基于人工智能发展的测绘人才培养体系改革

张 静,梁同立,邓 超

(1.信息工程大学,河南 郑州 45000；2.河南省展图测绘技术有限公司,河南 郑州 450001)

基于大数据、云计算和互联网技术的人工智能成为开启第五次工业革命的一把钥匙，特别是“阿尔法狗”先后战胜了世界围棋冠军李世石和柯洁，人工智能的浪潮更是以前所未有的速度席卷了整个世界，正在向各行各业蔓延和渗透，人工智能迎来了新纪元。同时作为测量并通过位置服务来表达时空维度的测绘专业来说，迎来了巨大的发展机遇和挑战，特别是2017年7月国务院发布的《新一代人工智能发展规划》的8项共性关键技术，更是与测绘专业高度相关，测绘行业迎来了第四次技术革命(见表1)逐步从信息化测绘升级为智能测绘，进入了“测绘4.0时代”[1]。

决定人工智能成败的关键因素是人才教育，人工智能和人才教育是在互相催化过程中融合，毫无疑问将深层次推动教育教学改革和创新发展。构建新的测绘类专业人才教育，如何充分挖掘自身的优势，在人工智能的时代中有所为，有所不为，并突破固有的教育体系堡垒，将系统性思维、时空观思维和创意性思维作为开启智能时代测绘专业教育大门的钥匙[2]，才能实现测绘专业教育向生态、持续、智能、跨界发展的整体转型。

表1 测绘技术发展脉络

1 人工智能带给测绘类专业的影响分析

人工智能目前没有统一的定义，其核心要素的定义就是利用机器实现人的大脑部分工作来感知世界、认识世界和改变世界(见图1)，陈锐志认为就测绘的本质来说，“测”本身就是感知，“绘”是认知，最后是“用”，就是行动，测绘跟人工智能有很密切的关系。人工智能的生产工具就是大数据，而测绘专业原本的行业定位就是生产具有时空基准和法律属性的数据，同时测绘需要依托人工智能带来的技术革命完成数据到智慧转化的飞跃。所以满足这些广泛而巨大的新需求所带来的机遇与挑战，测绘行业必须推进本身的转型升级。

图1 人工智能结构

1.1 人工智能带给测绘类专业的挑战

经过20多年的发展，测绘依托光电技术、空间技术、传感器技术和网络通讯技术，利用卫星导航定位系统、数字摄影测量系统、高分辨率遥感对地观测系统实现了对海、陆、空全方位的时空表达，完成了传统测绘到数字测绘的转变，尽管在目前的固有测绘技术方面还需要突破，测绘技术还是取得了前所未有的发展。但是正如李建成院士所讲的，这里面相当一部分只是利用了数字技术实现了传统测绘的高效生产以及测绘成果的数字表达。距离数据转化成智慧和智能还有很长的路要走，服务的层面以为国家基础设施建设提供数据基础为主。在大数据背景下，测绘领域如何采用人工智能技术，智能化地利用时空地理数据资源，发掘知识、提升效益、促进创新，使其服务于国家和公众的生活。从测绘学科的独立研究，走向以人工智能为主，与自然智能、集成智能、脑科学和认知科学等学科的协同和交叉研究。

在iphoneX的AR功能中，能实现距离的精确测量，比如一款为“ARuler”的应用，您只需将相机对准您要测量的内容，点击屏幕上的任意两个点，就能测量它们之间的真实距离。另一款应用 AR Measure 则给你提供一把可以添加到任何东西上的虚拟标尺。虽然这并不代表人工智能真正进入测绘界，但是可以预见在不久的将来，测绘的范畴将会更加宽广，同时对传统的空间数据获取、处理、应用整个行业带来巨大的冲击。基于大数据的社会感知研究，颠覆了传统测绘数据采集模式和展现模式，并改变了整个产业发展的预定方向，社会感知将代替传统的传感器，以人作为最小的感知单元，各类定位、社交媒体等数据作为数据源，从人、地、时三个维度出发，扩展地理信息系统分析模型和方法，通过数据挖掘和深度学习等手段发现时空轨迹规律。人人都是数据和信息的采集者，依托人工智能技术，地理大数据提供了对海量人群时空行为的获取手段，从而揭示其背后的社会经济现象，而传统的测绘手段主要是物理空间的表达，智能时代对传统测绘与位置服务的挑战已经来临。

1.2 人工智能带给测绘类专业的机遇

测绘专业作为一个古老的专业，依托每一次人类的技术革命获得了自身的跨越式发展，人类永远需求感知时间和空间的生存环境，因此测绘作为行业是不会在人工智能化的浪潮中消失[2]，在计算机技术的基础上，测绘领域构建的专家系统是人工智能在测绘应用最为成熟的领域，但是这个专家系统一般只是狭义上的人工智能，在功能上的定义为“一个在某领域具有专家水平解题能力的程序系统”[3]，与云计算、大数据、物联网、互联网、智能识别、知识管理等新技术新理念的耦合依然存在着很远的距离，这些技术的快速发展也必然给测绘专业技术革新带来又一次发展机遇。

