罗显圣
（贵州交通职业技术学院 建筑工程系，贵州 贵阳 550008）
0 引 言近年来，教育部等部门在职业教育提质培优行动计划的有关通知中提出要顺应科技革命的需求，以“信息技术+”升级传统专业，要求职业教育示范性虚拟仿真实训基地要依托虚拟现实和人工智能等信息技术的不断提升，促进实训设施“以实带虚、以虚助实、虚实结合”，促进教育教学改革高质量发展。
无人机航空摄影测量课程需要系统学习无人机实操、航空影像获取、数据采集、数据处理及三维建模等知识。大多数设置测绘地理信息相关专业的高校均已开设了无人机航测相关实训课程，而无人机航测的户外实操，对起降场地和周边空域的要求非常高，同时具有一定的危险性，坠机和伤人事件时有发生，存在很大的安全隐患，从而导致了学生户外实操环节缺失，没有完全参与整个无人机航空摄影测量的作业流程，相关课程的教学及实训效果到不到预期。
1 无人机航空摄影测量模拟系统的介绍无人机航空摄影测量模拟系统主要包括：丰富地形地貌的沙盘、高精度“工”字形轨道、轨道及相机运转的控制系统、轨道及曝光控制软件等组成。
1.1 丰富地形地貌的模拟沙盘模拟沙盘的长宽尺寸是7 m×5 m，有住宅小区、学校、工业区、道路、河流、山坡、休闲公园等丰富的地物地貌信息，高度接近生产项目，便于后期采取影像数据和建立三维模型，生产4D数字测绘产品。
在模拟沙盘外围四周设置架设全站仪的控制点，便于学生利用全站仪进行控制测量、数字地形图测绘、土石方测量的相关实训，实现实训室共建共享，避免重复建设。
模拟实训室内建有LED大屏幕，航测数据处理软件建好的三维立体模型，可以进行演示和汇报，如图1所示。
图1 LED屏幕展示三维立体模型
1.2 高精度“工”字形轨道高精度“工”字形轨道系统主要由两根平行的直线导轨以及一根安装于两条平行直线导轨之上的横梁组成，在5 m×7 m模拟沙盘的外围用钢架外框加固，设置四个立柱支撑，立柱上安装高强度轨道，两个平行轨道中间设置可移动横梁，配置步进电机控制轨道的运行，详如图2所示。
图2 高精度“工”字形轨道
1.3 轨道及相机运转的控制系统轨道运行系统由两个电机控制，电机控制轨道横梁的运行速度以及相机位移的速度和距离，航线设计软件控制横梁的速度，其结构如图3所示。
图3 轨道及相机运转的控制系统
1.4 轨道及曝光控制软件无人机航空摄影测量模拟系统轨道上设置有一根横梁，控制软件设置好横梁的纵向位移速度，相机在横梁上匀速移动，然后定时定距曝光，这样相机运行和曝光的轨迹形成个“工”字，模拟无人机在上空飞行，呈“S”形往返。当相机运行到曝光的时间，航线软件上可以定位曝光点的坐标，类似于模拟的GPS定位。如图4所示为轨道及曝光控制系统。
图4 轨道及曝光控制系统
无人机航空摄影测量模拟系统有效的控制航向重叠率和旁向重叠率，所用的数字相机CCD的尺寸为35.8 mm×23.9 mm，摄像头距地面相对高度是3 m，轨道在运行过程中航向重叠度为70%，旁向重叠度为35%，相邻航线间隔2 m，航线长度5 m，能进行4条航线的飞行。
无人机航空摄影测量模拟系统的辅助系统还包括：影像传输、组合导航系统POS、数码相机集成检校软件、空中三角测量软件、全数字多元影像处理系统、遥感影像核线生产软件、不同转角系统转换软件等。无人机航空摄影测量模拟系统采用信息化技术控制摄像头在模拟沙盘上空的模拟飞行，实现了打破空间限制，杜绝无人机安全隐患，实现室内的教学和实训。
2 无人机航空摄影测量模拟系统的优势无人机航空摄影测量模拟系统可以有效地防止坠机和伤人事件的发生，杜绝在实训环节的安全隐患。同时，融入了无人机航空摄影过程及影像数据的处理。由于受到数字航空摄影仪及飞行器械的限制，摄影测量教学过程中很少涉及航空摄影过程中航线设计、相机操作以及航空影像初级处理的过程，该实验系统结合实际的航空摄影过程，加入了航线设计、航空补拍、影像质量检查、匀色匀光等实验内容。
无人机航空摄影测量模拟系统实现了打破空间限制，不管天干下雨都可以室内进行教学和实操。同时，利用室内的地形地貌沙盘，让学生自主设计控制网及布设控制点，培养学生的创造性。在轨道系统中加入了虚拟GPS的内容，以利于开展GPS辅助空中三角测量的实验内容。
无人机航空摄影测量模拟系统融入了摄影测量、地形测量、三维建模方面的实训内容。模拟系统除了具有摄影测量的教学内容之外，还能利用室内丰富的地形地貌沙盘进行地形测量方面的教学实验，同时，利用数字摄影测量工作站获取的“4D”数据，还能进行三维建模、纹理映射、空间分析等方面的教学实验。
3 无人机航空摄影测量模拟系统的应用3.1 打破空间限制无人机航空摄影测量模拟系统采用信息化技术控制摄像头在模拟沙盘上空的模拟飞行，实现了打破空间限制，杜绝无人机安全隐患。同时满足了以“信息技术+”升级传统专业，依托虚拟现实和人工智能等信息技术的不断提升。
