時(shí)間：2023-01-24 15:20:23
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【關(guān)鍵詞】三維建模；三維空間模型；人機(jī)交互；攝影測(cè)量；三維點(diǎn)云
1、引言
隨著數(shù)字采集技術(shù)的不斷發(fā)展以及“數(shù)字地球”、“數(shù)字城市”概念的不斷深化，人們已不再滿足于傳統(tǒng)二維手段描述的三維信息，目前三維模型已成為繼圖像、聲音和視頻之后的第四種多媒體數(shù)據(jù)類(lèi)型[1]，物體的表現(xiàn)形式也逐漸從二維表示向三維自動(dòng)化建模的方向過(guò)渡。
目前實(shí)現(xiàn)三維建模的方法大致有以下幾種：一是直接利用三維建模軟件，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（AutoCAD）、三維動(dòng)畫(huà)渲染和制作軟件（3D Studio Max）等工具人機(jī)交互式三維建模；二是直接利用GIS的二維數(shù)據(jù)和高度信息建立三維模型，但這種方法只局限于規(guī)則對(duì)象的建模；三是基于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量原理對(duì)物體快速建模。隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的不斷發(fā)展和自動(dòng)化，根據(jù)三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)構(gòu)建三維模型正成為研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)現(xiàn)今常用的地物建模方法進(jìn)行比較分析，總結(jié)出了各種建模方法的特點(diǎn)。
2、三維建模方法
本文以校園中建筑物為建模對(duì)象，分別通過(guò)以下3種常用的建模方法進(jìn)行三維模型重建：基于AutoCAD的人機(jī)交互式建模、基于掃描點(diǎn)云的建模、基于近景攝影測(cè)量的建模。
2.1 基于AutoCAD的人機(jī)交互式建模
對(duì)于幾何形體相對(duì)規(guī)則的建筑，常規(guī)使用免棱鏡電子全站儀對(duì)建筑物構(gòu)件的三維特征點(diǎn)進(jìn)行散點(diǎn)式數(shù)據(jù)采集。本文采集數(shù)據(jù)同時(shí)采用“四位編碼法”對(duì)特征點(diǎn)編碼[2]，并按建筑構(gòu)件分類(lèi)分層存儲(chǔ)。繪圖時(shí)根據(jù)特征點(diǎn)編碼結(jié)合測(cè)繪順序在CAD中編寫(xiě)LISP程序?qū)ㄖ飳?shí)現(xiàn)自動(dòng)展點(diǎn)和自動(dòng)連線生成線框圖。以同濟(jì)大學(xué)某學(xué)生宿舍為例，在CAD中連線后的線框圖見(jiàn)圖1（a），圖中3個(gè)藍(lán)點(diǎn)為門(mén)上3個(gè)特征點(diǎn)，這些點(diǎn)不同時(shí)位于門(mén)所確定的豎直面內(nèi)?？梢?jiàn)三維繪圖不是實(shí)測(cè)點(diǎn)位的簡(jiǎn)單連線或修補(bǔ)，需以實(shí)測(cè)點(diǎn)位為基礎(chǔ)，綜合考慮建筑的施工、形變和測(cè)量誤差及建筑特性，采用擬合的方法對(duì)線框圖進(jìn)行局部處理，最后構(gòu)建三維實(shí)體，如圖1（b）所示。
（a）門(mén)窗的4個(gè)圖元不共面
（b）構(gòu)建后的實(shí)體效果
圖1 繪制步驟及效果
此外，游天[3]等人利用對(duì)象三視圖為底圖在三維制作軟件中直接建模，并將三面圖對(duì)模型進(jìn)行紋理映射提高模型的真實(shí)度。本文也以學(xué)校校門(mén)為例對(duì)此方法進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)證明該方法構(gòu)建的三維實(shí)體模型精度也能滿足一般要求。
2.2基于掃描點(diǎn)云的建模
對(duì)于不規(guī)則物體，全站儀則顯得無(wú)能為力了。三維激光掃描技術(shù)克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式的不足，應(yīng)運(yùn)而生的模型自動(dòng)化重建技術(shù)愈來(lái)愈受到重視。目前基于掃描點(diǎn)云的建模一般流程可概括為點(diǎn)云的獲取、表面重建、點(diǎn)云的處理與建模三個(gè)階段。以校園某建筑為例具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：
（1）點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取。本實(shí)驗(yàn)采用Leica C10對(duì)某樓進(jìn)行掃描測(cè)量，根據(jù)該樓的輪廓特征和實(shí)際掃描范圍等影響因子，本次測(cè)量共設(shè)16站。
（2）點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理
為了給建模階段提供較理想的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云拼接、去噪、采樣等預(yù)處理。點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理既可通過(guò)算法[4] [5] [6] [7] [8] [9]實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)掃描儀配套軟件如Cyclone、Faro Scene等完成。這一步操作十分重要，是決定后續(xù)數(shù)據(jù)質(zhì)量好壞和執(zhí)行效率的關(guān)鍵。
（3）點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模
目前，對(duì)建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型重建的研究多數(shù)從兩個(gè)方面展開(kāi)：一方面提取建筑物的邊界特征，以特征為約束構(gòu)建三維實(shí)體模型；另一方面是直接對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，建立拓?fù)潢P(guān)系，進(jìn)行表面重建和優(yōu)化。本實(shí)驗(yàn)采用點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割、曲面擬合以及交互組合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑物對(duì)象的三維建模。建模步驟大致可分類(lèi)以下三大步：
a）海量散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割
點(diǎn)云分割是為下階段精細(xì)建模做準(zhǔn)備。本文根據(jù)空間點(diǎn)的鄰域關(guān)系估算點(diǎn)與點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系，將建筑模型分割為平整墻面、屋頂和附件幾大區(qū)域。
b）分割部分精細(xì)建模
自動(dòng)識(shí)別提取點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征，并以此特征為約束迭代擬合模型，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建三角網(wǎng)格。
c）模型拼接
根據(jù)模型間的特征及法矢拼接相鄰模型，對(duì)拼接后的兩模型公共區(qū)域部分的三角網(wǎng)進(jìn)行裁剪、檢查以及模型修補(bǔ)和優(yōu)化。
綜合以上步驟，基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)建成的三維模型效果如圖2所示。
圖2 文遠(yuǎn)樓三維模型
2.3基于近景攝影測(cè)量的建模
本實(shí)驗(yàn)攝影采用的是非量測(cè)型相機(jī)，以同濟(jì)大學(xué)某建筑正門(mén)為例，根據(jù)近景攝影測(cè)量原理構(gòu)建三維模型的流程步驟如下：
（1）影像采集。以多攝站正直環(huán)繞攝影方式用普通相機(jī)對(duì)大禮堂進(jìn)行攝影，共布設(shè)8個(gè)攝站。圖3為正門(mén)前的觀測(cè)示意圖，其中S1、S2為兩個(gè)觀測(cè)站，J1～J4分別為正門(mén)前4根柱子上粘貼的4個(gè)人工標(biāo)志。
圖3 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)圖
（2）坐標(biāo)解算?？紤]到非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)、外方位元素的初始近似值未知以及像點(diǎn)、攝影中心、相應(yīng)地物點(diǎn)間的不共線，需使用加入像點(diǎn)坐標(biāo)改正數(shù)（本實(shí)驗(yàn)僅考慮物鏡輻射方向的光學(xué)畸變改正數(shù)）的直接線性變換解法，建立像點(diǎn)坐標(biāo)與相應(yīng)物點(diǎn)空間坐標(biāo)之間的線性關(guān)系。
（1）
式中，）為像片上以任意點(diǎn)為原點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)，為點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)，L1～L11為11個(gè)變換參數(shù)。
（3）繪制實(shí)體
在相片上采集一定密度的特征點(diǎn)并解算該特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，反向投影到三維空間后借助三維繪圖軟件展繪建筑上的特征點(diǎn)，增補(bǔ)遺漏點(diǎn)，并利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)線框和幾何實(shí)體模型。圖4為繪制的建筑前門(mén)線框模型。
圖4 前門(mén)構(gòu)建線框圖
3、三維建模方法對(duì)比分析
基于人機(jī)交互的建模、基于掃描點(diǎn)云和基于攝影測(cè)量的建模這三種建模方法都是基于測(cè)量的建模方式，都需要以外業(yè)采集的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行建模。
基于人機(jī)交互的建模方法應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)路線較成熟，國(guó)內(nèi)外研發(fā)的許多控制集成建模軟件都可以利用基本的幾何元素構(gòu)建復(fù)雜的幾何場(chǎng)景。這種建模方法靈活，能逼真再現(xiàn)對(duì)象的幾何結(jié)構(gòu)和表面紋理信息，適合用于對(duì)建模效果和細(xì)節(jié)要求較高的對(duì)象。但對(duì)于諸如小區(qū)、城市這樣的大規(guī)模場(chǎng)景，如果每個(gè)模型都進(jìn)行精細(xì)建模，不僅工作量大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且龐大的數(shù)據(jù)量也要求計(jì)算機(jī)硬件具備配套的處理能力，這也成為日后模型調(diào)用、管理的一大瓶頸。
基于點(diǎn)云的三維建模方法適用于不規(guī)則對(duì)象的三維建模，三維激光掃描技術(shù)克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式的不足，提高了數(shù)據(jù)采集的精度和效率，獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息量大，包含三維空間信息、顏色屬性和反射強(qiáng)度信息，通過(guò)一定的算法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即可快速構(gòu)建被測(cè)物體的三維模型。這種方法自動(dòng)化程度高，構(gòu)建的數(shù)字模型不僅精度較高還帶有豐富的細(xì)節(jié)信息。但三維激光掃描在掃描過(guò)程中容易產(chǎn)生漏洞，且龐大的點(diǎn)云和數(shù)據(jù)處理技術(shù)也制約了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和廣泛應(yīng)用。
基于攝影測(cè)量的建模包括近景攝影和相片處理兩個(gè)過(guò)程，且兩階段可獨(dú)立進(jìn)行。攝影時(shí)可根據(jù)測(cè)量精度要求選用量測(cè)攝影機(jī)或非量測(cè)攝影機(jī)；目前相片處理技術(shù)已相對(duì)成熟，許多現(xiàn)成的成熟軟件和算法可以直接使用。這種方法建模速度快、自動(dòng)化程度高。但近景攝影測(cè)量也存在一定的局限性，例如獲取影像時(shí)需要布設(shè)控制網(wǎng)，這就加大了外業(yè)的工作強(qiáng)度；而且影像上灰度變化不明顯部位無(wú)法獲得同名點(diǎn)，這也就制約著三維建模的精度。
4、結(jié)論
通過(guò)以上的對(duì)比分析不難看出，三維模型重建過(guò)程中，建模方法和技術(shù)路線的選擇尤為重要。在實(shí)際建模過(guò)程中，不要局限于某一種建模方法和技術(shù)，應(yīng)從項(xiàng)目的實(shí)際情況出發(fā)，分析數(shù)據(jù)采集方式和數(shù)據(jù)類(lèi)型，選擇合適的建模方法。一般采集特征點(diǎn)及近景攝影測(cè)量技術(shù)結(jié)合建模軟件構(gòu)建簡(jiǎn)單建筑等規(guī)則對(duì)象模型，利用三維激光掃描點(diǎn)云對(duì)不規(guī)則物體進(jìn)行精確建模。在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遇到或規(guī)則或不規(guī)則的建筑物（群），需要采用不同的數(shù)據(jù)采集技術(shù)、三維建模方法和可視化工具，因此不同建模方法應(yīng)相互融合、交織使用。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：攝影測(cè)量；數(shù)字；測(cè)量系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)
