無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在“旅游規(guī)劃”課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

(北京第二外國(guó)語(yǔ)學(xué)院旅游管理學(xué)院，北京 100024)

遙感技術(shù)以宏觀(guān)、綜合、快速、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)為地球資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與研究提供了先進(jìn)的探測(cè)與研究手段[1]。但傳統(tǒng)遙感技術(shù)存在運(yùn)行作業(yè)成本高、操作困難、起降不方便、安全性低、時(shí)效性差、較易受天氣影響等缺點(diǎn)[2]。相比之下，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具有更高的時(shí)間與空間分辨率，其遙感影像可達(dá)到厘米級(jí)；無(wú)人機(jī)拍攝不易受云層和天氣影響，可獲得無(wú)陰影圖像；成本更低，靈活性更強(qiáng)[3]。

作為一門(mén)綜合性強(qiáng)、實(shí)踐依賴(lài)程度大、技術(shù)含量高的課程，“旅游規(guī)劃”課程教學(xué)主要是按照傳統(tǒng)旅游規(guī)劃技術(shù)流程，完成地物信息的獲取、旅游資源的調(diào)查與分類(lèi)、空間規(guī)劃以及旅游產(chǎn)品的策劃展示等，這一切內(nèi)容的完成都需要到現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展全域踏查，并結(jié)合3S分析技術(shù)以及AutoCAD、Photoshop、3dsMax、Sketchup等軟件進(jìn)行規(guī)劃圖件的制作。由于學(xué)時(shí)有限，教師無(wú)法在較短的學(xué)時(shí)里將所有涉及到的分析工具與軟件的操作方法教授給學(xué)生。因此，“旅游規(guī)劃”課程實(shí)踐教學(xué)急需開(kāi)發(fā)一套適合于短期教學(xué)的空間分析技術(shù)及制圖工具。隨著科技的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展日新月異，為“旅游規(guī)劃”課程實(shí)踐教學(xué)帶來(lái)了新的形式。

一、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于“旅游規(guī)劃”課程實(shí)踐教學(xué)發(fā)揮的作用

由于無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)高度集成、簡(jiǎn)單易懂，可以在旅游資源的調(diào)查與分類(lèi)、旅游空間布局和功能分區(qū)、景區(qū)規(guī)劃成果的立體展示等教學(xué)環(huán)節(jié)發(fā)揮獨(dú)特作用，并能快速解決教學(xué)過(guò)程中實(shí)際操作的難點(diǎn)問(wèn)題。

首先，在“旅游規(guī)劃”課程實(shí)踐教學(xué)中，教師可以利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)獲取地面正射影像，并結(jié)合不同旅游資源的圖像特征，運(yùn)用基于對(duì)象的影像分類(lèi)技術(shù)，對(duì)地物進(jìn)行分類(lèi)，以獲得高精度土地利用現(xiàn)狀圖和旅游資源分布圖，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)旅游功能分區(qū)。其次，在旅游規(guī)劃成果展示階段，教師可以利用無(wú)人機(jī)遙感的圖像處理技術(shù)，在景區(qū)內(nèi)設(shè)置若干空中觀(guān)察點(diǎn)并制作相應(yīng)的全景影像，學(xué)生結(jié)合熱點(diǎn)設(shè)計(jì)，將含有文字、地面圖片以及視頻的景點(diǎn)介紹納入到全景展示系統(tǒng)之中，形成720度的全景產(chǎn)品。

二、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于“旅游規(guī)劃”課程實(shí)踐教學(xué)的配套措施

(一)結(jié)合課程實(shí)際需求確定無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的教學(xué)目標(biāo)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)分為數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處理兩大部分。隨著科技的飛速發(fā)展，以往復(fù)雜的無(wú)人機(jī)飛行變得越來(lái)越智能化，在數(shù)據(jù)獲取階段，學(xué)生只需掌握無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃和簡(jiǎn)單的飛行技術(shù)即可。因此，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)際需求，將無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的教學(xué)目標(biāo)確定為：學(xué)生可以獨(dú)立而高效地獲取無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)，并能夠?qū)b感數(shù)據(jù)進(jìn)行加工與分析。

