“互聯網+”背景下測量室外實習智能化管理的探索與實踐

蒲朝旭，余代俊，朱逍賢

(1.成都理工大學地球科學學院測繪工程系，四川 成都 610059； 2.四川水利職業技術學院，四川 成都 611231)

1 引 言

測繪工程是一個實踐性非常強的專業，而測量實習尤其是室外實習是測繪工程專業教學過程中必不可少的一個實踐環節。以本校測繪工程專業室外實習課程為例[1]，主要包括數字地形測量實習、GNSS測量實習、攝影測量與遙感綜合實習、測繪生產綜合實習等。這些實踐課程時長從2周至5周不等，人數均在100人左右，實習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。這就為室外實習的管理帶來了不小的麻煩，指導教師或實習隊長無法實時了解學生的實習動態、實習情況、所在位置等，同時也存在較大的安全隱患。因此，如何能夠實時高效獲取學生實習信息，同時能夠將學生室外實習情況進行實時考評并記錄成績，成為教學改革的重點內容。

近年來，諸多學者針對測量相關課程進行了許多改革設想，包括教學[2]、學生培養、室內實習、室外實習[3，4]、教學場地建設[5，6]等等，這為廣大教育工作者的教學提供了非常大的幫助。但縱觀各種教改[7～8]，對于利用現有“互聯網+”[9]的優勢，實時高效掌握學生動態和進行室外實踐成績評定等[10，11]方便的研究還有說欠缺。鑒于此，結合成都理工大學測繪工程系實踐課程的實際情況，對學生室外實習實踐進行教學改革，提出結合“互聯網+”、人臉識別等技術，以智能手機為載體，利用云端/本地數據庫、實時聊天SDK、百度地圖API、開源庫等，建立了一個測量室外實習的智能化管理系統，并以此對測量室外實習的智能化管理進行了探索和實踐。

2 系統設計

室外實習智能化管理系統以Android為基礎開發平臺[12]，利用Java編程語言，基于百度地圖API，結合數據庫管理技術、GNSS導航定位技術和人臉識別技術等編制而成，系統能夠使教師與學生的實習互動更加方便快捷，克服了傳統模式下室外實習存在的諸如控制點信息不全、實習過程中交流不便、實習出勤率不明、實習管理困難等弊端[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]，詳細的系統功能模塊如圖1所示。

圖1 室外實習智能化管理系統功能模塊圖

2.1 系統功能模塊介紹

(1)賬號分類：本系統賬號類型主要分為實習隊(組)長、指導教師和學生三類。在開始實習之前，實習隊(組)長應根據教學任務，收集準備好實習分組、指導教師名單和學生名冊等基本信息，交由后臺數據庫管理員創建登錄賬號。登錄實習隊(組)長賬號，可以加載與本次實習相關的測區已有地形圖、影像圖及控制點坐標等信息，并可管理本次實習中的相關事務。登錄指導教師賬號可根據實習分組情況，添加僅本指導教師所帶學生可見的其他相關實習資料，亦可對本組學生信息進行管理，實時了解學生的實習情況，為學生進行在線答疑、在線考勤、在線評分等。登錄學生賬號僅限查看各項地理信息數據、在線求助等。

(2)電子地圖：本系統以百度地圖作為基礎底圖，實習過程中可根據不同實習地點和實習項目另行疊加測區已有的地形圖、影像圖和控制點坐標等信息[17]，從而方便實習過程中學生能夠快速獲得控制點相關信息，如點號、三維坐標、點位置等。利用GNSS導航定位技術，實習隊長或指導教師可實時查看學生的出勤情況和作業地點，方便教師實時了解學生的作業動態，及時跟進指導，實現教學過程信息化。

(3)信息管理：本系統使用Android平臺集成的嵌入式關系型數據庫——SQLite數據庫作為本地數據庫，使用Bmob后端云作為在線數據庫，為軟件正常運行提供基礎數據服務。實習區的基礎地理信息(如地形圖、影像圖、控制點信息等)可以采用加密之后存儲于在線數據庫中，亦可進行本地存儲于疊加。學生基礎信息(如學號、姓名、班級、指導教師等)可以存儲于在線數據庫中，方便不同賬號用戶獲取信息。學生人臉識別信息及實習情況(如出勤情況、實習表現等)則保存在本地數據庫中。所獲信息皆進行加密處理，保證數據的安全性，對信息進行合理的采集、存儲、管理，從而實現了教學實習的數字化。

(4)交流互動：本系統以已有基礎聊天SDK作為后臺聊天平臺，能夠實現雙向的文字及語音聊天，亦可實現在線視頻功能。方便指導教師與學生進行在線互動及答疑等。

(5)線上評分：本系統以SQLite數據庫為基礎建立指導教師指導學生實習信息庫，在此基礎上結合人臉識別技術，便于老師在與學生短暫的實習接觸過程中，確認學生身份或身份查找，根據現場表現即時給予成績評定，進行在線評分，為最終評定實習總成績提供可靠依據。

