基于OBE理念的无人机摄影测量实践教学研究

[摘 "要]传统航空摄影测量实践教学因受到诸多因素的影响，如安全性低、成本高以及场地条件苛刻，等等。这些因素导致学生无法充分实践操作，难以理解教学内容。在信息化测绘背景下，助推地理信息行业的发展，也更加提倡要将无人机摄影测量技术应用于教学实践中，而在OBE理念引导下，真正实现以学生为中心、学习效果与实践创新能力为导向，有效弥补了以往教学中存在的不足，形成了科学合理的教学流程。基于此模式，能培养出更多优质的创新实践型人才，满足社会对测绘专业人才的要求，打造出高质量的实践教学体系。

[关键词]OBE "无人机摄影测量 "实践教学

课题：陕西省“十四五”教育科学规划2023年度课题“以学生为中心理念下的《无人机摄影测量》课程分层教学实践研究”（课题编号：SGH23Y3140）。

引 "言

信息化测绘是测绘地理信息行业发展的必然趋势，它利用现代信息技术手段，实现地理信息的数字化、网络化、智能化和可视化。而摄影测量学作为测绘类核心课程，具有着无可比拟的专业性与实践性。尤其是无人机技术的不断发展，无人机摄影测量技术已成为摄影测量实践教学的重要手段，它具有机动灵活、高效快速、精细准确等特点，被广泛应用于各行各业中。在信息化测绘背景下，为了满足社会对人才的需求，研究通过基于OBE理念下进行探讨无人机摄影测量实践教学的新模式，探索新的教学方案和多元化实践教学方法，旨在提高学生的实践能力与综合素质，满足社会对人才的需求。

基于OBE理念的无人机辅助摄影测量实践教学的必要性

1.提高学生实践能力和创新思维

OBE理念是一种先进的教育理念，它强调以学生为中心，以学习效果和实践创新能力为导向。这种理念注重的是学生的全面发展，以及他们在实践中所获得的真实能力和技能。无人机辅助摄影测量实践教学是一种创新的教育方式，它利用无人机技术为摄影测量实践教学提供更多的实践机会。这种实践机会让学生在亲身实践中掌握摄影测量的技能和方法，从而提升他们的实践能力和创新思维。在无人机辅助摄影测量实践教学中，学生可以亲自操作无人机进行拍摄，并通过后期数据处理和分析，掌握摄影测量的基本原理和技能，实现对学生创新思维与解决问题能力的培养。

2.适应信息化测绘背景下的需求

随着信息化测绘技术的日益发展，无人机摄影测量技术逐渐成为广泛应用的测量方法。这种技术的兴起，彻底改变了传统摄影测量的方式，为许多领域如土地资源调查、城市规划、交通监控等提供了极大的帮助。在摄影测量实践教学中，引入无人机摄影测量技术无疑是一个明智的选择。通过实践操作，学生可以更深入地了解和掌握无人机摄影测量技术，从而更好地适应信息化测绘背景下的行业需求。这种技术的应用也将促进摄影测量行业的创新与发展，推动行业的技术进步。

3.补充传统实践教学内容的不足

传统的摄影测量实践教学通常依赖于传统的摄影测量设备和测量方法，主要通过使用复杂的相机和测量仪器来收集和处理大量的图像和数据。然而，这种传统的教学方式存在一定局限性，如操作烦琐、数据处理时间长、对环境和天气要求高等。无人机摄影测量技术具有操作简单、数据处理速度快、对环境和天气要求低等优点，因此可以有效弥补传统摄影测量实践教学内容的不足。通过引入无人机摄影测量技术，学生可以更加深入地了解现代化的摄影测量技术和数据处理方法，并利用计算机视觉技术和图像处理算法来进行自动化处理和分析，有效提高实践教学的效率和精度。

