無人機(jī)航測多元化教學(xué)模式研究

韓 惠 楊樹文 張志華 郭 楠

蘭州交通大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院 甘肅蘭州 730070

無人機(jī)以其成本低、機(jī)動靈活、功能多樣等特點(diǎn)逐步成為衛(wèi)星遙感、有人機(jī)遙感和地面遙感的有效補(bǔ)充手段，給遙感應(yīng)用注入了新鮮血液[1-3]。特別是在攝影測量方面，低空無人機(jī)攝影測量技術(shù)已經(jīng)在航空攝影測量系統(tǒng)中占有一定的地位，填補(bǔ)了攝影測量技術(shù)在近地面良好搭載平臺空缺的現(xiàn)狀，完善了整個(gè)航空攝影測量搭載平臺體系[4]。

在無人機(jī)應(yīng)用如火如荼開展的同時(shí)，高校相關(guān)專業(yè)(遙感科學(xué)與技術(shù)、測繪工程、地理信息科學(xué)等)有必要將其作為教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行推廣，以此提高學(xué)生的知識素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)、應(yīng)對社會需求的能力。

1 多元化教學(xué)模式

本文以蘭州交通大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院為例，對無人機(jī)航測多元化教學(xué)模式進(jìn)行總結(jié)分析，歸納為以下幾點(diǎn)。

1.1 不斷完善實(shí)驗(yàn)條件

學(xué)院從2015年開始先后購買了3架無人機(jī)用于實(shí)踐教學(xué)，從硬件方面滿足了無人機(jī)航測教學(xué)的基本要求。其中有2臺為消費(fèi)級無人機(jī)，1臺為具有POS系統(tǒng)并且搭載全景相機(jī)的民用無人機(jī)，具體參數(shù)見表1。此外，學(xué)院擁有多臺全站儀和GPS-RTK，為無人機(jī)航測的地面控制測量提供了保障。

表1 無人機(jī)相關(guān)參數(shù)

相關(guān)教師積極參加國內(nèi)有關(guān)無人機(jī)航測的培訓(xùn)和會議，例如參加“無人機(jī)遙感應(yīng)用與信息化處理高級技術(shù)培訓(xùn)班”“全國傾斜攝影技術(shù)聯(lián)盟百城巡展”等，掌握了無人機(jī)航測的操作流程，積累了無人機(jī)航測的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

1.2 成立“無人機(jī)協(xié)會”

蘭州交通大學(xué)無人機(jī)協(xié)會成立于2016年5月，擁有會員80名，為學(xué)校的無人機(jī)愛好者提供一個(gè)交流學(xué)習(xí)的平臺。該協(xié)會具有培養(yǎng)無人機(jī)飛手和多機(jī)聯(lián)合航拍的能力，為學(xué)校的多種慶典活動拍攝視頻、組織航模飛行表演。目前該協(xié)會主要專注于無人機(jī)航測，同時(shí)也開展了無人機(jī)定位差分、航片信息提取等方面的實(shí)驗(yàn)。

1.3 開展實(shí)踐教學(xué)

數(shù)字?jǐn)z影測量是我院本科專業(yè)的專業(yè)必修課程，相關(guān)課程還有攝影測量學(xué)、航空與航天攝影及測量學(xué)。無人機(jī)航測對這些理論課程具有很好的補(bǔ)充和提升作用，能夠鍛煉學(xué)生運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，從而達(dá)到提升學(xué)生學(xué)習(xí)適應(yīng)性的教學(xué)目的。

2016年7月，組織本科生進(jìn)行了無人機(jī)航測的嘗試性實(shí)習(xí)，邀請無人機(jī)公司的技術(shù)人員用最新款的固定翼無人飛機(jī)進(jìn)行航測。在這次實(shí)習(xí)中，學(xué)生積極性很高，促進(jìn)了無人機(jī)航測實(shí)踐課程的正式開展。

2017年7月，在數(shù)字?jǐn)z影測量實(shí)踐課程中安排了無人機(jī)航測的實(shí)踐環(huán)節(jié)[5-8]。根據(jù)航測作業(yè)流程，將實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)為兩部分：無人機(jī)航測外業(yè)和航測內(nèi)業(yè)。

(1)無人機(jī)航測外業(yè)包括航測方案設(shè)計(jì)、航拍、像控點(diǎn)的布設(shè)、像控點(diǎn)的聯(lián)測、像片解譯與調(diào)繪等。

(2)無人機(jī)航測內(nèi)業(yè)包括影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、資料整理、空中三角測量和DEM，DOM，DLG等數(shù)字測繪產(chǎn)品的制作及三維建模等。

