淺談無人機航空攝影測量學在教學中應用

楊朔 吳臻 肖明星 宋樹紅 余浪

攝影測量學是信息的獲取及對信息加工、處理的一門科學。傳統的攝影測量學是利用光學攝影機獲取像片，通過像片來研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、和相互關系的一門科學技術[1]。航空攝影測量主要包含外業與內業工作兩大部分，外業主要包括控制點測量與地物調繪;內業包含空中三角測量、正射糾正、測圖等流程[2]。目前，無人機在航空攝影測量領域發展迅速，廣泛應用于測繪、巡線等領域。我校作為貴州省高等職業院校早期開設無人機應用技術專業的高職院校，如何在實際教學中開發設計出一套適應高職學生的教學計劃及課程體系成為了重點。

1.航空攝影測量學在教學中存在的問題

攝影測量學作為高職專業無人機應用技術的專業核心課程，在教學和實踐中主要存在以下兩個問題。

1.1理論性強，內容不容易理解

攝影測量學的主要內容主要包含解析空中三角測量數字地面模型的建立以及數字攝影測量基礎等內容，需要根據共線條件方程，將具有重疊的兩張影像恢復重疊區域的三維現實[2]。其數學計算過程嚴密，對學生的數學功底要求極高，需要大量的公式推導，如內、外方位元素、像點位移、立體的前方交會、后方交會等內容，在講解這些知識點時，需要大量的數學思維和計算能力。然而在講解的過程當中，公式的推導學生容易感到枯燥乏味，進而影像學習效率。高職的學生數學功底普遍不牢，對于這一理論知識的掌握，有一定的難度。

1.2理論知識與實踐環節融合不強

傳統的地面測量是測繪行業采集收集數據的主要方式，根據時代的發展，現如今測繪行業已經從傳統的地面測量逐漸發展為攝影測量，近幾年，測繪行業對畢業生綜合能力的要求在逐年提高。根據走訪貴州省一些測繪行業及對我校無人機應用技術專業畢業生調查發現，能夠掌握攝影測量的流程，并在校學期期間，能夠掌握航空攝影測量流程，主要包含內業和外業技術，并且能夠完成較為簡單的測繪項目的畢業生比較受用人單位青睞。目前，在如今的攝影測量教學過程中大部分教師都偏愛講授理論知識，在實踐的應用環節及如何應用航測軟件進行航測的工程應用，包括數據的采集與處理講解相對較少。這對學生在理論知識與實踐過程中融合度不高，不利于學生全面掌握航空攝影測量理論知識，對學生的競爭力提高有限。隨著大部分高職院校開設無人機應用技術專業，如何用在航空攝影測量領域發揮充分無人機的作用成為教學的關鍵之處。

2. 無人機攝影測量教學體系建立與實踐

教學體系的建立是培養測繪行業工程實踐能力的重要依托，是由教學體系的目標、框架、內容、質量評價等要素組成。

2.1 教學目標

為了提高無人機應用技術專業在測繪方向的素質、能力，教學目標應達到以下目標：掌握無人機航空攝影測量的基本原理和基本方法;掌握無人機航測方案的設計;像控測量和調繪等外業工作技能;內業數據處理等技能;航測項目管理等綜合技能。

2.2 教學體系結構框架

為了適應測繪行業的當前發展，結合我校自身的教學場地條件，培養具有

內外業實踐能力、創新能力的應用型人才，我校構建了“一機二平臺三環節”的教學結構。

“一機”是以無人機作為載體，將測繪無人機融入整個教學體系中。“二平臺”是指校內和校外實踐教學平臺。校內實踐包括攝影測量建模實驗室和外業教學平臺，校外實踐平臺包含校企學習合作實習基地，主要是學生在頂崗實習的實習場所。“三環節”包括課內實訓、畢業設計和頂崗實習三個環節。

2.3 教學內容

（1）課內教學環節：該環節以課內實踐的形式傳插在課堂的理論教學中，主要的學習內容包括無人機航測設備、航空攝影測量基礎、無人機航測數據處理、無人機航測和無人機遙感技術的應用等內容。采取教師集中講解與分組指導，現場演示與戶外實地模擬測繪的教學方式，幫助學生了解無人機測繪的相關流程和應用，掌握軟件的基本功能和操作，通過數據處理進一步加深航空攝影測量技術原理，為后續的實訓打下良好的基礎。