4.培养社会需要的测绘专业人才

在OBE理念指导下，教育者需要关注测绘专业人才应具备的能力和素质，以及社会对测绘专业人才的需求，从而制定出相应的教育计划和课程设置。无人机辅助摄影测量实践教学是一种先进的实践教学方式，能够为学生提供更多的实践机会，让学生更好地掌握现代测绘技术和方法，增强学生的就业竞争力。通过实践操作，学生可以深入了解测绘工作的具体流程、技术要点和注意事项，提高自己的实践能力和技术水平，更好地满足社会对测绘专业人才的要求。

OBE理念下无人机摄影测量实践教学的内容

OBE理念是一种以学生为本的教育理念，强调以学生的学习成果和社会需求为出发点，进行反向教学活动设计。这种模式着重于培养学生的综合能力，特别是解决问题的能力，以满足企业和社会的需求。因此，实践教学在培养学生的能力方面起着至关重要的作用，并且需要密切关注企业需求，以满足社会的需要。教师需根据工程教育认证标准修订摄影测量实践教学大纲并补充无人机实践内容，以确保教学内容与认证标准一致且贴近实际应用。建立与企业需求相适应的实践教学平台，提供实践工具和资源及交流合作机会以提高适应企业需求和竞争力。数字摄影测量实验室拥有多旋翼无人机和数据处理软件，这些资源可以为学生提供更多的实践机会，并帮助他们更好地掌握摄影测量技能。

在OBE理念下，实践教学注重培养学生的能力，以满足企业需求为目标。这意味着在教学设计过程中，需要考虑社会和行业的需求，将学生的学习成果作为出发点，反向设计教学活动。这种模式下，教师需要关注学生在学习过程中的能力培养，并确保所教授的内容符合企业和社会的需求。修订摄影测量实践教学大纲并补充无人机实践内容是符合OBE模式的教学方法。通过结合工程教育认证标准，教师可以更好地评估学生的学习成果，并确保所教授的内容与行业标准相符。补充无人机实践内容可以帮助学生更好地掌握摄影测量技能，并提高学生的实践能力。设计合理的实践教学流程则是提高教学的有效方式。通过合理的流程设计，教师可以帮助学生更好地掌握摄影测量技能，并提高他们的实践能力。同时，建立与企业需求相适应的实践教学平台可以更好地满足企业需求，并帮助学生适应未来的工作环境。数字摄影测量实验室拥有的多旋翼无人机和数据处理软件等资源可以为学生提供更多的实践机会。这些资源可以帮助学生更好地掌握摄影测量技能，并提高他们的实践能力，也可以帮助教师更好地进行教学设计，为高质量教学奠基。

实验室拥有的多旋翼无人机及数据处理软件Pix4DMapper、VirtuoZo等，多旋翼无人机数据如下：

1.大疆Phantom4 Pro V2.0。这款无人机是一款专为摄影爱好者设计的消费级航拍无人机，价格亲民且实用。其续航时间长达30分钟，为拍摄提供了更多的时间和空间，让摄影师能够更好地捕捉到每一个精彩瞬间。该无人机配备了一款高性能的1英寸2000万像素的CMOS传感器，这款传感器能够捕捉到细腻的细节和鲜艳的色彩，为摄影师提供更高质量的航拍照片和视频。同时，这款无人机还具备精准的飞行控制系统和多种拍摄模式，让摄影师能够自由地掌控拍摄角度和效果，轻松拍摄出令人惊艳的航拍作品。此外，该无人机还具有智能化的飞行辅助功能，如自动跟踪、自动避障等，让摄影师能够更加专注于拍摄，而不必担心飞行安全问题。还支持遥控器和手机APP控制，让摄影师能够更加方便地进行航拍操作。可见，这款无人机是一款价格低廉、性能卓越、功能齐全的消费级航拍无人机，是摄影爱好者的理想选择。

