實(shí)踐

蒲朝旭，余代俊，朱逍賢

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院測繪工程系，四川 成都 610059； 2.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611231)

1 引 言

測繪工程是一個實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)，而測量實(shí)習(xí)尤其是室外實(shí)習(xí)是測繪工程專業(yè)教學(xué)過程中必不可少的一個實(shí)踐環(huán)節(jié)。以本校測繪工程專業(yè)室外實(shí)習(xí)課程為例[1]，主要包括數(shù)字地形測量實(shí)習(xí)、GNSS測量實(shí)習(xí)、攝影測量與遙感綜合實(shí)習(xí)、測繪生產(chǎn)綜合實(shí)習(xí)等。這些實(shí)踐課程時長從2周至5周不等，人數(shù)均在100人左右，實(shí)習(xí)場地從幾十畝至幾千畝不等，場地中常常包含建筑物、道路、河流等，人員較為分散。這就為室外實(shí)習(xí)的管理帶來了不小的麻煩，指導(dǎo)教師或?qū)嵙?xí)隊(duì)長無法實(shí)時了解學(xué)生的實(shí)習(xí)動態(tài)、實(shí)習(xí)情況、所在位置等，同時也存在較大的安全隱患。因此，如何能夠?qū)崟r高效獲取學(xué)生實(shí)習(xí)信息，同時能夠?qū)W(xué)生室外實(shí)習(xí)情況進(jìn)行實(shí)時考評并記錄成績，成為教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容。

近年來，諸多學(xué)者針對測量相關(guān)課程進(jìn)行了許多改革設(shè)想，包括教學(xué)[2]、學(xué)生培養(yǎng)、室內(nèi)實(shí)習(xí)、室外實(shí)習(xí)[3，4]、教學(xué)場地建設(shè)[5，6]等等，這為廣大教育工作者的教學(xué)提供了非常大的幫助。但縱觀各種教改[7～8]，對于利用現(xiàn)有“互聯(lián)網(wǎng)+”[9]的優(yōu)勢，實(shí)時高效掌握學(xué)生動態(tài)和進(jìn)行室外實(shí)踐成績評定等[10，11]方便的研究還有說欠缺。鑒于此，結(jié)合成都理工大學(xué)測繪工程系實(shí)踐課程的實(shí)際情況，對學(xué)生室外實(shí)習(xí)實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)改革，提出結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”、人臉識別等技術(shù)，以智能手機(jī)為載體，利用云端/本地數(shù)據(jù)庫、實(shí)時聊天SDK、百度地圖API、開源庫等，建立了一個測量室外實(shí)習(xí)的智能化管理系統(tǒng)，并以此對測量室外實(shí)習(xí)的智能化管理進(jìn)行了探索和實(shí)踐。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

室外實(shí)習(xí)智能化管理系統(tǒng)以Android為基礎(chǔ)開發(fā)平臺[12]，利用Java編程語言，基于百度地圖API，結(jié)合數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、GNSS導(dǎo)航定位技術(shù)和人臉識別技術(shù)等編制而成，系統(tǒng)能夠使教師與學(xué)生的實(shí)習(xí)互動更加方便快捷，克服了傳統(tǒng)模式下室外實(shí)習(xí)存在的諸如控制點(diǎn)信息不全、實(shí)習(xí)過程中交流不便、實(shí)習(xí)出勤率不明、實(shí)習(xí)管理困難等弊端[13～15]。該App具有賬號分類、電子地圖、信息管理、交流互動、線上評分等幾大功能[16]，詳細(xì)的系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。