中圖分類(lèi)號(hào)： J4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)是隨著攝影測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和遙感技術(shù)的發(fā)展而形成的新興技術(shù)，是指對(duì)非地形目標(biāo)進(jìn)行攝影并確定其外形、形態(tài)和幾何位置的技術(shù)。數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)融合了數(shù)字近景攝影測(cè)量的基本原理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)的相關(guān)理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、模式識(shí)別等學(xué)科的理論和方法，利用數(shù)字像機(jī)獲取被測(cè)目標(biāo)的數(shù)字影像來(lái)得到物體的形態(tài)、位置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)從而完成對(duì)物體的測(cè)量。由于該技術(shù)利用計(jì)算機(jī)處理信息，屬于非接觸性測(cè)量技術(shù)。具有危險(xiǎn)性低、信息容量高、信息易存儲(chǔ)、可重復(fù)使用、精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科技研究和國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域。隨著科技的不斷向前發(fā)展,研究的進(jìn)一步深入,數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量將向?qū)崟r(shí)近景攝影測(cè)量發(fā)展,它將成為對(duì)非地形目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量的主要手段,并且實(shí)時(shí)性、全自動(dòng)源數(shù)據(jù)獲取及仿真虛擬手段的研究將成為應(yīng)用研究的趨勢(shì)。
一、數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展歷程
（一）國(guó)外發(fā)展歷程
早在上世紀(jì)60年代，國(guó)外就開(kāi)始了數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量的研究。將攝影測(cè)量的相關(guān)理論、算法及軟硬件逐步應(yīng)用到工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，促進(jìn)了工業(yè)的發(fā)展。數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)快速發(fā)展階段始于90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和日益普及，同時(shí)工業(yè)對(duì)高精度攝影測(cè)量技術(shù)的要求越來(lái)越高，工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)逐步進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。目前，數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量理論趨于完善，技術(shù)趨于成熟。
國(guó)外已經(jīng)有多家公司推出了自己的數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng)：美國(guó)大地測(cè)量公司的“V-STARS系統(tǒng)”、挪威Metronor公司的“Metronor系統(tǒng)”和德國(guó)Aicon3D公司的“DPA-Pro系統(tǒng)”等。
（二）國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程
國(guó)內(nèi)對(duì)數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量的研究開(kāi)始于70年代。當(dāng)時(shí)，一些研究機(jī)構(gòu)就開(kāi)始著力于攝影測(cè)量技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。由于知識(shí)的落后和生產(chǎn)水平的限制，該技術(shù)仍處于起步階段，發(fā)展較為緩慢。90年代初，隨著高精度攝影測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)大量應(yīng)用在冶金、機(jī)械、車(chē)輛和采礦等工業(yè)領(lǐng)域，并且取得了顯著的成效。同時(shí)，高校及研究機(jī)構(gòu)對(duì)有關(guān)工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)的國(guó)內(nèi)外相關(guān)理論及工程實(shí)踐進(jìn)行了研究，并針對(duì)數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)如何應(yīng)用在工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域提出了一系列創(chuàng)新理論，形成了一套新的。該階段為初步發(fā)展階段。數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)在理論和應(yīng)用方面都有新的發(fā)展。目前，數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段。隨著攝影測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和遙感技術(shù)的快速發(fā)展以及國(guó)內(nèi)工業(yè)的飛速發(fā)展，許多研究機(jī)構(gòu)引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)攝影測(cè)量技術(shù)、吸收新的工業(yè)攝影測(cè)量理念。 在數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量方面進(jìn)行了很多的研究及應(yīng)用工作。
目前，國(guó)內(nèi)數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量產(chǎn)品主要有：天津大學(xué)研制的“汽車(chē)車(chē)輪定位參數(shù)激光視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)”、西安交通大學(xué)研制的“大型復(fù)雜曲面產(chǎn)品的反求和三維快速檢測(cè)系統(tǒng)”和武漢大學(xué)研究的“Lensphoto”等。
二、數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)是指對(duì)非地形目標(biāo)進(jìn)行攝影并確定其外形、形態(tài)和幾何位置的技術(shù)。它屬于高精度、大尺度三維坐標(biāo)測(cè)量。為滿足以上要求，需要解決以下關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題。
（一） 高質(zhì)量影像的獲取
獲取高質(zhì)量數(shù)字圖像是高精度測(cè)量的基礎(chǔ)之一。數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)需要對(duì)測(cè)量中使用的人工標(biāo)志及其屬性、光源特性、數(shù)字像機(jī)的設(shè)置和與成像質(zhì)量有關(guān)的技術(shù)和設(shè)備等進(jìn)行研究。
（二）攝影測(cè)量的人工標(biāo)志
數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)使用人工標(biāo)志作為測(cè)量的特征點(diǎn)。工業(yè)部件表面通常缺乏豐富、明顯的紋理信息，在攝影測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的圖像，往往缺乏足夠的、準(zhǔn)確的特征點(diǎn)。為了避免這一不足，數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量中，采用設(shè)置人工標(biāo)志點(diǎn)的方式產(chǎn)生足夠數(shù)量且對(duì)比明顯的特征點(diǎn)。發(fā)光二極管、投影激光、回光反射標(biāo)志等均為人工標(biāo)志點(diǎn)。
（三）圓形人工標(biāo)志偏心差
在高精度工業(yè)攝影測(cè)量中，標(biāo)志中心點(diǎn)定位偏心差是影響測(cè)量精度的因素。確定偏心差數(shù)學(xué)模型以及模型矯正工作有利于提高測(cè)量精度。
人工編碼標(biāo)志
使用人工編碼標(biāo)志可以加快測(cè)量速度，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化。每個(gè)編碼標(biāo)志對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的編碼，因此能夠利用數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。設(shè)計(jì)編碼標(biāo)志應(yīng)遵循以下原則：具有足夠的編碼容量、尺寸不宜過(guò)大、有唯一定位點(diǎn)和易于自動(dòng)、準(zhǔn)確識(shí)別。在數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量中，常用的編碼標(biāo)志有同心圓環(huán)型編碼標(biāo)志和點(diǎn)分布編碼標(biāo)志。同心圓環(huán)型編碼標(biāo)志采用二進(jìn)制編碼原理，具有原理簡(jiǎn)單、易于識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)。點(diǎn)分布編碼標(biāo)志由一組圓形標(biāo)志點(diǎn)按照一定規(guī)則排列而成。
數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
現(xiàn)階段，數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)在理論研究和工業(yè)實(shí)踐方面都日趨完善。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，該技術(shù)逐步走向產(chǎn)品化、實(shí)用化和高效化。從數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，可以預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)。
相機(jī)呈多樣化、專(zhuān)業(yè)化
數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量常用的傳感器主要是數(shù)碼單反相機(jī)、紅外相機(jī)、工業(yè)攝像頭等。數(shù)碼單反相機(jī)的價(jià)格低廉且成像性能強(qiáng)大，成為攝影測(cè)量的常用傳感器。研究者也對(duì)單反相機(jī)進(jìn)行了專(zhuān)業(yè)改進(jìn)，使其更加適用于攝影測(cè)量。
測(cè)量精度、自動(dòng)化程度不斷提高
工業(yè)部件制造精度、表面復(fù)雜程度不斷提高，數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)也必然向著高精度、超高精度和高度自動(dòng)化方向發(fā)展。
三維數(shù)據(jù)分析軟件專(zhuān)業(yè)化、精細(xì)化
獲取三維坐標(biāo)信息是數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量的基本功能。獲取的三維坐標(biāo)信息需要處理分析，才可以應(yīng)用到所需的領(lǐng)域。多樣性和復(fù)雜性的應(yīng)用領(lǐng)域需要我們針對(duì)不同用戶(hù)開(kāi)發(fā)各種專(zhuān)用的、精細(xì)的數(shù)據(jù)分析軟件。
結(jié)語(yǔ)
數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)是隨著攝影測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和遙感技術(shù)的發(fā)展而形成的新興技術(shù)，是指對(duì)非地形目標(biāo)進(jìn)行攝影并確定其外形、形態(tài)和幾何位置的技術(shù)。數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)隨著科技的不斷進(jìn)步、研究的不斷深入,數(shù)字工業(yè)攝影測(cè)量將向?qū)崟r(shí)近景攝影測(cè)量發(fā)展,它將成為對(duì)非地形目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量的主要手段。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：GPS輔助空中三角測(cè)量；精密單點(diǎn)定位；POS；精度
中圖分類(lèi)號(hào)：TN141文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
測(cè)量工作在礦山勘探、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的各個(gè)階段起著重要的保障作用，隨著空間信息技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)和自動(dòng)化、智能化技術(shù)的飛速發(fā)展，新型測(cè)繪儀器迅速出現(xiàn)與普及，使礦山測(cè)量在工作內(nèi)容和技術(shù)方法等方面發(fā)生了深刻的變革。運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)字化測(cè)量技術(shù)進(jìn)行礦山測(cè)量有助于提高礦山測(cè)量精度，降低測(cè)量工作勞動(dòng)強(qiáng)度，提高礦山測(cè)量效率。
航空攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用已經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間，并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，較之傳統(tǒng)的測(cè)圖方法，利用航空攝影測(cè)量技術(shù)成圖速度快、成本低、精度高，是一種應(yīng)用極為廣泛的測(cè)圖方法。
