[摘要]当前，摄影测量课程中常见的实训科目覆盖技术单一、缺乏与其它测量技术的协同应用与综合比对，不利于测绘工程专业学生对不同测量技术的优劣特性形成系统、全面的认知，在一定程度上制约了他们综合利用多种技术、解决实际复杂问题能力的发展。因此，论文设计了此大型综合实训：实训融合了航空摄影测量、无人机遥感、CORS定位技术、三维激光扫描、全站仪及水准仪测量等多种测量技术；同时，作为现代测量技术的重要代表，摄影测量将成为此综合实训的核心。论文从总体设计、合理性、学生基础、软硬件条件、成员组成及分工、具体实验过程和成绩评定方面对该实训进行论证分析，表明其具有良好的可实施性、值得推广。
[关键词]测绘工程；综合实训；摄影测量技术；无人机；三维激光扫描技术；全站仪；水准仪
测绘发展至今，测量技术不断革新与发展。传统测量手段（全站仪、水准仪等）具备更高的精度，但是费时、费力、效率较低。三维激光扫描技术是最新出现的局地精细测量与建模的优势手段，但是当测量范围较大时无法满足需求。摄影测量作为现代测量技术的重要代表之一，在高分辨率空间数据的获取方面具有显著优势明显，且具备优良的可量测性，便于生产高精度测绘产品。但是它也存在不足[1]：数据重复采集、资金耗费大等，同时其空间数据供给在时效性和灵活性上也远不能满足实际需求。低空无人机遥感是解决上述不足的重要手段。无人机遥感属于低空数字航空摄影测量，相对传统摄影测量来说，它机动快速、操作简单、云下摄影，能获取高分辨率航空影像，影像制作周期短、效率高、成本低，在应急测绘、困难地区测绘、小城镇测绘、重大工程项目测绘、小范围高精度测绘应用广泛[2]。鉴于摄影测量上述优势，摄影测量学成为测绘工程本科专业的专业核心课程。通过该课程的学习，有利于完善学生测绘知识体系、提升其综合测绘技能。然而，当前摄影测量课程中常见的实训项目[3]往往针对单一的摄影测量技术，缺乏该技术与其它技术的协同应用、综合比对，不利于学生深刻理解摄影测量技术特性，不利于学生对不同测量技术的优劣特性形成系统、全面的认知。这也在一定程度上制约了他们综合利用多种技术、解决实际复杂问题的能力。因此，面对当前测量技术不断革新、新旧技术并存的形势，设计一个融合传统至现代多种测量技术的大型综合实训具有一定迫切性。同时，考虑到摄影测量在现代测量技术中的重要地位，将研究设计以摄影测量技术为核心的涵盖多个课程、不同测量技术的测绘工程大型综合实训项目。
一、实训总体设计及合理性分析
本实训的总体设计如图1所示：图1实训总体设计上述设计主要包含以下三方面的内容：试验区无人机影像获取及数据处理：针对试验区（如作者所在的厦门理工学院），利用实验室现有无人机设备、并联合合作企业进行高质量航拍，获取无人机数据，并同步进行地面靶标坐标测量（利用CORS系统）；结合VirtuoZo/JX4、Pix4DMapper软件系统对无人机影像进行处理，生成DEM、DLG产品；基于三维激光扫描技术、全站仪、水准仪的试验区DEM、DLG产品生成：利用三维激光扫描仪、全站仪、水准仪等仪器等试验区内典型区域（如厦门理工学院的一处小山丘）进行测量并获取其DEM、DLG产品；结果对比与分析：对上述各测量技术所得DEM、DLG产品进行比较，从结果精度、测量耗时、所需人力等方面全面分析各技术测量效能，获取各技术的综合、科学认知。下面将对上述设计的合理性进行具体分析，首先对“实训以无人机低空数字摄影测量技术为核心”的原因进行分析。无人机遥感[4]是以无人机为飞行平台，利用高分辨CCD相机系统获取遥感影像，利用空中和地面控制系统实现影像的自动拍摄和获取，同时实现航迹的规划和监控、信息数据的压缩和自动传输、影像预处理等功能。