圖1 室外實(shí)習(xí)智能化管理系統(tǒng)功能模塊圖

2.1 系統(tǒng)功能模塊介紹

(1)賬號分類：本系統(tǒng)賬號類型主要分為實(shí)習(xí)隊(duì)(組)長、指導(dǎo)教師和學(xué)生三類。在開始實(shí)習(xí)之前，實(shí)習(xí)隊(duì)(組)長應(yīng)根據(jù)教學(xué)任務(wù)，收集準(zhǔn)備好實(shí)習(xí)分組、指導(dǎo)教師名單和學(xué)生名冊等基本信息，交由后臺數(shù)據(jù)庫管理員創(chuàng)建登錄賬號。登錄實(shí)習(xí)隊(duì)(組)長賬號，可以加載與本次實(shí)習(xí)相關(guān)的測區(qū)已有地形圖、影像圖及控制點(diǎn)坐標(biāo)等信息，并可管理本次實(shí)習(xí)中的相關(guān)事務(wù)。登錄指導(dǎo)教師賬號可根據(jù)實(shí)習(xí)分組情況，添加僅本指導(dǎo)教師所帶學(xué)生可見的其他相關(guān)實(shí)習(xí)資料，亦可對本組學(xué)生信息進(jìn)行管理，實(shí)時了解學(xué)生的實(shí)習(xí)情況，為學(xué)生進(jìn)行在線答疑、在線考勤、在線評分等。登錄學(xué)生賬號僅限查看各項(xiàng)地理信息數(shù)據(jù)、在線求助等。

(2)電子地圖：本系統(tǒng)以百度地圖作為基礎(chǔ)底圖，實(shí)習(xí)過程中可根據(jù)不同實(shí)習(xí)地點(diǎn)和實(shí)習(xí)項(xiàng)目另行疊加測區(qū)已有的地形圖、影像圖和控制點(diǎn)坐標(biāo)等信息[17]，從而方便實(shí)習(xí)過程中學(xué)生能夠快速獲得控制點(diǎn)相關(guān)信息，如點(diǎn)號、三維坐標(biāo)、點(diǎn)位置等。利用GNSS導(dǎo)航定位技術(shù)，實(shí)習(xí)隊(duì)長或指導(dǎo)教師可實(shí)時查看學(xué)生的出勤情況和作業(yè)地點(diǎn)，方便教師實(shí)時了解學(xué)生的作業(yè)動態(tài)，及時跟進(jìn)指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程信息化。

(3)信息管理：本系統(tǒng)使用Android平臺集成的嵌入式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫——SQLite數(shù)據(jù)庫作為本地數(shù)據(jù)庫，使用Bmob后端云作為在線數(shù)據(jù)庫，為軟件正常運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。實(shí)習(xí)區(qū)的基礎(chǔ)地理信息(如地形圖、影像圖、控制點(diǎn)信息等)可以采用加密之后存儲于在線數(shù)據(jù)庫中，亦可進(jìn)行本地存儲于疊加。學(xué)生基礎(chǔ)信息(如學(xué)號、姓名、班級、指導(dǎo)教師等)可以存儲于在線數(shù)據(jù)庫中，方便不同賬號用戶獲取信息。學(xué)生人臉識別信息及實(shí)習(xí)情況(如出勤情況、實(shí)習(xí)表現(xiàn)等)則保存在本地數(shù)據(jù)庫中。所獲信息皆進(jìn)行加密處理，保證數(shù)據(jù)的安全性，對信息進(jìn)行合理的采集、存儲、管理，從而實(shí)現(xiàn)了教學(xué)實(shí)習(xí)的數(shù)字化。

(4)交流互動：本系統(tǒng)以已有基礎(chǔ)聊天SDK作為后臺聊天平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的文字及語音聊天，亦可實(shí)現(xiàn)在線視頻功能。方便指導(dǎo)教師與學(xué)生進(jìn)行在線互動及答疑等。

(5)線上評分：本系統(tǒng)以SQLite數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)建立指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生實(shí)習(xí)信息庫，在此基礎(chǔ)上結(jié)合人臉識別技術(shù)，便于老師在與學(xué)生短暫的實(shí)習(xí)接觸過程中，確認(rèn)學(xué)生身份或身份查找，根據(jù)現(xiàn)場表現(xiàn)即時給予成績評定，進(jìn)行在線評分，為最終評定實(shí)習(xí)總成績提供可靠依據(jù)。