(二)對(duì)課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)

首先，教師定好遙感面積與目標(biāo)分辨率后，要求學(xué)生能夠獨(dú)立進(jìn)行航線(xiàn)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飛行與數(shù)據(jù)的獲取。其次，在數(shù)據(jù)處理階段，教師應(yīng)重點(diǎn)要求學(xué)生掌握?qǐng)D像拼接、遙感分類(lèi)與地理信息分析方法。

筆者將課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，包含了無(wú)人機(jī)遙感概論、無(wú)人機(jī)基本操作規(guī)范、無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃、自動(dòng)飛行技術(shù)、無(wú)人機(jī)快速制圖技術(shù)(720度全景/數(shù)字正射模型(DOM)/數(shù)字高程模型(DEM)/三維重建)與無(wú)人機(jī)遙感圖像解譯等模塊。這些模塊覆蓋了“旅游規(guī)劃”課程實(shí)踐教學(xué)中旅游資源調(diào)查與分類(lèi)、旅游空間布局與功能分區(qū)、景區(qū)規(guī)劃成果立體展示等內(nèi)容。具體授課形式和學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表1。

表1 “旅游規(guī)劃”課程模塊化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及其學(xué)時(shí)分配 小時(shí)

其中，“無(wú)人機(jī)遙感概論”主要講授無(wú)人機(jī)遙感的歷史沿革、最新研究成果與應(yīng)用進(jìn)展，介紹當(dāng)前不同類(lèi)型無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)以及不同類(lèi)型機(jī)載傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景?！盁o(wú)人機(jī)基本操作規(guī)范”主要講授飛行器飛行原理、遙控器的使用、四邊飛行、自動(dòng)航線(xiàn)規(guī)劃、特情處理等方法?！盁o(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃與自動(dòng)飛行技術(shù)”主要講授如何通過(guò)無(wú)人機(jī)地面站對(duì)航線(xiàn)和拍攝模式進(jìn)行設(shè)置，從而獲取滿(mǎn)足旅游規(guī)劃要求的數(shù)字正射影像?！?20度全景攝影”介紹的是通過(guò)實(shí)地飛行來(lái)獲取影像素材，經(jīng)過(guò)后期的軟件處理，生產(chǎn)出720度全景產(chǎn)品，同時(shí)結(jié)合旅游專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，設(shè)置旅游熱點(diǎn)區(qū)域介紹，并將若干個(gè)全景產(chǎn)品進(jìn)行鏈接處理，從而構(gòu)建出景區(qū)全景展示體系?！盁o(wú)人機(jī)DOM/DEM產(chǎn)品生產(chǎn)”主要講授A(yíng)gisoft軟件對(duì)獲取的正射影像進(jìn)行位置排列，生成密集點(diǎn)云和紋理，使學(xué)生掌握不同參數(shù)設(shè)置對(duì)最后產(chǎn)品分辨率以及精度的影響?！盁o(wú)人機(jī)三維建模技術(shù)”主要講解如何使用DOM與DEM模型進(jìn)行地形地物三維重建?！斑b感圖像解譯”講授基于像素與對(duì)象的兩大分類(lèi)方法以及相應(yīng)的軟件操作方法，最后，將兩種方法得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

(三)實(shí)施案例教學(xué)法

“旅游規(guī)劃”課程是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的講授，使學(xué)生掌握先進(jìn)的旅游資源調(diào)查技術(shù)方法，因此課程教學(xué)要求學(xué)生除了要具備一定的理論知識(shí)外，還需要有大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)予以支持。因此，筆者在教學(xué)中實(shí)施了案例教學(xué)法，結(jié)合具體景區(qū)實(shí)地勘察，讓學(xué)生直觀(guān)掌握無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，并將其應(yīng)用到旅游規(guī)劃的基礎(chǔ)規(guī)劃分析中。案例教學(xué)法有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，最大限度地挖掘?qū)W生的潛力。但實(shí)施案例教學(xué)需要注意的是選擇的實(shí)踐景區(qū)必須要具有全流程特征，即一個(gè)案例應(yīng)體現(xiàn)出利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)獲取數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)分析的全部工作的流程和要素。