精密單點(diǎn)定位技術(shù)的出現(xiàn)，為航空攝影提供了新的解決方案。目前國(guó)際服務(wù)組織所提供的精密星歷和精密鐘差的精度已經(jīng)很高。隨著接收機(jī)性能的不斷改善，載波相位精度不斷提高，以及大氣改正模型和改正方法不斷深入，為精密單點(diǎn)定位技術(shù)應(yīng)用航空攝影中提供了可能性。[1]
本文以礦區(qū)大小比例尺地形圖測(cè)繪生產(chǎn)為例，介紹了并進(jìn)行基于精密單點(diǎn)定位的GPS/ POS輔助空中三角測(cè)量試驗(yàn)，分析并比較了空中三角測(cè)量方法的加密精度，得出了基于精密單點(diǎn)定位的GPS/ POS輔助攝影進(jìn)行大小比例尺航測(cè)成圖時(shí)新的像控布點(diǎn)、像控測(cè)量以及GPS/ POS輔助空中三角測(cè)量加密的方法。
1精密單點(diǎn)定位技術(shù)
精密單點(diǎn)定位(PPP-Precise Point Positioning)指得是利用載波相位觀測(cè)值以及IGS等組織提供的高精度的衛(wèi)星星歷及衛(wèi)星鐘差來(lái)進(jìn)行高精度單點(diǎn)定位的方法。利用IGS提供的高精度的GPS精密衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差，以及單臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)采集的載波相位觀測(cè)值，采用非差模型進(jìn)行精密單點(diǎn)定位。精密單點(diǎn)定位的優(yōu)點(diǎn)在于在進(jìn)行精密單點(diǎn)定位時(shí)，除能解算出測(cè)站坐標(biāo)，同時(shí)解算出接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星鐘差、電離層和對(duì)流層延遲改正信息等參數(shù),這些結(jié)果可以滿足不同層次用戶(hù)的需要(如研究授時(shí)、電離層、接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星鐘差及地球自轉(zhuǎn)等)。[1]
2GPS輔助空中三角測(cè)量的定義及方法
GPS輔助空中三角測(cè)量是利用GPS定位技術(shù)獲取航攝儀曝光時(shí)刻攝站的三維坐標(biāo)，然后將GPS攝站坐標(biāo)視為帶權(quán)觀測(cè)值與攝影測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合平差，確定目標(biāo)點(diǎn)位，并評(píng)定其質(zhì)量的理論、技術(shù)和方法。[4]
3IMU/DGPS輔助航空攝影測(cè)量定義及方法
IMU/DGPS輔助航空攝影測(cè)量是指利用裝在飛機(jī)上的GPS接收機(jī)和設(shè)在地面上的一個(gè)或多個(gè)基站上的GPS接收機(jī)同步而連續(xù)地觀測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)，通過(guò)GPS載波相位測(cè)量差分定位技術(shù)獲取航攝儀的位置參數(shù)，應(yīng)用與航攝儀緊密固連的高精度慣性測(cè)量單元（IMU，Inertial Measurement Unit）直接測(cè)定航攝儀的姿態(tài)參數(shù)，通過(guò)IMU, DGPS數(shù)據(jù)的聯(lián)合后處理技術(shù)獲得測(cè)圖所需的每張像片高精度外方位元素的航空攝影測(cè)量理論、技術(shù)和方法。
將基于IMU/DGPS技術(shù)直接獲取的每張像片的外方位元素，作為帶權(quán)觀測(cè)值參與攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差，獲得更高精度的像片外方位元素成果。這種方法即IMU/DGPS輔助空中三角測(cè)量方法（國(guó)際上稱(chēng)Integrated Sensor Orientation，簡(jiǎn)稱(chēng)ISO）。[6]
4 試驗(yàn)及其結(jié)果分析
本文就以?xún)蓚€(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)1GSD為0.272m，相對(duì)航高為2000m，成圖比例尺為1：25000，試驗(yàn)2 GSD為0.15m，相對(duì)航高為1100m，成圖比例尺為1：2000，以試驗(yàn)在礦區(qū)基于精密單點(diǎn)定位技術(shù)的航空攝影測(cè)量方法成圖的應(yīng)用。
4.1 試驗(yàn)資料
試驗(yàn)1為了滿足某礦區(qū)信息化管理的需求，為礦區(qū)決策、規(guī)劃、普查、資源整合、開(kāi)發(fā)、資料申報(bào)及建立礦區(qū)全區(qū)域地形圖信息化管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)資料，某礦區(qū)實(shí)施全區(qū)域地形圖信息化管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)-1:25000地形圖航測(cè)成圖工程。測(cè)區(qū)地處太行山南段與中條山北緣的結(jié)合部，地形復(fù)雜，地貌特征以山地為主。要保質(zhì)保量的按時(shí)完成工程任務(wù)只有依靠科技創(chuàng)新，采用新技術(shù)，新方法和新裝備才能解決常規(guī)測(cè)繪技術(shù)無(wú)法解決的難題。
在本工程航空攝影、像片控制測(cè)量、空中三角測(cè)量和調(diào)繪等環(huán)節(jié)中均采用了新技術(shù)。航空攝影時(shí)采用了先進(jìn)的SWDC數(shù)碼攝影系統(tǒng)；像片控制測(cè)量中同時(shí)采用了精密單點(diǎn)定位技術(shù)和似大地水準(zhǔn)面模型兩項(xiàng)新技術(shù)；空中三角測(cè)量使用GPS輔助空中三角測(cè)量等。
試驗(yàn)2為了保證某礦區(qū)更好的發(fā)展規(guī)劃和數(shù)字地形圖的現(xiàn)勢(shì)性，建設(shè)成數(shù)字化、生態(tài)型、工業(yè)旅游型中國(guó)煤炭工業(yè)品牌礦井，為生產(chǎn)建設(shè)提供科學(xué)、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，某礦區(qū)利用航測(cè)方法成1:2000地形圖測(cè)繪工程，本工程采用新技術(shù)POS航攝技術(shù)。
4.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
為了分析利用精密單點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行GPS/POS輔助航空攝影測(cè)量方法所能達(dá)到的加密精度，通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)碼相機(jī)的固有優(yōu)點(diǎn)，得出一些結(jié)論。圖1為試驗(yàn)1的像控布點(diǎn)方案，圖2為試驗(yàn)2的像控布點(diǎn)方案，表1列出了GPS/POS輔助空中三角測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)表，表2列出了光束法區(qū)域網(wǎng)平差精度統(tǒng)計(jì)表。
圖1 試驗(yàn)1布點(diǎn)方案
圖2 試驗(yàn)2布點(diǎn)方案
表1 GPS/POS輔助空中三角測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)表
表2 光束法區(qū)域網(wǎng)平差精度統(tǒng)計(jì)表
在GPS/POS輔助航空攝影時(shí)必須架設(shè)地面基準(zhǔn)站，是需花費(fèi)人力物力而且費(fèi)時(shí)的工作，尤其是當(dāng)測(cè)區(qū)范圍較大,在帶狀管線項(xiàng)目中需要設(shè)置多個(gè)基準(zhǔn)站時(shí)，作業(yè)難度相當(dāng)大。此次精密單點(diǎn)定位技術(shù)與數(shù)碼相機(jī)結(jié)合應(yīng)用的成功探索，減少了航飛時(shí)基站布設(shè)的工作量。通過(guò)上述試驗(yàn)說(shuō)明，在GPS/POS輔助航空攝影測(cè)量中，可以無(wú)需布設(shè)地面基準(zhǔn)站。GPS/POS輔助航空攝影按照常規(guī)航空攝影技術(shù)規(guī)程進(jìn)行攝影作業(yè)是可行的。
從表1、表2可以看出， GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差與自檢校光束法的結(jié)果是一致的。這表明,該測(cè)區(qū)的航攝資料是可用的,GPS攝站坐標(biāo)的解算是正確的,利用該試驗(yàn)區(qū)來(lái)進(jìn)行GPS輔助光束法平差的精度分析是值得信賴(lài)的。
采用現(xiàn)行幾種航空攝影空中三角測(cè)量測(cè)量方法，加密點(diǎn)的精度均可滿足所處地
形相應(yīng)比例尺航測(cè)內(nèi)業(yè)加密的精度要求。試驗(yàn)1、試驗(yàn)2的精度均符合GB/T 7930-2008《1:500、1:1000、1:2000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》、GB/T 12340-2008《1:25000、1:50000、1:100000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》的規(guī)定。對(duì)于常規(guī)光束區(qū)域網(wǎng)平差來(lái)說(shuō)精度主要取決于地面控制點(diǎn)的分布與間距，區(qū)域越大，所需的地面控制點(diǎn)越多，本次試驗(yàn)1分別布設(shè)了69個(gè)地面控制點(diǎn)；對(duì)于小比例尺成圖GPS輔助空中三角測(cè)量測(cè)量而言只需在區(qū)域網(wǎng)的四角布設(shè)4個(gè)平高地面控制點(diǎn)，其不隨區(qū)域網(wǎng)的大小而變化。對(duì)于GPS輔助空中三角測(cè)量測(cè)量從表1可以看出，隨著地面控制點(diǎn)的減少，區(qū)域網(wǎng)平差的精度有所降低，當(dāng)無(wú)地面控制點(diǎn)時(shí)尤為明顯。所以，要達(dá)到測(cè)量規(guī)范所要求的精度，必須采用合理的地面控制方案；對(duì)于POS輔助空中三角測(cè)量測(cè)量來(lái)說(shuō)，布點(diǎn)方案須經(jīng)實(shí)驗(yàn)區(qū)確定，在試驗(yàn)2測(cè)區(qū)共計(jì)600平方公里共布設(shè)39個(gè)像控點(diǎn)（包括檢測(cè)點(diǎn)），節(jié)省了80%的像控點(diǎn)，節(jié)約了60%的做像控費(fèi)用。
由于精密單點(diǎn)定位所獲取的攝站坐標(biāo)還不能完全達(dá)到空中三角測(cè)量所需要的控
制點(diǎn)的精度要求，區(qū)域網(wǎng)平差中利用地面控制點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)制的系統(tǒng)誤差補(bǔ)償是必不可少的，從表1可看出無(wú)地面控制的檢查點(diǎn)的殘差帶有明顯的系統(tǒng)誤差。在區(qū)域的四角布設(shè)4個(gè)地面控制點(diǎn)被認(rèn)為是一種可完全改正GPS系統(tǒng)漂移誤差的實(shí)用方法。實(shí)際作業(yè)中，在區(qū)域的四角布設(shè)4個(gè)平高控制點(diǎn)是必要的，它們可用于GPS單點(diǎn)定位誤差、WGS84系與國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)系不一致所引起的坐標(biāo)變換誤差以及測(cè)定空間偏移分量誤差等系統(tǒng)誤差的改正。從表1成1::25000地形圖可以看出，未加入地面控制點(diǎn)時(shí)，GPS存在系統(tǒng)誤差；加入地面控制點(diǎn)后，進(jìn)行了GPS漂移改正，平差解算結(jié)果精度得以明顯提高。[7]
本次試驗(yàn)中像控點(diǎn)測(cè)量采用GPS精密單點(diǎn)定位（PPP）技術(shù)與利用高精度似大
地水準(zhǔn)面模型進(jìn)行GPS高程測(cè)量的方式施測(cè)。采用PPP技術(shù)僅使用單臺(tái)GPS接收機(jī)就可以精確確定點(diǎn)位位置，實(shí)現(xiàn)高精度定位導(dǎo)航的功能。單機(jī)作業(yè)，靈活機(jī)動(dòng)，大大節(jié)約用戶(hù)成本，定位精度不受作用距離的限制。
5 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)上述試驗(yàn)可得出基于精密單點(diǎn)定位技術(shù)的GPS輔助及慣導(dǎo)航測(cè)技術(shù)在礦區(qū)成圖中使用可節(jié)約了傳統(tǒng)像片控制測(cè)量的作業(yè)成本,優(yōu)化了傳統(tǒng)空中三角測(cè)量加密工序的技術(shù)流程，縮短了航測(cè)成圖周期，可高效、高質(zhì)量的服務(wù)于礦區(qū)成圖。精密單點(diǎn)定位技術(shù)在航測(cè)成圖中的應(yīng)用不僅改變了過(guò)去先航攝,接著外業(yè)象控測(cè)量,最后內(nèi)業(yè)空中三角測(cè)量加密的工序流程,而且提高了精度,減少作業(yè)的工序提高了作業(yè)效率,并實(shí)現(xiàn)了無(wú)地面基站，為最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的自動(dòng)化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
目前精密單點(diǎn)定位技術(shù)還處于研究實(shí)驗(yàn)階段，在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用才剛剛開(kāi)始，相信隨著精密星歷與精密鐘差的進(jìn)一步發(fā)展，精密單點(diǎn)定位算法進(jìn)一步成熟化，將精密單點(diǎn)定位技術(shù)應(yīng)用航空攝影中成為一種必然的趨勢(shì)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 精密單點(diǎn)定位技術(shù)在輔助航空攝影中的應(yīng)用研究[學(xué)位論文].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)碩士學(xué)位論文.
[2]王成龍等.基于SWDC的國(guó)家基礎(chǔ)航空攝影測(cè)量可行性研究[J]. 測(cè)繪工程,2009,18(1)
[3]袁路晴等.超輕型飛機(jī)搭載SWDC系列數(shù)字航攝儀的航空攝影測(cè)量一體化作業(yè)思路[J].鐵路勘察,2007,6.
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[5] 袁修孝.GPS輔助空中三角測(cè)量及其質(zhì)量控制[D] .武漢大學(xué)博士論文,1999.
