《攝影測量學》是一門理論與實踐結合較為緊密的課程，在傳授基本理論與基本知識的同時，必須重視實踐教學環節。現階段將小型無人機作為一種獲取高分辨率影像的全新技術引入課堂教學，在測繪工程專業攝影測量實踐教學過程中，通過“分組攝影、分片成圖、連成一體”的方式，實現了校區無人機航測成圖的實踐教學工作，使學生在校期間熟悉小型無人機由外業操作到內業數據處理的流程。

　　[關鍵詞]實踐教學,小型無人機,航測成圖,攝影測量學

　　相對于傳統測量方式，攝影測量無需接觸物體本身，通過對物體進行攝影實現影像的量測和解譯[1]。現階段，攝影測量全面進入數字攝影測量階段，機載POS、低空無人機、LIDAR等技術在攝影測量領域應用越來越廣泛。雖然目前遙感數據的獲取手段多種多樣，但是這些方式都存在各自的限制：衛星遙感平臺受軌道限制，無法實現應急監測;在惡劣的天氣條件下，出于安全考慮，載人飛機往往無法升空作業;機載LIDAR由于硬件設備成本太高，在國內沒有普及應用。

　　低空無人機攝影測量系統具有機動靈活、設備和維護成本很低、分辨率高等特點，填補了航空航天攝影測量對局部地區高精度數據獲取能力不足的空白[2]。無人機攝影測量系統具有GPS導航、自動測姿測速、遠程數控及監測等功能，它是以無人駕駛飛行器為飛行平臺、以高分辨率數字遙感設備為機載傳感器、以獲取低空高分辨率遙感數據為應用目標，進行地理數據的快速獲取和處理。

　　隨著社會的發展，攝影測量人才需求日益增多。因此，高等院校測繪類專業在制定培養方案時都將攝影測量課程設定為專業核心課程。攝影測量技術作為現代測繪技術體系的重要分支，是一門在多種學科基礎上發展起來的新技術、新學科[3-5]。其教學目標是讓學生通過學習這門課，掌握攝影測量學的基本理論和方法，并能運用所學知識解決實際工程問題。攝影測量實踐教學作為其中一個重要的環節，對其教學內容和環節的設計與組織就顯得很有必要。本文以某學院測繪工程專業攝影測量實習為例，探討如何利用無人機實現實踐過程。

　　1高等院校開展無人機教學的必要性

　　現階段，普通高等院校相關專業采購的無人機臺數較少，所以，在學生實踐教學課程中沒有被推廣使用。但是，由于測繪行業新技術的快速發展，無人機攝影測量技術必將會獲得廣泛應用。因此，學生有必要熟悉無人機攝影測量系統的操作流程。

　　在普通高等院校測繪專業相關課程實踐教學中，利用無人機開展工作主要存在以下困難：大型無人機價格高昂，一般院校支付不起，教師往往只能從理論上給學生講解相關知識;無人機往往體積過大，高校的校區面積無法完成飛機的起降;而且起飛、降落危險性過高;大型無人機進行影像采集之前，往往要報批空管部門獲得批準，辦理相關飛行手續復雜，協調好的飛行時間不一定與在校授課時間一致[2]。

　　小型無人機(smallunmannedaerialvehicle，SUAV)外業操作相對簡單，內業數據處理快速高效，能夠在短時間內向學生展示無人機從“飛行—數據獲取—內業處理—圖形輸出”的全過程，使學生能夠了解無人機航空攝影測量的全過程[6]。同時，SUAV飛行高度較低、飛行時間較短，在開展飛行任務前不用完成相關手續的辦理，便于教師開展實踐教學工作。

　　2無人機攝影測量實踐教學的內容

　　攝影測量學課程理論極為抽象，基本概念多、知識面廣、前后銜接緊密。它的核心內容分為兩部分：攝影測量的外業和內業工作。前者包括影像資料的獲取、像片控制點的布設，野外控制點的測量和像片調繪等;后者主要包括像片內定向、立體像對的相對定向和絕對定向、解析空中三角測量、4D產品的生產等。通過攝影測量外業工作的實踐，學生可以了解無人機影像獲取、影像解算預報工作等一系列流程;通過內業工作的實踐，學生可以掌握從影像到4D產品的處理流程。圍繞攝影測量學課程的教學內容和實踐教學目標，將無人機攝影測量實踐教學內容分為兩部分：

　　(1)基礎實踐。

　　系統的培養學生的基本技能和對基本理論的理解能力。主要包括利用數字攝影測量系統JX4G進行影像內定向、相對定向、絕對定向、影像匹配、生成核線影像以及4D產品的制作。這一部分主要安排在課內實驗去實現，有助于加強學生對所學理論知識的感性認識和熟悉數字攝影測量系統的基本功能。

