基于OBE理念的無人機攝影測量實踐教學(xué)研究

[摘 "要]傳統(tǒng)航空攝影測量實踐教學(xué)因受到諸多因素的影響，如安全性低、成本高以及場地條件苛刻，等等。這些因素導(dǎo)致學(xué)生無法充分實踐操作，難以理解教學(xué)內(nèi)容。在信息化測繪背景下，助推地理信息行業(yè)的發(fā)展，也更加提倡要將無人機攝影測量技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)實踐中，而在OBE理念引導(dǎo)下，真正實現(xiàn)以學(xué)生為中心、學(xué)習(xí)效果與實踐創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，有效彌補了以往教學(xué)中存在的不足，形成了科學(xué)合理的教學(xué)流程。基于此模式，能培養(yǎng)出更多優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)新實踐型人才，滿足社會對測繪專業(yè)人才的要求，打造出高質(zhì)量的實踐教學(xué)體系。

[關(guān)鍵詞]OBE "無人機攝影測量 "實踐教學(xué)

課題：陜西省“十四五”教育科學(xué)規(guī)劃2023年度課題“以學(xué)生為中心理念下的《無人機攝影測量》課程分層教學(xué)實踐研究”（課題編號：SGH23Y3140）。

引 "言

信息化測繪是測繪地理信息行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，它利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，實現(xiàn)地理信息的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化。而攝影測量學(xué)作為測繪類核心課程，具有著無可比擬的專業(yè)性與實踐性。尤其是無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機攝影測量技術(shù)已成為攝影測量實踐教學(xué)的重要手段，它具有機動靈活、高效快速、精細準(zhǔn)確等特點，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。在信息化測繪背景下，為了滿足社會對人才的需求，研究通過基于OBE理念下進行探討無人機攝影測量實踐教學(xué)的新模式，探索新的教學(xué)方案和多元化實踐教學(xué)方法，旨在提高學(xué)生的實踐能力與綜合素質(zhì)，滿足社會對人才的需求。

基于OBE理念的無人機輔助攝影測量實踐教學(xué)的必要性

1.提高學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維

OBE理念是一種先進的教育理念，它強調(diào)以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)效果和實踐創(chuàng)新能力為導(dǎo)向。這種理念注重的是學(xué)生的全面發(fā)展，以及他們在實踐中所獲得的真實能力和技能。無人機輔助攝影測量實踐教學(xué)是一種創(chuàng)新的教育方式，它利用無人機技術(shù)為攝影測量實踐教學(xué)提供更多的實踐機會。這種實踐機會讓學(xué)生在親身實踐中掌握攝影測量的技能和方法，從而提升他們的實踐能力和創(chuàng)新思維。在無人機輔助攝影測量實踐教學(xué)中，學(xué)生可以親自操作無人機進行拍攝，并通過后期數(shù)據(jù)處理和分析，掌握攝影測量的基本原理和技能，實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新思維與解決問題能力的培養(yǎng)。

2.適應(yīng)信息化測繪背景下的需求

隨著信息化測繪技術(shù)的日益發(fā)展，無人機攝影測量技術(shù)逐漸成為廣泛應(yīng)用的測量方法。這種技術(shù)的興起，徹底改變了傳統(tǒng)攝影測量的方式，為許多領(lǐng)域如土地資源調(diào)查、城市規(guī)劃、交通監(jiān)控等提供了極大的幫助。在攝影測量實踐教學(xué)中，引入無人機攝影測量技術(shù)無疑是一個明智的選擇。通過實踐操作，學(xué)生可以更深入地了解和掌握無人機攝影測量技術(shù)，從而更好地適應(yīng)信息化測繪背景下的行業(yè)需求。這種技術(shù)的應(yīng)用也將促進攝影測量行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展，推動行業(yè)的技術(shù)進步。