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關(guān)鍵詞：地面攝影測(cè)量 精度 控制點(diǎn) 觀測(cè)目標(biāo)
中圖分類(lèi)號(hào)：P232 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）03（b）-0050-02
地面攝影測(cè)量是變形測(cè)量方法中的一種，它在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛。在監(jiān)測(cè)建筑沉降的程度、建筑物發(fā)生傾斜的程度、對(duì)環(huán)境方面的工程甚至是在考古專(zhuān)業(yè)也可以有所作用。由于它應(yīng)用的區(qū)域十分廣泛所以它的精確度就顯得很重要，在大量的工程應(yīng)用中數(shù)據(jù)必須盡可能地做到精準(zhǔn)。地面攝影測(cè)量是未來(lái)的監(jiān)測(cè)行業(yè)中不可或缺的部分，所以必須共同努力采取正確的措施來(lái)提高精確率。
1 影響精度的基本因素
對(duì)于地面攝影測(cè)量精度的影響主要來(lái)自幾何、物理、數(shù)學(xué)和多余觀測(cè)4個(gè)方面。下文將詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。
（1）影響地面攝影測(cè)量精確度的數(shù)學(xué)模型方面主要來(lái)自于選取的攝影材料不合格。例如攝影機(jī)里的硬片是否足夠平整、攝影機(jī)里軟片安裝對(duì)其壓平并且要有一定的拉力這兩點(diǎn)如果做得不合標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)引起攝影片產(chǎn)生變形還有攝影機(jī)的物鏡是由很多透鏡組合而成，理論上透鏡的中心要在一個(gè)光軸上，但是在制造的過(guò)程中不可能達(dá)到，因此造成的切向畸變對(duì)攝影監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。
（2）由于多種因素而產(chǎn)生的觀測(cè)上數(shù)據(jù)的誤差，在使用儀器測(cè)量坐標(biāo)時(shí)，儀器本身的觀測(cè)準(zhǔn)確度還有工作人員在使用儀器時(shí)的對(duì)儀器的使用方法是否嫻熟以及所處的觀測(cè)地點(diǎn)等這些因素都能對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。
（3）攝像儀的鏡頭焦距是透鏡到焦點(diǎn)的距離，由于鏡頭都是由多個(gè)透鏡組成所以攝像儀自身的特性對(duì)測(cè)量結(jié)果還是有著很大影響的。
（4）在實(shí)際測(cè)量中對(duì)地面攝影數(shù)值精確度有很大影響的是控制點(diǎn)的布局和數(shù)量情況。在測(cè)量的過(guò)程中控制點(diǎn)的數(shù)量越多，一般來(lái)說(shuō)最后測(cè)量的數(shù)據(jù)值也就會(huì)越精確。
（5）攝影過(guò)程中對(duì)攝影器材的選取也很重要。一般來(lái)說(shuō)，攝影器材內(nèi)部設(shè)備的性能直接可以影響測(cè)量的精確度。
2 提高精度的措施
2.1 數(shù)據(jù)處理方法
共線方程光束法平差解一般在建筑行業(yè)檢測(cè)中應(yīng)用比較廣泛，它所計(jì)算出的數(shù)值更加具有說(shuō)服力。那么什么是共線方程呢？共線方程描述了像點(diǎn)a、攝影中心S與地面點(diǎn)A位于同一條直線上。這種方法主要分為近似方法和嚴(yán)密方法，近似方法是通過(guò)對(duì)測(cè)量物運(yùn)用直接觀測(cè)出的數(shù)據(jù)作為測(cè)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而嚴(yán)密方法是作用測(cè)量中所測(cè)取的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起并取數(shù)據(jù)的平均值作為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。這樣看來(lái)近似方法的數(shù)據(jù)由于是一次測(cè)量的結(jié)果所以比起嚴(yán)密方法所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)沒(méi)有更強(qiáng)的說(shuō)服力，產(chǎn)生的誤差較大。
2.2 控制點(diǎn)的數(shù)量及其分布
地面攝影測(cè)量的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與控制點(diǎn)的數(shù)量及其分布情況之間相互影響比較大，在想要測(cè)量數(shù)據(jù)目標(biāo)的區(qū)域內(nèi)，想要使測(cè)量數(shù)據(jù)值達(dá)到最高，那么就要盡可能地讓控制點(diǎn)分布在測(cè)量的區(qū)域內(nèi)，一般來(lái)說(shuō)在測(cè)量的區(qū)域內(nèi)控制點(diǎn)的數(shù)量值與測(cè)量的準(zhǔn)確程度是呈正比的。下面為大家提到關(guān)于誤差的計(jì)算規(guī)律公式：
m2=m2拉+m2攝
2.3 觀測(cè)誤差和觀測(cè)目標(biāo)
觀測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差情況主要包括技術(shù)人員在觀測(cè)過(guò)程中由于自身的技術(shù)水平不夠所產(chǎn)生的誤差還有測(cè)量?jī)x本身設(shè)備的問(wèn)題所產(chǎn)生的誤差。對(duì)于這些誤差所要采取最佳的方法就是在測(cè)試的數(shù)據(jù)值中取平均值，把誤差減到最小。
在攝影地面測(cè)量的過(guò)程中，我們的工作人員要保證最后測(cè)量構(gòu)成的圖像要比實(shí)際的測(cè)量目標(biāo)大，這樣會(huì)比較方便觀察。下面是計(jì)算觀測(cè)目標(biāo)為圓形的公式：
D=5/3?（Y/t）?d
2.4 “多次”攝影
在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，由于左右眼的不同也可能產(chǎn)生誤差，還有測(cè)量?jī)x器左右的設(shè)備稍有不同也會(huì)對(duì)測(cè)量值產(chǎn)生影響，這種情況通常采用的是“多次”攝影的方法，最后對(duì)所測(cè)量的數(shù)值取平均值。
3 建筑行業(yè)進(jìn)入信息化時(shí)代
在原有的地面攝影測(cè)量的方法上現(xiàn)代化設(shè)計(jì)應(yīng)用了更新穎的測(cè)量技術(shù)――數(shù)字近景攝影技術(shù)。數(shù)字近景攝影技術(shù)的應(yīng)用為我們的測(cè)量領(lǐng)悟帶來(lái)了新高度。在測(cè)量數(shù)據(jù)的處理上數(shù)字近景可以獲得比以往更加精準(zhǔn)的信息。這對(duì)我們的建筑行業(yè)很有幫助。
近景攝影測(cè)量是指測(cè)量范圍小于100 m、像機(jī)布設(shè)在物體附近的攝影測(cè)量。它經(jīng)歷了從模擬、解析到數(shù)字方法的變革，硬件也從膠片像機(jī)發(fā)展到數(shù)字像機(jī)。數(shù)字近景攝影測(cè)量系統(tǒng)一般分為單臺(tái)像機(jī)的脫機(jī)測(cè)量系統(tǒng)、多臺(tái)像機(jī)的聯(lián)機(jī)測(cè)量系統(tǒng)。它具有其他系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)工作量小、快速、高速和不易受溫度變化、震動(dòng)等外界因素的干擾?，F(xiàn)在近景攝影測(cè)量技術(shù)被很多大公司應(yīng)用到工程當(dāng)中。
數(shù)字近景攝影測(cè)量的發(fā)展主要分為5個(gè)不同特征的時(shí)期：基礎(chǔ)階段的早期；初進(jìn)入數(shù)字階段的逐步發(fā)展時(shí)期；進(jìn)入數(shù)字階段的全面發(fā)展時(shí)期、穩(wěn)步研究和加大推廣應(yīng)用的深入發(fā)展時(shí)期和近代的成熟時(shí)期?，F(xiàn)階段的數(shù)字近景測(cè)量技術(shù)已經(jīng)可以滿足醫(yī)學(xué)界的圖像要求具有實(shí)時(shí)性，幾何高精度方面的高要求也能得到滿足。數(shù)字近景的快速發(fā)展不僅為工程的測(cè)量數(shù)值提高了精確度也使得測(cè)量的結(jié)果更加具有說(shuō)服力。為工程的質(zhì)量提供保證。
4 結(jié)語(yǔ)
該文為簡(jiǎn)單地介紹了地面攝影現(xiàn)階段所存在的問(wèn)題以及面對(duì)問(wèn)題可以采取的有效措施，同時(shí)也為我們簡(jiǎn)述了擁有著高精確度的數(shù)字近景攝影的測(cè)量技術(shù)，這一技術(shù)的到來(lái)，為各個(gè)領(lǐng)域都帶來(lái)了突破性的發(fā)展。它使醫(yī)學(xué)的攝像對(duì)人體的構(gòu)造情況能夠清晰地展現(xiàn)在我們面前，使醫(yī)生的診斷工作更加確切。在建筑方面測(cè)量的數(shù)據(jù)更加精確，這對(duì)于建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要的，數(shù)據(jù)的精確程度了解影響了建筑物的成果。由此看來(lái)，研究人員還要進(jìn)一步地努力研發(fā)出更加精確的攝影方法。同時(shí)，也希望筆者結(jié)合認(rèn)識(shí)與看法所寫(xiě)出的這篇文章能夠?qū)ο嚓P(guān)專(zhuān)業(yè)的人員有所幫助。
參考文獻(xiàn)
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[3] 李仲.地面攝影測(cè)量在井架變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[D].西安建筑科技大學(xué)，2008.
[4] 孫佳.攝影測(cè)量在變形測(cè)量中的應(yīng)用及精度分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（17）：299.
【關(guān)鍵詞】近景攝影測(cè)量 控制點(diǎn)坐標(biāo) 長(zhǎng)度測(cè)量誤差（LME）
隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，普通數(shù)碼相機(jī)性能的提升，將普通數(shù)碼相機(jī)所攝照片轉(zhuǎn)化成數(shù)字地形圖、數(shù)字高程模型DEM、三維坐標(biāo)點(diǎn)云DMS等產(chǎn)品的理論[1][2][3]越來(lái)越完善。典型的生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的數(shù)字近景攝影測(cè)量過(guò)程需要精確的控制點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)。最常見(jiàn)的控制點(diǎn)測(cè)量方法是使用全站儀進(jìn)行測(cè)量[7]。文獻(xiàn)[3]中張祖勛院士等人提出了多基線近景攝影測(cè)量方法，該方法解決了傳統(tǒng)數(shù)字近景攝影測(cè)量中交會(huì)角、點(diǎn)匹配和精度這三者不相容的問(wèn)題，并將空三測(cè)量和光束平差首次引入近景攝影測(cè)量中。這個(gè)方法不需要任何測(cè)量設(shè)備而獲得精確的控制點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z），但該方法獲取的控制點(diǎn)坐標(biāo)精度還不是很高。因此本文通過(guò)加入約束條件優(yōu)化光束區(qū)域網(wǎng)平差法，提高計(jì)算所得控制點(diǎn)坐標(biāo)的精度，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度進(jìn)行分析和評(píng)估。
一、控制點(diǎn)坐標(biāo)獲取算法
在本算法中控制點(diǎn)的坐標(biāo)由獨(dú)立的攝影測(cè)量平差法求得，該方法使用待測(cè)對(duì)象已知的空間信息和校準(zhǔn)框架計(jì)算控制點(diǎn)的相對(duì)空間位置，而后通過(guò)不同攝站對(duì)待測(cè)對(duì)象進(jìn)行拍攝，通過(guò)空間前交會(huì)確定其它未知點(diǎn)的坐標(biāo)。此算法中涉及到的待測(cè)對(duì)象空間信息包括：模擬場(chǎng)地內(nèi)校準(zhǔn)框邊線所提供的平行約束，已知可測(cè)量距離，校準(zhǔn)框或場(chǎng)地中其他物體上點(diǎn)之間的高程差。這些信息作為光束區(qū)域網(wǎng)平差的一組約束條件解算出控制點(diǎn)的坐標(biāo)。
光束區(qū)域網(wǎng)平差法是獲取精確相機(jī)參數(shù)和物方坐標(biāo)的攝影測(cè)量方法，該方法解算這些參數(shù)時(shí)需要一個(gè)初始的外方位元素近似值。我們采用的文獻(xiàn)中的算法在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地中利用平行約束條件來(lái)獲取相機(jī)的外方位元素。用校準(zhǔn)框的四個(gè)頂點(diǎn)之間的距離以及對(duì)應(yīng)平行線確定旋轉(zhuǎn)矩陣和攝站x0。
此算法的優(yōu)點(diǎn)在于可以直接求得外方位元素，進(jìn)一步用于光線束平差法的解算模型中。如圖2 所示，此實(shí)驗(yàn)中影像的攝影方位不知，但采用上述算法求得影像的相關(guān)參數(shù)。一旦已知外方位元素就可用來(lái)求解未知點(diǎn)的坐標(biāo)初始值，而后用于進(jìn)行下一步的平差計(jì)算。
表1 參數(shù)用于領(lǐng)帶點(diǎn)生成、光束法空中三角測(cè)量和數(shù)字高程模型提取
一旦控制點(diǎn)的物方和像點(diǎn)坐標(biāo)手動(dòng)輸入到LPS后，利用表1所列參數(shù)的連接生成程序就可以運(yùn)行了。LPS中的連接點(diǎn)生成程序采用組合的多影像匹配技術(shù)，即高分辨率到低分辨率的灰度匹配，特征匹配和塊匹配。生成的連接點(diǎn)和手動(dòng)測(cè)量的控制點(diǎn)由LPS用光束法空中三角測(cè)量處理以確定影像的外方位參數(shù)。測(cè)區(qū)控制點(diǎn)的布設(shè)方式使得LPS可以自動(dòng)計(jì)算方位參數(shù)的初始值。因?yàn)橄鄼C(jī)實(shí)驗(yàn)之前已進(jìn)行標(biāo)定，在空三測(cè)量時(shí)相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)作為改正數(shù)保持不變。而后LPS自動(dòng)地形工具利用光束法空中三角測(cè)量的結(jié)果生成不規(guī)則三角網(wǎng)用于生成DEM。
三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
。
四、結(jié)論
通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，由加入約束條件方程如距離或高程差的近景攝影測(cè)量方法得到的地理模型精度較高，精度檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中兩步法生成DEM計(jì)算所得結(jié)果的最大LEM為3.4mm。由近景攝影測(cè)量方法獲得的控制點(diǎn)的坐標(biāo)與全站儀測(cè)量得到的坐標(biāo)相比，在X和Y方向的最大偏差在±20mm以?xún)?nèi)，而在Z軸方向的偏差能達(dá)到±10mm的精度。因此使用條件約束方程，如距離和高程差的光束法近景攝影測(cè)量法能夠提高計(jì)算得到的控制點(diǎn)精度。
參考文獻(xiàn)：
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[4]于希娟.雙目立體視覺(jué)技術(shù)的理論研究與程序?qū)崿F(xiàn).碩士學(xué)位論文，北京：華北電力大學(xué)，2004，4-5：42-43.
