李 艷 謝燕梅

（成都航空職業(yè)技術(shù)學院 四川 成都 610100）

2019 年國務院發(fā)布的《國家職業(yè)教育改革實施方案》中提出，隨著我國進入發(fā)展新階段，各行業(yè)均迫切需求技術(shù)技能人才，沒有職業(yè)教育現(xiàn)代化就沒有教育現(xiàn)代化。2021 年《無人機測繪操控員國家職業(yè)技能標準》中提出“職業(yè)活動為導向、職業(yè)技能為核心”的指導思想，對無人機測繪操控員的技能水平和理論知識水平進行了明確規(guī)定。職業(yè)教育與任務聯(lián)系緊密，實施任務驅(qū)動教學模式是職業(yè)教育的理想選擇，航測數(shù)據(jù)處理作為無人機測繪操控員的重要技能之一，在教學過程中需要堅持教學過程與實踐過程對接的職業(yè)教育理念，探索無人機航測數(shù)據(jù)處理仿真實訓教學方法，促進職業(yè)院校無人機專業(yè)課程建設的改革，提高職業(yè)教育的質(zhì)量。

1 目前無人機航測數(shù)據(jù)處理仿真實訓存在的問題

1.1 多學科交叉發(fā)展，專業(yè)知識性強

無人機航測數(shù)據(jù)處理技術(shù)是一門內(nèi)容抽象、邏輯嚴密、實用性強的專業(yè)課，該課程可以使學生系統(tǒng)地掌握無人機航空攝影測量的基本理論與方法。無人機航測數(shù)據(jù)處理涉及高等數(shù)學、線性代數(shù)、計算機、攝影測量學等多個學科的知識；數(shù)據(jù)處理過程涉及多個坐標系之間的轉(zhuǎn)換，空間關(guān)系復雜，空間立體感強，需要學生具有較強的空間想象能力。

1.2 教學過程與實際應用脫節(jié)，效果不理想

無人機航空攝影測量如今已進入數(shù)碼攝影測量時代，在“數(shù)字城市”“智慧城市”“地理國情普查”等領域發(fā)揮了非常重要的作用。無人機應用技術(shù)的不斷發(fā)展對人才提出了更高的要求，當前教學過程中，學生對無人機航測數(shù)據(jù)處理的學習僅僅停留在對公式的理解和推導上，與實際生產(chǎn)脫節(jié)，該課程的教學效果并不理想，因此，需要對無人機航空攝影測量教學進行新的探索與教學改革。

1.3 學生缺乏對無人機航測數(shù)據(jù)處理過程的理解，任務導向不明確

數(shù)據(jù)處理是無人機航空攝影測量的重要內(nèi)容，在國內(nèi)外形成了很多成熟的數(shù)據(jù)處理軟件，由于軟件“傻瓜式”的操作流程，在生產(chǎn)過程中有操作便捷的優(yōu)勢，而用于職業(yè)教學則存在較大的局限性：學生在使用這些數(shù)據(jù)處理軟件時，通常采用默認參數(shù)，數(shù)據(jù)處理過程中任務不明確，學生對無人機攝影測量知識沒有一個整體認識。在任務驅(qū)動教學過程中，教師將數(shù)據(jù)處理過程設計成多個任務，而非僅通過數(shù)據(jù)處理軟件運行出結(jié)果這一個任務，以任務驅(qū)動引導學生思考，在完成數(shù)據(jù)處理任務過程中提升職業(yè)能力。隨著國內(nèi)職業(yè)教育教學手段的發(fā)展，任務驅(qū)動教學和仿真教學方法取得了積極的進展，兩者既與高職教學目標相適應，又與無人機航測數(shù)據(jù)處理教學內(nèi)容相匹配。

