无人机航测多元化教学模式研究

韩 惠 杨树文 张志华 郭 楠

兰州交通大学测绘与地理信息学院 甘肃兰州 730070

无人机以其成本低、机动灵活、功能多样等特点逐步成为卫星遥感、有人机遥感和地面遥感的有效补充手段，给遥感应用注入了新鲜血液[1-3]。特别是在摄影测量方面，低空无人机摄影测量技术已经在航空摄影测量系统中占有一定的地位，填补了摄影测量技术在近地面良好搭载平台空缺的现状，完善了整个航空摄影测量搭载平台体系[4]。

在无人机应用如火如荼开展的同时，高校相关专业(遥感科学与技术、测绘工程、地理信息科学等)有必要将其作为教学内容进行推广，以此提高学生的知识素养，增强学生就业、应对社会需求的能力。

1 多元化教学模式

本文以兰州交通大学测绘与地理信息学院为例，对无人机航测多元化教学模式进行总结分析，归纳为以下几点。

1.1 不断完善实验条件

学院从2015年开始先后购买了3架无人机用于实践教学，从硬件方面满足了无人机航测教学的基本要求。其中有2台为消费级无人机，1台为具有POS系统并且搭载全景相机的民用无人机，具体参数见表1。此外，学院拥有多台全站仪和GPS-RTK，为无人机航测的地面控制测量提供了保障。

表1 无人机相关参数

相关教师积极参加国内有关无人机航测的培训和会议，例如参加“无人机遥感应用与信息化处理高级技术培训班”“全国倾斜摄影技术联盟百城巡展”等，掌握了无人机航测的操作流程，积累了无人机航测的教学经验。

1.2 成立“无人机协会”

兰州交通大学无人机协会成立于2016年5月，拥有会员80名，为学校的无人机爱好者提供一个交流学习的平台。该协会具有培养无人机飞手和多机联合航拍的能力，为学校的多种庆典活动拍摄视频、组织航模飞行表演。目前该协会主要专注于无人机航测，同时也开展了无人机定位差分、航片信息提取等方面的实验。

1.3 开展实践教学

数字摄影测量是我院本科专业的专业必修课程，相关课程还有摄影测量学、航空与航天摄影及测量学。无人机航测对这些理论课程具有很好的补充和提升作用，能够锻炼学生运用理论知识解决实际问题的能力，提高学生的学习主动性，从而达到提升学生学习适应性的教学目的。

2016年7月，组织本科生进行了无人机航测的尝试性实习，邀请无人机公司的技术人员用最新款的固定翼无人飞机进行航测。在这次实习中，学生积极性很高，促进了无人机航测实践课程的正式开展。

2017年7月，在数字摄影测量实践课程中安排了无人机航测的实践环节[5-8]。根据航测作业流程，将实践内容设计为两部分：无人机航测外业和航测内业。

(1)无人机航测外业包括航测方案设计、航拍、像控点的布设、像控点的联测、像片解译与调绘等。

(2)无人机航测内业包括影像数据预处理、资料整理、空中三角测量和DEM，DOM，DLG等数字测绘产品的制作及三维建模等。

实践教学具体安排见表2。通过近20个学时的实践，学生对无人机航测的操作流程有了比较深刻的理解。外业工作首先让学生近距离了解无人机，学习无人机航拍的相关技术；通过分小组的控制测量，使学生把测量的理论知识转化为实践能力，同时加深了学生对遥感影像的理解。内业处理先是数字摄影测量软件的学习，熟悉数字摄影测量的流程，获得4D产品，进行数字测图[9]。

表2 无人机航测实践教学实施方案

在以上措施的基础上学院还鼓励学生和教师开展无人机航测相关的研究，支持学生参加相关的各种竞赛和交流活动。例如组织学生参加邻近高校的无人机巡演活动，组织教师参加测绘公司的产品展示。

这种多元化教学模式有利于推动无人机应用在高校范围内的开展。每个教学环节不是独立的，而是相辅相成的。良好的实验条件是基本保障；协会的成立有助于无人机相关知识的普及和应用研究的开展，同时能够为无人机航测实践教学的开展提供技术保障；实践课程强调动手动脑，是理论转化为实践的必要环节，能够提高相关专业学生的整体应用能力；各种交流活动能够开阔学生的视野，为无人机航测在校园的开展注入新鲜活力。

2 教学成果

通过多元化教学模式的运用和师生的共同努力，学院在无人机航测方面取得了一定教学效果。教学方面，无人机航测实践教学顺利开展，保证每位学生动手操作，学生反响较好；相关教师成功申请了1项相关的校级实验教学改革项目。获奖方面，我院学生在“2017第一届无人机低空安全综合主题活动”中获得5项奖励，包括车辆检测二等奖、模拟救灾二等奖、大面积遥测三等奖等；成功申报了2项与无人机航测相关的“兰州交通大学大学生创新性实验计划项目”。

表3 与无人机航测相关的“大学生创新性实验计划项目”

图1 无人机航测实践课程DOM成果截图

图2 无人机航测实践课程数字线划图

3 结语

本文通过对无人机航测多元化教学模式和教学成果的总结，得出以下结论。

(1)高校开展无人机相关教学是可行的，也是必要的。无人机航测相关实验的开展对相关课程的理论知识具有很好的转化和补充作用；同时实践课程的开展有利于提高学生动手能力、激发学生学习热情、增长学生在无人机应用方面的专业技能。

(2)不仅局限于课堂教学，通过多种学习渠道的综合运用，使用多元化教学模式有利于无人机技术在学校的全面推广。在良好的实验条件支持下，实践课程得以顺利开展；无人机协会的成立和运行有利于增进学生之间的交流、拓展学生的视野、开发学生的学习潜力；教师的不定期培训能够提高教师的教学水平；相关活动的开展有利于增强师生的应用和科研能力。

(3)学院在教学大纲中新增加了无人机工程监测和无人机监测实践课程以弥补无人机理论课程和实践课程的空缺。新课程如何开展、如何将理论与实践更加紧密结合、如何将新课程更好地融入到多元化教学模式中等是有待于进一步研究的教学问题。