作为一种空间数据获取的重要手段，无人机摄影测量日益成为一项新兴的测绘重要手段，是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充。当然，无人机摄影测量也存在测量精度方面的问题。如，固定翼无人机航空测量系统在进行地形测量时，存在着测量误差。这些误差主要来源于仪器误差、人为误差、气候等外界因素影响产生的误差。这些误差需要借助仪器设备、处理算法予以消除。如，本实训将结合全数字摄影测量系统（或Pix4DMapper软件系统）和CORS系统，解决无人机存在的姿态控制问题及地面控制点问题，得到高精度的DEM等数字产品。鉴于无人机低空数字摄影测量具有上述特性及显著优势，可作为现代测量技术的典型代表，故在摄影测量综合实训科目中，将其定位为核心。进一步，对得到的高精度DEM等数字产品，使用三维激光扫描仪、全站仪、水准仪等技术获取同样的产品，对它们进行比较分析。通过分析，可知：该实训综合性强，各组成部分既独立、又相互关联、相互补充，整体的设计较为系统、科学；同时，实训项目整体较为复杂、具有一定的研究性质。这些对于锻炼学生综合技能、培养其解决实际问题的能力有很大促进作用。
二、实训组成要素剖析
下面将从实训的学生基础、软硬件条件、成员组成及分工、具体实验过程、成绩评定等5个组成要素对实训进行剖析，以论证该实训的可实施性。（一）学生基础考虑本实训综合性强、存在一定难度，因此要求学生在之前的课程学习中已熟练掌握全站仪、水准仪、地面三维激光扫描仪的使用及其数据处理方法。并初步具备全数字摄影测量系统VirtuoZo/JX4、无人机影像处理软件Pix4DMapper的实际操作技能。（二）软硬件条件根据综合实训设计方案，要求教学单位具备如下的基本软硬件条件。需要具备测图用高端无人机；具备可进行一定范围内高精度定位的CORS系统；需要具备VirtuoZo、JX4或者航天远景等全数字摄影测量系统；需要具备正版Pix4DMapper软件，若条件有限，亦可考虑试用版Pix4DMapper软件，进行无人机影像处理；具备法如（Faro）三维激光扫描仪测量系统。此外，需具有丰富的全站仪、水准仪等传统测量仪器资源。上述部分设备属于新兴设备，若教学单位尚未购买，可考虑以有偿方式与企业合作解决，若能以互惠共赢的无偿方式进行合作则更佳。（三）成员组成和分工由于此实训项目综合性强、工作量大，甚至存在一定的科学研究性质。这要求学生不仅具备较好的测绘工程专业个人能力，而且需要具备一定的团队协作能力。故综合实训安排在大三下学期较为合适。此时学生已具有一定的知识储备及实践操作技能，且经过之前实践课程的训练具备了一定的团队协作能力。实训实施中以组为单位，每组设计人数为4-5人，具体分工如下：组长：1人，负责整个实训的计划安排和实施、组员分工，并参与具体的数据测量与内业处理。外业数据采集及内业处理：3-4人，配合组长进行实训计划的制定与实施，并重点负责仪器设备的操作、数据采集及内业处理。（四）具体实验过程1.无人机影像数据获取及处理利用无人机影像数据生成厦门理工学院DEM数据的方法流程主要包含：准备工作（试验区地面勘察及靶标布设）、无人机影像获取及地面靶标控制点数据采集（利用CORS系统）、基于Pix4DMap-per与VirtuoZo/JX4软件系统的厦门理工学院DEM等数字产品生成。其中的几个关键步骤如下[4]：相控点的布设与测量本次实验像控点为航飞前布设好的石灰标志点和油漆点，呈十字型，规格为0.4*1.0米。像控点结合测区的地形进行布设。②航线的设计在对无人机进行航线设计时，要注意像片重叠度的设置，一般要求航向重叠度不能小于53%、旁向重叠度不能小于15%。同时在航线设计时一个航带内的最大航高与最小航高之差不能大于30米。