2.2 系統(tǒng)操作步驟

(1)資料準(zhǔn)備——在實(shí)習(xí)之前，由實(shí)習(xí)隊(duì)(組)長或指導(dǎo)教師準(zhǔn)備相關(guān)資料，如測區(qū)地形圖、測區(qū)影像圖、測區(qū)控制點(diǎn)、實(shí)習(xí)分組名單、學(xué)生名冊等資料。

(2)創(chuàng)建賬號——由數(shù)據(jù)庫后臺管理員根據(jù)相關(guān)資料創(chuàng)建登錄賬號并分發(fā)至每個人，同時將基礎(chǔ)信息導(dǎo)入在線數(shù)據(jù)庫中。后續(xù)實(shí)習(xí)隊(duì)(組)長、指導(dǎo)教師及學(xué)生只需登錄各自賬號即可完成相關(guān)信息查看或數(shù)據(jù)管理等操作。

(3)室外實(shí)習(xí)——實(shí)習(xí)期間，指導(dǎo)教師可以根據(jù)實(shí)時顯示的學(xué)生作業(yè)位置及時到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)，師生亦可遠(yuǎn)程在線互動，解答學(xué)生所提相關(guān)問題，并進(jìn)行實(shí)時考勤、考核及評分等。

(4)實(shí)習(xí)結(jié)束——實(shí)習(xí)結(jié)束后，指導(dǎo)教師可將所有學(xué)生在線評分成績導(dǎo)出，以作為實(shí)習(xí)總成績的評定依據(jù)之一。若不再使用本系統(tǒng)可自行卸載，或留待其他實(shí)習(xí)繼續(xù)使用。

3 系統(tǒng)測試

為驗(yàn)證實(shí)習(xí)系統(tǒng)的有效性，錄入了一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)測試，模擬了真實(shí)環(huán)境下的室外實(shí)習(xí)，圖2～圖10為系統(tǒng)的部分功能展示，由于學(xué)生互動和個人信息管理較為簡單，故未做展示。登錄指導(dǎo)教師賬號之后，可以看到當(dāng)前實(shí)習(xí)組所在的位置，如圖2所示。圖中顯示了當(dāng)前共有兩個實(shí)習(xí)組，分別是001組張三和002組李明。學(xué)生位置在位置服務(wù)打開的情況下默認(rèn)設(shè)置為 10 s發(fā)送一次位置信息至在線數(shù)據(jù)庫，同時更新對應(yīng)指導(dǎo)教師中該組的位置。若登錄學(xué)生賬號，則主界面中不會出現(xiàn)其他實(shí)習(xí)組位置，同時也不會顯示評分頁等。圖2展示的是百度地圖上疊加影像圖的效果，圖3展示的是百度地圖上疊加地形圖的效果。圖4則展示的是進(jìn)行路線規(guī)劃的效果，路線規(guī)劃可以計(jì)算從當(dāng)前位置至某個實(shí)習(xí)組位置的路徑，亦可計(jì)算從當(dāng)前位置至某個控制點(diǎn)的路徑，路徑規(guī)劃默認(rèn)采用步行導(dǎo)航模式。

圖2 影像圖顯示效果 圖3 地形圖顯示效果 圖4 路線規(guī)劃效果

系統(tǒng)默認(rèn)集成了校園中已有的測量控制點(diǎn)信息，同時亦可在實(shí)習(xí)開始前根據(jù)實(shí)際情況新增控制點(diǎn)信息。如圖5所示，展示了點(diǎn)擊地圖中的控制點(diǎn)圖標(biāo)之后所顯示的控制點(diǎn)信息，不僅可以復(fù)制該控制點(diǎn)的信息，而且能夠從當(dāng)前位置導(dǎo)航至該控制點(diǎn)。圖6展示的是點(diǎn)擊某個實(shí)習(xí)組圖標(biāo)時所顯示的信息，同樣可以復(fù)制本實(shí)習(xí)組的相關(guān)信息，亦可從當(dāng)前位置導(dǎo)航至該實(shí)習(xí)組。圖7展示的是指導(dǎo)教師可以對所帶學(xué)生進(jìn)行野外實(shí)時考評，對所帶學(xué)生的評分情況有一個概括展示，且能夠?qū)⑺袑W(xué)生的評分導(dǎo)出成Excel文件并發(fā)送至電腦端，便于后續(xù)總評成績時作為依據(jù)。利用人臉識別，可以在識別成功之后直接跳轉(zhuǎn)至該生的評分界面，方便評分。