2 基于任務驅(qū)動的無人機航測數(shù)據(jù)處理仿真實訓

基于任務驅(qū)動的無人機航測數(shù)據(jù)處理仿真實訓以具體任務形式開展教學過程，堅持以學生為中心的實訓教學理念，遵照仿真實訓項目“能實不虛，虛實結(jié)合”的原則，通過典型工作任務來實現(xiàn)學生“做中學”，培養(yǎng)學生交叉學科的航測數(shù)據(jù)處理方法和解決復雜問題的綜合能力。任務驅(qū)動的無人機航測數(shù)據(jù)處理仿真實訓過程包括三個實訓任務和九個仿真知識點，如圖1 所示。

圖1 任務驅(qū)動的無人機航測數(shù)據(jù)處理仿真實訓

2.1 無人機航測數(shù)據(jù)處理實訓任務

航測數(shù)據(jù)準備與工程創(chuàng)建。通過無人機“航測數(shù)據(jù)準備與工程創(chuàng)建”實訓任務，首先要求學生掌握航測數(shù)據(jù)組成、檢查數(shù)據(jù)完整性，理解數(shù)據(jù)投影坐標系；對工程文件、相機焦距、光圈、圖像分辨率等參數(shù)的設置，可對比不同參數(shù)對數(shù)據(jù)處理效果的影響。

航測數(shù)據(jù)空中三角測量。通過無人機“航測數(shù)據(jù)空中三角測量”實訓任務，可以直觀地展示出傳統(tǒng)教學中難以解釋清楚的概念和原理，包括像控點布設、外方位元素、共線方程、共面方程等，要求學生理解內(nèi)定向、相對定向、絕對定向等攝影測量的基本原理，使其真正掌握數(shù)據(jù)處理技術(shù)流程而非操作步驟，達到掌握一個數(shù)據(jù)處理空中三角測量軟件，其他軟件也可以觸類旁通的效果。

航測數(shù)據(jù)成果生成與輸出。通過“航測數(shù)據(jù)成果生成與輸出”實訓任務，要求學生利用空中三角測量成果，采用全自動空中三角測量導入的方式，通過分辨率、投影坐標等不同參數(shù)的設置，生成數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM），對各類無人機航測成果數(shù)據(jù)進行展示，使學生能夠完成航測數(shù)據(jù)成果的生成與輸出，并了解該成果在各行業(yè)的應用。

2.2 無人機航測數(shù)據(jù)處理仿真實訓過程

無人機航測數(shù)據(jù)處理實訓教學圍繞九個關(guān)鍵知識點來開展仿真。

數(shù)據(jù)組成與完整性檢查。航測數(shù)據(jù)包括影像數(shù)據(jù)、位姿數(shù)據(jù)、相機文件以及控制點數(shù)據(jù)。確認原始數(shù)據(jù)的完整性主要是檢查獲取的影像中有沒有質(zhì)量不合格的影像，檢查位姿數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)對應情況，出現(xiàn)不對應時應手動調(diào)整。該仿真知識點中采用數(shù)據(jù)存儲技術(shù)對不同原始數(shù)據(jù)格式進行存儲與管理，通過仿真系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動加載與完整性檢查。

數(shù)據(jù)投影坐標系。該仿真知識點中通過建立地球橢球模型，采用不同的投影方式模擬地球曲面投影到平面的過程。通過對地球上不同經(jīng)緯度的仿真實訓，學生能夠更好地理解不同的投影方式、不同地域上地圖投影帶來的誤差，還可求解不同地方的中央經(jīng)線、投影帶、投影變形等信息。

相機焦距、光圈、圖像分辨率。無人機航空攝影測量過程中使用不同的焦距值，同一物體成像的大小不同，焦距越大，成像越大；大光圈易于營造背景模糊的淺景深，小光圈拍攝主體與背景都較為清晰；影像分辨率是顯示影像水平、垂直方向上的像素數(shù)，像素數(shù)越多，分辨率越高，影像質(zhì)量越好。該仿真知識點通過設置不同的相機焦距、相機光圈、影像分辨率等參數(shù)，對比不同參數(shù)在數(shù)據(jù)處理過程中的仿真分析，幫助學生更好地理解相機參數(shù)帶來的效果。