2.大疆Phantom4 RTK。该无人机配备了机载D-RTK技术，能够与千寻网络RTK服务或高精度GNSS移动站配合使用，实现厘米级精度的定位。这种高精度的定位能力使得该无人机在航拍、地形测量等领域具有强大的优势。同时，该无人机支持记录卫星观测值及曝光时间数据，提高PPK差分解算精度和可靠性。设计精细，搭载TimeSync系统，实现飞控、相机与RTK时钟系统微秒级同步。这种同步技术确保了该无人机在飞行过程中能够准确记录每一个动作和位置，从而提高数据处理的准确性和可靠性。此外，它还搭载1英寸2000万像素的COS传感器，能够捕捉到非常清晰、细腻的图片和视频，这对于航拍、监测等领域的工作来说是非常重要的。由此可见，该无人机集成了多项先进技术，能够实现高精度的定位和数据处理，同时还具备出色的图像捕捉能力，这使得它在诸多领域中具有广泛的应用前景。

OBE理念下无人机辅助测量实践教学内容的实施

实践教学平台是一个创新且实用的平台，它基于0BE模式，为学生提供了无人机航线设计、像控点布设、数据获取与检查、内业数据处理与数字产品制作等数字摄影测量流程的实践机会。通过这个平台，学生不仅能够深入了解和掌握摄影测量的基本原理和方法，还能够提升他们操控无人机的熟练度和实际生产能力。在实践教学过程中，学生将扮演主导角色，主动参与并完成各项任务。他们将根据实际需求，进行无人机的航线设计和像控点布设，获取并检查数据，然后进行内业数据处理和数字产品的制作。这个过程能够将理论知识转化为实践经验，提升他们的技术水平和解决问题的能力。此外，实践教学平台还将提供一系列的培训和指导，包括摄影测量的基本原理和方法、无人机操作技巧、数据处理和分析能力等。这些培训和指导由专业教师和实践经验丰富的行业专家提供，为学生提供必要的支持和指导，帮助他们更好地完成实践任务。具体思路如下图：

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图1 "无人机辅助摄影测量实践教学流程图

在航空摄影与像控测量领域，学生需要充分考虑无人机的性能参数。此外，像控点布设与量测也是需要仔细考虑的问题，包括像控点的选择、布设方式以及量测精度等。在航测参数设计阶段，学生要关注航测比例尺的选择以及航测精度的设定等。无人机航飞时，需要考虑飞行速度、飞行高度以及飞行轨迹等因素，确保数据采集的完整性和准确性；在像控点布设阶段，学生要选择合适的地理位置，并根据拍摄目标的特点和无人机的性能参数来设置像控点。这个过程不仅锻炼学生的空间想象能力和地形地貌识别能力，还提高了他们解决实际问题的能力；在数据质量检查环节，学生需要对采集到的数据进行预处理、图像拼接以及精度评估等操作，确保数据质量符合要求，还需考虑拍摄目标的特点以及地理环境等因素，例如，地形起伏以及气候条件等。这些因素都会对航空摄影和无人机航拍产生影响，因此需要在计划和设计时进行周密考虑。通过这样的实践操作，学生能深入地理解航摄的基本原理和无人机航拍的技术要求，学习如何根据不同的任务需求选择合适的无人机和相机设备，如何优化航测参数以提高数据质量，以及如何处理和解析采集到的数据等，对于未来的职业发展具有助推作用。

