基于OBE的無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)探討

劉 軍 張曉博 王秋玲 王 鶴

（1.防災(zāi)科技學(xué)院生態(tài)環(huán)境學(xué)院，河北 廊坊 065201；2.防災(zāi)科技學(xué)院地球科學(xué)學(xué)院，河北 廊坊 065201）

0 引言

信息化測(cè)繪是測(cè)繪地理信息行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。攝影測(cè)量學(xué)是通過影像研究信息的獲取、處理、提取和成果表達(dá)的一門信息科學(xué)。攝影測(cè)量學(xué)課程是測(cè)繪工程、遙感科學(xué)與技術(shù)以及地理空間信息工程等測(cè)繪類本科生的一門核心課程。攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)是學(xué)生能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。受飛機(jī)平臺(tái)、航空攝影儀（或數(shù)碼相機(jī)）、安全因素、實(shí)習(xí)場(chǎng)地匱乏等因素的影響，傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量在攝影測(cè)量教學(xué)中不具備應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)性，無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展特別是無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一問題。

隨著無(wú)人機(jī)與數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)為信息化攝影測(cè)量的實(shí)踐教學(xué)提供了有利條件。無(wú)人機(jī)航測(cè)具有機(jī)動(dòng)靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，能夠快速獲取小范圍和地形復(fù)雜區(qū)域的高分辨率影像，在小范圍大比例尺地形圖修補(bǔ)測(cè)、城市三維建模、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、房地一體化等領(lǐng)域具有廣闊前景。生產(chǎn)單位已具備從外業(yè)數(shù)據(jù)獲取到內(nèi)業(yè)數(shù)字產(chǎn)品生產(chǎn)的全流程作業(yè)模式，攝影測(cè)量也由一般測(cè)繪單位“難以企及”走向了“大眾化”，測(cè)繪行業(yè)和生產(chǎn)單位對(duì)這類人才的需求也在日益增加。

因此，在信息化測(cè)繪背景下，本文結(jié)合防災(zāi)科技學(xué)院測(cè)繪工程本科專業(yè)的攝影測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)情況，將無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到攝影測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)中，基于OBE理念，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)效果、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，探討設(shè)計(jì)基于無(wú)人機(jī)的攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)方案，建立多元化無(wú)人機(jī)實(shí)踐教學(xué)考核方法，以滿足社會(huì)用人單位對(duì)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量人才的需求。

1 無(wú)人機(jī)輔助攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)的必要性

近年來，民用無(wú)人機(jī)性能穩(wěn)定操作便捷，多所高校相繼在數(shù)字測(cè)圖、攝影測(cè)量等課程中引入無(wú)人機(jī)，拓展實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。王麗美等人基于小型測(cè)量無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，探索了信息化測(cè)繪時(shí)代攝影測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建，并依托實(shí)驗(yàn)室課題、校企合作基地以及社會(huì)服務(wù)項(xiàng)目設(shè)置了具體實(shí)驗(yàn)方案和內(nèi)容，驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)航測(cè)應(yīng)用到攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)中的必要性和可行性。王星捷自主設(shè)計(jì)研發(fā)了教學(xué)測(cè)量無(wú)人機(jī)，對(duì)航空攝影測(cè)量、空三測(cè)量等教學(xué)測(cè)量試驗(yàn)進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明滿足測(cè)量規(guī)范要求，有效解決了無(wú)人機(jī)測(cè)量在教學(xué)上的應(yīng)用，為無(wú)人機(jī)教學(xué)測(cè)量設(shè)備和試驗(yàn)教學(xué)的研究提供了技術(shù)參考。陳建軍等人將無(wú)人機(jī)技術(shù)引入攝影測(cè)量學(xué)課程中，精選具體的項(xiàng)目案例，并通過室外實(shí)踐，讓學(xué)生們掌握無(wú)人機(jī)操作及項(xiàng)目實(shí)施流程，激發(fā)了學(xué)生的興趣，提高了學(xué)生利用新興技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。此外，葉險(xiǎn)峰等人緊跟信息化測(cè)繪人才的培養(yǎng)需求，對(duì)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建原則、體系設(shè)計(jì)和實(shí)施保障等方面進(jìn)行了探索與實(shí)踐，證明了方案的可行性。

因此，在信息化測(cè)繪背景下，將無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到攝影測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)中是非常必要且完全可行的，一方面，在豐富課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，既能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又能夠提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力；另一方面，根據(jù)近幾年就業(yè)單位和畢業(yè)生的反饋信息了解到，熟練掌握航測(cè)流程的畢業(yè)生更能夠滿足用人單位和當(dāng)今社會(huì)發(fā)展對(duì)測(cè)繪人才的需求。

