基于無人機技術的航空攝影測量實訓課程改革

宋 博，韓月嬌，馬洋洋，唐 沖

(黑龍江工業學院，黑龍江 雞西 158100)

隨著無人機技術的發展，無人機低空遙感技術作為一門新興信息技術，憑借其航攝機動靈活、快速高效、數據精細準確、影像時空分辨率高、受氣象條件影響小和作業成本較低等優點，已被廣泛應用于工程測量、大比例尺測圖、地籍測量、高精度遙感監測、精準農業、三維實景建模與虛擬現實等領域[1-5]，并且無人機航空攝影測量在測繪教學中已經得到了較廣泛的應用[6-7]。基于無人機技術的航空攝影測量實訓課程改革，對于培養應用型本科人才具有重要意義。

1 基于無人機技術的航空攝影測量實訓課程改革

本研究基于黑龍江工業學院環境與建筑藝術工程學院測繪工程專業人才培養方案和教學大綱要求，專業教師近幾年的攝影測量教學經驗和實際生產經驗，指導學生參加無人機測繪技能大賽經驗，結合近幾年無人機技術的普及發展，對測繪工程專業航空攝影測量實訓課程進行了改革，從教學理念改革、教學內容設計、實訓基地建設、師資隊伍要求、硬件設施及教學資源建設、考核方法優化等方面進行了改革與探索。

1.1 教學理念改革

改變傳統以教師為主體的理念，堅持“以學生為主體，教師為主導”的教學理念，充分利用現有無人機技術，根據攝影測量實訓的特點采用任務型教學模式，使學生在完成任務的過程中掌握攝影測量技能。教師根據各測量模塊的要求，結合新的實踐場地，從學生“學”的角度出發，對內容進行再加工，精心設計各種教學任務。運用多樣化的方法和手段，在教師主導下，充分調動學生的積極性、主動性和創造性，使學生最大限度地參與到課堂教學活動中，真正成為學習的主人，在道德、知識、技能、身心素質上獲得全面提升。教師應改變單一、枯燥的傳統教學活動，尊重學生、關心學生、理解學生、幫助學生，建立新型的師生關系，營造寬松、和諧、民主的教學氣氛，激發師生活力和熱情。同時，運用現代化教學手段，促進線上線下教學相結合，提升信息傳遞的質量和效率，提高課堂教學效果。

1.2 教學內容設計

傳統的攝影測量實訓或實驗課程主要基于大飛機或大型航攝無人機所獲取的航空影像數據進行室內數據處理與軟件培訓，僅能滿足內業數據處理軟件操作技能的訓練[8]。隨著小型無人機的普及，無人機航空攝影測量技術在實際測繪工作中也得到了廣泛應用，高校也在航空攝影測量實訓課程中引入了外業數據采集的教學內容。雖然部分無人機的航測系統具備免像控功能，但為了更好地保證航測的成圖精度，實際工作中需要進行像控點布設。像控點布設是無人機外業數據采集的主要工作內容，因此高校在進行實訓內容設計時，增加了像控點布設的內容。航空攝影測量實訓課程分為外業數據采集與內業數據處理兩部分，外業數據采集需要學生根據測區的實際地形地貌，結合成圖要求進行航線規劃，以奧維地圖為影像背景，進行像控點位置布設，通過GNSS接收機進行外業像控點坐標采集，并制作點之記，應用大疆精靈4Pro進行航測。內業數據處理時主要進行空三處理，DEM、DOM、DLG生產，實訓課程流程安排如圖1所示。

圖1 實訓流程圖Fig.1 Training flow chart

通過全過程的實訓課程設計，可以使學生全面掌握基于無人機技術的航空攝影測量工作主要內容與流程，對于測繪工程專業和遙感科學與技術專業學生未來就業具有指導作用。

1.3 實訓基地建設

為了更好地完成以上實訓課教學設計內容，使學生掌握航空攝影測量技術，實訓基地建設至關重要。場地建設主要包括兩方面：一是外業數據采集場地建設，用于通過無人機完成外業航測任務；二是內業數據處理場地建設，用于對外業采集數據進行處理。

第一，外業場地選取。為了實現無人機航空攝影測量實踐，經過分析黑龍江工業學院西校區地勢平坦，建筑物為2～6層樓房，由教學樓、學生公寓、圖書館、操場構成，地物齊全適合內業成圖，無高層建筑物，測區適合無人機進行航拍作業，綜合分析可以作為航空攝影測量課程外業數據獲取基地。測區正射影像如圖2所示。由于實踐過程中學生要進行無人機操作，因此無人機起降場地的選取對于保證實訓順利進行以及學生和設備的安全至關重要，選用黑龍江工業學院實訓中心樓頂平臺作為無人機的起降場地。

圖2 測區正射影像圖Fig.2 Orthophoto map of the survey area

第二，內業場地選取。在黑龍江工業學院實訓中心建立了攝影測量實訓室，用于完成內業數據處理的實訓任務，實訓室配備了40臺高性能電腦以及航空攝影測量內業數據處理相關軟件，對外業采集的影像數據進行空三處理，空三處理合格后進行DEM、DOM、DLG的生產與制作。

1.4 師資隊伍要求

為滿足外業數據采集的要求，配備1名課程主講教師，完成無人機航空攝影測量實訓課程相關知識的講授，布置實訓任務。同時，為保證外業數據采集順利進行，依托黑龍江工業學院無人機工程學院的特色優勢，配備1名專業無人機教師及3名具有無人機駕駛執照的助教，對各組無人機進行維護和安全監督。為了達到更好的教學效果，同時配備1名實驗室教師進行課堂指導。無人機教師和內業實驗教師都具備實際生產經驗，多次指導相關專業學生參加技能競賽并取得了優異成績，教學經驗豐富。

1.5 硬件設施及教學資源建設

第一，硬件設施資源。結合校內無人機工程學院具有的設備優勢，配備大疆精靈4Pro無人機4架，用于外業航拍數據采集，GNSS接收機4臺，用于像控點采集，電腦40臺，用于進行航攝內業產品生產實驗。第二，教學資源。為了方便學生自學，準備了充足的線上學習資源，除制訂了詳細的實訓指導書外，還配套了教學視頻資源，課前錄制好操作視頻。將教學資源上傳至智慧樹中供學生下載學習，滿足學生的學習需求。

1.6 考核方法優化

對于以實踐為主的航空攝影測量實訓課程，主要從平時成績、期末成績兩方面進行評分，其中平時成績主要包括實訓過程、實訓成果評價，期末成績主要以實訓報告考察學生的學習情況，分別占比30%、40%、30%。過程性考核從學生出勤、實驗表現等方面進行考核，實訓成果考核主要從學生提交的DEM、DOM、DLG的制作成果考察學生的完成情況，實訓報告主要從內容的科學合理程度、環節全面程度、語言規范程度、思路清晰程度以及實習心得等方面考察學生對實訓的整體掌握。

2 結語

以黑龍江工業學院測繪工程專業航空攝影測量實訓課程為例，探討了基于無人機技術的航空攝影測量實訓課程改革策略，從實訓課程的教學理念改革、教學內容設計、實訓場地建設、師資隊伍要求、硬件設施及教學資源建設、考核方式優化等方面介紹了課程改革與實踐，教學實踐表明學生的學習效果良好，達到了人才培養方案的要求。