③内业数据处理无人机影像的内业处理主要包括影像预处理、匹配、空三加密、正射纠正等，获得DEM、DOM等数字产品。数据处理利用Pix4DMapper与VirtuoZo/JX4软件系统完成。2.利用三维激光扫描仪获取部分典型区块的DEM产品地面三维激光扫描数据获取过程一般为：现场查看、扫描站点的确定、标靶布设、数据扫描、数据处理等几个步骤。扫描区域同样位于上述无人机影像拍摄区域内，选取试验区内具备较为显著起伏的地面作为对象（如小山丘），以充分体现三维扫描技术的优势。[5]为了能够将地面三维激光扫描数据的坐标转换到工程独立坐标中去，需要对扫描的区域布设标靶，并用无棱镜全站仪测出标靶的坐标。一般为了能够保证转换的精度，至少需要四个及以上的反射片标靶。且标靶的布设要均匀的分布在测区周围，另外这些标靶不能在同一条线或是同一个面上。在数据采集阶段，采样间距的设置十分重要，因为采样间隔太太，会影响后期的数据处理，数据存储。另外如果采样间隔太小，则会影响到扫描的精度。在数据处理阶段，对不同站点的扫描数据，首先要进行预处理，预处理主要包括去除噪点等。对各站的数据初处理后就可以根据标靶、进行不同站点之间数据的拼接。当各个站点的数据拼接完毕后，就可以进行滤波分类处理等，获得DEM数据。进一步，可利用地面三维激光扫描获取得到的DEM来对正射校正的无人机影像进行逐像元投影差改正、镶嵌生成数字正射影像，并将其与利用VirtuoZo或Pix4DMapper软件系统生成的无人机数字正射影像进行比对，这样将增强学生对三维激光扫描技术与无人机摄影测量技术特性差异的理解。3.利用全站仪、水准仪获取部分典型区块的DEM、DLG产品数据针对上述相同的试验区（如厦门理工学院）与对象（如小山包），利用全站仪、水准仪传统测量技术进行实验，获取地面高精度DEM、DLG产品。该技术方法已经比较成熟，这里不做赘述。4.结果比较与分析通常以全站仪、水准仪等地面高等级测量为基准，对特定比例尺下无人机影像、三维激光扫描仪所得到的DEM、DLG产品精度进行分析，评价新兴技术的实际应用效能。同时，对几种技术的测量时间、所需人力进行统计、比对，分析不同技术的测量效率。基于上述比较与分析，获取对几类技术的整体认知、综合评价。5.撰写实验报告在上述综合实验、结果分析的基础上，撰写实训的实验报告，对项目整体做出总结。并以此作为学生实训成绩的评定依据。（五）成绩评定考核内容：实训报告的合理性、完整性，结果的正确性，必要的操作演示、口试质疑。成绩等级：成绩按优秀、良好、中等、合格和不合格五级制评定。
三、总结
基于上述对实训总体设计、合理性、组成要素的细致分析，可知：该实训项目总体比较科学，具有较好的可行性。通过该实训项目的实施，应帮助学生树立一种思想：不同测量技术具备不同的优势与不足，并不存在具有绝对优势的技术，应针对不同测量要求与测量条件选择最为合适的技术手段。同时，它也有助于启发学生。这些理念对于增强学生综合技能及专业素养、提升解决实际问题能力具有重要意义。
【参考文献】
[1]丁海涛.基于VirtuoZo全数字摄影测量系统的无人机遥感数据后处理[J].科技情报开发与经济，2011，21（31）：134-137.
[2]黄鸣.无人机航空摄影1:1000数字成图项目成果精度分析[J].城市建设理论研究：电子版，2015，（02）.
[3]袁修孝.“摄影测量基础”课程的创新教学尝试[J].测绘地理信息，2008，33（5）：47-49.
[4]赛迪网.无人机航拍摄影项目解决方案[OL].
[5]杨锋，缪志修，林春峰，等.结合无人机和地面三维激光扫描技术获取高精度DEM及DOM[J].铁道勘察，2013，39（4）：27-29.