测绘既是人工智能空间数据的提供者，又是统一空间框架和时间基准的建设者和执行者，提供的数据具有法律性、严肃性、专业性和精准性。测绘应该抓住人工智能对空间位置的需求，可以利用这些优势积极与人工智能技术融合。随着移动互联网和云计算的快速发展，空间位置数据的快速沉淀和积累，使得空间大数据正在全球范围内迅速崛起，给政府用户、企业用户与个人用户提供前所未有的应用价值。而机器深度学习、人工智能技术的诞生则进一步拓展了空间大数据的服务能力，人工智能技术不仅能够提升数据处理能力及效率、降低人力消耗，更使得空间大数据服务应用到更多领域，在针对不同客户需求，精准定制数据信息服务方面都有着出色的表现。当空间大数据、云计算与人工智能发生碰撞，地理服务产业势必会发生神奇的变革与进步。

UNGGIM2016年发布《地理空间信息未来10年展望》中提到，测绘中，数据获取能力超前于采用数据解决复杂问题的能力，而解决问题数据技术与人工智能或机器学习技术结合，期望通过改进地理空间特征识别的准确度，提高航空和卫星影像解译的准确度，利用连续的数据流，持续分析并提示新的发现和事件。

1.3 人工智能倒逼测绘类专业教育体系变革

测绘类的本科教育手段一直是以理论加实践的方式进行的，学习如何利用测量仪器和数据处理的技术客观而真实地将地球物理空间数字化，数据的采集和表达是其主要的学习任务，培养的目标是能胜任未来工作岗位的测绘工程师。但是在人工智能的大环境下，岗位的性质已经发生了改变，基于无人机的全自动影像处理云服务平台使缤纷繁复的航测数据处理变的更智能和简单，肩抗测绘仪器，风餐露宿跋山涉水的外业测量工作即将成为历史。影像定位PlaNet系统，利用机器学习技术，随机一张无地理位置的照片，利用数据库里1.26亿张图片，依托互联网，训练一个模拟大脑皮层神经元交互的计算机系统，就可以辨别照片的拍摄地方，进而完成照片周围所有地理空间位置和场景的虚拟重建。

人工智能渗透到各个行业的快速发展，释放了功能岗位的需求，倒逼着教育必须做出改革，要求培养相应的人才，另一方面教育也将通过人才培育、技术生产适应促进人工智能的发展[4]，当教育信息化基础设施尚在普及完善、“互联网+”和教育尚在互相催化融合时，人工智能作为信息技术的更高发展阶段，毫无疑问会深层次推动教育教学改革与创新发展，进而给未来教育带来机遇和挑战。传统社会就业体系和职业形态也将因此发生深刻变化，如果我们测绘专业教育体系还墨守陈规，不用战略和大局眼光转变观念的话，那么培养出来的学生毕业即失业。必须将测绘学科培养体系在人工智能这个大环境下进行拓展，智能科学与技术的核心课程应该尽快成为测绘本科教育的通识教育课程。

2 基于人工智能的测绘类专业人才培养体系建设

人工智能带给测绘行业的机遇与挑战，就是带给测绘专业教育的机遇与挑战，在推动教育信息化的过程中，进一步推动人工智能在教与学、教育管理、教育服务过程中的融合应用，转变的过程中学生培养目标、培养方式和教师的职责都发生了某些实质性的改变，夯实测绘专业的基础教育不会变，刘经南院士呼吁要构建“测绘行业大脑”，笔者认为这个大脑一方面指的是技术大脑，另一方面就是人才大脑，构建基于人工智能+测绘类专业人才培养体系任务艰巨，同时对学校教师的专业及知识与能力有了更高的要求。

2.1 人工智能融入测绘类人才培养的模式

“人工智能+测绘教育”的核心是人工智能的优势与教育过程相结合，可将人工智能与测绘类教育融合的模式分为三种：人工智能主动融入模式、人工智能功能嵌入型模式、人工智能辅助技术手段模式[5]。人工智能主动融入模式主要是指建立的智能教学系统、智能决策支持系统，目的是将教师从繁重重复的教学活动中解放出来；人工智能功能嵌入型模式主要是指将学习相关内容与人工智能的相关知识结合，建立在跨人工设计和测绘专业领域的课程设计系统，改善学生的知识结构、能力结构，瞄准测绘领域人工智能化必须解决的关键技术问题，让人工智能技术的计算智能、感知智能和认知智能在测绘学科的专业知识面里生根发芽[6]。人工智能辅助技术手段是基于人工智能的感知功能和虚拟现实增强技术，构建测绘产业领域虚拟的工作场景，打破专业界限堡垒，辅助专业知识应用到实际工作的实践场地。