2 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容

OBE教育模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果和社會(huì)需求為驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而反向設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。為此，實(shí)踐教學(xué)要堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生能力和滿足企業(yè)需求為導(dǎo)向，結(jié)合工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)真聽取企業(yè)單位對(duì)學(xué)生能力的需求建議，重新研究修訂了攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)大綱，補(bǔ)充無(wú)人機(jī)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)合理的無(wú)人機(jī)輔助的攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)流程，切實(shí)提升實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量。

實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是開展實(shí)踐活動(dòng)的基礎(chǔ)，基于OBE模式，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量實(shí)驗(yàn)室建立了與企業(yè)需求相適應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室擁有多旋翼無(wú)人機(jī)及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件（Pix4DMapper、VirtuoZo等），其中多旋翼無(wú)人機(jī)如下：

（1）大疆Phantom 4 Pro V2.0（見圖1），該無(wú)人機(jī)屬于消費(fèi)級(jí)航拍無(wú)人機(jī)，價(jià)格低廉，續(xù)航時(shí)間達(dá)30min，搭載1英寸2 000萬(wàn)像素的CMOS傳感器。

圖1 大疆Phantom 4 Pro V2.0

（2）大疆Phantom 4 RTK（見圖2），該無(wú)人機(jī)標(biāo)配機(jī)載D-RTK，配合千尋網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)或高精度GNSS移動(dòng)站使用，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位。同時(shí)支持原始衛(wèi)星觀測(cè)值及曝光事件數(shù)據(jù)記錄，可用于動(dòng)態(tài)后處理（PPK，Post-Processed Kinematic）差分解算。具有TimeSync系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)飛控、相機(jī)與RTK的時(shí)鐘系統(tǒng)微秒級(jí)同步。搭載1英寸2 000萬(wàn)像素的CMOS傳感器。

圖2 大疆Phantom 4 RTK

3 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施

基于OBE模式，依托實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，讓學(xué)生完成無(wú)人機(jī)航線設(shè)計(jì)、像控點(diǎn)布設(shè)、數(shù)據(jù)獲取與檢查、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與數(shù)字產(chǎn)品制作等整個(gè)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量過程，培養(yǎng)學(xué)生操控?zé)o人機(jī)和進(jìn)行攝影測(cè)量實(shí)際生產(chǎn)的能力。具體實(shí)施路線如圖3所示。

圖3 無(wú)人機(jī)輔助的攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)流程

4 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)考核

客觀、公正地評(píng)定實(shí)習(xí)成績(jī)將會(huì)激發(fā)學(xué)生實(shí)習(xí)的積極主動(dòng)性與創(chuàng)造性，反之就會(huì)影響實(shí)習(xí)效果。目前攝影測(cè)量生產(chǎn)實(shí)習(xí)主要根據(jù)學(xué)生的實(shí)習(xí)期間表現(xiàn)（如出勤率、實(shí)習(xí)態(tài)度等）、實(shí)習(xí)成果（數(shù)字產(chǎn)品是否符合規(guī)范要求）、實(shí)習(xí)報(bào)告（包括編寫格式和內(nèi)容是否符合要求，分析問題、解決問題的能力等）3個(gè)方面進(jìn)行考核。以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向的考核模式應(yīng)注重在實(shí)踐教學(xué)全過程中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生綜合能力的考核。在將無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)引入到攝影測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)后，要結(jié)合無(wú)人機(jī)測(cè)繪作業(yè)流程，綜合航測(cè)方案設(shè)計(jì)（航線設(shè)計(jì)、像控布設(shè)方案）、無(wú)人機(jī)影像獲取、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及數(shù)字產(chǎn)品制作等環(huán)節(jié)，建立了一種多元化實(shí)踐考核評(píng)價(jià)體系，分別從方案設(shè)計(jì)答辯（30%）、過程（包括低空無(wú)人機(jī)影像采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)字產(chǎn)品制作）考核（40%）以及實(shí)習(xí)報(bào)告（30%）3個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)全過程考核，激發(fā)學(xué)生潛能，培養(yǎng)學(xué)生自主運(yùn)用綜合知識(shí)，解決復(fù)雜實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力。

5 結(jié)語(yǔ)

依托小型無(wú)人機(jī)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，突破了傳統(tǒng)攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中安全性低、成本高、場(chǎng)地條件要求苛刻等限制，摸索并總結(jié)出了一套基于OBE理念的無(wú)人機(jī)輔助的攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)流程，具體包括無(wú)人機(jī)航線設(shè)計(jì)、像控點(diǎn)布設(shè)、數(shù)據(jù)獲取與檢查、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與數(shù)字產(chǎn)品制作等環(huán)節(jié)；建立了一種注重考核實(shí)踐教學(xué)全過程的多元化攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系，學(xué)生可快速掌握無(wú)人機(jī)航測(cè)的基本原理和過程，增加對(duì)內(nèi)、外業(yè)工作的理解，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生潛能，增強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)，達(dá)到了改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，為培養(yǎng)更加滿足社會(huì)需求的新型測(cè)繪工程人才奠定基礎(chǔ)。