(四)搭建課程學(xué)習(xí)交流平臺(tái)

任課教師應(yīng)開(kāi)設(shè)微信公眾號(hào)，將課程教學(xué)內(nèi)容分階段上傳到網(wǎng)絡(luò)，便于學(xué)生課后查閱、學(xué)習(xí)。同時(shí)教師應(yīng)建立課程的微信群，便于教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間進(jìn)行技術(shù)交流和信息共享。此外，教師還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生將自己制作的學(xué)習(xí)成果在社交媒體上進(jìn)行展示，因?yàn)橥獠康目隙ê唾澰S不僅能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，還能增強(qiáng)學(xué)生的自信心，從而吸引更多的旅游管理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生加入到無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的學(xué)習(xí)中來(lái)。

(五)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核與評(píng)價(jià)

“旅游規(guī)劃”課程實(shí)踐教學(xué)結(jié)束后，教師應(yīng)組織學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成從無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)獲取到影像解譯的全過(guò)程，將其作為課程考核內(nèi)容。通過(guò)課程考核，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)知識(shí)和技能的盲點(diǎn)，從而進(jìn)行查漏補(bǔ)缺。課程考核結(jié)束后還應(yīng)進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)，讓學(xué)生和教師一起對(duì)教學(xué)實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，以進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和效果。原則上，每一個(gè)學(xué)生都應(yīng)該獨(dú)立進(jìn)行考核，但是在實(shí)際操作過(guò)程中，考慮到時(shí)間和效率問(wèn)題，也可以采取分組考核的方式。

三、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于“旅游規(guī)劃”課程實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際操作

(一)選擇適合教學(xué)的地點(diǎn)

“旅游規(guī)劃”課程應(yīng)選擇在淺山區(qū)開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐，因?yàn)闇\山區(qū)地形相對(duì)開(kāi)闊，較之平原區(qū)，地貌類(lèi)型更加豐富，有利于學(xué)生進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行實(shí)踐及遙感分類(lèi)試驗(yàn)。

(二)確定適合授課使用的無(wú)人機(jī)機(jī)型

目前，成熟的無(wú)人機(jī)機(jī)型分為固定翼、多旋翼和混合翼3種。其中，固定翼無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力最強(qiáng)，但是對(duì)于起降場(chǎng)地和操控者的技術(shù)要求較高，操控者通常需要經(jīng)過(guò)幾十天的操作培訓(xùn)，才能勝任工作。多旋翼無(wú)人機(jī)續(xù)航能力較弱，但是對(duì)起降場(chǎng)地和操控者的技術(shù)要求較低?；旌弦頍o(wú)人機(jī)兼具固定翼和多旋翼的優(yōu)勢(shì)，但購(gòu)置成本較高。通過(guò)對(duì)使用成本、操控復(fù)雜程度和山地森林景區(qū)特點(diǎn)的綜合考慮，筆者選擇多旋翼無(wú)人機(jī)作為授課時(shí)使用的機(jī)型。

(三)確定開(kāi)展無(wú)人機(jī)飛行實(shí)踐的模式

在進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行實(shí)踐教學(xué)時(shí)，筆者將學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)踐操作，每組之間要有一定的安全距離，以避免發(fā)生碰撞事故。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，由于無(wú)人機(jī)拍攝數(shù)據(jù)量較大，需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間，教師可以利用該時(shí)間讓學(xué)生對(duì)無(wú)人機(jī)操作進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練。需要注意的是，山地森林景區(qū)規(guī)劃的工作環(huán)境比較復(fù)雜，需要著重對(duì)學(xué)生進(jìn)行飛行安全方面的教育，同時(shí)，讓學(xué)生掌握航線(xiàn)角度、相機(jī)角度、飛行速度、影像重疊率等重要參數(shù)設(shè)定的原則。