2.2 系統操作步驟

(1)資料準備——在實習之前，由實習隊(組)長或指導教師準備相關資料，如測區地形圖、測區影像圖、測區控制點、實習分組名單、學生名冊等資料。

(2)創建賬號——由數據庫后臺管理員根據相關資料創建登錄賬號并分發至每個人，同時將基礎信息導入在線數據庫中。后續實習隊(組)長、指導教師及學生只需登錄各自賬號即可完成相關信息查看或數據管理等操作。

(3)室外實習——實習期間，指導教師可以根據實時顯示的學生作業位置及時到達現場進行指導，師生亦可遠程在線互動，解答學生所提相關問題，并進行實時考勤、考核及評分等。

(4)實習結束——實習結束后，指導教師可將所有學生在線評分成績導出，以作為實習總成績的評定依據之一。若不再使用本系統可自行卸載，或留待其他實習繼續使用。

3 系統測試

為驗證實習系統的有效性，錄入了一些試驗數據進行了系統測試，模擬了真實環境下的室外實習，圖2～圖10為系統的部分功能展示，由于學生互動和個人信息管理較為簡單，故未做展示。登錄指導教師賬號之后，可以看到當前實習組所在的位置，如圖2所示。圖中顯示了當前共有兩個實習組，分別是001組張三和002組李明。學生位置在位置服務打開的情況下默認設置為 10 s發送一次位置信息至在線數據庫，同時更新對應指導教師中該組的位置。若登錄學生賬號，則主界面中不會出現其他實習組位置，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則展示的是進行路線規劃的效果，路線規劃可以計算從當前位置至某個實習組位置的路徑，亦可計算從當前位置至某個控制點的路徑，路徑規劃默認采用步行導航模式。

圖2 影像圖顯示效果 圖3 地形圖顯示效果 圖4 路線規劃效果

系統默認集成了校園中已有的測量控制點信息，同時亦可在實習開始前根據實際情況新增控制點信息。如圖5所示，展示了點擊地圖中的控制點圖標之后所顯示的控制點信息，不僅可以復制該控制點的信息，而且能夠從當前位置導航至該控制點。圖6展示的是點擊某個實習組圖標時所顯示的信息，同樣可以復制本實習組的相關信息，亦可從當前位置導航至該實習組。圖7展示的是指導教師可以對所帶學生進行野外實時考評，對所帶學生的評分情況有一個概括展示，且能夠將所有學生的評分導出成Excel文件并發送至電腦端，便于后續總評成績時作為依據。利用人臉識別，可以在識別成功之后直接跳轉至該生的評分界面，方便評分。

圖5 控制點信息顯示效果 圖6 實習組情況 圖7 實習過程考評記錄

圖8展示的是某學生具體的考核記錄，能夠顯示具體的成績構成。同時能夠錄入該生的人臉識別信息，亦可刪除。圖9展示的是對于某學生進行實習過程考核記錄錄入的效果。圖10展示的是學生的詳細信息，可以方便地查看該生的基本信息及所在的實習組、指導教師、實習隊編號等信息。

圖8 個人考核記錄效果 圖9 個人考核成績錄入 圖10 學生詳細信息

4 結 語

本系統在平時的課間實習和集中實習中均可使用，部分同學測試反饋較好，在自己的課程中也逐步推廣使用，經過測試和同學們反饋，比利用以往的紙質版地圖找點提高很大，并且減少了實習時所帶的物品。教師使用時發現，能夠較為的方便的記錄下各種信息，方便進行平時成績的考核與記錄，但仍然存在較大的改進空間，如系統有時不穩定、功能還有待擴展、部分庫可以使用更優的選擇等，需要在后期進一步的提高修改。

本文根據本校實際的測量室外實習情況及相關實習課程，提出了結合互聯網技術和人臉識別技術，以Android為平臺，構建的一款智能化、信息化室外測量實習管理系統，對測量室外實習的智能化管理進行了有益的探索并進行了實踐。經測試，該系統能夠顯著的提高室外實習的效果，不僅能夠提高學生實習的作業效率，如便于查看相關地理信息數據、能夠實時與指導老師在線互動等，而且能夠便于指導教師對所指導學生進行管理，如可實時查看學生實習情況、室外及時在線評分等。本系統是成都理工大學測量室外教學實習改革重要內容，不僅適用于測繪工程專業的室外實習，而且稍做修改或不做修改同樣可以適用于其他專業的室外教學實習，如普通地質學認識實習等。雖然本文所提系統能夠大大提高測量野外實習的實習效果，但也不能完全替代指導教師的現場指導，二者緊密結合方能保證室外實習的質量。在將來，應該根據實習內容或作業方式等的變化，實時調整本系統，以期能夠盡最大能力為提高學生的實習效果而作出應有的貢獻。