3.補充傳統(tǒng)實踐教學(xué)內(nèi)容的不足

傳統(tǒng)的攝影測量實踐教學(xué)通常依賴于傳統(tǒng)的攝影測量設(shè)備和測量方法，主要通過使用復(fù)雜的相機和測量儀器來收集和處理大量的圖像和數(shù)據(jù)。然而，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在一定局限性，如操作煩瑣、數(shù)據(jù)處理時間長、對環(huán)境和天氣要求高等。無人機攝影測量技術(shù)具有操作簡單、數(shù)據(jù)處理速度快、對環(huán)境和天氣要求低等優(yōu)點，因此可以有效彌補傳統(tǒng)攝影測量實踐教學(xué)內(nèi)容的不足。通過引入無人機攝影測量技術(shù)，學(xué)生可以更加深入地了解現(xiàn)代化的攝影測量技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法，并利用計算機視覺技術(shù)和圖像處理算法來進行自動化處理和分析，有效提高實踐教學(xué)的效率和精度。

4.培養(yǎng)社會需要的測繪專業(yè)人才

在OBE理念指導(dǎo)下，教育者需要關(guān)注測繪專業(yè)人才應(yīng)具備的能力和素質(zhì)，以及社會對測繪專業(yè)人才的需求，從而制定出相應(yīng)的教育計劃和課程設(shè)置。無人機輔助攝影測量實踐教學(xué)是一種先進的實踐教學(xué)方式，能夠為學(xué)生提供更多的實踐機會，讓學(xué)生更好地掌握現(xiàn)代測繪技術(shù)和方法，增強學(xué)生的就業(yè)競爭力。通過實踐操作，學(xué)生可以深入了解測繪工作的具體流程、技術(shù)要點和注意事項，提高自己的實踐能力和技術(shù)水平，更好地滿足社會對測繪專業(yè)人才的要求。

OBE理念下無人機攝影測量實踐教學(xué)的內(nèi)容

OBE理念是一種以學(xué)生為本的教育理念，強調(diào)以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和社會需求為出發(fā)點，進行反向教學(xué)活動設(shè)計。這種模式著重于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，特別是解決問題的能力，以滿足企業(yè)和社會的需求。因此，實踐教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的能力方面起著至關(guān)重要的作用，并且需要密切關(guān)注企業(yè)需求，以滿足社會的需要。教師需根據(jù)工程教育認證標(biāo)準(zhǔn)修訂攝影測量實踐教學(xué)大綱并補充無人機實踐內(nèi)容，以確保教學(xué)內(nèi)容與認證標(biāo)準(zhǔn)一致且貼近實際應(yīng)用。建立與企業(yè)需求相適應(yīng)的實踐教學(xué)平臺，提供實踐工具和資源及交流合作機會以提高適應(yīng)企業(yè)需求和競爭力。數(shù)字攝影測量實驗室擁有多旋翼無人機和數(shù)據(jù)處理軟件，這些資源可以為學(xué)生提供更多的實踐機會，并幫助他們更好地掌握攝影測量技能。

在OBE理念下，實踐教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的能力，以滿足企業(yè)需求為目標(biāo)。這意味著在教學(xué)設(shè)計過程中，需要考慮社會和行業(yè)的需求，將學(xué)生的學(xué)習(xí)成果作為出發(fā)點，反向設(shè)計教學(xué)活動。這種模式下，教師需要關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的能力培養(yǎng)，并確保所教授的內(nèi)容符合企業(yè)和社會的需求。修訂攝影測量實踐教學(xué)大綱并補充無人機實踐內(nèi)容是符合OBE模式的教學(xué)方法。通過結(jié)合工程教育認證標(biāo)準(zhǔn)，教師可以更好地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，并確保所教授的內(nèi)容與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相符。補充無人機實踐內(nèi)容可以幫助學(xué)生更好地掌握攝影測量技能，并提高學(xué)生的實踐能力。設(shè)計合理的實踐教學(xué)流程則是提高教學(xué)的有效方式。通過合理的流程設(shè)計，教師可以幫助學(xué)生更好地掌握攝影測量技能，并提高他們的實踐能力。同時，建立與企業(yè)需求相適應(yīng)的實踐教學(xué)平臺可以更好地滿足企業(yè)需求，并幫助學(xué)生適應(yīng)未來的工作環(huán)境。數(shù)字攝影測量實驗室擁有的多旋翼無人機和數(shù)據(jù)處理軟件等資源可以為學(xué)生提供更多的實踐機會。這些資源可以幫助學(xué)生更好地掌握攝影測量技能，并提高他們的實踐能力，也可以幫助教師更好地進行教學(xué)設(shè)計，為高質(zhì)量教學(xué)奠基。