[5]計(jì)算機(jī)視覺(jué)―計(jì)算理論與算法基礎(chǔ)[M]. 馬頌德，張正友.北京：科學(xué)出版社，1998.
論文關(guān)鍵詞:原圖處理數(shù)字化繪圖數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)
論文摘要:文章根據(jù)工作中的一些實(shí)踐,簡(jiǎn)要介紹了數(shù)字化技術(shù)在原圖處理和攝影測(cè)量中的應(yīng)用特點(diǎn)和一些要注意的方面,希望能給同行們作一些經(jīng)驗(yàn)參考。
傳統(tǒng)工程測(cè)量技術(shù)的服務(wù)領(lǐng)域主要包括水利、交通、建筑等行業(yè),隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展、測(cè)量?jī)x器的智能化,數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,而全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、攝影測(cè)量與遙感(RS)以及數(shù)字化測(cè)繪和地面測(cè)量先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展,測(cè)量數(shù)據(jù)采集和處理的逐漸自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化和數(shù)字化,工程測(cè)量的服務(wù)領(lǐng)域也應(yīng)進(jìn)一步延伸,以滿足不斷提高的社會(huì)需要。
一、數(shù)字化技術(shù)在原圖處理中的應(yīng)用
(一)原圖數(shù)字化處理
在建立各種GIS系統(tǒng)時(shí),需要對(duì)原有地圖進(jìn)行數(shù)字化處理,對(duì)于原始地圖,若其現(xiàn)勢(shì)性、精度和比例尺能滿足要求,就可以利用數(shù)字化儀對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化處理工作。當(dāng)前主要有手扶跟蹤數(shù)字化和掃描矢量化、GPS數(shù)據(jù)輸入三種方法,手扶跟蹤數(shù)字化需要的儀器為計(jì)算機(jī),數(shù)字化儀及相關(guān)軟件,是較早的一種數(shù)字化輸入方法,輸入速度較慢,勞動(dòng)強(qiáng)度也較大。掃描矢量化是通過(guò)掃描儀輸入掃描圖像,然后通過(guò)矢量跟蹤,確定實(shí)體的空間位置。隨著掃描儀的普及和矢量化軟件的不斷升級(jí),其作業(yè)方法越來(lái)越趨于自動(dòng)化,它是一種省時(shí),高效的數(shù)據(jù)輸入方法。GPS輸入是依據(jù)GPS工具能確定地球表面圖形精確位置,由于它測(cè)定的是三維空間位置的數(shù)字,因此不需作任何轉(zhuǎn)換,可直接輸入數(shù)據(jù)庫(kù),目前主要是應(yīng)用RTK(RealTimeKinematics-實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài))技術(shù),它是在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的、能夠?qū)崟r(shí)提供流動(dòng)站在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并在一定范圍內(nèi)達(dá)到厘米級(jí)精度的一種新的GPS定位測(cè)量方式,通過(guò)將1臺(tái)GPS接收機(jī)安裝在已知點(diǎn)上對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè),將采集的載波相位觀測(cè)量調(diào)制到基準(zhǔn)站電臺(tái)的載波上,再通過(guò)基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)射出去;流動(dòng)站在對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)并采集載波相位觀測(cè)量的同時(shí),也接收由基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)射的信號(hào),經(jīng)解調(diào)得到基準(zhǔn)站的載波相位觀測(cè)量,流動(dòng)站的GPS接收機(jī)再利用0TF(運(yùn)動(dòng)中求解整周模糊度)技術(shù)由基準(zhǔn)站的載波相位觀測(cè)量和流動(dòng)站的載波相位觀測(cè)量來(lái)求解整周模糊度,最后求出厘米級(jí)精度流動(dòng)站的位置。應(yīng)用這種測(cè)量方法測(cè)量可以不布設(shè)各級(jí)控制點(diǎn),僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn),便可以高精度快速地測(cè)定圖根控制點(diǎn)、界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo),利用測(cè)圖軟件可以在野外一次生成電子地圖。同時(shí),也可以根據(jù)已有的數(shù)據(jù)成果快速地進(jìn)行施工放樣。而實(shí)際應(yīng)用得較多的主要是數(shù)字掃描矢量化軟件,針對(duì)大比例尺地形圖,大多數(shù)掃描矢量化軟件能自動(dòng)提取多邊形信息,高效、便捷、保真的對(duì)地圖進(jìn)行數(shù)字化處理。下面簡(jiǎn)單介紹MAPCAD軟件的原圖數(shù)字化處理作業(yè)流程。
(二)數(shù)字化原圖作業(yè)流程
由于MAPCAD軟件掃描矢量化輸入方法具有圖像清晰、編輯方便、易于轉(zhuǎn)換等特點(diǎn)一般外設(shè)精度都能滿足,所以地形圖的精度主要取決于人工跟蹤精度和輸出設(shè)備精度,而人工跟蹤精度主要取決于作業(yè)人員的技能掌握熟練程度和工作態(tài)度,所以必須在加強(qiáng)作業(yè)人員基本技能培訓(xùn)上下工夫,要求工作人員嚴(yán)格按矢量化方案作業(yè),確保圖件的精度和質(zhì)量高于國(guó)家現(xiàn)行數(shù)字化測(cè)圖規(guī)范所規(guī)定的數(shù)字化精度和質(zhì)量。在工程測(cè)量實(shí)踐中,要做好地形圖外業(yè)測(cè)點(diǎn)與數(shù)字化圖縮放相結(jié)合、符號(hào)圖層的劃分子圖、線型符號(hào)庫(kù)的設(shè)計(jì)等工作保證滿足工程進(jìn)度的同時(shí)又節(jié)約項(xiàng)目經(jīng)費(fèi),設(shè)計(jì)出的數(shù)字地圖簡(jiǎn)單易用、美觀整潔、易于使用地形圖的工作人員判讀。
二、數(shù)字化繪圖
(一)數(shù)字化繪圖的特點(diǎn)
大比例尺地形圖和工程圖的測(cè)繪是傳統(tǒng)工程測(cè)量的重要內(nèi)容,數(shù)字化繪圖克服了手工繪圖存在的許多弊端,如工作量大,作業(yè)艱苦,作業(yè)程序復(fù)雜,煩瑣的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和繪圖工作,成圖周期長(zhǎng),產(chǎn)品單一等缺點(diǎn),符合現(xiàn)代飛速發(fā)展的工程需要。目前,數(shù)字化成圖技術(shù)主要有內(nèi)外業(yè)一體化和電子平板兩種模式。內(nèi)外業(yè)一體化是一種外業(yè)數(shù)據(jù)采集方法,主要設(shè)備是全站儀、電子手簿等,其特點(diǎn)是精度高、內(nèi)外業(yè)分工明確、便于人員分配,從而具有較高的成圖效率。具有以下的特點(diǎn):
1.一測(cè)多用:如在一些綜合性較強(qiáng)的工程中需要對(duì)同一地形圖繪制不同比例尺的地形圖,過(guò)去的平板測(cè)圖方法則需要重復(fù)工作,而數(shù)字化測(cè)圖則可以同時(shí)根據(jù)完成的地形圖繪制不同比例尺的多個(gè)地形圖,因?yàn)橥”壤甙舜蟊壤叩匦螆D測(cè)圖范圍。僅需先測(cè)大比例尺圖范圍,再補(bǔ)充小比例尺測(cè)圖范圍即可滿足各不同專(zhuān)業(yè)人員對(duì)不同比例尺的地形圖的需要。
2.精度高:數(shù)字化成圖系統(tǒng)在外業(yè)采集數(shù)據(jù)時(shí),利用全站儀現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)采集地形地物點(diǎn)的三維坐標(biāo),并自動(dòng)存儲(chǔ),在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時(shí),完全保持了外業(yè)測(cè)量的精度,消除了人為的錯(cuò)誤及誤差來(lái)源,而且外業(yè)工作省略了讀數(shù)、計(jì)算、展點(diǎn)繪圖等外業(yè)工序,減少了作業(yè)人員,外業(yè)工效大大提高,時(shí)間縮短,直接生產(chǎn)成本大幅度下降。
3.勞動(dòng)強(qiáng)度:小數(shù)字化成圖的過(guò)程,減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,使生產(chǎn)周期大大縮短,能及時(shí)滿足用戶(hù)的要求。
4.便于保存管理及更新方便:數(shù)字化產(chǎn)品既可以存儲(chǔ)在軟盤(pán)上,也可以通過(guò)繪圖儀繪在所需的圖紙上,線條、線劃粗細(xì)均勻,注記、字體工整,圖面整齊、美觀。且便于修改,能更好地保證圖形的現(xiàn)勢(shì)性和不變形性,避免重復(fù)測(cè)繪造成的浪費(fèi),增加地形圖的實(shí)用性和用戶(hù)的廣泛性。
(二)外業(yè)數(shù)據(jù)的采集
在采集數(shù)據(jù)時(shí),數(shù)據(jù)采集人員要準(zhǔn)確應(yīng)用地物代碼,以免在內(nèi)業(yè)成圖時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤;在觀測(cè)開(kāi)始時(shí),相關(guān)工作人員需嚴(yán)格按照要求應(yīng)對(duì)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行檢查,跑尺人員應(yīng)嚴(yán)格按照自動(dòng)成圖的要求作業(yè),確保能完整地描述地形地貌的特征點(diǎn),必須通過(guò)繪制草圖來(lái)表明各個(gè)地物碎部點(diǎn)的屬性及相互關(guān)系,測(cè)量坎子時(shí),要量取坎子比高,坎下也要進(jìn)行地形點(diǎn)采集。當(dāng)一個(gè)測(cè)區(qū)完成后,如果有必要可把數(shù)據(jù)備份。
(三)繪制內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理
無(wú)論是工程進(jìn)程各階段的測(cè)量工作,還是不同工程的測(cè)量工作,都需要根據(jù)誤差分析和測(cè)量平差理論選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量手段,并對(duì)測(cè)量成果進(jìn)行處理和分析。
三、工程測(cè)量中的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)
數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量是基于數(shù)字影像與攝影測(cè)量的基本原理,應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字影像處理、影像匹配、模式識(shí)別等多學(xué)科的理論與方法。就攝影測(cè)量本身而言,從測(cè)繪的角度上來(lái)看數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量還是利用影像來(lái)進(jìn)行測(cè)繪的科學(xué)與技術(shù);而從信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)科學(xué)的角度來(lái)看,它是利用影像來(lái)重建三維表面模型的科學(xué)與技術(shù),也就是在“室內(nèi)”重建地形的三維表面模型,然后在模型上進(jìn)行測(cè)繪,從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),它與原來(lái)的攝影測(cè)量沒(méi)有區(qū)別。因而,在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)中,整個(gè)的生產(chǎn)流程與作業(yè)方式,和傳統(tǒng)的攝影測(cè)量差別似乎不大,但是它給傳統(tǒng)的攝影測(cè)量帶來(lái)了重大的變革。