實(shí)踐教學(xué)具體安排見表2。通過近20個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)踐，學(xué)生對無人機(jī)航測的操作流程有了比較深刻的理解。外業(yè)工作首先讓學(xué)生近距離了解無人機(jī)，學(xué)習(xí)無人機(jī)航拍的相關(guān)技術(shù)；通過分小組的控制測量，使學(xué)生把測量的理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力，同時(shí)加深了學(xué)生對遙感影像的理解。內(nèi)業(yè)處理先是數(shù)字?jǐn)z影測量軟件的學(xué)習(xí)，熟悉數(shù)字?jǐn)z影測量的流程，獲得4D產(chǎn)品，進(jìn)行數(shù)字測圖[9]。

表2 無人機(jī)航測實(shí)踐教學(xué)實(shí)施方案

在以上措施的基礎(chǔ)上學(xué)院還鼓勵學(xué)生和教師開展無人機(jī)航測相關(guān)的研究，支持學(xué)生參加相關(guān)的各種競賽和交流活動。例如組織學(xué)生參加鄰近高校的無人機(jī)巡演活動，組織教師參加測繪公司的產(chǎn)品展示。

這種多元化教學(xué)模式有利于推動無人機(jī)應(yīng)用在高校范圍內(nèi)的開展。每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)不是獨(dú)立的，而是相輔相成的。良好的實(shí)驗(yàn)條件是基本保障；協(xié)會的成立有助于無人機(jī)相關(guān)知識的普及和應(yīng)用研究的開展，同時(shí)能夠?yàn)闊o人機(jī)航測實(shí)踐教學(xué)的開展提供技術(shù)保障；實(shí)踐課程強(qiáng)調(diào)動手動腦，是理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的必要環(huán)節(jié)，能夠提高相關(guān)專業(yè)學(xué)生的整體應(yīng)用能力；各種交流活動能夠開闊學(xué)生的視野，為無人機(jī)航測在校園的開展注入新鮮活力。

2 教學(xué)成果

通過多元化教學(xué)模式的運(yùn)用和師生的共同努力，學(xué)院在無人機(jī)航測方面取得了一定教學(xué)效果。教學(xué)方面，無人機(jī)航測實(shí)踐教學(xué)順利開展，保證每位學(xué)生動手操作，學(xué)生反響較好；相關(guān)教師成功申請了1項(xiàng)相關(guān)的校級實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革項(xiàng)目。獲獎方面，我院學(xué)生在“2017第一屆無人機(jī)低空安全綜合主題活動”中獲得5項(xiàng)獎勵，包括車輛檢測二等獎、模擬救災(zāi)二等獎、大面積遙測三等獎等；成功申報(bào)了2項(xiàng)與無人機(jī)航測相關(guān)的“蘭州交通大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”。

表3 與無人機(jī)航測相關(guān)的“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”

圖1 無人機(jī)航測實(shí)踐課程DOM成果截圖

圖2 無人機(jī)航測實(shí)踐課程數(shù)字線劃圖

3 結(jié)語

本文通過對無人機(jī)航測多元化教學(xué)模式和教學(xué)成果的總結(jié)，得出以下結(jié)論。

(1)高校開展無人機(jī)相關(guān)教學(xué)是可行的，也是必要的。無人機(jī)航測相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開展對相關(guān)課程的理論知識具有很好的轉(zhuǎn)化和補(bǔ)充作用；同時(shí)實(shí)踐課程的開展有利于提高學(xué)生動手能力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、增長學(xué)生在無人機(jī)應(yīng)用方面的專業(yè)技能。

(2)不僅局限于課堂教學(xué)，通過多種學(xué)習(xí)渠道的綜合運(yùn)用，使用多元化教學(xué)模式有利于無人機(jī)技術(shù)在學(xué)校的全面推廣。在良好的實(shí)驗(yàn)條件支持下，實(shí)踐課程得以順利開展；無人機(jī)協(xié)會的成立和運(yùn)行有利于增進(jìn)學(xué)生之間的交流、拓展學(xué)生的視野、開發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力；教師的不定期培訓(xùn)能夠提高教師的教學(xué)水平；相關(guān)活動的開展有利于增強(qiáng)師生的應(yīng)用和科研能力。

(3)學(xué)院在教學(xué)大綱中新增加了無人機(jī)工程監(jiān)測和無人機(jī)監(jiān)測實(shí)踐課程以彌補(bǔ)無人機(jī)理論課程和實(shí)踐課程的空缺。新課程如何開展、如何將理論與實(shí)踐更加緊密結(jié)合、如何將新課程更好地融入到多元化教學(xué)模式中等是有待于進(jìn)一步研究的教學(xué)問題。