Collaborative cloud land surveying: a VGI-based approach to practice an education in surveying engineering

Abstract

Volunteered Geographic Information (VGI) has enabled many innovative applications in various scientific fields. This paper introduces a new framework called "Collaborative Cloud-Based Land Surveying - CCLS" that uses VGI principles for data sharing among surveyor engineers to boost the productivity and improve the quality of their applications. A cloud-based spatio-temporal data repository is presented, aiming to facilitate the sharing of VGI among surveyor engineers. In this context, an OGC compatible, aligned to ‘Observation and Measurements’ standard, model for land surveying observations has been developed and discussed. Additionally, a fully-functional distributed software application has been developed and used to apply CCLS in a large-scale land surveying project, which involves the mapping of the historic centre of Athens. Results from the data analysis of hundreds of measurements indicate a substantial (30% to 60%) error reduction and also a significant productivity raise (~22%).Moreover, a novel educational methodology that implements Collaborative Cloud Land Surveying (CCLS) and presents Bloom’s taxonomy theory with respect to Land Surveying educational context is discussed. It analyses the transition from lower three taxonomy levels, usually achieved by typical learning approaches, to higher knowledge levels through the application of the proposed methodology. Finally, a case study that demonstrates the efficiency of the introduced educational frame is described to analyse how students pass from the simple evaluation of assigned projects, to assessment and understanding of the learning objectives.

Οι τοπογραφικές παρατηρήσεις αποτελούν πρωτογενή πηγή πληροφορίας κάθε χωρικής μελέτης απαιτήσεων υψηλής ακριβείας, ενώ επιπλέον έχουν κάποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τα οποίακαθιστούν μοναδικό το κάθε σύνολο δεδομένων που προκύπτει από μετρήσεις πεδίου. H σπουδαιότητα της πρωτογενούς μετρητικής πληροφορίας θεμελιώνει την ανάγκη διερεύνησης και ανάπτυξης ενός νέου πλαισίου διαχείρισης, διάθεσης και επαναχρησιμοποίησης των τοπογραφικών μετρήσεων. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την προδιαγραφή, πρότυπη υλοποίηση και αξιολόγηση μιας νέας προσέγγισης στον τρόπο διαχείρησης αλλά και αξιοποίησης των τοπογραφικών παρατηρήσεων, περιγράφοντας ένα κεντρικό σύστημα στο οποίο αποθηκεύονται οι πρωτογενείς μετρήσεις και παραμένουν διαθέσιμες και αξιοποιήσιμες για μελλοντική χρήση. Στο πλαίσιο αυτό, η διατριβή καταπιάστηκε με ζητήματα προτυποποίησης των παρατηρούμενων μεγεθών κατά τα διεθνή πρότυπα και ανέπτυξε ένα μοντέλο παρατηρήσεων το οποίο και εφάρμοσε στις διάφορες μελέτες περιπτώσεων. Για τον έλεγχο της προτεινόμενης προσέγγισης, έγινε υλοποίηση ενός πρότυπου συστήματος, ώστε να γίνει δυνατή η περαιτέρω διερεύνηση τωναπαιτουμένων στοιχείων αρχιτεκτονικής, καθώς και η αξιολόγηση της λειτουργικότητας και αποτελεσματικότητας σε πραγματικές συνθήκες. Η πιλοτική εφαρμογή επεκτάθηκε σε τρεις περιπτώσεις χρήσης, συγκεκριμένα (i)εφαρμογή μοντέλου και ανάπτυξη πρότυπων service διαχείρισης δεδομένων όπως αυτά ορίζονται από το Open Geospatial Consortium (OGC) με το πρότυπο Sensor Observation System (SOS), (ii)αποτύπωση μεγάλων εκτάσεων και μεγάλου όγκου παρατηρήσεων (Αρχαιολογικό Κτηματολόγιο) και (iii)χρήση στην εκπαίδευση (ανάπτυξη δεξιοτήτων ανώτερων γνωστικών επιπέδων κατά την ταξινομία Bloom). Η χρήση σε πραγματικές συνθήκες ανέδειξε αύξηση των επιπέδων ακρίβειας και της παραγωγικότητας (30% to 60% μείωση σφαλμάτων και 22% αύξηση παραγωγικότητας), ενώ η ανάπτυξη και διερεύνηση εκπαιδευτικών σεναρίων με βάση την προτεινόμενη μεθοδολογία καλλιεργεί γνωστικές λειτουργίες ανάλυσης, εφαρμογής και αξιολόγησης.