目前通過(guò)在空中利用數(shù)字?jǐn)z影機(jī)所獲得的數(shù)字影像,內(nèi)業(yè)使用專(zhuān)門(mén)的航測(cè)軟件處理,進(jìn)行的航空攝影測(cè)量是大面積、大比例尺地形測(cè)圖、地籍測(cè)量的重要手段與方法,在計(jì)算機(jī)上對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行像對(duì)匹配,建立地面的數(shù)字模型,再通過(guò)專(zhuān)用的軟件來(lái)獲得數(shù)字地圖。該方法的特點(diǎn)是可將大量的外業(yè)測(cè)量工作移到室內(nèi)完成,它具有成圖速度快、精度高而均勻、成本低,不受氣候及季節(jié)的限制等優(yōu)點(diǎn)。特別適合于城市密集地區(qū)的大面積成圖。但是該方法的初期投入較大,如果一個(gè)測(cè)區(qū)較小,它的成本就顯得較高。但可以說(shuō)是今后數(shù)字測(cè)圖的一個(gè)重要發(fā)展方向,未來(lái)社會(huì)要求的是可以提供數(shù)字的、影像的、線劃的等多種形式的地圖產(chǎn)品。并且隨著全數(shù)字?jǐn)z影工作站的出現(xiàn),加上GPS技術(shù)在攝影測(cè)量中的應(yīng)用,使得攝影測(cè)量向自動(dòng)化、數(shù)字化方向邁進(jìn)。
關(guān)鍵詞：高職工程測(cè)量技術(shù) 人才培養(yǎng)模式實(shí)踐教學(xué)改革
中圖分類(lèi)號(hào)： TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
近年來(lái)，隨著“3S”技術(shù)（全球定位系統(tǒng)GPS技術(shù)、地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)、攝影測(cè)量與遙感RS技術(shù)）的廣泛應(yīng)用，工程測(cè)量技術(shù)也發(fā)生著實(shí)質(zhì)性的變化。那么對(duì)工程測(cè)量技術(shù)人員也有著更高的要求。原有的人才培養(yǎng)模式下培養(yǎng)出來(lái)的工程測(cè)量人員已不適應(yīng)當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)工程測(cè)量人才的需求。
因此，對(duì)原有工程測(cè)量人才的培養(yǎng)模式進(jìn)行一次改革勢(shì)在必行。
一、工程測(cè)量人才需求狀況分析
工程測(cè)量技術(shù)人員須有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，對(duì)工程常用的測(cè)量?jī)x器能夠熟練使用。同時(shí)具備強(qiáng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及良好的職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德。
近年來(lái)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)測(cè)量專(zhuān)業(yè)復(fù)合型人才需求是不斷增大。同時(shí)各省市水利、土地、工程建筑等行業(yè)對(duì)工程測(cè)量技術(shù)人才需求量加大。各用人單位急需掌握新技術(shù)的應(yīng)用型工程測(cè)量人才。然而在這種量的需求增加的同時(shí)對(duì)工程測(cè)量人才的質(zhì)的要求也越來(lái)越高。
二、測(cè)量專(zhuān)業(yè)人才實(shí)踐能力的重要性
工程測(cè)量技術(shù)專(zhuān)業(yè)是實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)。實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)。其重點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性和應(yīng)用型。根據(jù)企事業(yè)用人單位對(duì)工程測(cè)量技術(shù)人才的反饋意見(jiàn)，用人單位對(duì)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力及學(xué)習(xí)新知識(shí)，掌握新技術(shù)能力要求較高。因此，測(cè)量人員的實(shí)踐能力是非常重要的，是每一位合格的測(cè)量人員必須具備的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。
三、“2+1”人才培養(yǎng)模式
“2+1”人才培養(yǎng)模式是“工學(xué)結(jié)合”教學(xué)模式的一種具體體現(xiàn)，主要應(yīng)用于高職高專(zhuān)院校。學(xué)生在學(xué)校的前兩年進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)和技能訓(xùn)練，最后一年到企事業(yè)單位參加頂崗實(shí)習(xí)。通過(guò)這種方式使學(xué)生在學(xué)習(xí)好專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)積累生產(chǎn)工作經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)后知識(shí)能力與崗位需求的無(wú)縫對(duì)接。
四、測(cè)量專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革
（一）改革實(shí)踐教學(xué)體系
根據(jù)工程測(cè)量技術(shù)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)目標(biāo)及崗位需求，應(yīng)構(gòu)建起“夯實(shí)基礎(chǔ)，加強(qiáng)能力”的實(shí)踐教學(xué)體系，使實(shí)踐教學(xué)循序漸進(jìn)。早期實(shí)訓(xùn)課程以提升學(xué)生專(zhuān)業(yè)興趣為目標(biāo)，鞏固學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)與實(shí)踐動(dòng)手能力為基礎(chǔ)。專(zhuān)業(yè)應(yīng)用實(shí)踐課程注重提升應(yīng)用實(shí)踐技能培養(yǎng)，以幫助學(xué)生更好地理解各種專(zhuān)業(yè)技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用情況，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析與解決能力。
（二）改革畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）教學(xué)模式
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是高職高專(zhuān)學(xué)生培養(yǎng)方案中的一個(gè)必修的教學(xué)環(huán)節(jié)，目的在于總結(jié)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的成果，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)推行校企聯(lián)合指導(dǎo)畢業(yè)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。學(xué)生在最后一年進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)，學(xué)生在單位實(shí)習(xí)期間由單位的技術(shù)人員與教師共同指導(dǎo)學(xué)生，確定學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的中心內(nèi)容。這樣畢業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)相輔相成，同時(shí)學(xué)生通過(guò)畢業(yè)實(shí)習(xí)、收集資料、學(xué)習(xí)方法、解決問(wèn)題進(jìn)而完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。
[1]歐龍.高職工程測(cè)量技術(shù)專(zhuān)業(yè)“2+1”人才培養(yǎng)模式下“地籍測(cè)量”課程教學(xué)改革探討[J].全球定位系統(tǒng)，2013,(02).38
科技教育活動(dòng)作為素質(zhì)教育理念施行的重要手段之一，是以實(shí)踐項(xiàng)目為載體，以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)精神、知識(shí)與技能、方法與能力、行為與習(xí)慣為目的的教育活動(dòng)。長(zhǎng)期以來(lái)，一線教育工作者在組織科技教育活動(dòng)時(shí)，往往面臨著度淺（活動(dòng)研究深度不夠）、面窄（活動(dòng)參與人數(shù)較少）等諸多的困擾。根據(jù)“多元智能理論”“豐富教學(xué)模式”的指導(dǎo)，針對(duì)不同智能類(lèi)型、不同能力水平的學(xué)生設(shè)計(jì)不同方向、深度的項(xiàng)目活動(dòng)，可以在一定程度上解決上述困擾。下面，我們以“多層次城市夜空光度測(cè)量科技教育活動(dòng)”為例，談?wù)勅绾位陧?xiàng)目來(lái)實(shí)施分層次的科技教育活動(dòng)。
一、活動(dòng)背景
光污染是繼水、氣、聲和渣污染之后的一種新型污染，主要包括白亮污染、人工白晝和彩光污染。光污染的影響首先在于破壞天文觀測(cè)環(huán)境，歷史上天文臺(tái)因此而被迫搬遷的案例屢見(jiàn)不鮮。英國(guó)格林尼治天文臺(tái)早在1948年就為躲避光污染和大氣污染而遷往東南沿海環(huán)境優(yōu)美、觀測(cè)條件更好的赫斯特蒙蘇堡地區(qū)。在美國(guó)、加拿大、日本、西班牙、葡萄牙等國(guó)，多個(gè)著名天文臺(tái)都曾幾次遷址。我國(guó)紫金山天文臺(tái)的觀測(cè)工作也全部轉(zhuǎn)移到了其他觀測(cè)站點(diǎn)，紫臺(tái)園區(qū)則已改建為天文博物館，以天文科普和天文旅游為主，僅保留了少量與太陽(yáng)觀測(cè)有關(guān)的科研工作。
光污染的影響其實(shí)并不局限于天文觀測(cè)。居高不下的學(xué)生近視率、迷途的海龜幼崽、撞上玻璃幕墻的飛鳥(niǎo)、爆發(fā)性增殖的水藻、能源緊缺與氣候變暖，這些看似并無(wú)關(guān)聯(lián)的人與事，其實(shí)背后都與燈光之?dāng)_息息相關(guān)。
作為長(zhǎng)三角地區(qū)的重要城市之一――無(wú)錫的光污染較為嚴(yán)重。在距市中心三陽(yáng)廣場(chǎng)約6.2公里遠(yuǎn)的天一中學(xué)校園里，天空是白的是灰的是橙的是多彩的，北斗七星中的天權(quán)是看不到的，獅子座的鐮刀是認(rèn)不全的……在距三陽(yáng)廣場(chǎng)16.9公里遠(yuǎn)的斗山山頂，連仙女座大星系M31和獵戶(hù)座大星云M42都僅能勉強(qiáng)分辨，山腳下的路燈和遠(yuǎn)近城鎮(zhèn)的光源清晰可見(jiàn)，天空泛著淺淺的灰白色……在與市區(qū)間隔有10公里的太湖十八灣地區(qū)竟連天頂附近的銀河都徹夜不現(xiàn)，三角座星系M33也必須要通過(guò)雙筒鏡才能被觀察到……
為提高學(xué)生及公眾對(duì)光污染的認(rèn)識(shí)，學(xué)校針對(duì)性地引進(jìn)了一批測(cè)光儀，并依托天一天文社加賀谷穰工作室（文化宣傳部）、達(dá)蓋爾工作室（學(xué)術(shù)委員會(huì)）、伽利略工作室（普及委員會(huì)）和斯科特工作室（項(xiàng)目辦公室），設(shè)計(jì)了“多層次城市夜空光度測(cè)量科技教育活動(dòng)”，策劃并實(shí)施了多個(gè)文宣、教育、科普和研究性項(xiàng)目。
二、活動(dòng)目標(biāo)
知識(shí)與技能：
1.理解夜空光度、光污染的概念，了解導(dǎo)致夜空光度增大的主要原因。
2.掌握夜空光度分級(jí)的方法，并能運(yùn)用器材測(cè)量夜空光度值。
3.了解背景光對(duì)天文觀測(cè)的影響，
學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)反映此原理的科普實(shí)驗(yàn)。
過(guò)程與方法：
1.開(kāi)展觀星活動(dòng)、光污染攝影與夜空光度測(cè)量活動(dòng)，掌握天文觀測(cè)及夜空光度測(cè)量的基本方法。
2.了解策劃、組織活動(dòng)的過(guò)程，學(xué)會(huì)科學(xué)研究的一般方法，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般結(jié)構(gòu)。
情感、態(tài)度和價(jià)值觀：
1.了解城市對(duì)自然地理環(huán)境的改變，不合理的城市亮化帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，敢于解決問(wèn)題。
2.在活動(dòng)中，提升科學(xué)素養(yǎng)，發(fā)展科學(xué)思維、合作創(chuàng)新精神。
三、參與對(duì)象與活動(dòng)形式