圖5 控制點(diǎn)信息顯示效果 圖6 實(shí)習(xí)組情況 圖7 實(shí)習(xí)過程考評記錄

圖8展示的是某學(xué)生具體的考核記錄，能夠顯示具體的成績構(gòu)成。同時能夠錄入該生的人臉識別信息，亦可刪除。圖9展示的是對于某學(xué)生進(jìn)行實(shí)習(xí)過程考核記錄錄入的效果。圖10展示的是學(xué)生的詳細(xì)信息，可以方便地查看該生的基本信息及所在的實(shí)習(xí)組、指導(dǎo)教師、實(shí)習(xí)隊(duì)編號等信息。

圖8 個人考核記錄效果 圖9 個人考核成績錄入 圖10 學(xué)生詳細(xì)信息

4 結(jié) 語

本系統(tǒng)在平時的課間實(shí)習(xí)和集中實(shí)習(xí)中均可使用，部分同學(xué)測試反饋較好，在自己的課程中也逐步推廣使用，經(jīng)過測試和同學(xué)們反饋，比利用以往的紙質(zhì)版地圖找點(diǎn)提高很大，并且減少了實(shí)習(xí)時所帶的物品。教師使用時發(fā)現(xiàn)，能夠較為的方便的記錄下各種信息，方便進(jìn)行平時成績的考核與記錄，但仍然存在較大的改進(jìn)空間，如系統(tǒng)有時不穩(wěn)定、功能還有待擴(kuò)展、部分庫可以使用更優(yōu)的選擇等，需要在后期進(jìn)一步的提高修改。

本文根據(jù)本校實(shí)際的測量室外實(shí)習(xí)情況及相關(guān)實(shí)習(xí)課程，提出了結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人臉識別技術(shù)，以Android為平臺，構(gòu)建的一款智能化、信息化室外測量實(shí)習(xí)管理系統(tǒng)，對測量室外實(shí)習(xí)的智能化管理進(jìn)行了有益的探索并進(jìn)行了實(shí)踐。經(jīng)測試，該系統(tǒng)能夠顯著的提高室外實(shí)習(xí)的效果，不僅能夠提高學(xué)生實(shí)習(xí)的作業(yè)效率，如便于查看相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)、能夠?qū)崟r與指導(dǎo)老師在線互動等，而且能夠便于指導(dǎo)教師對所指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行管理，如可實(shí)時查看學(xué)生實(shí)習(xí)情況、室外及時在線評分等。本系統(tǒng)是成都理工大學(xué)測量室外教學(xué)實(shí)習(xí)改革重要內(nèi)容，不僅適用于測繪工程專業(yè)的室外實(shí)習(xí)，而且稍做修改或不做修改同樣可以適用于其他專業(yè)的室外教學(xué)實(shí)習(xí)，如普通地質(zhì)學(xué)認(rèn)識實(shí)習(xí)等。雖然本文所提系統(tǒng)能夠大大提高測量野外實(shí)習(xí)的實(shí)習(xí)效果，但也不能完全替代指導(dǎo)教師的現(xiàn)場指導(dǎo)，二者緊密結(jié)合方能保證室外實(shí)習(xí)的質(zhì)量。在將來，應(yīng)該根據(jù)實(shí)習(xí)內(nèi)容或作業(yè)方式等的變化，實(shí)時調(diào)整本系統(tǒng)，以期能夠盡最大能力為提高學(xué)生的實(shí)習(xí)效果而作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。