（2）綜合技能實訓：利用4周集中實習時間，基于無人機內業數據處理、傾斜攝影三維建模技術、模擬項目生產，完成從測繪航線設計、外業測繪、像控點的布設、內業數據處理及傾斜攝影三維模型的生成的全過程。對校園區域進行航測線路規劃、參數的計算，提交設計方案。外業階段，學生自選校園的指定區域自行進行像控點的布設，進行航線規劃，利用航測無人機完成數據的采集。內業階段，學生根據外業采集的數據利用EPS軟件進行區域地形圖的繪制，利用Context Capture軟件進行航測區域的三維模型的還原。

畢業設計同樣也是綜合技能檢驗和提高的重要形式，同樣能夠提高學生的綜合實踐能力。當前，學生對攝影測量與傾斜攝影方向的畢業設計越來越感興趣，選該方向題目的同學持續增加。畢業設計可根據課題要求，通過查閱文獻、方案設計、軟件的應用，培養學生測繪工程的應用能力。

（3）頂崗實習

頂崗實習是學生深入參與無人機測繪項目與工程應用的最好機會，可將課題教學與實踐生產結合起來。通過頂崗實習“零距離”接觸，能夠將實習和設計環節的綜合實踐能力在實際工程中得到應用及檢驗，同時能夠快速提高學生的測繪工程思維。在單位實踐過程，學生感受到了企業的各項管理制度及項目管理規程，培養了學生團隊合作能力和職業素養。

2.4 教學考核與評價

考核與評價是實踐教學的重要環節。通過制定考核，既可以引導和督促學生學習，檢驗學生的學習效果，又能夠不斷修正改進現有教學過程中的不足。考核方式分為課堂教學考核與集中實踐考核。

課堂實踐考核主要包含3項，分別為學生的外業航測的基本操作技能、內業主要考察學生數據處理能力及平時表現情況，各占30%、40%、30%。對于綜合技能實訓，單獨作為一門課程進行考核，側重于無人機航測的綜合能力考察，從測量外業到內業、從技術設計到設計方案等全過程進行綜合考察與評價。綜合技能實訓以小組為單位進行考察，分為個人過程考核、項目答辯考核、實習報告的撰寫，三項各占30%、40%、30%。

3 實踐教學過程開展情況

3.1 傾斜攝影校園建模

由于上述教學體系為2020年建立，將在我校2020級高職無人機應用技術專業學生中實行，目前在我校僅在2018與2019級高職學生中實行，在兩個年級畢業設計中進行實施考核。

校園傾斜攝影三維建模基本上可以分為四大步驟。

第一步是外業數據獲取，傾斜影像數據獲取主要包括實地選址、設計航線和實施飛行。第二部是數據篩選，包含圖片篩選、影像去畸變、像控點數據檢查、圖片整理、相機參數校對等。第三步是建立工程模型。可使用三維建模軟件是Context Capture或PIX4D，它們根據預處理后的數據自動匹配特征點進行空三運算，空三運算完成后，軟件根據算法構建模型點云，將點云連接起來構成三角網，通過紋理修飾，最終得到三維模型。

3.2 建模成果生成展示

通過紋理修飾后，由于影像都有位置和方向信息，該過程可根據位置信息將對應的影像附著在三維模型表面，最后輸出紋理逼真的三維模型。如圖1和圖2所示。

4. 結語

無人機航空攝影測量時間教學具有技術要求高、綜合性及實用性強的特點。在當前無人機信息化測繪的背景下，無人機航空攝影測量技術構建實踐教學體系，突出學生工程應用能力和實踐創新能力的培養。根據目前的培養狀況，學生對無人機測繪工程的基本能力尚可。無人機攝影測量技術發展正在日趨成熟，應用領域更加廣泛，只有不斷拓展采用更多發展的空間。

參考文獻

[1]葉險峰，黃登山，劉正才 信息化測繪背景下無人機攝影測量實踐教學體系的構建[J].科技論壇，2019，03：150-151

[2]陳建軍，尤號田，付波霖 無人機在攝影測量學教學實踐中的應用探討[J]. 教育現代化，2019，03（27）：146-147

[3]梁柳鑠.傾斜攝影測量技術在三維建模中的應用[J].數字化用戶，2018，24（24）：211.

[4]劉通，黎展榮.基于無人機三維重建現狀模型的風景園林設計研究與教學探索[J].風景園林，2018，25（6）：130-134.

[5]曹琳.基于無人機傾斜攝影測量技術的三維建模及其精度分析[D].西安：西安科技大學，2016.

作者簡介：楊朔（1991—），性別：男，民族：漢，籍貫：貴州貴陽，職務：教師，學歷：碩士研究生，單位：貴州航空職業技術學院，研究方向：無人機應用技術教學