實驗室擁有的多旋翼無人機及數(shù)據(jù)處理軟件Pix4DMapper、VirtuoZo等，多旋翼無人機數(shù)據(jù)如下：

1.大疆Phantom4 Pro V2.0。這款無人機是一款專為攝影愛好者設(shè)計的消費級航拍無人機，價格親民且實用。其續(xù)航時間長達30分鐘，為拍攝提供了更多的時間和空間，讓攝影師能夠更好地捕捉到每一個精彩瞬間。該無人機配備了一款高性能的1英寸2000萬像素的CMOS傳感器，這款傳感器能夠捕捉到細膩的細節(jié)和鮮艷的色彩，為攝影師提供更高質(zhì)量的航拍照片和視頻。同時，這款無人機還具備精準(zhǔn)的飛行控制系統(tǒng)和多種拍攝模式，讓攝影師能夠自由地掌控拍攝角度和效果，輕松拍攝出令人驚艷的航拍作品。此外，該無人機還具有智能化的飛行輔助功能，如自動跟蹤、自動避障等，讓攝影師能夠更加專注于拍攝，而不必擔(dān)心飛行安全問題。還支持遙控器和手機APP控制，讓攝影師能夠更加方便地進行航拍操作。可見，這款無人機是一款價格低廉、性能卓越、功能齊全的消費級航拍無人機，是攝影愛好者的理想選擇。

2.大疆Phantom4 RTK。該無人機配備了機載D-RTK技術(shù)，能夠與千尋網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)或高精度GNSS移動站配合使用，實現(xiàn)厘米級精度的定位。這種高精度的定位能力使得該無人機在航拍、地形測量等領(lǐng)域具有強大的優(yōu)勢。同時，該無人機支持記錄衛(wèi)星觀測值及曝光時間數(shù)據(jù)，提高PPK差分解算精度和可靠性。設(shè)計精細，搭載TimeSync系統(tǒng)，實現(xiàn)飛控、相機與RTK時鐘系統(tǒng)微秒級同步。這種同步技術(shù)確保了該無人機在飛行過程中能夠準(zhǔn)確記錄每一個動作和位置，從而提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，它還搭載1英寸2000萬像素的COS傳感器，能夠捕捉到非常清晰、細膩的圖片和視頻，這對于航拍、監(jiān)測等領(lǐng)域的工作來說是非常重要的。由此可見，該無人機集成了多項先進技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的定位和數(shù)據(jù)處理，同時還具備出色的圖像捕捉能力，這使得它在諸多領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。

OBE理念下無人機輔助測量實踐教學(xué)內(nèi)容的實施

實踐教學(xué)平臺是一個創(chuàng)新且實用的平臺，它基于0BE模式，為學(xué)生提供了無人機航線設(shè)計、像控點布設(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)品制作等數(shù)字攝影測量流程的實踐機會。通過這個平臺，學(xué)生不僅能夠深入了解和掌握攝影測量的基本原理和方法，還能夠提升他們操控?zé)o人機的熟練度和實際生產(chǎn)能力。在實踐教學(xué)過程中，學(xué)生將扮演主導(dǎo)角色，主動參與并完成各項任務(wù)。他們將根據(jù)實際需求，進行無人機的航線設(shè)計和像控點布設(shè)，獲取并檢查數(shù)據(jù)，然后進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和數(shù)字產(chǎn)品的制作。這個過程能夠?qū)⒗碚撝R轉(zhuǎn)化為實踐經(jīng)驗，提升他們的技術(shù)水平和解決問題的能力。此外，實踐教學(xué)平臺還將提供一系列的培訓(xùn)和指導(dǎo)，包括攝影測量的基本原理和方法、無人機操作技巧、數(shù)據(jù)處理和分析能力等。這些培訓(xùn)和指導(dǎo)由專業(yè)教師和實踐經(jīng)驗豐富的行業(yè)專家提供，為學(xué)生提供必要的支持和指導(dǎo)，幫助他們更好地完成實踐任務(wù)。具體思路如下圖：