在進(jìn)行無(wú)人機(jī)自動(dòng)航線(xiàn)飛行實(shí)踐過(guò)程中，選取的樣區(qū)面積不宜過(guò)大，影像的航向重疊率和旁向重疊率可以分別設(shè)置為60%與70%，以能夠放置3條平行航線(xiàn)為宜。這樣設(shè)置的目的在于既能獲取足夠的重疊度以滿(mǎn)足后期拼接的要求，又沒(méi)有過(guò)多的影像。

目前，“一站多機(jī)”即一個(gè)地面站控制多個(gè)無(wú)人機(jī)同時(shí)開(kāi)展自動(dòng)航線(xiàn)飛行的航測(cè)模式已經(jīng)初露頭角，與傳統(tǒng)的“一站一機(jī)”模式相比，“一站多機(jī)”大幅度提高了工作效率，在有條件的情況下，可以嘗試開(kāi)展該模式的教學(xué)。

(四)明確無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)處理的要求

在對(duì)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)處理階段，需要用到圖像拼接、圖像處理、遙感分類(lèi)、地理信息系統(tǒng)等不同軟件。學(xué)生需要明確每種軟件所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理內(nèi)容。對(duì)于旅游管理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，精通這些專(zhuān)業(yè)軟件的計(jì)算原理有些勉為其難，也無(wú)必要。因此，筆者針對(duì)數(shù)據(jù)處理中每一個(gè)階段的具體情況，讓學(xué)生掌握軟件輸出流程中的每一步具體操作過(guò)程即可。以遙感影像解譯處理為例，當(dāng)前主流的兩種目視解譯方式為基于像素的分類(lèi)與基于對(duì)象的分類(lèi)。由于無(wú)人機(jī)遙感的圖像分辨率很高，能夠很好地將地面物體(對(duì)象)輪廓區(qū)分出來(lái)，相對(duì)于傳統(tǒng)的基于像素的分類(lèi)方法，基于對(duì)象的分類(lèi)方法具有較高的解譯精度，但是基于對(duì)象的分類(lèi)方法計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜。考慮到旅游管理專(zhuān)業(yè)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，筆者嘗試用淺顯易懂的語(yǔ)言將兩種方法的區(qū)別講授清楚，使學(xué)生盡快掌握解譯方法。在軟件操作的實(shí)踐中，教師應(yīng)先把整體計(jì)算邏輯和步驟講授清楚，在講授每一個(gè)計(jì)算過(guò)程的同時(shí)，進(jìn)行軟件操作，著重介紹軟件中的參數(shù)設(shè)置，至于計(jì)算本身的原理公式等則不用過(guò)多介紹。

(五)規(guī)定實(shí)踐教學(xué)成果的輸出形式

教學(xué)成果的輸出形式主要體現(xiàn)在旅游資源分類(lèi)、旅游功能分區(qū)以及規(guī)劃成果展示等方面。通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)完整的操作流程，可以對(duì)地物信息進(jìn)行獲取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)旅游資源分類(lèi)；在地物識(shí)別與資源評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，可以刻畫(huà)出基本的旅游功能分區(qū)，為下一步規(guī)劃旅游線(xiàn)路、旅游小品、旅游景點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。最后可以對(duì)旅游規(guī)劃成果進(jìn)行720度全景展示。

四、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于“旅游規(guī)劃”課程實(shí)踐教學(xué)的效果

(一)提升了學(xué)生在旅游規(guī)劃方面的綜合能力

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)將會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用到“旅游規(guī)劃”課程的實(shí)踐教學(xué)中。無(wú)人機(jī)飛行、遙感數(shù)據(jù)處理、地理信息系統(tǒng)等多學(xué)科知識(shí)能夠提升學(xué)生在旅游規(guī)劃方面的綜合能力，讓無(wú)人機(jī)成為旅游景區(qū)規(guī)劃中的一把利器。

(二)增強(qiáng)了課程教學(xué)效果

在無(wú)人機(jī)遙感教學(xué)實(shí)踐中，教師在教學(xué)前應(yīng)先向?qū)W生展示預(yù)期成果，通過(guò)可視化的無(wú)人機(jī)航拍影像和三維重建模型有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使學(xué)生掌握了無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)獲取與簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)加工分析方法，相對(duì)于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，提升了教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效率。