3.2 促进“理虚实一体化”模式实训中的应用无人机航测实训室配套采购了大量的硬件设备，主要包括航测无人机大疆M600一台、大疆精灵4RTK三台、大疆御2专业版无人机35台、航测软件及视频制作软件等。实现理论教学、虚拟实验和实物实训的有机融合。虚实结合为教学服务，满足无人机航测技术方向的课程的教学需求。实训设施“以实带虚、以虚助实、虚实结合”，促进教育教学改革高质量发展。航测软件建三维模型如图5所示。
图5 航测软件建三维模型
3.3 满足课程教学需求无人机航测教学具有很强的灵活性、安全性、自主性、随时随地为学生提供模拟实训的平台，有利于调动学生实操的积极性、增强学习专业知识的趣味性立足无人机航空摄影测量知识的教育培养，以摄影测量员、内业数据处理员的生产与岗位需求为目标，职业能力构建为基础，与无人机航测生产单位广泛进行校企合作，实施“工作过程导向，真设备、真环境、真项目、真成果、真考核”的职业能力训练人才培养。
3.4 为提高师资水平和推动教学改革服务无人机航空摄影测量模拟系统有利于提高师资水平和推动教学改革，促进专业教学设计、教学方式、教学方法的改革创新，推动教学高质量发展。促进与企业合作，建成技术装备先进的校内外生产性实训环境，开发生产性实训项目，在真实工作任务环境中，建成融教学与生产为一体的高技能人才培养基地，为地理国情普查、监测、国土规划、基础测绘以及区域经济发展提供更多高技能型人才支持。
3.5 有利于助力乡村振兴无人机航空摄影测量模拟系统虚实结合的应用，有利于深入调研乡村村情村貌，航拍传统文化村落保护与发展现状、当地旅游产业发展的情况。大力宣传具有浓厚地域和民族特色的文化内涵，带领农村群众一起下好旅游产业转型升级高质量发展这盘棋，开创百姓富生态美多彩乡村新未来。
3.6 打造无人机航测方向的课程的培养基地借助现有的无人机航空摄影测量实训室硬件和软件条件，充分调动专业教师的积极性，精心打造特色课程，推进课程育人。积极申报无人机应用方向的“三全育人”课程试点，进一步优化和完善素质拓展课程体系，修订全生源人才培养学分制框架方案，一二课堂和特色课程学分互换，学分互认，构建课上课下、线上线下协同育人机制。开展第二课堂特色实践课程，推动实践育人厚基工程，是通过开展各类特色课程、项目、活动，作为对第一课堂和第二课堂的有效补充，开发特色选修课程、项目发掘学生兴趣，提升实践动手能力，使学生善进退、能独立、有特长、知荣辱、懂礼节、敢担当。为推动学院“三全育人”试点工作服务，打造无人机航测方向的三全育人课程的培养基地。
3.7 提升系部社会服务能力（1）加强校企合作，充分利用协调创新中心机房进行航测数据处理。学校与生产单位建立专业生产实操基地，利用寒暑假，节假日与单位合作生产，合作模式可为单位外包项目给学校，也可是雇佣学校场地和学生进行生产，共同开发2个生产性实训项目。通过校企合作，师生参与企业生产项目，让教师革新教学观念，更新教学方法与内容，让学生零距离接触生产，全面提高学生综合素质。
（2）面向测绘、水利、国土资源、城市规划、交通、石油、电力、煤炭等行业生产第一线，具有诚信品质、敬业精神，责任意识，并能够从事地形图测绘、像片控制测量、像片调绘、解析空中三角测量、航测内业成图、遥感图像处理等生产工作和组织管理工作，为国民经济建设和社会事业服务提供可靠测绘信息的高技能人才。
3.8 推动社会培训在现有的条件下，逐步完善硬件软件条件，辅助学校开设相关专业组建校外培训班，培训社会人才以及兄弟院校学生，为生产单位输送人才，建立学校自己的人才资源库，试点开展无人机操控社会培训：
（1）室内理论培训。理论部分理论教学内容主要包括民航法律法规与空域申请、气象条件等飞行环境的选择、空气动力学、无人机系统飞行原理等内容，通过理论知识教学，培养学生对于无人机系统的学习兴趣，使学生掌握无人机系统基本原理，达到可完成实际无人机系统作业操作的能力。学生掌握航空飞行器的基本理论知识以及无人机飞行要点，同时，掌握无人机简单维修、保养等相关能力；通过系统的学习，具备取得 AOPA 认证、测绘资质从业资格证认证的能力。
（2）室外实操飞行培训部分。室外实操飞行培训，主要用于巩固室内培训的理论知识和手动控制飞机的能力，主要用于掌握测绘无人机飞行要点及遥感数据采集要点。通过前期室内模拟环境下完成无人机的操控入门，将模拟练习结合实际飞行，为了降低教学成本采用训练机进行教学，从模拟飞行向实训 飞行转化，实现真正的飞机操控，积累实际飞行经验。后期熟悉室内操作后可通过外场实际操作演练逐步达到一个合格飞手水平。
无人机航空摄影测量模拟系统实现了打破空间限制，可以有效地防止坠机和伤人事件的发生，杜绝在实训环节的安全隐患。以“信息技术+”升级传统专业，促进“理虚实一体化”模式在摄影测量实验实习实训中的应用，在教学中的应用有明显的优势。无人机航空摄影测量模拟系统模拟获取下方模拟沙盘的影像数据，然后可以下传影像数据，对其进行空三加密、三维建模等数据处理，可以用软件生产DOM、DEM、DLG等数字测绘产品，从而实现教学、演示、实训，虚实结合的目的，推动教育教学高质量发展。同时加强了学生对测绘地理信息新技术、新工艺、新方法的应用，极大地提高学生的职业技术水平，提升学生的就业核心竞争力，拓宽学生的就业面。