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圖1 "無人機輔助攝影測量實踐教學(xué)流程圖

在航空攝影與像控測量領(lǐng)域，學(xué)生需要充分考慮無人機的性能參數(shù)。此外，像控點布設(shè)與量測也是需要仔細考慮的問題，包括像控點的選擇、布設(shè)方式以及量測精度等。在航測參數(shù)設(shè)計階段，學(xué)生要關(guān)注航測比例尺的選擇以及航測精度的設(shè)定等。無人機航飛時，需要考慮飛行速度、飛行高度以及飛行軌跡等因素，確保數(shù)據(jù)采集的完整性和準(zhǔn)確性；在像控點布設(shè)階段，學(xué)生要選擇合適的地理位置，并根據(jù)拍攝目標(biāo)的特點和無人機的性能參數(shù)來設(shè)置像控點。這個過程不僅鍛煉學(xué)生的空間想象能力和地形地貌識別能力，還提高了他們解決實際問題的能力；在數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)，學(xué)生需要對采集到的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、圖像拼接以及精度評估等操作，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量符合要求，還需考慮拍攝目標(biāo)的特點以及地理環(huán)境等因素，例如，地形起伏以及氣候條件等。這些因素都會對航空攝影和無人機航拍產(chǎn)生影響，因此需要在計劃和設(shè)計時進行周密考慮。通過這樣的實踐操作，學(xué)生能深入地理解航攝的基本原理和無人機航拍的技術(shù)要求，學(xué)習(xí)如何根據(jù)不同的任務(wù)需求選擇合適的無人機和相機設(shè)備，如何優(yōu)化航測參數(shù)以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，以及如何處理和解析采集到的數(shù)據(jù)等，對于未來的職業(yè)發(fā)展具有助推作用。

在數(shù)據(jù)獲取與處理階段，學(xué)生必須確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。這是至關(guān)重要的，因為數(shù)據(jù)的質(zhì)量將直接影響到后續(xù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果。為了熟練掌握各種工具和技術(shù)，學(xué)生要能夠使用專業(yè)的軟件和編程語言對數(shù)據(jù)進行處理和分析。這些工具和技術(shù)可能包括用于處理影像數(shù)據(jù)的圖像處理軟件、用于提取和解析POS數(shù)據(jù)的自然語言處理工具、用于控制數(shù)據(jù)采集的地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件，以及用于影像預(yù)處理、特征點提取與匹配和空中三角測量的算法和技術(shù)。為了能夠正確應(yīng)用這些工具和技術(shù)，學(xué)生需要進行精細的調(diào)整和優(yōu)化，以便在數(shù)據(jù)獲取和處理階段最大限度地提高效率和準(zhǔn)確性。例如，在進行影像預(yù)處理時，學(xué)生需要了解并掌握各種影像增強技術(shù)，如對比度增強、銳化、平滑等，以改善影像的質(zhì)量和可讀性。同樣，在進行特征點提取與匹配時，學(xué)生需要熟練運用各種算法和技術(shù)，如SIFT、SURF、ORB等，準(zhǔn)確檢測和描述圖像中的關(guān)鍵點和特征。只有經(jīng)過這樣全面和專業(yè)的數(shù)據(jù)獲取與處理階段，才能在后續(xù)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中得到準(zhǔn)確和可靠的結(jié)果。這些結(jié)果可以作為進一步分析和決策的依據(jù)，如進行目標(biāo)檢測、分類、識別等任務(wù)，或者用于構(gòu)建機器學(xué)習(xí)模型和進行人工智能應(yīng)用開發(fā)。因此，數(shù)據(jù)獲取與處理階段的工作是至關(guān)重要的，需要學(xué)生具備扎實的專業(yè)知識和技能，以及高度的細心和耐心。