在数据获取与处理阶段，学生必须确保数据的准确性和完整性。这是至关重要的，因为数据的质量将直接影响到后续数据处理的结果。为了熟练掌握各种工具和技术，学生要能够使用专业的软件和编程语言对数据进行处理和分析。这些工具和技术可能包括用于处理影像数据的图像处理软件、用于提取和解析POS数据的自然语言处理工具、用于控制数据采集的地理信息系统（GIS）软件，以及用于影像预处理、特征点提取与匹配和空中三角测量的算法和技术。为了能够正确应用这些工具和技术，学生需要进行精细的调整和优化，以便在数据获取和处理阶段最大限度地提高效率和准确性。例如，在进行影像预处理时，学生需要了解并掌握各种影像增强技术，如对比度增强、锐化、平滑等，以改善影像的质量和可读性。同样，在进行特征点提取与匹配时，学生需要熟练运用各种算法和技术，如SIFT、SURF、ORB等，准确检测和描述图像中的关键点和特征。只有经过这样全面和专业的数据获取与处理阶段，才能在后续的内业数据处理中得到准确和可靠的结果。这些结果可以作为进一步分析和决策的依据，如进行目标检测、分类、识别等任务，或者用于构建机器学习模型和进行人工智能应用开发。因此，数据获取与处理阶段的工作是至关重要的，需要学生具备扎实的专业知识和技能，以及高度的细心和耐心。

在数字产品制作阶段，学生需要运用专业的数据处理和分析软件，对采集的大量数据进行密集匹配处理。这个过程需要学生具备高超的数据处理技能，以便准确无误地匹配数据，并构建出精确的三角网。通过这种方式，可以生成逼真的实景三维模型、数字高程模型、数字正射影像以及数字线划图。这些数字产品不仅具有极高的实用价值，而且可以为学生提供宝贵的实践经验。在这个过程中，学生还需要具备摄影测量的技能。摄影测量是一种从照片中获取三维信息的方法，需要学生具备一定的几何学知识和摄影技巧。通过摄影测量技术，学生可以准确提取出有价值的信息，并将其转化为数字产品。这种技能在未来的职业发展中具有广泛的应用前景，因此学生应该认真掌握它并不断提高水平。通过密集匹配处理和构建三角网等步骤，学生可以更深入地理解数字产品的生成过程，此过程不仅考验学生的数据处理技能，还能有效提高学生在摄影测量领域的实际操作能力。通过实践操作，学生可以更好地掌握数字产品制作的关键技术和流程，为未来的职业发展打下坚实基础。

基于OBE理念的无人机摄影测量实践教学测评

合理的评估方法不仅可以有效激励实习生，调动他们的学习积极性和工作热情，还可以避免不公平的待遇和可能的负面影响。在摄影测量实习中，主要可以从以下几个关键方面衡量实习生的表现：出勤情况、工作态度、成果规范以及报告质量。为了更好地培养学生的实践能力和综合素养，教师不仅关注他们在实习期间的专业技能表现，还更加重视他们的综合能力考核。通过加强综合能力考核，能够更全面地评估学生的实际表现，并帮助他们更好地认识自己，发现自身的优势和待提升的地方。

随着无人机摄影测量技术的飞速发展，学校也可以将这种先进的技术引入到实习教学中。通过结合无人机测绘流程，可以建立一套多元化的实践考核评价体系，例如，这个体系将全方位地评估学生在实习过程中的表现，从方案设计答辩30%，过程考核，包括低空无人机影像采集、数据处理、数字产品制作考核40%；以及实习报告30%，每个环节都将根据特定的评估标准进行打分，以确保评价的公正性和准确性。通过这样的考核方式，能更好地激发学生的潜能，培养他们解决实际问题的能力和创新能力。从方案设计答辩环节开始，学生们就需要独立思考、积极探索，提出切实可行的解决方案。在实习过程中，他们需要学会与团队成员有效沟通、协作，解决各种可能出现的问题，而最终的实习报告则是对他们整个实习期间工作成果的总结和呈现。

结 "语

在OBE理念下，无人机摄影测量实践教学研究能够有效地提高学生在无人机摄影测量方面的实践能力和创新思维，为培养满足社会需求的创新实践型人才提供有力支持。因此，在今后教育教学工作中，需大力采用OBE理念，将其应用于实践教学中，助推实践教学成功改革，满足社会对优质人才的需求，为测绘工程持续发展奠基。

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（秦萌：西安铁路职业技术学院）