楊朔 吳臻 肖明星 宋樹紅 余浪

攝影測(cè)量學(xué)是信息的獲取及對(duì)信息加工、處理的一門科學(xué)。傳統(tǒng)的攝影測(cè)量學(xué)是利用光學(xué)攝影機(jī)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(guān)系的一門科學(xué)技術(shù)[1]。航空攝影測(cè)量主要包含外業(yè)與內(nèi)業(yè)工作兩大部分，外業(yè)主要包括控制點(diǎn)測(cè)量與地物調(diào)繪;內(nèi)業(yè)包含空中三角測(cè)量、正射糾正、測(cè)圖等流程[2]。目前，無人機(jī)在航空攝影測(cè)量領(lǐng)域發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于測(cè)繪、巡線等領(lǐng)域。我校作為貴州省高等職業(yè)院校早期開設(shè)無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的高職院校，如何在實(shí)際教學(xué)中開發(fā)設(shè)計(jì)出一套適應(yīng)高職學(xué)生的教學(xué)計(jì)劃及課程體系成為了重點(diǎn)。

1.航空攝影測(cè)量學(xué)在教學(xué)中存在的問題

攝影測(cè)量學(xué)作為高職專業(yè)無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)的專業(yè)核心課程，在教學(xué)和實(shí)踐中主要存在以下兩個(gè)問題。

1.1理論性強(qiáng)，內(nèi)容不容易理解

攝影測(cè)量學(xué)的主要內(nèi)容主要包含解析空中三角測(cè)量數(shù)字地面模型的建立以及數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量基礎(chǔ)等內(nèi)容，需要根據(jù)共線條件方程，將具有重疊的兩張影像恢復(fù)重疊區(qū)域的三維現(xiàn)實(shí)[2]。其數(shù)學(xué)計(jì)算過程嚴(yán)密，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)功底要求極高，需要大量的公式推導(dǎo)，如內(nèi)、外方位元素、像點(diǎn)位移、立體的前方交會(huì)、后方交會(huì)等內(nèi)容，在講解這些知識(shí)點(diǎn)時(shí)，需要大量的數(shù)學(xué)思維和計(jì)算能力。然而在講解的過程當(dāng)中，公式的推導(dǎo)學(xué)生容易感到枯燥乏味，進(jìn)而影像學(xué)習(xí)效率。高職的學(xué)生數(shù)學(xué)功底普遍不牢，對(duì)于這一理論知識(shí)的掌握，有一定的難度。

1.2理論知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)融合不強(qiáng)

傳統(tǒng)的地面測(cè)量是測(cè)繪行業(yè)采集收集數(shù)據(jù)的主要方式，根據(jù)時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)如今測(cè)繪行業(yè)已經(jīng)從傳統(tǒng)的地面測(cè)量逐漸發(fā)展為攝影測(cè)量，近幾年，測(cè)繪行業(yè)對(duì)畢業(yè)生綜合能力的要求在逐年提高。根據(jù)走訪貴州省一些測(cè)繪行業(yè)及對(duì)我校無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生調(diào)查發(fā)現(xiàn)，能夠掌握攝影測(cè)量的流程，并在校學(xué)期期間，能夠掌握航空攝影測(cè)量流程，主要包含內(nèi)業(yè)和外業(yè)技術(shù)，并且能夠完成較為簡(jiǎn)單的測(cè)繪項(xiàng)目的畢業(yè)生比較受用人單位青睞。目前，在如今的攝影測(cè)量教學(xué)過程中大部分教師都偏愛講授理論知識(shí)，在實(shí)踐的應(yīng)用環(huán)節(jié)及如何應(yīng)用航測(cè)軟件進(jìn)行航測(cè)的工程應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)的采集與處理講解相對(duì)較少。這對(duì)學(xué)生在理論知識(shí)與實(shí)踐過程中融合度不高，不利于學(xué)生全面掌握航空攝影測(cè)量理論知識(shí)，對(duì)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)力提高有限。隨著大部分高職院校開設(shè)無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)，如何用在航空攝影測(cè)量領(lǐng)域發(fā)揮充分無人機(jī)的作用成為教學(xué)的關(guān)鍵之處。