控制點布設。像控點是攝影測量控制加密和測圖的基礎，像控點位置的選擇和點位的準確程度，直接影響數(shù)據(jù)處理成果的精度。像控點必須在測區(qū)范圍內(nèi)合理分布，通常100 張影像6 個控制點。該仿真知識點通過對比在測區(qū)均勻分布與集中布設像控點兩種情形，對比100 張影像6 個像控點、12 個像控點、18 個像控點，對比在山地、平原布設同等數(shù)量的像控點，觀察像控點布設對數(shù)據(jù)成果精度與數(shù)據(jù)處理效率的影響。

影像外方位元素。影像外方位元素是指在恢復內(nèi)方位元素的基礎上，確定攝影光束在攝影瞬間的空間位置和姿態(tài)的參數(shù)。該仿真知識點采用區(qū)域網(wǎng)整體平差，整體解求區(qū)域內(nèi)每張相片的六個外方位元素，所有加密點的地面坐標通過已知特征點推算出未知特征點，并自動抽取所有特征點，構(gòu)成整個目標地區(qū)的特征點云。

空間相對定向原理。通過量取影像的同名像點，解算兩相鄰影像的相對位置關(guān)系，空間相對定位重點在于求取同名點，由于同一物體在不同視角下的圖像有極大的不同，不同光照情況下物體遮擋，不同物體的幾何形狀、物體和攝像機之間的空間關(guān)系等因素，導致自動確定同名點非常復雜。通過不同視角、不同光照、不同物體情景下的對比分析，對空間相對定向原理進行仿真實訓教學。

空間絕對定向原理。通過量取模型的同名像點，解算兩相鄰影像的相對位置關(guān)系的過程叫空間絕對定向；若已知部分像點對應到地面的大地控制點坐標，即可將該測區(qū)納入大地坐標系中，就可計算出每對像點對應的地面點坐標。該仿真知識點中，通過將已知的部分像點對應到地面的大地控制點坐標，實現(xiàn)無人機航測數(shù)據(jù)處理絕對定向過程仿真教學。

數(shù)字正射影像原理分析與應用。數(shù)字正射影像圖（DOM）是對無人機拍攝的影像進行數(shù)字鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的數(shù)字正射影像圖集，具有精度高、信息豐富、直觀逼真、獲取快捷等優(yōu)點，可從中提取自然資源和社會經(jīng)濟發(fā)展的歷史信息或最新信息。通過仿真實訓查看DOM在水利建設上的洪水監(jiān)測、河流變遷、旱情監(jiān)測，農(nóng)業(yè)上的農(nóng)業(yè)估算、病蟲害分析，海岸線保護和生態(tài)變化監(jiān)測等行業(yè)的應用，可擴展學生對數(shù)字正射影像圖的應用知識。

數(shù)字高程模型原理分析與應用。數(shù)字高程模型（DEM）是通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實現(xiàn)對地面地形的數(shù)字化模擬，在測繪、水文、氣象、地貌、地質(zhì)、土壤、工程建設、通訊、軍事等國民經(jīng)濟和國防建設以及人文和自然科學領域有著廣泛的應用。通過仿真實訓，學生可以查看DEM 在工程應用中的土方量計算、通視分析，防洪減災的水文分析如匯水區(qū)分析、降雨分析、蓄洪計算、淹沒分析，無線通訊基站選址上的基站分析等方面的應用，可擴展學生對數(shù)字過程模型的應用知識。

3 結(jié)語

本文將任務驅(qū)動式的教學方法與無人機航測數(shù)據(jù)處理仿真教學相結(jié)合，通過任務驅(qū)動教學方法將數(shù)據(jù)處理過程設計成多個任務促進學生對航測數(shù)據(jù)處理過程的理解，教學具有較強靈活性、目的性和任務導向性，適應高職院校教學改革的新要求。