活動(dòng)對(duì)象以天一天文社社員為主體，包括國(guó)際分社約40人，少年分社約40人，高中分社約70人，榮譽(yù)分社約20人。此外，還包括無(wú)錫市中小學(xué)天文聯(lián)合會(huì)（錫天聯(lián)）下屬成員學(xué)校約150人，以及其他相關(guān)單位的學(xué)生約300人。
活動(dòng)主體――天一天文社社員參與了“多層次城市夜空光度測(cè)量科技教育活動(dòng)”的全部項(xiàng)目、環(huán)節(jié)的活動(dòng)，包括項(xiàng)目研究、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、科普觀測(cè)和攝影活動(dòng)。錫天聯(lián)成員學(xué)校、無(wú)錫市少年宮等其他相關(guān)單位的學(xué)生主要參與了科普觀測(cè)和攝影活動(dòng)。
四、活動(dòng)的重點(diǎn)、難點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)
活動(dòng)重點(diǎn)：搭建天文研究平臺(tái)，以光污染研究為抓手，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，讓更多的學(xué)生參與到天文活動(dòng)中來(lái)。
活動(dòng)難點(diǎn)：城市夜空光度測(cè)量研
究，光污染相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
活動(dòng)創(chuàng)新點(diǎn)：由中學(xué)發(fā)起并組織
的使用國(guó)際頂尖測(cè)光儀對(duì)城市進(jìn)行高覆蓋度的夜空光度測(cè)量研究，夜天光監(jiān)測(cè)站點(diǎn)建設(shè)在世界范圍內(nèi)都具有唯一性；由中學(xué)生開(kāi)展科普實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教材編寫(xiě)同樣具有開(kāi)創(chuàng)性；以光污染為主題的攝影大賽在當(dāng)今世界也是少見(jiàn)的。
五、可利用的各類(lèi)科技教育資源
1.技術(shù)指導(dǎo)：中科院紫金山天文臺(tái)科普部、北京師范大學(xué)天文系高爽老師、國(guó)家天文臺(tái)劉博洋博士等以技術(shù)顧問(wèn)的身份，參與了“城市夜空光度測(cè)量”的相關(guān)活動(dòng)指導(dǎo)。此外，南京大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、北京天文館的專(zhuān)家教授們也曾多次來(lái)校指導(dǎo)天文課程建設(shè)。
2.團(tuán)隊(duì)建設(shè)：錫天聯(lián)成員學(xué)校、無(wú)錫市少年宮等作為天一天文社緊密的合作伙伴，不僅為開(kāi)展與夜空光度相關(guān)的科普活動(dòng)提供了場(chǎng)地與學(xué)生支持，而且還有一批教師參與共同開(kāi)展天文教研活動(dòng)，形成了教研團(tuán)隊(duì)。
3.資金支持：天一中學(xué)為開(kāi)展天文教育投入了大量的資金，已多批次采購(gòu)天文實(shí)驗(yàn)器材如望遠(yuǎn)鏡、測(cè)光儀、相機(jī)、野營(yíng)設(shè)備、圖書(shū)等，并已建設(shè)完成天文創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室一間；天文創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室作為學(xué)?！癝TS綜合創(chuàng)新課程基地”的重要組成部分，還得到了省市區(qū)各級(jí)教育部門(mén)的專(zhuān)項(xiàng)建設(shè)資金支持；錫天聯(lián)成員學(xué)校、無(wú)錫市少年宮等單位也配套投入了相關(guān)的天文基地建設(shè)。
六、活動(dòng)內(nèi)容
“多層次城市夜空光度測(cè)量科技教育活動(dòng)”的全部項(xiàng)目、環(huán)節(jié)的活動(dòng)，包括項(xiàng)目研究、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、觀測(cè)實(shí)踐和攝影活動(dòng)等多個(gè)層次，分別由天一天文社斯科特工作室（項(xiàng)目辦公室）、伽利略工作室（普及委員會(huì)）、達(dá)蓋爾工作室（學(xué)術(shù)委員會(huì)）和加賀谷穰工作室（文化宣傳部）等四大工作室具體負(fù)責(zé)。表1為各工作室的智能類(lèi)型列表。
（一）主題活動(dòng)一：城市夜空光度測(cè)量（項(xiàng)目研究）
1.選題背景及意義：
無(wú)錫作為長(zhǎng)三角地區(qū)的重要城市之一，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城市光污染情況總體比較嚴(yán)重，但是不同區(qū)域的污染程度也存在明顯差異。夜空光度是衡量城市光污染程度的重要指標(biāo)，通過(guò)使用專(zhuān)門(mén)的測(cè)光儀器，對(duì)無(wú)錫城區(qū)進(jìn)行高覆蓋度的光度測(cè)量，從而了解無(wú)錫城區(qū)整體的污染程度，不同區(qū)域的污染水平差異，以及分析光污染產(chǎn)生的背景，并嘗試提出防治的建議，有利于提高公眾對(duì)光污染的認(rèn)識(shí)，也能為城市管理部門(mén)在優(yōu)化城市燈光設(shè)置時(shí)提供參考。
2.活動(dòng)過(guò)程和步驟：
（1）編寫(xiě)《無(wú)錫市夜空光度測(cè)量指導(dǎo)》方案。指導(dǎo)學(xué)生收集、整理與夜空光度測(cè)量相關(guān)的研究論文及其他材料，對(duì)“光污染”“夜空光度”等概念進(jìn)行界定，并組織編寫(xiě)《無(wú)錫市夜空光度測(cè)量指導(dǎo)》方案，就測(cè)量時(shí)間、地點(diǎn)、方法及報(bào)告填寫(xiě)的格式予以統(tǒng)一規(guī)范。
（2）撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。指導(dǎo)學(xué)生撰寫(xiě)《無(wú)錫城市夜空光度測(cè)量》開(kāi)題報(bào)告，對(duì)研究背景、要解決的問(wèn)題、選題意義及研究?jī)r(jià)值，核心概念的界定、相關(guān)現(xiàn)狀、參考文獻(xiàn)，研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、研究假設(shè)，研究思路、研究計(jì)劃，預(yù)期成果等內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目論證。經(jīng)論證后的項(xiàng)目被中國(guó)教育學(xué)會(huì)地理教學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)研究性學(xué)習(xí)課題專(zhuān)家組立項(xiàng)。
（3）開(kāi)展測(cè)量活動(dòng)。指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展城市夜空光度測(cè)量活動(dòng)，具體步驟有：
①儀器編號(hào)：為支持本課題組
的研究工作，學(xué)校從加拿大購(gòu)置了9臺(tái)SQM測(cè)光儀，并予以編號(hào)（以分辨儀器本身存在的機(jī)械誤差）。
②路線設(shè)計(jì)：將無(wú)錫市區(qū)劃分為
不同的片區(qū)，并設(shè)計(jì)好測(cè)光的具體行
進(jìn)路線和測(cè)光任務(wù)。
③實(shí)地測(cè)量：將課題組成員分成不同的小組，每組由3人組成，分別負(fù)責(zé)儀器操作、數(shù)據(jù)記錄和坐標(biāo)定位，每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)5個(gè)數(shù)據(jù)，以減小誤差。
④數(shù)據(jù)處理：將測(cè)光所得的數(shù)據(jù)（經(jīng)度、緯度、時(shí)間、測(cè)光值）輸入EXCEL表格，進(jìn)行誤差分析，取平均值，得到各坐標(biāo)點(diǎn)夜空光亮度的最終值。
（4）撰寫(xiě)結(jié)題論文。指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)開(kāi)題報(bào)告中預(yù)期成果的要求對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同角度的分析，并將結(jié)論撰寫(xiě)成結(jié)題論文《無(wú)錫城市夜空光度測(cè)量研究》。結(jié)題論文主要結(jié)構(gòu)包括：夜空光概述，測(cè)量?jī)x器及方法，數(shù)據(jù)分析及測(cè)量結(jié)果（數(shù)據(jù)測(cè)量與分析步驟、夜空光亮度的地區(qū)分異、夜空光亮度的地區(qū)變化、夜空光亮度的地平高度及方位分異、夜空光亮度的時(shí)間變化），反思及討論等。于2015年第4期《地理教學(xué)》雜志。
3.活動(dòng)效果及呈現(xiàn)方式：
活動(dòng)進(jìn)行過(guò)程中及之后，我們得到了諸多媒體的關(guān)注：指導(dǎo)教師受邀赴上海復(fù)旦大學(xué)為2015年第六屆全國(guó)天文社團(tuán)發(fā)展論壇作了《也談高中天文社團(tuán)建設(shè)》的專(zhuān)題報(bào)告，赴江陰為2015年第二屆無(wú)錫市高中生峰會(huì)作了《城市天文學(xué)》的專(zhuān)題報(bào)告。項(xiàng)目組還收到了國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)普及工作委員會(huì)及香港大學(xué)物理系的邀請(qǐng)函，受邀加入國(guó)際夜空光度監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)并赴香港大學(xué)開(kāi)展項(xiàng)目交流與培訓(xùn)。
在前期活動(dòng)的基礎(chǔ)上，天一天文社發(fā)起成立了錫天聯(lián)、無(wú)錫城市夜空光度監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)組織，吸引了南菁中學(xué)、青陽(yáng)中學(xué)、山明中學(xué)、旺莊實(shí)驗(yàn)小學(xué)等多家單位參與，將在無(wú)錫建設(shè)若干城市夜空光度監(jiān)測(cè)站，并以此為抓手，開(kāi)展進(jìn)一步的天文教育活動(dòng)。
（二）主題活動(dòng)二：光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（科普實(shí)驗(yàn)）
1.選題背景及意義：
激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的熱情，培養(yǎng)并學(xué)習(xí)掌握科學(xué)研究的方法與技能是我國(guó)進(jìn)行素質(zhì)教育的目的之一?？茖W(xué)研究的方法和技能至少應(yīng)包括：分析和觀察周?chē)澜绲募寄埽l(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、作出假設(shè)、安排實(shí)驗(yàn)的技能，真實(shí)地記錄觀察結(jié)果與數(shù)據(jù)的技能，按照正確方法處理數(shù)據(jù)的技能。
天文因?yàn)椴粚儆谥行W(xué)必修課程而不被大多數(shù)學(xué)生所了解，中學(xué)階段非常缺乏天文科普實(shí)驗(yàn)或科技制作的教學(xué)內(nèi)容，非常有必要利用天一天文社的資源優(yōu)勢(shì)整理、設(shè)計(jì)一些科普天文實(shí)驗(yàn)或制作，這些源自我們身邊的天文科學(xué)知識(shí)將極大地激發(fā)學(xué)生對(duì)天文的興趣，增加他們對(duì)天文的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)天文知識(shí)在基礎(chǔ)教育階段的普及。
2.活動(dòng)過(guò)程和步驟：
（1）編寫(xiě)“光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”模板。指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)《高中物理實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》等專(zhuān)業(yè)書(shū)籍，在此基礎(chǔ)上，編寫(xiě)“光污染相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”模板：活動(dòng)目標(biāo)、概念與方法、材料準(zhǔn)備、活動(dòng)步驟、活動(dòng)建議、活動(dòng)拓展等，同時(shí)，設(shè)計(jì)一份樣稿《在微光中辨認(rèn)顏色》。