2. 無人機(jī)攝影測(cè)量教學(xué)體系建立與實(shí)踐

教學(xué)體系的建立是培養(yǎng)測(cè)繪行業(yè)工程實(shí)踐能力的重要依托，是由教學(xué)體系的目標(biāo)、框架、內(nèi)容、質(zhì)量評(píng)價(jià)等要素組成。

2.1 教學(xué)目標(biāo)

為了提高無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)在測(cè)繪方向的素質(zhì)、能力，教學(xué)目標(biāo)應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)：掌握無人機(jī)航空攝影測(cè)量的基本原理和基本方法;掌握無人機(jī)航測(cè)方案的設(shè)計(jì);像控測(cè)量和調(diào)繪等外業(yè)工作技能;內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理等技能;航測(cè)項(xiàng)目管理等綜合技能。

2.2 教學(xué)體系結(jié)構(gòu)框架

為了適應(yīng)測(cè)繪行業(yè)的當(dāng)前發(fā)展，結(jié)合我校自身的教學(xué)場(chǎng)地條件，培養(yǎng)具有

內(nèi)外業(yè)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，我校構(gòu)建了“一機(jī)二平臺(tái)三環(huán)節(jié)”的教學(xué)結(jié)構(gòu)。

“一機(jī)”是以無人機(jī)作為載體，將測(cè)繪無人機(jī)融入整個(gè)教學(xué)體系中?！岸脚_(tái)”是指校內(nèi)和校外實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。校內(nèi)實(shí)踐包括攝影測(cè)量建模實(shí)驗(yàn)室和外業(yè)教學(xué)平臺(tái)，校外實(shí)踐平臺(tái)包含校企學(xué)習(xí)合作實(shí)習(xí)基地，主要是學(xué)生在頂崗實(shí)習(xí)的實(shí)習(xí)場(chǎng)所?！叭h(huán)節(jié)”包括課內(nèi)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和頂崗實(shí)習(xí)三個(gè)環(huán)節(jié)。

2.3 教學(xué)內(nèi)容

（1）課內(nèi)教學(xué)環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)以課內(nèi)實(shí)踐的形式傳插在課堂的理論教學(xué)中，主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容包括無人機(jī)航測(cè)設(shè)備、航空攝影測(cè)量基礎(chǔ)、無人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)處理、無人機(jī)航測(cè)和無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用等內(nèi)容。采取教師集中講解與分組指導(dǎo)，現(xiàn)場(chǎng)演示與戶外實(shí)地模擬測(cè)繪的教學(xué)方式，幫助學(xué)生了解無人機(jī)測(cè)繪的相關(guān)流程和應(yīng)用，掌握軟件的基本功能和操作，通過數(shù)據(jù)處理進(jìn)一步加深航空攝影測(cè)量技術(shù)原理，為后續(xù)的實(shí)訓(xùn)打下良好的基礎(chǔ)。

（2）綜合技能實(shí)訓(xùn)：利用4周集中實(shí)習(xí)時(shí)間，基于無人機(jī)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、傾斜攝影三維建模技術(shù)、模擬項(xiàng)目生產(chǎn)，完成從測(cè)繪航線設(shè)計(jì)、外業(yè)測(cè)繪、像控點(diǎn)的布設(shè)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及傾斜攝影三維模型的生成的全過程。對(duì)校園區(qū)域進(jìn)行航測(cè)線路規(guī)劃、參數(shù)的計(jì)算，提交設(shè)計(jì)方案。外業(yè)階段，學(xué)生自選校園的指定區(qū)域自行進(jìn)行像控點(diǎn)的布設(shè)，進(jìn)行航線規(guī)劃，利用航測(cè)無人機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集。內(nèi)業(yè)階段，學(xué)生根據(jù)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)利用EPS軟件進(jìn)行區(qū)域地形圖的繪制，利用Context Capture軟件進(jìn)行航測(cè)區(qū)域的三維模型的還原。

畢業(yè)設(shè)計(jì)同樣也是綜合技能檢驗(yàn)和提高的重要形式，同樣能夠提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。當(dāng)前，學(xué)生對(duì)攝影測(cè)量與傾斜攝影方向的畢業(yè)設(shè)計(jì)越來越感興趣，選該方向題目的同學(xué)持續(xù)增加。畢業(yè)設(shè)計(jì)可根據(jù)課題要求，通過查閱文獻(xiàn)、方案設(shè)計(jì)、軟件的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生測(cè)繪工程的應(yīng)用能力。