　　(2)綜合實踐。

　　以4D產品的生產為主線，讓學生了解攝影測量的整個作業過程和內容，提高學生綜合實踐技能和分析、解決問題的能力，培養學生的創新能力。

　　3無人機攝影測量實踐教學的實施

　　3.1基礎實踐教學

　　基礎實踐教學以熟悉和掌握JX4G數字攝影測量系統的基本功能為主，穿插在課堂理論教學過程中，用以加強學生對攝影測量基本概念、基本理論的理解。根據教學大綱，這部分一般安排10個左右學時的課堂實驗。每次實驗前編寫完整的實驗指導書，布置預做作業，讓學生對本次實驗內容的相關理論知識進行復習;實驗過程采用集中教學和個別指導的方式，首先明確本次實驗目的，講解操作過程，在學生完成后提交處理成果，最后對操作過程中出現的問題進行集中討論和分析。

　　3.2綜合實踐教學

　　攝影測量學課程教學結束以后，安排兩周集中實踐。在基礎實踐教學的基礎上，學生對全數字攝影測量系統JX4G的操作有了一定的掌握后，引入無人機這一主要攝影設備，以學生實踐為主，教師指導為輔，訓練學生分析問題、解決問題的能力，培養其創新能力。

　　3.2.1準備工作

　　綜合實踐之前編寫實習指導書，明確主要實習內容和實習要求。結合我校現有無人機攝影設備和JX4G影像處理軟件，以4D產品的作業流程為主線，設置實習內容，包括以下環節：(1)像片控制點的布設和聯測;(2)無人機航空攝影;(3)利用相應軟件實現空三加密，為后續的4D生產提供像片的外方位元素參數和定向點坐標;(4)利用JX4G數字攝影測量系統進行4D產品的生產;(5)外業調繪。

　　3.2.2像片控制點的布設與聯測

　　航飛之前，先在測區進行像控點布設和聯測。像控點布設的規范或合理與否，對航測數據的影響很大，甚至需要返工補測像控點，而事后補測像控點沒有事先布設好再測精度高。首先，確定航測區域像控點數量。大疆M600無人機采用的是A3多旋翼飛行控制系統，它具有高精度的D-RTKGNSS定位導航性能，所以，用它做航測任務所需要像控點的數量相對會少些。根據相關的文獻，加上以往的實踐經驗，建議學生在測區周圍先布設5-10個像控點。

　　布設像控點之前要做好準備工作。首先查看航測區域的地質地貌條件，準備油性噴漆、標靶板。像控點選在影像清晰的明顯地物點、地物拐角點、接近正交的線狀地物交點或固定的點狀地物上[7]。當刺點目標與位置不能兼顧時，以目標為主。高程點選在局部高程變化小且點位周圍相對比較平坦地區[8]。

　　像控點在相鄰像片上均清晰可見。確定航拍空域后，利用影像圖、電子地圖來確定像控點的大概位置和數量。確定點的位置后，可利用油性噴漆劃“+”字型標記(注：此標記一定要夠寬，不少于5cm，以便內業時可在像片上可以精確地刺點)，并在旁邊標記點號;還可以用標靶板標記像控點，并用數字注記其點號。每個像控點做完要拍2-4張不同角度的照片，最好有參照物。像控點的空間位置可以用測量儀器測量，比如RTK，全站儀。

　　3.2.3無人機航空攝影

　　根據實習指導書的要求，先了解所使用的一款專業級航拍大疆六旋翼無人機MATRICE600的各部分構造及其功能，如圖3。在輔導老師的帶領下，根據MATRICE600說明書，由負責航飛的學生對這款無人機進行試飛訓練，能夠熟練地操控這款無人機。在進行無人機航空攝影作業前，要進行規范的航空攝影技術設計，制定詳細的設計書。

　　設計書的內容主要包括精度要求、航攝比例尺的選擇、航攝分區的劃分、航線敷設、航攝時間等。由于此無人機一次航飛只能堅持20多分鐘，所以，要實現整個區域的航攝，需要進行分區、分批完成。此設計書的各項參數的設定要符合規范要求。

　　無人機航飛獲取影像。在進行作業前，須進行試攝。通過對試飛、試攝所獲取的影像進行分析，確定無人機的各部分符合正常工作狀態后，方可正式開始航攝。整個航飛過程，是利用大疆無人機地面站程序DJIGSPro(GroundStationPro)執行M600的航攝任務。

　　DJIGSPro地面站是一款可控制DJI飛行器實現自主航線規劃及飛行的iPad應用程序。GSPro擁有直觀簡易的交互設計，只需輕點屏幕，就能輕松規劃復雜航線任務，實現全自動航點飛行拍照，測繪拍照等操作，全新虛擬護欄功能還可幫助飛行器在指定區域內飛行，保障飛行安全。