（2）開(kāi)展“光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”。指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展“光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”，具體步驟有：
①創(chuàng)意征集：發(fā)動(dòng)學(xué)生提出光學(xué)
相關(guān)實(shí)驗(yàn)（及制作）設(shè)計(jì)的創(chuàng)意，組織人員從投稿的創(chuàng)意中精選可操作性較高的方案。
②方案編寫(xiě)：制訂編寫(xiě)計(jì)劃，并為課題組每一位學(xué)生分配編寫(xiě)方案（草案），指導(dǎo)他們根據(jù)模板和樣稿的格式及要求進(jìn)行方案編寫(xiě)。
③實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：將課題組成員分成不同的小組，每組2人，以小組為單位對(duì)所編寫(xiě)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
（3）組織“光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”比賽。面向全校師生組織開(kāi)展“光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”比賽，吸引對(duì)天文有興趣、樂(lè)于動(dòng)手實(shí)踐的學(xué)生參加“在微光中辨認(rèn)顏色”“彗星為什么長(zhǎng)尾巴”“簡(jiǎn)易望遠(yuǎn)鏡制作”等比賽，并評(píng)優(yōu)頒獎(jiǎng)。
（4）舉辦“光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”科普活動(dòng)。面向錫天聯(lián)成員學(xué)校、無(wú)錫市少年宮及無(wú)錫地區(qū)其他中小學(xué)、幼兒園開(kāi)展“光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”科普活動(dòng)，針對(duì)不同年齡階段的受眾舉辦光污染科普講座或科普游戲。
3.活動(dòng)效果及呈現(xiàn)方式：
學(xué)生編寫(xiě)的“光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”將被編入校本教材《中小學(xué)生天文學(xué)習(xí)指南3》，這是一本專(zhuān)門(mén)介紹天文相關(guān)科普實(shí)驗(yàn)及科技制作的教材，受眾定位為中小學(xué)天好者及天文指導(dǎo)教師。
上述科普實(shí)驗(yàn)及科技制作被引入天文社“宇宙意識(shí)”少兒天文科普項(xiàng)目及“天文全球化”社區(qū)天文科普項(xiàng)目，作為寓教于樂(lè)的教學(xué)素材向少年兒童及社區(qū)的天好者推廣。
（三）主題活動(dòng)三：星空光害旅行團(tuán)（觀測(cè)實(shí)踐）
1.選題背景及意義：
對(duì)業(yè)余天好者來(lái)說(shuō)，觀星是極大的樂(lè)趣所在。然而，嚴(yán)重的光污染正將燦爛的星空從我們身邊
奪走。
為便于普通學(xué)生及其他業(yè)余天好者通過(guò)對(duì)比觀測(cè)，直觀地了解無(wú)錫各地的光污染情況，我們依托天一天文社組織的“天一觀星營(yíng)”項(xiàng)目，開(kāi)展了“星空光害旅行團(tuán)”活動(dòng)，帶領(lǐng)旅行團(tuán)的團(tuán)員們利用晚上的時(shí)間，去往錫城不同的地點(diǎn)，實(shí)地觀測(cè)、考察并對(duì)比分析星星的數(shù)目，從而普及光污染的防治意識(shí)、夜空光度的概念。
2.活動(dòng)過(guò)程和步驟：
（1）編寫(xiě)觀測(cè)方案。指導(dǎo)學(xué)生編寫(xiě)觀測(cè)方案，使用最常見(jiàn)的目視極限星等法，即通過(guò)肉眼能觀察到的最暗星等來(lái)進(jìn)行估算：選擇2個(gè)或2個(gè)以上地平高度大于40°的定標(biāo)天區(qū)，數(shù)出該天區(qū)內(nèi)能觀察到的恒星數(shù)目，與國(guó)際流星組織提供的表格對(duì)應(yīng)來(lái)確定極限星等。同時(shí)，為便于零天文基礎(chǔ)的團(tuán)員參與，我們?cè)O(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易觀測(cè)法，請(qǐng)同學(xué)們觀測(cè)標(biāo)志性星座所在天區(qū)的恒星數(shù)量，來(lái)比較不同地點(diǎn)的光污染程度。
（2）開(kāi)展觀測(cè)實(shí)踐。帶領(lǐng)旅行團(tuán)的團(tuán)員們利用晚上的時(shí)間，去往無(wú)錫城不同的地點(diǎn)，實(shí)地觀測(cè)、考察并對(duì)比分析星星的數(shù)目。具體觀測(cè)過(guò)的地點(diǎn)有太湖廣場(chǎng)、馨和苑廣場(chǎng)、天一中學(xué)、斗山、保利廣場(chǎng)、崇安寺廣場(chǎng)、南禪寺廣場(chǎng)、安鎮(zhèn)高鐵新城、太湖十八灣等。（見(jiàn)圖9、圖10）
3.活動(dòng)效果及呈現(xiàn)方式：
通過(guò)“星空光害旅行團(tuán)”活動(dòng)，結(jié)識(shí)了一批無(wú)錫地區(qū)的成年及未成年業(yè)余天好者。以此為抓手，天一天文社發(fā)起成立了“無(wú)錫市業(yè)余天
好者協(xié)會(huì)”QQ群。以此活動(dòng)為素材撰寫(xiě)的《星星都去哪兒了》發(fā)表在《天好者》雜志2016年第2期。
（四）主題活動(dòng)四：光污染攝影大賽（文化藝術(shù)）
1.選題背景及意義：
為推動(dòng)公眾思考光污染在無(wú)錫及其所在社區(qū)的狀況，讓公眾參與光污染活動(dòng)，我們發(fā)起了“光污染攝影大賽”活動(dòng)。邀請(qǐng)公眾使用攝影設(shè)備捕捉各種光污染的畫(huà)面，從而了解及思考無(wú)錫地區(qū)乃至全世界日益嚴(yán)重的光污染問(wèn)題。比賽主題分為：光污染與生態(tài)、光污染與健康、光污染與能源、光污染的分布、光污染的來(lái)源等。評(píng)選標(biāo)準(zhǔn)主要有：攝影照片視覺(jué)美感、作品說(shuō)明表達(dá)技巧、光污染意涵、手法創(chuàng)意等。
2.活動(dòng)過(guò)程和步驟：
指導(dǎo)學(xué)生起草“光污染攝影大賽章程”，包括組織單位、大賽目的、比賽主題、參賽資格、參賽設(shè)備、照片格式、相關(guān)權(quán)益、比賽日程、評(píng)選規(guī)則等。
章程起草完畢后，通過(guò)錫天聯(lián)官網(wǎng)、錫天聯(lián)微信公眾號(hào)（AUWS2015）、無(wú)錫市業(yè)余天好者協(xié)會(huì)QQ群（91462404）、牧夫天文論壇無(wú)錫天協(xié)專(zhuān)版等渠道向外比賽信息。
投稿截止后，組織專(zhuān)家對(duì)作品進(jìn)行評(píng)審，并舉辦頒獎(jiǎng)儀式。
3.活動(dòng)效果及呈現(xiàn)方式：
通過(guò)光污染攝影比賽，一方面間接了解了無(wú)錫地區(qū)光污染的來(lái)源、分布情況，另一方面，在公眾中對(duì)光污染進(jìn)行了有效的宣傳與普及。光污染攝影作品還被制作成海報(bào)，用于專(zhuān)題展覽。
七、活動(dòng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題及解決預(yù)案
1.項(xiàng)目研究中的技術(shù)問(wèn)題：
考慮到光污染問(wèn)題在大陸地區(qū)的研究仍處于起步階段，即便在世界范圍內(nèi)也未引起足夠的重視，我們?cè)陂_(kāi)展夜空光度測(cè)量時(shí)會(huì)遇到各種各樣的技術(shù)問(wèn)題。對(duì)此我們的解決方案主要是：
（1）開(kāi)題報(bào)告與測(cè)量指南兩個(gè)指
導(dǎo)性文件必須花大力氣保證質(zhì)量，保證指導(dǎo)性和可操作性。
（2）爭(zhēng)取學(xué)校在測(cè)光儀采購(gòu)上的
支持，以及年級(jí)組、班主任在學(xué)生活動(dòng)時(shí)間上的支持。
（3）遇到實(shí)在難以解決的技術(shù)問(wèn)題，請(qǐng)教中科院紫金山天文臺(tái)等相關(guān)研究機(jī)構(gòu)。
2.科普實(shí)驗(yàn)中的素材問(wèn)題：
中學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備畢竟是有限的，對(duì)生活的觀察能力也仍有待提高，這直接導(dǎo)致了科普實(shí)驗(yàn)素材的缺乏。對(duì)此我們的解決方案主要是：
（1）大量、深度閱讀中小學(xué)階段及國(guó)外的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)編寫(xiě)的一般結(jié)構(gòu)，積累與光學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和科技制作素材。
（2）通過(guò)天文科普書(shū)籍和天文歷
史故事，尋求實(shí)驗(yàn)和科技制作素材。
（3）面向全校發(fā)起光污染相關(guān)實(shí)
驗(yàn)和科技制作素材的征集活動(dòng)。
3.觀測(cè)實(shí)踐中的安全問(wèn)題：
夜間開(kāi)展天文觀測(cè)實(shí)踐活動(dòng)遇到的最大挑戰(zhàn)是人身與財(cái)產(chǎn)安全問(wèn)題，很多學(xué)生、家長(zhǎng)或教師不支持天文活動(dòng)也主要是對(duì)此有深深的顧慮。對(duì)此我們的解決方案主要是：
（1）與參加活動(dòng)的學(xué)生簽訂合同，
并要求學(xué)校同意、學(xué)生簽字、家長(zhǎng)簽字。
（2）統(tǒng)一、強(qiáng)制購(gòu)買(mǎi)意外險(xiǎn)，分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。
（3）與有資質(zhì)、口碑好的旅行社合作，聯(lián)系包車(chē)或食宿。
（4）對(duì)每一個(gè)觀測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行事先
的實(shí)地探訪，確保觀測(cè)地的安全性，遠(yuǎn)離陡坡與水體。
4.攝影大賽中的發(fā)動(dòng)問(wèn)題：
攝影大賽看似簡(jiǎn)單，就是摁一下快門(mén)的事。但真正要發(fā)動(dòng)公眾參加，激發(fā)大家的熱情卻并不是一件簡(jiǎn)單的事。對(duì)此我們的解決方案主要是：
（1）通過(guò)錫天聯(lián)成員學(xué)校的天文
指導(dǎo)教師，發(fā)動(dòng)學(xué)生中的天好者參賽。
（2）通過(guò)官網(wǎng)、微信公眾號(hào)、QQ群等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)推送攝影大賽比賽通知。
（3）積極聯(lián)系贊助，為獲獎(jiǎng)選手準(zhǔn)備證書(shū)、獎(jiǎng)杯及獎(jiǎng)品。
八、效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方式
在評(píng)價(jià)的過(guò)程中，堅(jiān)持“主體多元”“方式多樣”“向度多維”等原則。
1.主體多元：
在活動(dòng)過(guò)程中，要求學(xué)生首先進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，不同組別之間也可以進(jìn)行他評(píng)。這有利于加深學(xué)生對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)與理解，可以促進(jìn)學(xué)生自我反思和自我發(fā)展。教師在此基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生自評(píng)、互評(píng)及他評(píng)進(jìn)行再評(píng)價(jià)，保證了評(píng)價(jià)的指導(dǎo)性。
2.方式多樣：
在活動(dòng)過(guò)程中，靈活運(yùn)用即時(shí)評(píng)價(jià)與延時(shí)評(píng)價(jià)。即時(shí)評(píng)價(jià)有利于表?yè)P(yáng)先進(jìn)，糾正缺陷；延時(shí)評(píng)價(jià)則體現(xiàn)了尊重、關(guān)愛(ài)與期待。此外，還將口頭評(píng)價(jià)與書(shū)面評(píng)價(jià)，一次評(píng)價(jià)與多次評(píng)價(jià)，診斷性評(píng)價(jià)、過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)等多樣化的評(píng)價(jià)方式相結(jié)合，以保護(hù)學(xué)生的積極性，強(qiáng)化學(xué)生的成就感。
3.向度多維：