2.2 提升测绘类专业教师人工智能的相关知识素养

俗话说“万丈高楼平地起，参天大树靠根基”，测绘类专业的基本理论、基本知识和基本技能的“三基”教育是高校基础，本科教育应把“三基”教育放在首位[7]。传统的教育方式必将长期存在，测绘行业在培养学生的“真实、准确、细致、及时”的从业精神，传承测绘文化、创新知识和培养人才方面的本质不变，所以在测绘行业教师这个岗位永远不会消失，而且在人工智能的大环境下会变的越来越重要，需要转变的是知识结构的丰满和扮演的角色恰到好处。

笔者曾经呼吁，提升测绘类教育水平关键因素是需要大批量的既是“教师”又是“工程师”和“测绘师”的“三师型”专业教师队伍[8]。但人工智能的大潮来的如此之急，迫切需要有人工智能专业背景的“三师型”教师带领学生融入巨大技术变革中，在人工智能融入测绘类人才培养的三种模式中扮演领航员和知识的传播者。教师应加强智慧城市、空间感知和认知、智能位置服务等体系与云计算、大数据、移动通讯技术的结合[9]，调整自己的专业结构，积极探索人工智能技术与测绘行业的契合点，在原有的学科基础上拓宽人工智能专业教育的内容，促进测绘学科内部具体研究方向的重大转变，积极引领学生走向智能测绘的辉煌道路，让教师成为促进“人工智能+测绘教育”的““智能测绘大脑”。

2.3 搭建基于人工智能技术的知识学习平台

必须清醒的认识到我们的学生在人工智能蓬勃发展的新时代都是一粒刚发芽的种子，几乎没有人工智能需要的知识储备，如果将课堂开辟为讲授人工智能知识的主战场，就会出现本末倒置的现象，学生就没有时间和精力把测绘的基础知识学好。而测绘类专业又从大的方面分为大地测量、工程测量、摄影测量与遥感、制图学以及地理信息工程等子专业，在人工智能的推动下也可能会催生新的子专业，每个细分的子专业如何在人才培养方面与人工智能进行深度融合发展，就必须建立避免片段化的生态人工智能知识学习平台，引导学生从对人工智能的概念理论阶段到智能测绘产业阶段过渡。

首先整合测绘类各个子专业的教育资源，借助信息化的技术手段，按照5个层次构建知识学习平台，如图2所示，第一层次在学校的知识学习平台以网络授课的形式开辟人工智能基础知识普及的课程，比如基于大数据、认知科学、互联网技术、云计算等跨界的专业基础必修课，课程设计应该积极征求目前在人工智能技术方面走在测绘领域前列的部门和机构，并经过专家组严格把关，切实可行地拓展学生的知识面。第二层次根据测绘类专业的各个子专业，开设数据自动获取、数据集成、数据分析、数据建模、数据表达、数据决策、测绘机器人、自组网对地感知认知系统和全组合智能导航系统等专业基础课程，学生可以根据自己的子专业领域和感兴趣的方向，更深层次、更专业化地选择课程来学习。第三层次是定期在平台上发布可以细化到具体的测绘知识点，也可以是一个智能测绘小系统的技能竞赛，搭配专业的指导教师，吸引学生积极参与。第四层次是高校引入测绘生产企业，校企强强联合，实现共赢，搭建教育、科研桥梁，面向学生提供完整的产、学、研、训一体化解决方案，提供实践与就业内容，增强学生综合竞争力。第五层次可以把国内有测绘专业的高校和测绘高等教育的辅助机构，比如测绘局、测绘出版社联合起来，形成强大的基于人工智能的“测绘教育联合体”[10]，实现人工智能教育资源的融合。

图2 人工智能技术的知识学习结构

3 结束语

人工智能技术应用日新月异，人工智能对测绘行业和测绘教育的影响已经逐渐显现，其影响的广度和深度还会持续增强。《测绘地理信息技术发展“十三五”规划》中明确提出，大数据、云计算、物联网、智能机器人等新技术的快速发展，为测绘地理信息快速发展提供了新动力。基于互联网和人工智能时代下的测绘已经进入“测绘4.0”时代[11]。

推动人工智能环境下测绘再跃变的颠覆性理论和技术的动力永远是人才，而教育是人才成长的摇篮。把什么样的测绘教育带入人工智能时代，是未来测绘技术变革的关键。需要随着时代发展不断完善，作为教师的我们需要树立正确的育人观和创新意识，将测绘教育带入人工智能大时代的春天。