　　使用DJIGSPro實地航測。根據航測設計書的要求，利用此APP軟件進行飛行任務規劃，設置好航攝參數。相關參數設置好，就可以讓無人機開始升空飛行。在軟件界面上可以實時監控飛機的狀態。經過近20分鐘飛行，完成劃定區域的航飛任務。最后，指導學生將航片導入電腦里相應的軟件比如DPGrid軟件進行正射影像的快拼。根據快拼成果報告，判斷影像的質量。其它測區也采用相同操作，最終確定整個測區用于后續數據處理的影像數據。

　　3.2.4空三加密

　　空三加密是由軟件UASMaster來完成。經過此流程，得到的空三加密平差結果可以提供給后續的一系列攝影測量數據處理與應用。接下來，就可以根據空三的結果去生成DEM和正射影像。

　　3.2.54D產品的生產

　　數字攝影測量的4D產品指的是數字高程模型DEM(DigitalElevationModel)、數字正射影像圖DOM(DigitalOrthophotoMap)、數字線劃圖DLG(DigitalLineGraphic)和數字柵格地圖DRG(DigitalRasterGraphic)。

　　利用JX4G軟件，根據前面的數據成果可以實現4D產品的生成。比如DEM和DOM可以實現自動獲取。數字線劃圖的生產比較復雜，主要采用JX4G工作站的數字測圖模塊去完成，是一種半自動的過程。實施過程如下：先建一個測圖文件，設置圖廓范圍，載入立體模型，熟悉工作窗口內的各種工具，接著測繪地物，最后進行地物的編輯[9]。

　　3.2.6外業調繪

　　野外調繪目前仍然是大比例尺航測成圖的常用方法。它指的是根據地物在影像上的構像特征，在野外對影像進行判讀調查，識別影像的實質內容，并將影像顯示的信息按照用圖的需要綜合取舍后，用圖示規定的符號在影像上表示出來。

　　由于學生在學校實習過程中，無人機航攝獲取的影像現實性高，所以，對于這一部分的工作主要是對影像上顯示不出來或者被遮擋地物的補繪或改正。主要步驟如下，根據內業完成的正射影像圖DOM、矢量線劃圖DLG及數字高程模型DEM，由負責外業調繪的學生進入測區，按照外業調繪要求，對其進行判調和補調，并在計算機上進行實時更新[10]。最后，生成準確而又符合要求的4D產品。

　　3.3實施效果

　　上學期，筆者對測繪工程專業的攝影測量實習按照上述過程做了組織和安排。通過“分組攝影、分片成圖、連成一體”的方式，實現了校區無人機航測成圖的實踐教學工作，使學生熟悉了利用SUAV由外業操作到內業數據處理的流程。本次無人機航測實習教學共安排了兩周的外業航飛和內業數據處理。學校校區總共有0.96個平方公里。

　　根據航飛一次的最大范圍(500m*500m=0.25km2)來算，需要無人機至少飛5次才能覆蓋整個測區，獲取實驗所需要的影像數據。根據實際需要，把本專業的學生分成了6個組，小組內部分工明確。前期三天的外業分為兩個小組，一個小組負責航飛，一個小組負責像控點布設與測量。

　　所有小組成員均獲得了上手機會，參與了無人機外業飛行操作和像控點的測量，并且對航飛的影像質量進行了及時的檢查，最終獲得了內業所需要的影像數據和像控點數據。后期內業數據處理，學生使用內業處理軟件Inpho和JX4G，大部分同學掌握了無人機內業處理流程，并且完成4D產品的生產工作，如圖7。學生普遍反映較好，既鞏固了他們在課堂上學的理論知識，又鍛煉了他們在工程實踐中發現問題、解決問題的能力。

　　4結束語

　　以上文章通過在測繪工程專業的實習周中，開展了無人機航測成圖教學，證明了在攝影測量課程中利用小型無人機開展教學的可行性。但是，由于本次實踐是一次全新的近似于工程項目的模擬，所以，碰到的問題也不少，比如考核制度不夠細化，學生的攝影測量課外知識儲備不足，有些實踐問題考慮過于簡單等等。這些問題在以后的課程實踐中有待解決。總而言之，在測繪技術日新月異的今天，適當利用小型無人機實現普通高校的攝影測量實踐教學是個很不錯的選擇。

　　推薦期刊：《大地測量與地球動力學》曾用刊名：(地殼形變與地震)1981年創刊，是由中國地震局地震研究所、地殼運動監測工程研究中心、中國地震局地殼應力研究所、中國地震局第一監測中心、中國地震局地球物理勘探中心、中國地震局第二監測中心、中國科學院測量與地球物理研究所、中國地震應急搜救中心等8家單位聯合的中國唯一一份報道大地測量學在地球動力學領域研究和應用成果的高級學術刊物。