在數(shù)字產(chǎn)品制作階段，學(xué)生需要運用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理和分析軟件，對采集的大量數(shù)據(jù)進行密集匹配處理。這個過程需要學(xué)生具備高超的數(shù)據(jù)處理技能，以便準(zhǔn)確無誤地匹配數(shù)據(jù)，并構(gòu)建出精確的三角網(wǎng)。通過這種方式，可以生成逼真的實景三維模型、數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像以及數(shù)字線劃圖。這些數(shù)字產(chǎn)品不僅具有極高的實用價值，而且可以為學(xué)生提供寶貴的實踐經(jīng)驗。在這個過程中，學(xué)生還需要具備攝影測量的技能。攝影測量是一種從照片中獲取三維信息的方法，需要學(xué)生具備一定的幾何學(xué)知識和攝影技巧。通過攝影測量技術(shù)，學(xué)生可以準(zhǔn)確提取出有價值的信息，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字產(chǎn)品。這種技能在未來的職業(yè)發(fā)展中具有廣泛的應(yīng)用前景，因此學(xué)生應(yīng)該認真掌握它并不斷提高水平。通過密集匹配處理和構(gòu)建三角網(wǎng)等步驟，學(xué)生可以更深入地理解數(shù)字產(chǎn)品的生成過程，此過程不僅考驗學(xué)生的數(shù)據(jù)處理技能，還能有效提高學(xué)生在攝影測量領(lǐng)域的實際操作能力。通過實踐操作，學(xué)生可以更好地掌握數(shù)字產(chǎn)品制作的關(guān)鍵技術(shù)和流程，為未來的職業(yè)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。

基于OBE理念的無人機攝影測量實踐教學(xué)測評

合理的評估方法不僅可以有效激勵實習(xí)生，調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性和工作熱情，還可以避免不公平的待遇和可能的負面影響。在攝影測量實習(xí)中，主要可以從以下幾個關(guān)鍵方面衡量實習(xí)生的表現(xiàn)：出勤情況、工作態(tài)度、成果規(guī)范以及報告質(zhì)量。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和綜合素養(yǎng)，教師不僅關(guān)注他們在實習(xí)期間的專業(yè)技能表現(xiàn)，還更加重視他們的綜合能力考核。通過加強綜合能力考核，能夠更全面地評估學(xué)生的實際表現(xiàn)，并幫助他們更好地認識自己，發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢和待提升的地方。

隨著無人機攝影測量技術(shù)的飛速發(fā)展，學(xué)校也可以將這種先進的技術(shù)引入到實習(xí)教學(xué)中。通過結(jié)合無人機測繪流程，可以建立一套多元化的實踐考核評價體系，例如，這個體系將全方位地評估學(xué)生在實習(xí)過程中的表現(xiàn)，從方案設(shè)計答辯30%，過程考核，包括低空無人機影像采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)字產(chǎn)品制作考核40%；以及實習(xí)報告30%，每個環(huán)節(jié)都將根據(jù)特定的評估標(biāo)準(zhǔn)進行打分，以確保評價的公正性和準(zhǔn)確性。通過這樣的考核方式，能更好地激發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)他們解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。從方案設(shè)計答辯環(huán)節(jié)開始，學(xué)生們就需要獨立思考、積極探索，提出切實可行的解決方案。在實習(xí)過程中，他們需要學(xué)會與團隊成員有效溝通、協(xié)作，解決各種可能出現(xiàn)的問題，而最終的實習(xí)報告則是對他們整個實習(xí)期間工作成果的總結(jié)和呈現(xiàn)。

結(jié) "語

在OBE理念下，無人機攝影測量實踐教學(xué)研究能夠有效地提高學(xué)生在無人機攝影測量方面的實踐能力和創(chuàng)新思維，為培養(yǎng)滿足社會需求的創(chuàng)新實踐型人才提供有力支持。因此，在今后教育教學(xué)工作中，需大力采用OBE理念，將其應(yīng)用于實踐教學(xué)中，助推實踐教學(xué)成功改革，滿足社會對優(yōu)質(zhì)人才的需求，為測繪工程持續(xù)發(fā)展奠基。

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（秦萌：西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院）