（3）頂崗實(shí)習(xí)

頂崗實(shí)習(xí)是學(xué)生深入?yún)⑴c無人機(jī)測(cè)繪項(xiàng)目與工程應(yīng)用的最好機(jī)會(huì)，可將課題教學(xué)與實(shí)踐生產(chǎn)結(jié)合起來。通過頂崗實(shí)習(xí)“零距離”接觸，能夠?qū)?shí)習(xí)和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的綜合實(shí)踐能力在實(shí)際工程中得到應(yīng)用及檢驗(yàn)，同時(shí)能夠快速提高學(xué)生的測(cè)繪工程思維。在單位實(shí)踐過程，學(xué)生感受到了企業(yè)的各項(xiàng)管理制度及項(xiàng)目管理規(guī)程，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力和職業(yè)素養(yǎng)。

2.4 教學(xué)考核與評(píng)價(jià)

考核與評(píng)價(jià)是實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。通過制定考核，既可以引導(dǎo)和督促學(xué)生學(xué)習(xí)，檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，又能夠不斷修正改進(jìn)現(xiàn)有教學(xué)過程中的不足?？己朔绞椒譃檎n堂教學(xué)考核與集中實(shí)踐考核。

課堂實(shí)踐考核主要包含3項(xiàng)，分別為學(xué)生的外業(yè)航測(cè)的基本操作技能、內(nèi)業(yè)主要考察學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力及平時(shí)表現(xiàn)情況，各占30%、40%、30%。對(duì)于綜合技能實(shí)訓(xùn)，單獨(dú)作為一門課程進(jìn)行考核，側(cè)重于無人機(jī)航測(cè)的綜合能力考察，從測(cè)量外業(yè)到內(nèi)業(yè)、從技術(shù)設(shè)計(jì)到設(shè)計(jì)方案等全過程進(jìn)行綜合考察與評(píng)價(jià)。綜合技能實(shí)訓(xùn)以小組為單位進(jìn)行考察，分為個(gè)人過程考核、項(xiàng)目答辯考核、實(shí)習(xí)報(bào)告的撰寫，三項(xiàng)各占30%、40%、30%。

3 實(shí)踐教學(xué)過程開展情況

3.1 傾斜攝影校園建模

由于上述教學(xué)體系為2020年建立，將在我校2020級(jí)高職無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)學(xué)生中實(shí)行，目前在我校僅在2018與2019級(jí)高職學(xué)生中實(shí)行，在兩個(gè)年級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行實(shí)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(yè)數(shù)據(jù)獲取，傾斜影像數(shù)據(jù)獲取主要包括實(shí)地選址、設(shè)計(jì)航線和實(shí)施飛行。第二部是數(shù)據(jù)篩選，包含圖片篩選、影像去畸變、像控點(diǎn)數(shù)據(jù)檢查、圖片整理、相機(jī)參數(shù)校對(duì)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(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配特征點(diǎn)進(jìn)行空三運(yùn)算，空三運(yùn)算完成后，軟件根據(jù)算法構(gòu)建模型點(diǎn)云，將點(diǎn)云連接起來構(gòu)成三角網(wǎng)，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(jù)位置信息將對(duì)應(yīng)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(jié)語

無人機(jī)航空攝影測(cè)量時(shí)間教學(xué)具有技術(shù)要求高、綜合性及實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。在當(dāng)前無人機(jī)信息化測(cè)繪的背景下，無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系，突出學(xué)生工程應(yīng)用能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。根據(jù)目前的培養(yǎng)狀況，學(xué)生對(duì)無人機(jī)測(cè)繪工程的基本能力尚可。無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展正在日趨成熟，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，只有不斷拓展采用更多發(fā)展的空間。

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作者簡(jiǎn)介：楊朔（1991—），性別：男，民族：漢，籍貫：貴州貴陽，職務(wù)：教師，學(xué)歷：碩士研究生，單位：貴州航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)教學(xué)